Control de Maquinas de Corriente Continua

8/18/2019 Control de Maquinas de Corriente Continua

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Universidad TÃ©cnica Federico Santa Maria

Sede JosÃ© Miguel Carrera

Electricidad

Trabajo de Maquinas ElÃ©ctricas I

Sistemas de Control de Maquinas de Corriente Continua

Curso : 211 - B

Generalidades sobre el motor de corriente Continua

El motor de corriente continua es una maquina que convierte la energÃ−a elÃ©ctrica en movimiento rotatoriocon el fin de producir un trabajo Ãºtil .

Hoy dÃ−a los motores de corriente continua han tomado gran auge por sus caracterÃ−sticas peculiares deadmitir regulaciÃ³n de velocidad aun con grandes diferencias de carga lo cual representa un gran logro en latecnologÃ−a elÃ©ctrica

Tipos de Motores SegÃºn su ExcitaciÃ³n

Los motores de corriente continua se pueden clasificar en tres por su tipo de excitaciÃ³n ( Serie DerivaciÃ³n oCompound ) .

Motor Serie•

* Par de arranque muy elevado

* Muy inestable Tendencia a acelerarse

* Imprescindible reÃ³stato de arranque

* Utilizado en tracciÃ³n elÃ©ctrica

Motor DerivaciÃ³n•

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* Par de arranque menos elevado que el motor serie

* Muy estable

* Conveniente colocar un reÃ³stato de arranque en serie con bobinado de inducciÃ³n

* Utilizado en maquinar herramientas por su estabilidad

Motor Compound•

Sistema de Arranque do motor de corriente continua

En el momento de arrancar el motor de corriente Continua y en general en todo los tipos de motores laintensidad que absorbe de la red es muy grande por lo que este motor debe tener un sistema de arranque ycontrol de velocidad pare evitar lo anterior

Arranque de Motor de Continua mediante Resistencias colocadas en Serie con el Inductor•

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Para el arranque del motor lo que se pretende es ir aumentando paulatinamente la corriente por el Inducido

para no provocarle daÃ±o por la intensidad de la corriente por lo que se dispone su partida como se indica enla figura con un reÃ³stato de arranque el cual se mueve manualmente dentro de un tiempo determinado hastaque el reÃ³stato queda desconectado al sistema quedando la maquina conectada directamente a la red

Arranque AutomÃ¡tico de Motor de Continua mediante eliminaciÃ³n de Resistencias•

Es sistema de arranque con eliminaciÃ³n de resistencias es casi muy parecido al anterior con la diferencia queeste puede ser automatizado mediante contactores temporizados

InversiÃ³n de giro de motor de corriente continua

Generalmente se obtiene la inversiÃ³n del sentido de la rotaciÃ³n valiÃ©ndose de un interruptor inversorconectado de manera que solamente controle la corriente de la armadura. Invirtiendo la corriente en todo elmotor (campo + armadura)no se obtiene ningÃºn cambio porque, invirtiendo al mismo tiempo la corriente enel campo y en la armadura, la rotaciÃ³n continua en el mismo sentido. RefiriÃ©ndonos a algunos tipos desistemas de control para motores que requieres paradas rÃ¡pidas, puede invertirse la corriente en la armadura,momentÃ¡neamente, para producir un par motor inverso que para el motor; a este mÃ©todo de pararbruscamente se le llama “frenar con contracorriente”.

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Motor Compound con ReÃ³stato de Arranque de Cuatro terminales con InversiÃ³n de Giro

En la practica, la inversiÃ³n del sentido de rotaciÃ³n se efectÃºa intercambiando las conexiones de las dosarmaduras.

En el circuito anterior, el interruptor con las conexiones para un motor Compound, se usa para invertir elsentido de rotaciÃ³n de la armadura. Lo que se logra invirtiendo la corriente en la armadura, pero no se afectala corriente en el campo en serie ni en el campo en paralelo. Por tanto, el motor opera como Compound en los

dos sentidos, porque los dos circuitos de los campos estÃ¡n funcionando juntos. Seria posible invertir elsentido de la rotaciÃ³n instalando un circuito en el que la corriente de la armadura conservara la mismadirecciÃ³n y se invirtieran las corrientes en los campos. Como habrÃ−a que invertir al mismo tiempo lasconexiones del campo en paralelo y las del campo en serie, resultarÃ−a una mayor complicaciÃ³n en lasconexiones del control del motor.

Motor Serie•

Motor DerivaciÃ³n•

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Motor Compound•

Diferentes Formas de Arranque de Motor de Continua

Mediante Trasformador con Punto MÃ³vil•

* Este tipo de conexionado permite un arranque del motor variable manualmente y consta de un transformador

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con un secundario variable y con alimentaciÃ³n del Inductor independiente variable tambiÃ©n mediante unpuente rectificador.

Mediante SCR e InversiÃ³n de Giro•

* Este circuito costa de un circuito electrÃ³nico con SCR que permite variar la corriente y la tensiÃ³n con quese alimenta el estator o armadura pudiendo tambiÃ©n invertir el sentido de giro del motor mediante loscontactores K1 Y K2

Mediante transformador Regulable e InversiÃ³n de Giro•

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Mediante transformador Amplificador de Frecuencia e InversiÃ³n de Giro•

* El motor esta alimentado por un equipo rectificador

formado por un amplificador magnÃ©tico y tiristores gobernados por un potenciÃ³metro

ReÃ³statos de Arranque Manual en Maquinas Continuas

La conexiÃ³n repentina de una armadura grande a una lÃ−nea de fuerza de C.C. causarÃ−a la circulaciÃ³n de

una corriente anormalmente grande en la lÃ−nea y en la armadura, ya que, en el momento de arrancar, noexiste f.e.m. que limite la corriente. Sin la adiciÃ³n de una resistencia externa, esta elevada corrientesujetarÃ−a a un gran esfuerzo a los devanados de la armadura, quemarÃ−a escobillas y conmutadores y seriala causa de que la caÃ−da de voltaje interfiriera con otras maquinas conectadas a la lÃ−nea.

