CIRCUITOS DE CONTROL Y REL DE SOBRECARGA EN MOTORES ELECTRICOSG. J. Hernndez, M. D. Celis, J.J. Snchez,Universidad del AtlnticoDepartamento de Ingeniera Mecnica

Fecha de entrega: Junio 3 de 2015

Resumen

Los aspectos que prevalecen o se usan con mayor frecuencia en la seleccin de un motor trifsico de induccin y otros aspectos que se deben analizar para el cuidado correspondiente y que no se consideran para prevenir las fallas de estos equipos. Que son aspectos para la seguridad mnima de motores elctricos. Estos son de mayor importancia a considerar en una adecuada seleccin de motores para prevenir las fallas, as como las repercusiones que puede tener tanto en la operacin del equipo, como en la cantidad, frecuencia y tipo de falla de los motores trifsicos de induccin.

1. INTRODUCCINLa conversin de energa elctrica en mecnica se logra a partir de la utilizacin de un motor de tipo elctrico, el cual lleva a cabo este proceso mediante el manejo de una flecha. Ese componente (flecha) se encuentra acoplado mediante levas, engranes, cigeal, y dems componentes los cuales forman sistemas de transmisin, los cuales llevan a cabo la conversin energtica. Es notorio que cada motor tiene una eficiencia determinada, y su incremento representa un rediseo de sus componentes y mejoras en las partes que lo componen.

Imagen 1. Elementos del circuito de control y potencia, interruptor, freno magntico, contactor.

Los motores elctricos de gama alta comnmente son trifsicos. Esto implica un mejor rendimiento elctrico pero a su vez representa un riesgo en caso de una mala utilizacin del equipo, por lo que puede conllevar a daar el equipo. Es por ello que se tiene la necesidad de disear mecanismos que puedan protegerlos. Los ms utilizados son los fusibles, los supervisores electrnicos, los reles electrnicos y trmicos de sobrecarga diseados especialmente para los motores elctricos trifsicos. La ventaja de usar los rels, ya sea trmicos o electrnicos, permiten poder cerrar circuitos elctricos sin la intervencin humana. A continuacin se explicara el funcionamiento de un rel trmico del tipo bimetlico, ya que fue el disponible en casa.

2. FUNDAMENTOS TEORICOSLos objetivos planteados para este proyecto son: Conocer las partes de un sistema de control, elctrico, Recopilacin de informacin para poder establecer que tipo de rel se est utilizando, La manera en que funcionan los rels trmicos, Aplicacin de los rels trmicos en las instalaciones trmicas, Los componentes del rel trmico.Algunos de los factores a considerarse respecto al controlador, al seleccionarlo e instalarlo, pueden enumerarse como sigue:1) Arranque: El motor se puede arrancar conectndolo directamente a travs de la lnea. Sin embargo, la mquina impulsada se puede daar si se arranca con ese esfuerzo giratorio repentino. El arranque debe hacerse lenta y gradualmente, no slo para proteger la mquina, sino porque la oleada de corriente de la lnea durante el arranque puede ser demasiado grande. La frecuencia del arranque de los motores tambin comprende el empleo del controlador.2) Paro: Los controladores permiten el funcionamiento hasta la detencin de los motores y tambin imprimen una accin de freno cuando se debe detener la mquina rpidamente. La parada rpida es una funcin para casos de emergencia.3) Inversin de la rotacin: Se necesitan controladores para cambiar automticamente la direccin de la rotacin de 1as mquinas mediante el mando de un operador en una estacin de control. La accin de inversin de los controladores es un proceso continuo en muchas aplicaciones industriales. Esta puede hacerse por medio de estaciones de botones, un interruptor de tambor o un mdulo inversor de giro. 4) Marcha: Las velocidades y caractersticas de operacin deseadas, son, funcin y propsito directos de los controladores. stos protegen a los motores, operadores, mquinas y materiales, mientras funcionan.5) Control de velocidad: Algunos controladores pueden mantener velocidades muy precisas para propsitos de procesos industriales, pero se necesitan de otro tipo para cambiar las velocidades de los motores por pasos o gradualmente.6) Seguridad del operador: Muchas salvaguardas mecnicas han dado origen a mtodos elctricos. Los dispositivos piloto de control elctrico afectan directamente a los controladores al proteger a los operadores de la mquina contra condiciones inseguras.7) Proteccin contra daos: Una parte de la funcin de una mquina automtica es la de protegerse a s misma contra daos, as como a las materiales manufacturados o elaborados. Por ejemplo, se impiden los atascamientos de los transportadores. Las mquinas se pueden hacer funcionar en reversa, detenerse, trabajar a velocidad lenta o lo que sea necesario para realizar la labor de proteccin. 8) Mantenimiento de los dispositivos de arranque: Una vez instalados y ajustados adecuada mente, los arrancadores para motor mantendrn el tiempo de arranque, voltajes, corriente y troqu confiables, en beneficio de la mquina impulsada y el sistema de energa. Los fusibles, cortacircuitos e interruptores de desconexin de tamao apropiado para el arranque, constituyen buenas prcticas de instalacin que se rigen por los cdigos elctricos.

