Mando de un motor con prioridad de parada y marcha - Laboratorio Nº 2

Curso: Controles Eléctricos y Automatización
Facultad: Ingeniería Electrónica UNMSM
Ciclo: 2011-I


1.- Objetivos

• Familiarizar al alumno en el uso de los contactores y pulsadores.
• Realizar esquemas eléctricos de acuerdo a normas internacionales.
• Que el alumno pueda reconocer las partes de un contactor

2.- Requerimientos de herramientas y materiales

• Destornillador plano o estrella
• Alicate de punta
• Multímetro
• Extensión
• Cinta aislante

3.- Parte Experimental

Uso del contactor

Implementamos el siguiente circuito:

Tal como se puede apreciar, la bobina del contactor se encuentra en serie con el pulsador s1 y los extremos conectados a las líneas de energía L1 y L2 respectivamente. Asimismo, uno de los contactos del contactor se encuentra en serie con la lampara h1 y al igual que los componentes anteriores están conectados a las líneas de energía. Cabe señalar, que en la gráfica los componentes del contactor se encuentran encerrados dentro del recuadro de lineas punteadas en color rojo.

Al presionar el pulsador s1 cerramos el primer circuito, con lo cual logramos que la bobina del contactor se energice y a su vez cierre el contacto del contactor cerrando el circuito con la lampara h1 haciendo que esta se encienda. Si dejamos de presionar el pulsador se corta la energía en la bobina del contactor, haciendo que los contactos de este se abran nuevamente.

Circuito enclavador

Implementamos el siguiente circuito:

La principal diferencia de este circuito con respecto al anterior, es que una vez que presionamos el pulsador s1, la bobina del contactor se energiza haciendo que el contacto C1 del contactor se cierre, debido a que C1 se encuentra en paralelo con el pulsador s1, al dejar de presionar este último, el contacto cerrado C1 seguirá proporcionando energía a la bobina del contactor manteniendo cerrados sus contactos en forma permanente. Como se puede apreciar, a diferencia del caso anterior en donde el contactor se cerraba únicamente cuando manteníamos presionado al pulsador, aquí basta con presionar brevemente el pulsador para que el circuito se cierre y permanezca así hasta que se corte la energía.

Para tal efecto, se ha agregado un pulsador NC (normalmente cerrado) en serie con la bobina del contactor, que al ser presionado cortará la energía de la bobina haciendo que esta libere los contactos del contactor. Para volver a energizar el circuito, solo bastará pulsar nuevamente s1 y desconectarlo con s2.

3.1.- Mando de un motor con prioridad de parada

Elementos utilizados:

• 1 contactor
• 1 pulsador NC (paro)
• 1 pulsador NA (marcha)

En este caso se desea implementar un circuito que sirva para controlar el encendido de un motor pero con la diferencia que si los pulsadores P (parada) y m (marcha) son presionados a la vez, el pulsador P tiene prioridad sobre m, tanto para cuando el motor se encuentre detenido o en funcionamiento.

Teniendo estos datos, completamos la siguiente tabla de verdad:

P	m	M(t-1)	M(t)
0	0	0	0
0	0	1	1
0	1	0	1
0	1	1	1
1	0	0	0
1	0	1	0
1	1	0	0
1	1	1	0

Cabe señalar, que M(t-1) es el estado anterior en el que se encuentra el motor y M(t) es el estado siguiente (véase la similitud con el funcionamiento de un circuito lógico secuencial Flip-Flop).

Explique su funcionamiento:

Con la tabla de verdad obtenida, luego de darle prioridad al pulsador de parada, construimos el siguiente diagrama de Karnaugh:

Donde obtenemos la siguiente ecuación simplificada:

 

Veamos el caso cuando son presionados ambos pulsadores (últimas dos líneas de la tabla de verdad), primero cuando el estado anterior es 0 (motor detenido), al ser presionados como la prioridad es parada, en el estado siguiente seguirá siendo 0. Cuando el estado anterior es 1 (motor encendido) al ser presionados como la prioridad es parada, en el estado siguiente será 0.

Con la formula obtenida implementamos el circuito siguiente:

Podemos apreciar que es idéntico al circuito de enclavamiento que se implemento previamente.

Cabe señalar, que en el laboratorio anterior se pudo determinar que el equivalente a una compuerta lógica AND es representada por dos contactos NA (normalmente abiertos) en serie en la lógica cableada y por consiguiente una compuerta lógica OR es representada por dos contactos en paralelo. En base ha esto se ha implementado el circuito derivado de la ecuación lógica.

3.2.- Mando de un motor con prioridad de marcha

Elementos utilizados:

• 1 contactor
• 1 pulsador NC (paro)
• 1 pulsador NA (marcha)

En este caso se desea implementar un circuito que sirva para controlar el encendido de un motor pero con la diferencia que si los pulsadores P (parada) y m (marcha) son presionados a la vez, el pulsador m tiene prioridad sobre P, tanto para cuando el motor se encuentre detenido o en funcionamiento.