Para el arranque suave de los motores grandes se usa un "arrancador de motor". Consiste, simplemente, en unaresistencia variable colocada en serie con la armadura. Su objetivo principal es limitar la corriente de laarmadura a un valor seguro durante el periodo de arranque y aceleraciÃ³n. En combinaciÃ³n con el reÃ³statode arranque, existe un dispositivo para desconectar automÃ¡ticamente el motor, y dejarlo desconectado si fallael voltaje de la lÃ−nea.

ReÃ³statos de Arranque de tres Terminales•

El reÃ³stato de arranque tiene un resistor con derivaciones encerrado en una caja ventilada. Botones decontactos situados en un tablero, montado al frente de la caja estÃ¡n conectados al resistor con derivaciones.Un brazo mÃ³vil con un botÃ³n de resorte puede moverse sobre los botones de contacto, para dejar fuera decircuito tramos del resistor con derivaciones.

DespuÃ©s que se ha cerrado el interruptor de la lÃ−nea, se mueve la manivela al primer contacto, A. Elcampo en paralelo esta ahora conectado a la lÃ−nea, con toda su potencia. Toda la resistencia de arranque estaen serie con la armadura; esta resistencia, en los mÃ©todos aceptados, se calcula para limitar la corriente dearranque en un 150 % de la corriente a plena carga del rÃ©gimen del motor.

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Conforme se acelera el motor, el operador mueve la manivela gradualmente hacia el contacto B, el tiemponecesario depende del que necesite la maquina para adquirir velocidad. En B, la armadura queda conectadadirectamente a la fuente de voltaje, y la bobina magnÃ©tica sujetadora, M, sujeta la manivela en la posiciÃ³nde marcha normal. Un muelle, tiende a devolver la manivela a la posiciÃ³n de “desconectado”. Si la corrienteen el campo disminuye mucho, el motor se desbocarÃ−a si el circuito de la armadura permanecieradesconectado; sin embargo, se evita que esto suceda colocando la bobina sujetadora en serie con el campo enparalelo. Si se reduce la corriente en la bobina sujetadora, suelta la manivela que vuelve a la posiciÃ³n de“desconectado”. AdemÃ¡s, si se interrumpe el voltaje en la lÃ−nea, la bobina sujetadora suelta la manivela,

siendo necesario volver a arrancar el motor cuando el voltaje de la lÃ−nea se restablece

.

(figura 1) ReÃ³stato de Arranque de tres Terminales

La resistencia de arranque esta conectada en serie con el campo en paralelo, cuando el brazo esta conectado,en la posiciÃ³n de funcionamiento normal, al contacto B. Esta resistencia adicional es tan pequeÃ±a, cuandose compara con la del campo, que prÃ¡cticamente no produce efecto en la intensidad de campo ni en lavelocidad.

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(figura 2) ReÃ³stato Conectado a un Motor Compaund

La figura ilustra las conexiones de un reÃ³stato de arranque manual usado en un motor Compoundacumulativo. NÃ³tese que la Ãºnica diferencia de este circuito y las conexiones para un motor en paralelo esla adiciÃ³n del campo en serie.

Los reÃ³statos de arranque estÃ¡n proyectados para soportar la corriente de arranque solamente por un cortotiempo, y no para controlar la velocidad del motor. Si se trata de reducir la Velocidad normal sujetando elbrazo en un contacto intermedio, es probable que se queme el resistor de arranque.

La caja de arranque de tres terminales no esta hecha para usarse cuando se desean obtener velocidadessuperiores a la normal usando un reÃ³stato de campo, porque al reducirse la corriente de campo puede soltarsela manivela y desconectar el motor. Para el control del campo, se usa una instalaciÃ³n ligeramente diferente,

que se llama caja de arranque de cuatro terminales.

ReÃ³stato de Arranque Manual de Cuatro Terminales•

Los reÃ³statos de cuatro terminales para el arranque manual tienen dos funciones:

Acelerar un motor a la velocidad de rÃ©gimen en una direcciÃ³n de rotaciÃ³n.•Limitar la onda de la corriente de arranque de la armadura a un valor seguro.•

Sin embargo, este reÃ³stato de arranque puede usarse en combinaciÃ³n con un reÃ³stato del campo, usando elcontrol del campo para obtener velocidades superiores a la normal.

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(figura 3) ConexiÃ³n de un ReÃ³stato de Arranque de Cuatro Terminales

NÃ³tese que la bobina sujetadora no esta conectada en serie con el campo en paralelo, como lo esta en la cajade arranque de tres terminales. En este arranque de cuatro terminales la bobina sujetadora, en serie con unresistor, esta conectada directamente a la fuente de voltaje. La corriente de la bobina sujetadora esindependiente de la del campo, pero tambiÃ©n sirve para soltar la manivela cuando falta el voltaje. Si elvoltaje de la lÃ−nea baja, la atracciÃ³n de la bobina sujetadora disminuye, y un resorte devuelve el brazomÃ³vil a la posiciÃ³n de “desconectado”.

Los motores se arrancan en la misma forma con los arrancadores de cuatro terminales que con los de tres.Cuando se desee obtener velocidades superiores a la normal se ajusta el reÃ³stato del campo conectado enserie con el campo en paralelo.

Cuando se va a parar el motor, se suprime toda la resistencia en el reÃ³stato del campo, para que la velocidaddel motor vuelva a la normal; luego se abre el interruptor de la lÃ−nea. Con este procedimiento se tiene laseguridad de que, a la siguiente vez que el motor se arranque, contara con un campo fuerte que, a su vez,producirÃ¡ un fuerte par de arranque.

Control Manual de Velocidad

Frecuentemente es necesario variar la velocidad de los motores de C.C., las velocidades superiores a la normal

se obtienen intercalando una resistencia en el campo en paralelo, mientras que las inferiores pueden obtenerseaumentando la resistencia al circuito de la armadura.