Pulsadores: Estos son dispositivos que se diferencian de los interruptores porque estos cierran y abren circuitos solamente mientras acta sobre ellos una fuerza exterior, recuperando su posicin de reposo (inicial) al cesar dicha fuerza, por accin de un resorte o muelle.Aparatos de proteccin Son destinados a interrumpir el circuito cuando se presentan irregularidades o condiciones anormales en su funcionamiento, en su mayora son aparatos de proteccin por sobrecarga o sobre intensidades (los ms usados en controles y automatismos), entre estos aparatos tenemos:Fusibles: estos son conductores calibrados nicamente para el paso de una determinada corriente, por consiguiente estos conductores son ms dbiles que el resto de los conductores del resto del circuito. De manera que al producirse un cortocircuito, este interrumpir el flujo de corriente des energizando el circuito que est protegiendo, esto lo hace ya que el fusible se funde para valores de corriente mayores que el valor de trabajo del mismo debido a que su punto de fusin es muy bajo, logrando evitar daos mayores en las cargas o al mismo circuito en s. Existen muchos tipos de fusibles; de tapn, bayoneta, cartucho, cuchilla, etc.El contactor:

Imagen 2. Contactor.Es un aparato de maniobra automtico con poder de corte, y que por consiguiente puede cerrar o abrir circuitos con carga o en vaci. Se le define como un interruptor accionado o gobernado a distancia por accin de un electroimn.Rel de sobrecargaEl rel o relevador, es un dispositivo electromecnico, que funciona como un interruptor controlado por un circuito elctrico en el que, por medio de una bobina y un electroimn, se acciona un juego de uno o varios contactos que permiten abrir o cerrar otros circuitos elctricos independientes. Fue inventado por Joseph Henry en 1835.Es un mecanismo que sirve como elemento de proteccin del motor. Su misin consiste en desconectar el circuito cuando la intensidad consumida por el motor, supera durante un tiempo corto, a la permitida por este, evitando que el bobinado se queme. Esto ocurre gracias a que consta de tres lminas bimetlicas con sus correspondientes bobinas calefactoras que cuando son recorridas por una determinada intensidad, provocan el calentamiento del bimetal y la apertura del rel.La velocidad de corte no es tan rpida como en el interruptor magneto trmico Se debe regular (tornillo 7), a la Intensidad Nominal del motor (In), para el arranque directo. Esta intensidad deber venir indicada en la placa de caractersticas del motor.Para la eleccin del este mecanismo hay que tener en cuenta el tiempo mximo que puede soportar una sobre intensidad no admisible, y asegurarnos de que la intensidad del receptor est comprendida dentro del margen de regulacin de la intensidad del rel.Los rels trmicos se activaran y su utilizacin como proteccin de dara en determinados casos tales como: un arranque seguido del bloqueo del rotor de la maquina; cuando se da una sobre carga mecnica en el motor, provocando que la corriente exigida sea muy alta; en muchos casos cuando el motor se encuentra en plena carga, se producen cadas apreciables en la tensin de alimentacin, conllevando a que la corriente requerida sea muy alta.Cuando el rel se ha activado, dependiendo de su tipo, podr volver a reutilizarse como proteccin. Se tienen dos mecanismos, uno manual y otro automtico. La ventaja de utilizar el mecanismo manual es que se puede evitar una reconexin si llegase a bajar la temperatura