Teniendo estos datos, completamos la siguiente tabla de verdad:

P	m	M(t-1)	M(t)
0	0	0	0
0	0	1	1
0	1	0	1
0	1	1	1
1	0	0	0
1	0	1	0
1	1	0	1
1	1	1	1

Explique su funcionamiento:

Con la tabla de verdad obtenida, luego de darle prioridad al pulsador de marcha, construimos el siguiente diagrama de Karnaugh:

Donde obtenemos la siguiente ecuación simplificada:

Veamos el caso cuando son presionados ambos pulsadores (últimas dos líneas de la tabla de verdad), primero cuando el estado anterior es 0 (motor detenido), al ser presionados como la prioridad es marcha, en el estado siguiente seguirá siendo 1. Cuando el estado anterior es 1 (motor encendido) al ser presionados como la prioridad es marcha, en el estado siguiente será 1.

Con la formula obtenida implementamos el circuito siguiente:

4.- Cuestionario

4.1.- Investigue que son los contactores electromecánicos.

El contactor electromagnético es un aparato mecánico de conexión controlado mediante electroimán y con funcionamiento todo o nada. Cuando la bobina del electroimán está bajo tensión, el contactor se cierra, estableciendo a través de los polos un circuito entre la red de alimentación y el receptor. El desplazamiento de la parte móvil del electroimán que arrastra las partes móviles de los polos y de los contactos auxiliares o, en determinados casos, del dispositivo de control de éstos, puede ser:

• rotativo, girando sobre un eje
• lineal, deslizándose en paralelo a las partes fijas
• una combinación de ambos

Cuando se interrumpe la alimentación de la bobina, el circuito magnético se desmagnetiza y el contactor se abre por efecto de:

• los resortes de presión de los polos y del resorte de retorno de la armadura móvil
• la fuerza de gravedad, en determinados aparatos (las partes móviles recuperan su posición de partida)

El contactor ofrece numerosas ventajas, entre las que destacan la posibilidad de:

• interrumpir las corrientes monofásicas o polifásicas elevadas accionando un auxiliar de mando recorrido por una corriente de baja intensidad
• funcionar tanto en servicio intermitente como en continuo
• controlar a distancia de forma manual o automática, utilizando hilos de sección pequeña o acortando significativamente los cables de potencia
• aumentar los puestos de control y situarlos cerca del operario

A estas características hay que añadir que el contactor:

• es muy robusto y fiable, ya que no incluye mecanismos delicados
• se adapta con rapidez y facilidad a la tensión de alimentación del circuito de control (cambio de bobina)
• garantiza la seguridad del personal contra arranques inesperados en caso de interrupción de corriente momentánea (mediante pulsadores de control)
• facilita la distribución de los puestos de paro de emergencia y de los puestos esclavos, impidiendo que la máquina se ponga en marcha sin que se hayan tomado todas las precauciones necesarias
• protege el receptor contra las caídas de tensión importantes (apertura instantánea por debajo de una tensión mínima)
• puede incluirse en equipos de automatismos sencillos o complejos

4.2.- Investigue que son los contactores estáticos (o de estado sólido)

Los contactores de estado sólido están diseñados para proporcionar una conmutación rápida y exigente de cargas tales como calefactores, solenoides, transformadores y motores. Los contactores de estado sólido constituyen el reemplazo ideal de dispositivos electromecánicos y de contactores de mercurio.

Ventajas

Los contactores son activados mediante ráfagas para reducir el nivel de emisiones electromagnéticas, cuentan con indicadores LED de estado y aceptan los rangos universales de voltajes de control. Las unidades se pueden montar en panel o riel DIN con el disipador térmico incluido y no requieren componentes adicionales. 
Larga vida útil
Los contactores de estado sólido usan dispositivos de conmutación de corriente electrónicos, y ofrecen una larga vida útil ya que no tienen piezas móviles. Esto hace que el contactor de estado sólido sea ideal para aplicaciones de servicio pesado como, por ejemplo, calefactores.
Bajo mantenimiento
No tienen piezas móviles ni contactos que se desgasten o que sean afectados por choques y vibraciones. El costo de mantenimiento, las piezas de repuesto y el tiempo improductivo se reducen considerablemente o se eliminan por completo.
Aplicaciones típicas

• Hornos (cocinas industriales y comerciales)
• Máquinas de moldeado y extrusión de plástico
• Equipo de envasado
• Reemplazo de contactores y relés de mercurio

4.3.- Explique que son los contactos principales

Son aquellos en los cuales se conecta la carga que va a controlar el contactor (motores, equipos de iluminación, etc) y por consiguiente manejan corrientes altas. Un contactor dependiendo de su configuración puede tener contactos del tipo NA y NC.