Los controles manuales de la velocidad se pueden definir, como aparatos para acelerar un motor hasta suvelocidad normal, con la funciÃ³n adicional de variar la velocidad. No deben confundirse los controlesmanuales de velocidad con los reÃ³statos manuales de arranque que, simplemente, aceleran el motor hasta quealcanza su velocidad normal.

Controlador de Velocidades Superiores a la Normal•

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Este aparato de control combina las funciones de reÃ³stato de arranque y de campo. La resistencia dearranque se usa en el circuito de la armadura solamente durante el periodo de arranque, limitando la corrientede la armadura mientras el motor se acelera hasta la velocidad normal. El circuito del control del campo esefectivo solamente despuÃ©s que el motor ha alcanzado su velocidad normal, despuÃ©s de lo cual laintercalaciÃ³n de una resistencia debilita el campo, produciendo una velocidad mayor. El aparato de controlseÃ±alado tiene tres funciones:

Acelerar el motor hasta la velocidad de rÃ©gimen, reduciendo la resistencia en el circuito de la

armadura.

•

Limitar la onda de la corriente en el circuito de la armadura de un valor seguro.•Obtener el control en las velocidades superiores a la normal variando la resistencia en serie con elcampo en paralelo.

•

Las dos hileras de contactos se montan en un tablero. La hilera superior de pequeÃ±os botones de contactoconecta a las derivaciones de un resistor, que es el reÃ³stato del campo. La hilera inferior de contactosmayores conecta con las derivaciones de un resistor en serie con la armadura. El brazo de control K haceconexiÃ³n con ambos grupos de contactos.

En la posiciÃ³n de “arranque”, el brazo sirve de desviaciÃ³n del reÃ³stato del campo de manera que se aplica

el voltaje completo de la lÃ−nea al campo en paralelo. Cuando se mueve el brazo K en el sentido de lasmanecillas del reloj, diminuye la resistencia de arranque conforme el motor se acelera. Cuando el brazo K seaproxima a la posiciÃ³n de funcionamiento normal, el pasador C empuja al brazo B en el sentido contrario delas manecillas del reloj, hasta quedar sujeto por la bobina sujetadora. Para entonces, el motor debe haberalcanzado su velocidad normal.

(figura 4) Aparato de control superiores a la normal (en posiciÃ³n de arranque)

En el croquis anterior, nÃ³tese que el brazo B se ha quitado del circuito del campo, de manera que ya no poneen corto circuito al reÃ³stato del campo. En vez de hacer eso, el brazo B ahora pasa la resistencia de arranque,proporcionando un camino directo de la lÃ−nea de abastecimiento a la armadura.

Si es necesario aumentar la velocidad del motor a algÃºn valor superior al normal, se mueve el brazo K ensentido contrario al de las manecillas del reloj. Esto no afecta ahora la corriente de la armadura, pero siintercala resistencia en el circuito del campo en paralelo. La velocidad del motor aumenta ahora. El brazo Kpuede dejarse en cualquier posiciÃ³n intermedia para obtener la deseada velocidad superior a la normal.

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(figura 5) Control para la Velocidad Superior a la Normal

Cuando se abre el interruptor de la lÃ−nea, la bobina sujetadora suelta el brazo B que, por un resorte, vuelve asu posiciÃ³n original de “arranque”. Se suelta ahora el pasador C y permite que el brazo K por el empuje deun resorte vuelva a la posiciÃ³n de desconectado.

Este tipo de arranque es generalmente usado para el control de motores Compound.

ReÃ³statos para el Arranque Manual de los Motores en Serie

Los motores en serie requieren un tipo especial de reÃ³stato para el arranque manual. Estos reÃ³statos dearranque son los mismos usados en los motores en paralelo y loa Compound. Sin embargo, los sistemas dearranque del motor en serie tienen diferentes conexiones internas y externas.

Hay dos tipos de arrancadores para los motores en serie. Un tipo tiene protecciÃ³n para la falta de voltaje y elotro tiene protecciÃ³n para la falta de carga.

- Sistema de protecciÃ³n para la falta de voltaje, la bobina sujetadora se conecta directamente a la fuente.

Este arrancador se usa para acelerar el motor hasta su velocidad normal. En el caso de que falle el voltaje, labobina sujetadora no funcionara como electroimÃ¡n. El resorte devolverÃ¡ rÃ¡pidamente el brazo a laposiciÃ³n de desconexiÃ³n. Lo que protege al motor de los daÃ±os que podrÃ−a causar el bajo voltaje.

- Sistema de protecciÃ³n para el caso de un funcionamiento sin carga.

La bobina sujetadora esta en serie con la armadura. Por lo grande de la corriente que circula en el circuito dela armadura, la bobina sujetadora solo consta de unas cuantas vueltas de alambre grueso. El brazo se muevelentamente desde la posiciÃ³n de desconectado a la posiciÃ³n de funcionamiento, deteniÃ©ndose en cadabotÃ³n de contacto durante un periodo de uno o dos segundos. El brazo se sostiene contra el empuje delresorte por medio de la bobina sujetadora, conectada en serie con la armadura. Si la corriente que llega almotor baja de un valor determinado, la bobina sujetadora se debilitara y el resorte empujara el brazo a laposiciÃ³n de desconectado. Este es un detalle de protecciÃ³n importante. Se recordara que un motor en seriepuede adquirir una peligrosa alta velocidad cuando las cargas son ligeras. Por tanto, si la corriente en el motorbaja tanto que la celeridad se convierte en peligrosa, la bobina sujetadora soltara el brazo a la posiciÃ³n dedesconectado.

De esta manera se han mostrado maneras de cÃ³mo evitar daÃ±os al motor.

Conmutadores de Cilindro

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Los motores en serie y Compound se utilizan con frecuencia en grÃºas, elevadores, en herramientasmecÃ¡nicas y en otras aplicaciones, en las que el motor queda bajo el control directo de un operador. En estasaplicaciones puede ser necesario hacer arranques frecuentes, variaciones de velocidad, paradas e invertir elsentido de rotaciÃ³n. Para estos casos se usan conmutadores de cilindro, que son mÃ¡s robustos que losreÃ³statos de arranque.