4.4.- Explique que son los contactos auxiliares

Son aquellos que están destinados a cumplir tareas de control (por ejemplo ser usado para enclavamiento del contactor) o encargarse del encendido de lamparas testigo u otros dispositivos que emplean corrientes bajas. Al igual que los contactos principales también los hay del tipo NA y NC, también se pueden adicionar contactos auxiliares al contactor de ser necesario.

4.5.- Explique como se pueden clasificar los contactores de acuerdo a la clase de servicio

Categoría de empleo	Tipo de circuito	Intensidad de cierre	Intensidad de apertura
AC1	Resistivo (cos j >=0.95)	Ie	Ie
AC2	Rotor bobinado (corte motor calado)	2,5 Ie	2,5 Ie
AC3	Jaula de ardilla (corte motor lanzado)	6 Ie	Ie
AC4	Jaula de ardilla (corte motor calado)	6 Ie	6 Ie

4.6.- Explique que mantenimiento se le hace a los contactores

Los componentes críticos de un contactor son en general los siguientes:

Núcleo

Este componente viene normalmente lubricado de fábrica. No se debe limpiar con solventes que eliminan la lubricación de origen. La extracción de polvillo o suciedad metálica debe extraerse con trapo limpio y seco exento de pelusa.

El núcleo dañado, debe ser reemplazado por uno nuevo para garantizar un cierre efectivo, con el entrehierro correcto y calibrado que evite sobreintensidades en la bobina de trabajo acortando su vida útil o directamente su quemado por sobretemperatura.

Debe evitarse el limado de perlados sobre la superficie del núcleo para pulir asperezas, pues así se limita su capacidad opertiva.

Bobina de trabajo

Cuando se quema, debe reponerse por una nueva, observando la posición del núcleo y de los contactos.

Se debe respetar la tensión de trabajo para la que ha sido diseñada (24, 48, 110, 220V, etc.), de esta forma absorberá la intensidad de corriente adecuada que asegura su vida útil, evitando calentamientos excesivos.

Contactos principales

Después de un cortocircuito, deben cambiarse, pues el material del portacontactos puede haberse alterado por la temperatura excesiva del cortocircuito.

Igual temperamento debe adoptarse cuando los contactos se observan desgastados, para evitar calentamientos y exceso de trabajo para la bobina.

Cámara apagachispas

Deben cambiarse con el cambio de los contactos principales por seguridad en las maniobras y preservación de las características aislantes.

Contactos auxiliares

No admiten reparación, de comprobarse fallas, deben reemplazarse por elementos nuevos.

La vida útil del contactor depende de la cantidad de maniobras y la calidad del mantenimiento dispensado, como así también de la adecuada elección de proyecto en función de su utilización para la intensidad del nominal del motor eléctrico que debe maniobrar.

En la intensidad de trabajo del contactor influye la adecuada tensión eléctrica de alimentación y de la temperatura y humedad reinante en el ambiente de trabajo, variables a tener en cuenta en la selección del material eléctrico en general para un trabajo continuado y exigido.

La razón técnica-económica de todo tipo de mantenimiento es asegurar la continuidad operativa en el funcionamiento de las instalaciones eléctricas tanto para iluminación como para fuerza motriz.

El transcurso del tiempo, las sobretemperaturas por exceso de consumo eléctrico, las conexiones defectuosas, el diseño inadecuado, los falsos contactos, los artefactos con fallas, las defectuosas conexiones a tierra, las operaciones equivocadas y la falta de capacitación del personal de mantenimiento, son, sin pretender agotar el listado, causales de fallas y acidentes en circuitos eléctricos y entre ellos los más graves de electrocución de personas y/o incendios de bienes.

4.7.- Que consideraciones se deben tener en cuenta al momento de elegir un contactor

En primer lugar debe determinarse el tipo de carga que usará el contactor y según eso seleccionar el más adecuado según la categoría de empleo, en segundo lugar, que la intensidad máxima de corriente que soporte el contactor sea la adecuada para nuestro proyecto y en tercer lugar que la configuración de los contactos principales sea la correcta y cuantos contactos auxiliares vamos a emplear.

Bibliografía:

• Telemecanique (1999). Manual Electrotécnico Telesquemario Tecnologías de Control Industrial, España: Schneider Electric España, S.A. cap. 1.
• [En línea] http://www.rockwellautomation.es/applications/gs/emea/gses.nsf/pages/ic_bull156_2 [Consulta: mayo 2011]
• [En línea] http://es.scribd.com/doc/12731454/Eleccion-de-un-Contactor- [Consulta: mayo 2011]
•  Calloni, Juan Carlos (2007). Mantenimiento Eléctrico y Mecánico para Pequeñas y Medianas Empresas, Buenos Aires; Argentina: Nobuko, p. 243-244.