Dentro de la cubierta metÃ¡lica lleva una serie de contactos montados en un cilindro mÃ³vil. Estos contactosestÃ¡n aislados del cilindro y entre sÃ− y son los contactos mÃ³viles. Lleva otra serie de contactos, colocados

dentro del conmutador, que se llaman contactos estacionarios. Estos contactos estacionarios estÃ¡n dispuestosde manera que hacen contacto con los contactos mÃ³viles cuando gira el cilindro. En la parte superior delconmutador de cilindro va una manivela acoplada al eje del cilindro mÃ³vil y de los contactos. Esta manivelapuede moverse en una y otra direcciÃ³n controlando la velocidad cuando gira el motor en un sentido o enotro. Una vez ajustado, un dispositivo de rodillo y rueda dentada mantienen fijos al cilindro y los contactosmÃ³viles, hasta que el operador hace girar la manivela.

Un conmutador de cilindro dos pasos de resistencias. Para operar hacia delante, el grupo de contactos de laderecha hace contactos con los estacionarios del centro. Para operar en la direcciÃ³n inversa, los contactosmÃ³viles de la izquierda tocan a los estacionarios del centro.

(Figura 6) Diagrama de Conectado a un motor Compound

Se notara que hay tres posiciones para adelante y tres de reversa en las que puede ponerse la manivela. En laprimera hacia delante toda la resistencia queda en serie con la armadura. Siguiendo la primera posiciÃ³n haciadelante:

Las escobillas mÃ³viles a, b, c y d tocan los contactos estacionarios 7, 5, 4 y 3.•El recorrido de la corriente es de 7 hacia a, de a hacia b, de b hacia 5, y luego a la terminal de laarmadura A1.

•

DespuÃ©s de pasar por el devanado de la armadura a la terminal A2 el recorrido de la corriente es alcontacto estacionario 6, y luego al contacto estacionario 4.

•

Del contacto 4 la ruta de la corriente es al contacto c, a d, luego a 3.•

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Luego la ruta sigue a travÃ©s de todo el resistor de la armadura, a travÃ©s del campo en serie, ydespuÃ©s regresa a la lÃ−nea.

•

En la segunda posiciÃ³n, parte de la resistencia se reduce por la conexiÃ³n de d hacia e. En la terceraposiciÃ³n hacia delante se deja de lado toda la resistencia y queda el circuito de la armadura conectadodirectamente a la fuente de voltaje.

En la primera posiciÃ³n en reversa se intercala de nuevo toda la resistencia en serie con la armadura. Un

estudio de este circuito demostrara que se invierte la corriente en el circuito de la armadura. Sin embargo, elsentido de la corriente en los campos en paralelo y en serie es la misma que cuando la rotaciÃ³n es haciadelante. Ya se demostrÃ³ antes que, cambiando la direcciÃ³n de la corriente solo en la armadura se produceun cambio de rotaciÃ³n.

En la segunda posiciÃ³n, parte de la resistencia del circuito se corta. La tercera posiciÃ³n de reversa quita todala resistencia y conecta directamente el circuito de la armadura al voltaje en la lÃ−nea. Pueden obtenersecontroladores de cilindro mas elaborados, con mas posiciones para mayor control de la velocidad. Sinembargo, todos ellos prÃ¡cticamente usan esta misma forma de circuito.

Control AutomÃ¡tico de los Motores

En los sistemas actuales industriales, cada maquina individual esta operada por su propio motor, y cada vezaumentan mas el uso de botones para arrancar y parar. Es conveniente el uso de equipos de arranque y decontrol automÃ¡ticos, operados por botones por la ventaja de reducir el daÃ±o producido por equivocacioneshumanas. Muchos de estos sistemas automÃ¡ticos controlan motores de C.C. que se usan por la ampliavariaciÃ³n de velocidades y por sus excelentes caracterÃ−sticas en el par motor.

Se usan dos tipos de diagrama en los circuitos de los sistemas automÃ¡ticos de control: los diagramasesquemÃ¡ticos y los diagramas pictÃ³ricos. En los diagramas esquemÃ¡ticos se usan sÃ−mbolos en vez degrabados del equipo, que indican con la mayor claridad posible como se conectan en el circuito las piezasseparadas del equipo. Los diagramas esquemÃ¡ticos se usan en el estudio de los esquemas de control y de lassecuencia de las operaciones de los aparatos elÃ©ctricos. Los diagramas pictÃ³ricos muestran las partesreales del aparato de control en su posiciÃ³n normal en el tablero, con cada alambre dibujado en su posiciÃ³ncorrecta real. TambiÃ©n aparecen las conexiones externas del aparato de control al motor. Los instaladoresde alambrado usan este tipo de diagrama al hacer las conexiones en el tablero de control. El diagramapictÃ³rico es confuso y difÃ−cil de usar para estudiar la operaciÃ³n del aparato de control; por tanto, es elesquemÃ¡tico el que se usan para aprender la secuencia de las operaciones y tambiÃ©n como auxiliar paralocalizar las averÃ−as en el aparato de control. Se usan los sÃ−mbolos para las bobinas de los relevadores,contactares, unidades de botones de presiÃ³n, aparatos para sobrecargas y otros componentes.

Los contactores operados por relevadores son una parte importante de cualquier sistema de controlautomÃ¡tico de motores. Un contactor es un interruptor que se cierra o se abre con la atracciÃ³n magnÃ©ticade la bobina del relevador excitado. La bobina del relevador conectada en serie en el circuito se representan

normalmente con una lÃ−nea gruesa. Si la bobina del relevador esta conectada en paralelo, se usa unsÃ−mbolo dibujado con lÃ−neas delgadas. A los contactores que quedan abiertos cuando la bobina no estaexcitada se les llama “normalmente abiertos”(N.A.)y se indican con dos lÃ−neas cortas paralelas. Loscontactores normalmente cerrados (N.C.), que estÃ¡n cerrados cuando la bobina no esta excitada, serepresentan con una lÃ−nea inclinada que se dibuja atravesando a las lÃ−neas paralelas.

Cuando los contactores interrumpen una corriente grande, se forma un arco muy fuerte que puede quemar lasuperficie del contactor. Para reducir su quemadura se usa “un soplete electromagnÃ©tico” en serie con loscontactores, que apaga el arco electromagnÃ©tico.

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Los botones de presiÃ³n son, en realidad, interruptores controlados por resortes. Haciendo presiÃ³n en unbotÃ³n de arranque “normalmente abierto” se cierran los contactos del interruptor, y cuando se suelta elbotÃ³n, el resorte abre el interruptor. El interruptor de “parar” es un interruptor normalmente cerrado; al hacerpresiÃ³n con el dedo se abren los contactos, que se cierran cuando se dejan de apretar.

Estos botones de presiÃ³n se usan generalmente en combinaciones con una bobina de relevador. Estediagrama representa parte de un circuito elemental de control.

Cuando se aprieta el botÃ³n de “arranque”, cerrando los contactos 2-3, y a travÃ©s de la bobina del relevadorpara abastecer la lÃ−nea L2. La corriente en la bobina M del relevador hace contacto en M haciendo que semantenga cerrada, de manera que cuando se suelta el botÃ³n de arranque, abriendo los contactos 2-3, quedatodavÃ−a un circuito a travÃ©s del botÃ³n 1-2, a travÃ©s de los contactos M, y a travÃ©s de la bobina M, aL2. La presiÃ³n momentÃ¡nea en el botÃ³n de “arranque” excita la bobina del relevador, y los contactos decierre M conservan excitada la bobina. En los circuitos de control, la bobina M tambiÃ©n cierra los otroscontactores, asÃ− como el contacto de cierre.

(Figura 7) Circuito de Control para Parar y para Arrancar y Circuito de Cierre.

Cuando se aprieta momentÃ¡neamente el botÃ³n de “parar”, el circuito se corta, la bobina M pierde su

atracciÃ³n magnÃ©tica, los contactos M se abren, y al soltar el botÃ³n de “parar”, cerrando 1-2, no serestablece el circuito. El contacto M y el botÃ³n de arranque estÃ¡n abiertos, de manera que no puedenexcitarse la bobina M hasta que se cierra otra vez, con el botÃ³n de “arranque”, el circuito 2-3.

El Aparato de Control de Fuerza Contra Electromotriz para Motor

Este es un mÃ©todo comÃºnmente usado para la aceleraciÃ³n automÃ¡tica de un motor de corrientecontinua. Para operar este aparato de control, se cierra primero el interruptor de la lÃ−nea. Cuando se oprimeel botÃ³n de “arranque”, se excita la bobina relevadora M. Este circuito de control permanece excitado,debido a la uniÃ³n de los contactos de cierre.

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Cuando se excita la bobina M en circuito de control, esta cierra tambiÃ©n un par de contactores gruesos en elcircuito de fuerza. Al cerrar estos contactos se forma un circuito que va de la lÃ−nea 1 a travÃ©s deldispositivo de sobrecarga, a travÃ©s de los contactores M, a travÃ©s del resistor limitador de corriente enserie con la armadura, y a travÃ©s de los devanados de la armadura al otro lado de la lÃ−nea. El campo enparalelo esta conectado directamente al voltaje completo de la lÃ−nea para asegurar el mÃ¡ximo par dearranque.

Al instante en que se excita el circuito del motor, la fuerza contra electromotriz es cero y prÃ¡cticamente todo

el voltaje de la lÃ−nea se consume en el resistor limitador de la corriente en serie con la armadura. Alacelerarse la armadura, la f.c.e.m. aumenta en proporciÃ³n a la velocidad. Al aumentar la f.c.e.m. aumenta laparte de voltaje en las terminales de la armadura y tambiÃ©n en la bobina del “relevador acelerador” A, queesta en paralelo con las terminales de la armadura. La bobina relevadora A esta calibrada para que cierre suscontactores cuando se ha aplicado aproximadamente el 80% del voltaje nominal de la lÃ−nea a la bobina.Cuando el voltaje en las terminales de la armadura llega a este valor predeterminado ( del 80% del voltaje dela lÃ−nea), la bobina cierra los contactores que ponen en derivaciÃ³n al resistor en serie con la armadura.Ahora la armadura esta conectada directamente al voltaje de la lÃ−nea y el motor se acelera hasta alcanzar suvelocidad de rÃ©gimen.

Oprimiendo el botÃ³n de “parar” se corta el circuito de control y abren ambos grupos de contactores M,

desconectando al motor de la lÃ−nea. Al disminuir la velocidad de la armadura, la bobina ya no puedemantener cerrados sus contactores. Con los contactores abiertos, el resistor limitador de corriente queda otravez en serie con la armadura. Quedando ahora listo el motor, otra vez, para arrancarlo.

La protecciÃ³n para el arranque en este aparato de control automÃ¡tico de C.C., consiste en fusibles ocortacircuitos calibrados a 150% de la corriente de carga completa del motor. La protecciÃ³n para lassobrecargas las proporcionan la unidad calentadora de sobrecarga, que cuando se recalienta hace que una tirabimetalica abra el contactor en el circuito de control. Esta unidad calentadora esta calibrada a 125% de lacorriente de rÃ©gimen del motor a plena carga.

Si el motor trabaja con sobrecarga durante 45 o 60 segundos, la hace funcionar. La onda de variaciÃ³n de lacorriente del arranque no dura lo suficiente (3 o 4 segundos) para calentar el elemento tÃ©rmico lo suficientepara abrir sus contactores.

Arranque Manual con vuelta al reposo por ExcitaciÃ³n•

La figura 8 representa las partes principales de un dispositivo de arranque con vuelta al reposo por excitaciÃ³nnula para un motor en derivaciÃ³n o compuesto.

Cuando la manivela conductora B se mueve en el sentido del reloj hasta el primer contacto, por medio de unmango aislante no representado, las bobinas de excitaciÃ³n reciben la corriente mÃ¡xima, mientras que elinducido y todas las resistencias de arranque quedan en serie con los conductores de la red. Cuando sedesplazan gradualmente la manivela hasta el contacto final, se suprime la resistencia de arranque del circuito

del inducido en seis pasos, pero la corriente If en las bobinas de excitaciÃ³n permanece prÃ¡cticamenteinvariable, ya que la resistencia de arranque Rs es pequeÃ±a comparada con la resistencia Rf de dichabobinas.

No ha de moverse demasiado rÃ¡pidamente la manivela de arranque, pues de lo contrario, la resistencia dearranque quedara suprimida antes que la velocidad ( y, por lo tanto, la fuerza contraelectromotriz )haya tenidotiempo de aumentar y, con ello, de limitar la corriente. Sin embargo, no ha de dejarse la manivela sobre unode los contactos intermedios porque, para que sea bajo el coste de la resistencia de arranque, se hacepequeÃ±a y no puede transportar la corriente de plena carga, durante mas de quince segundos, sin uncalentamiento perjudicial.

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Si se interrumpe accidentalmente el circuito de excitaciÃ³n del motor, se desexcita el imÃ¡n soporte M y lamanivela de arranque B chocara con el tope de goma a causa del resorte S, abriÃ©ndose el circuito delinducido. Si se desconecta el generador, el motor comenzara a pararse lentamente. La corriente de excitaciÃ³nserÃ¡ ahora proporcionada por la Eg del motor y, por lo tanto, es proporcional a la velocidad.Aproximadamente, a la mitad de la velocidad el imÃ¡n M serÃ¡ lo suficientemente dÃ©bil para liberar lamanivela B. Es esencial que dicha manivela vuelva automÃ¡ticamente a la posiciÃ³n de abierta siempre quese interrumpa el suministro de energÃ−a, ya que de otro modo no abrÃ−a resistencia de arranque en serie conel inducido cuando se conectase de nuevo el generador. La corriente de arranque seria entonces de veinte

veces aproximadamente la corriente a plena carga, lo que inevitablemente expondrÃ−a el equipo a desgaste yrotura innecesarias.

(Figura 8)

Arranque manual con Vuelta al Reposo por TensiÃ³n Nula•

Cuando se ha de regular la velocidad de un motor en derivaciÃ³n dentro de un margen amplio mediante laregulaciÃ³n de la excitaciÃ³n, llega ha ser prÃ¡cticamente imposible diseÃ±ar el imÃ¡n M de la figura 8. Paraconseguir un funcionamiento satisfactorio en todo el margen de la corriente de excitaciÃ³n. Por lo tanto, se

conecta directamente a la red el imÃ¡n M, en serie con una resistencia R, segÃºn se representa en la figura 9.Esto proporciona una protecciÃ³n contra la interrupciÃ³n del suministro de energÃ−a, pero no contra lainterrupciÃ³n accidental del circuito de excitaciÃ³n. Sin embargo, una interrupciÃ³n de esta clase esextremadamente rara si el motor se ha instalado de manera adecuada.

(Figura 9)

Dispositivos de Arranque con RegulaciÃ³n de Velocidad para Motores en DerivaciÃ³n y Compuesto

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Existen dispositivos de arranque en los cuales el equipo de regulaciÃ³n de velocidad esta asociado al depuesta en marcha formado una solo unidad de control. El dispositivo mostrado en la figura 10 proporcionaregulaciÃ³n de velocidad por resistencia de excitaciÃ³n y de inducido. Se diferencia del dispositivo dearranque sencillo de la figura 9 en los dos puntos siguientes:

1..Su elemento de resistencia de inducido deberÃ¡ ser capaz de transportar continuamente la corriente a plenacarga del motor y, por lo tanto deberÃ¡ tener una superficie de refrigeraciÃ³n mayor.

2..El equipo de tensiÃ³n nula deberÃ¡ modificar para que la manivela pueda permanecer en posicionesintermedias comprendidas entre las de “parada ” y de “toda velocidad ”.

Esta ultima modificaciÃ³n se consigue por medio de la rueda de trinquete W, que es movida en el sentido delas agujas de un reloj por la manivela B, y en sentido contrario por un resorte en espiral (no representado).Mientras estas excitado el disyuntor de tensiÃ³n nula M, la rueda de trinquete no puede girar en sentidocontrario a las agujas del reloj, por impedirlo la palanca H, y por ello no puede llevar la manivela B a la deparada. Sin embargo, si cae la tensiÃ³n de la lÃ−nea, se desexcita el disyuntor M, y un resorte empuja lapalanca H hacia la derecha, permitiendo que la rueda de trinque vuelva a la posiciÃ³n, arrastrando a lamanivela B.

El cable de conexiÃ³n que une el primer contacto del inducido con Ã©l ultimo contacto de excitaciÃ³n notransporta normalmente corriente. Su objeto es proteger contra la posibilidad que el circuito de excitaciÃ³nquede abierto por un contacto deficiente en la manivela y los contactos de excitaciÃ³n.

No es conveniente parar un motor llevando la manivela a la posiciÃ³n de parada, ya que en este caso lamanivela debe interrumpir la corriente del inducido, lo que produce la quemadura del primer contacto. Debeinstalarse un interruptor de lÃ−nea y utilizarlo para abrir el circuito que llega al motor. Entonces el dispositivode arranque volverÃ¡ automÃ¡ticamente a la posiciÃ³n de parada.

El tipo de contacto deslizante del dispositivo de arranque esta expuesto a ocasionar perturbaciones, porque seproduzca arco entre los contactos cuando se utilizan para motores de potencia superior a 30cv y115v, o 50cv y230 a 500v. Para motores mayores han de utilizarse interruptores como los de la 16-12. En muchos casos losinterruptores son de tipo de contacto y el control se hace automÃ¡ticamente.

(Figura 10)

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Combinadores de Tambor

Los combinadores de tambor son especialmente adecuados para motores de velocidad regulable, que tienenque arrancar, detenerse y cambiar de velocidad con frecuencia, porque las distintas operaciones deconmutaciÃ³n se realizan fÃ¡cilmente mediante el movimiento de una sola manivela, teniendo lugar en elorden adecuado. En las figuras 11 se representa un tipo sencillo de Combinador de tambor. Consiste en uncilindro metÃ¡lico o tambor A, aislado del eje central, al cual esta acoplada la manivela de accionamiento, B.Los segmentos de contacto, de cobre, a,b,c,d y e, que tienen forma de arcos de circulo, estÃ¡n sujetos a este

tambor. Estos segmentos de cobres tienen solamente contacto elÃ©ctricos con el tambor y con nada mÃ¡s.Las tomas de la resistencia de regulaciÃ³n del inducido se conectan a las lengÃ¼etas fijas o escobillas, f, g, h j y k, que estÃ¡n aisladas entre sÃ− y del soporte fijo sobre el cual estÃ¡n montadas. El tambor llevatambiÃ©n una escobilla de contacto, m, que desliza sobre los contactos fijos del reÃ³stato de campo, montadosobre el disco C fijo. Esta escobilla no esta aislada del tambor y, por, lo tanto, esta en contacto elÃ©ctrico contodos los segmentos de cobre.

La acciÃ³n de un Combinador de este tipo se puede comprender fÃ¡cilmente con la figura 11, que representaun tambor de Combinador desarrollado sobre un plano. Las lÃ−neas de punto y raya verticales numeradas de1 a 13 indican las posiciones sucesivas del tambor cuando gira.

(Figura 11)

Combinador para motores serie

Los motores series se utilizan mucho para grÃºas, montacargas y excavadoras elÃ©ctrica; los combinadoresempleados en ellos deben estar dispuestos para invertir el sentido de giro al hacerlo las conexiones de lasbobinas de excitaciÃ³n o del arrollamiento del inducido. Los combinadores de tambor se usan frecuentementepara esta clase de servicios, asÃ− como combinadores planos. Un Combinador plano tiene sus contactos fijosdispuestos en uno o dos cÃ−rculos, en un mismo plano, disponiendo de dos a cuatro brazos, que giran

simultÃ¡neamente pero independientemente elÃ©ctricamente.

Dispositivo automÃ¡ticos de arranque

La tendencia en el funcionamiento de la maquina elÃ©ctrica es construir los dispositivos de puesta en marchay combinadores de modo que funcionen automÃ¡ticamente. Esto no solo protege la maquina de averÃ−as porfalta de cuidado o impericia de los operarios, sino que proporciona tambiÃ©n un control mas uniforme yrÃ¡pido.

El numero de variaciones y modificaciones de los distintos tipos de control automÃ¡tico o semiautomÃ¡ticoes muy grande y aumenta rÃ¡pidamente. Es fÃ¡cil suponer que no excite ninguna seriÃ© de operaciones, por

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complicadas que sean, que no puedan realizarse por un Combinador elÃ©ctrico automÃ¡tico, con tal que elcoste no sea prohibitivo. Muchas subcentrales elÃ©ctricas modernas son completamente automÃ¡ticas. UnCombinador de tambor principal, con relÃ©s asociados, pone en marcha la maquina es necesario, la regula yla detiene de nuevo, sin intervenciÃ³n de nadie, y, si algo marcha mal, para la instalaciÃ³n y envÃ−a unmensaje pidiendo ayuda a la oficina central.

No hay limite prÃ¡cticamente para el numero de operaciones de conmutaciÃ³n que es posible realizarmediante una vuelta de un solo Combinador de tambor, puesto que cave aumentar su longitud y su diÃ¡metro

para ofrecer espacios a cuantos contactos se desee.

Se expondrÃ¡ dos tipos de dispositivos automÃ¡ticos de arranque para motores de corriente continua;

1.-El Combinador magnÃ©tico de corriente continua con regulaciÃ³n de tiempo definida.

2.-El Combinador con regulaciÃ³n de tiempo determinada por el valor de la corriente en el inducido.

Ambos tipos de combinadores suprimen gradualmente la resistencia de arranque cerrando interruptores, comose indica en la figura 12. Primero se sierra el interruptor A, y despuÃ©s los B, C y D, con un intervalo detiempo adecuado entre cierres sucesivos.

(Figura 12)

Combinador MagnÃ©tico con RegulaciÃ³n definida de Tiempo

En la figura 13 esta representado un Combinador principal caracterÃ−stico con regulaciÃ³n definida detiempo. Cuando se excita el solenoide S por el cierre del interruptor de botÃ³n P, ejerce una atracciÃ³n sobreel balancÃ−n M, que llevan los cuatros interruptores de contacto A,B,C y D. El balancÃ−n se mueve haciaadelante

Con una velocidad definida, que queda fijada por el mecanismo de relojerÃ−a Q, al cual esta engranado el ejeN del balancÃ−n. Los espacios que quedan entre los contactos de los interruptores A,B,C y D aumentanprogresivamente de A a D. Cuando el balancÃ−n se mueve hacia adelante, cierra primero el interruptor A,pero su movimiento no se detiene, porque los interruptores solo quedan mantenidos contra el balancÃ−n porlos resortes en espiral g, que comienzan a comprimirse tan pronto hace contacto los interruptores.

AsÃ−, pues, este Combinador principal se reduce a un mecanismo que cierra sucesivamente cuatrosinterruptores con un intervalo definido de tiempo entre dos cierres consecutivos. Este intervalo de tiempopuede graduarse, entre limites suficientemente amplios, variando el periodo del pÃ©ndulo en el mecanismode escape Q.

Para abrir los interruptores se interrumpe el circuito del solenoide y el balancÃ−n es impulsado hacia atrÃ¡spor la acciÃ³n de un resorte que quedo comprimido cuando el balancÃ−n fue atraÃ−do hacia adelante.

Para arrancar el motor se cierra el interruptor K (Fig. 14 ) y se aprieta el pulsador de arranque. Esto completael circuito del solenoide S, que cierra un tras otro los contactores A,B,C y D del Combinador, suprimiendoasÃ− gradualmente la resistencia de arranque. Cuando se eleva el balancÃ−n M, acciona el interruptor

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auxiliar Y, que cortocircuita el pulsador de arranque, de modo que al dejar de oprimir este botÃ³n no seinterrumpe la corriente en el solenoide S, al mismo tiempo se intercala una resistencia en serie con dichosolenoide para reducir la corriente que circula por el al mÃ−nimo preciso, economizando energÃ−a. Lacorriente necesaria para mantener serrado el interruptor principal es considerablemente menor que larequerida para cerrarlo.

El relÃ© tÃ©rmico constituye una protecciÃ³n contra sobrecarga, ya que interrumpe la corriente en elsolenoide S cuando se calienta demasiado. Para detener el motor se aprieta el botÃ³n de parada. Este

interrumpe la corriente del solenoide S y el Combinador principal se abre rÃ¡pidamente.

Las conexiones indicadas en la figura 14 se utilizan para motores hasta de 10cv a 110v y hasta 20cv a220v.Las corrientes mÃ¡s intensas de motores mayores no pueden manejarse mediante los contactos delCombinador principal. Se dispone entonces interruptores de contacto independientes y, el Combinadorprincipal abre y cierra sus circuitos de accionamiento como se indica en la figura 15. Parra arrancar el motor,se cierra el interruptor K y se oprime el pulsador de arranque. Esto complementa a la vez los circuitos de lossolenoides del interruptor de contactos L de la lÃ−nea y de Combinador principal S. El interruptor L de lalÃ−nea se cierra inmediatamente, arrancando de este modo el motor con toda la resistencia de arranque enserie. DespuÃ©s de un intervalo de tiempo adecuado, el contacto a del Combinador principal se cierra,completando el circuito del solenoide de accionamiento del contacto A, que cierra y cortocircuita una parte de

la resistencia de arranque. Los contactos B y C se cierran al mismo tiempo, suprimiendo asÃ− toda laresistencia de arranque.

Para detener el motor se aprieta el pulsador de parada, interrumpiendo asÃ− las corrientes que accionan elinterruptor de contactos L de la lÃ−nea y el Combinador principal S. Estos interruptores, que fueron cerradosvenciendo la acciÃ³n de resortes, se abren, por tanto, rÃ¡pidamente, seguidos de los contactos C,B y A,cuando quedan interrumpidas sus corrientes de retenciÃ³n. Con este tipo de Combinador no hay limite para eltamaÃ±o de motor que puede ponerse en marcha sirviÃ©ndose de el.

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(Figura 13) (Figura 14)

(Figura 15)

Combinador magnÃ©tico de fuerza contraelectromotriz

El Combinador magnÃ©tico con regulaciÃ³n definida de tiempo no es muy apropiado para el arranque demotores en los que el par de arranque que se precisa varia dentro de amplios limites. Cuando al arrancar, lacarga es anormalmente grande, se precisa mas tiempo para conseguir la aceleraciÃ³n entre pasos. Para obtenerlas curvas ideales de corriente cada Combinador debe esperar hasta que la corriente ha caÃ−do a 1,25 veces lacorriente a plena carga, antes de suprimir la secciÃ³n siguiente de la resistencia del inducido. Cuando el motoraumenta su velocidad su fuerza contraelectromotriz Eg aumenta y reduce la corriente del inducido, y paracada valor de la corriente del inducido hay una fuerza contraelectromotriz determinada y Ãºnica. El aumentode la fuerza contraelectromotriz se puede utilizar para disparar los dispositivos de contacto en vez de

disminuir la corriente. En la practica se utilizan los dos mÃ©todos.

La figura 16 representa el diagrama de conexiones de un Combinador magnÃ©tico de fuerzacontraelectromotriz para un motor grande en derivaciÃ³n o compuesto. Para poner en marcha el motor secierra el interruptor de red S y se pulsa el botÃ³n “arranque”. Este cierra el circuito a travÃ©s delarrollamiento del rele M, que cierra sus tres contactos M1, M2 y M3, arrancando el motor con R1,R2 y R3 enserie con el arrollamiento del inducido. Cuando la fuerza contraelectromotriz del motor alcanza el 50% de latensiÃ³n de la red, la tensiÃ³n en la bobina A es lo suficientemente grande para que funcione, cerrando elcontacto A y cortocircuitando a R1. Cuando la fuerza contra electromotriz alcanza el 75% de la tensiÃ³n de lared, se actÃºa la bobina B, cerrando el contacto B1 y abriendo el B2. Al cerrar B1, obliga al contacto numero

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2 a cortocircuitar a R1 y R2. Al abrir B2, se desexcita la bobina A, permitiendo que se abra el contactonumero 1. Cuando la fuerza contraelectromotriz alcanza el 87,5% de la tensiÃ³n de la red, se acciona labobina C, cerrando el contacto C1 y abriendo el C2. Esto completa el funcionamiento del arranque. Lasbobinas M y C permanecen excitadas mientras el motor gira. El contacto M2 no se precisa para el arranque,pero es Ãºtil para la parada, porque si se suprime es necesario mantener el botÃ³n de parada apretado encuanto el motor se halle por debajo del 50%, de la velocidad, ya que de otro modo la fuerzacontraelectromotriz del motor puede accionar a la bobina M y poner en marcha el motor de nuevo. El contactoM3 asegura que R1, R2 y R3 se introduce en el circuito tan pronto como se aprieta el botÃ³n de parada, de

manera que si el operador intenta arrancar de nuevo el motor antes de que su velocidad haya descendido pordebajo del 50% no se conectara a la red con la resistencia de arranque suprimida.

(Figura 16)

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Control de Maquinas de Corriente Continua

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