del bimetal. En el caso del mecanismo automtico, se produce una reconexin del contactor despus que se haya enfriado en su totalidad. Se entiende que un circuito est afectado por una sobrecarga cuando los valores de sus intensidades alcanzan valores ms elevados que las correspondientes a su valor nominal, pero sin exceder demasiado de l, aparte, no se producen de forma instantnea, permitiendo al circuito adaptarse a los cambios. No son por tanto demasiado perjudiciales, siempre que su duracin no permita que se alcancen temperaturas inadmisibles en los aislantes de los circuitos. Es ms, para una correcta utilizacin de las instalaciones y maquinas es bueno que los dispositivos de seguridad permitan en cierto modo y durante un tiempo determinado, estas sobrecargas, evitndose as desconexiones indebidas que perjudicaran el normal funcionamiento del arranque de los motores, por ejemplo.Esto implica que el dispositivo de proteccin contra sobrecargas sea inteligente, es decir, que permita el paso de intensidades bajas durante un cierto tiempo y, en cambio, con intensidades peligrosas acte con rapidez. A estos dispositivos se les denomina de tiempo-dependiente o caracterstica trmica inversa, ya que a mayor temperatura (mayor intensidad) el tiempo de disparo decrece. Normalmente, el dispositivo mide el calentamiento indirectamente mediante el control de la intensidad que recorre el circuito.

La curva de disparo del rel trmico puede observarse en la figura 1, en ella se aprecia: Los ejes se gradan normalmente en: ordenadas (logaritmo de tiempos) y abscisas (relacin entre intensidades). El valor inicial de disparo (intensidad de arranque), coincide con un 10% o 15% superior al valor de la intensidad nominal, lo que permite evitar disparos indebidos por pequeas sobrecargas completamente normales en el funcionamiento habitual de una instalacin. La curva sigue una trayectoria descendente exponencial, permitiendo a las intensidades superiores en un 20% al valor nominal circular durante media hora, y en cambio, a las intensidades superiores al 50% de su valor nominal fluir slo durante 2 minutos. Existen realmente dos curvas: una en vaco (cuando se produce la primera desconexin y por tanto el bimetal se encontraba en fro), y una en temperatura (cuando ya ha desconectado en ms de una ocasin y por tanto el bimetal tena una temperatura adquirida). Las curvas de disparo suelen darse para una temperatura ambiente estndar de 20C. Las curvas de disparo suelen darse para una temperatura ambiente estndar de 20C.La correcta eleccin del rel trmico pasa por dos grandes supuestos:Si conocemos la imagen trmica del elemento a proteger o curva tiempo-corriente admisible (lo que ocurre en contadas ocasiones, ya que lo normal es que los elementos o mquinas no dispongan de la misma, o por el contrario se proteja con el rel a ms de un componente), la eleccin del rel se efectuar de forma que la curva del mismo siempre est por debajo de la curva lmite del elemento o conductor a proteger.

Si la imagen trmica del elemento a proteger no es conocida (caso ms habitual), se seguir, en este caso para la eleccin del rel, lo prescrito por las normas UNE y CEI. Es importante para una correcta eleccin tener presente, entre otras cosas: las caractersticas de arranque de la mquina (corriente, duracin y frecuencia), la temperatura ambiente (del rel trmico y del elemento a proteger), las condiciones extremas de funcionamiento.

3. PROCEDIMIENTO

Imagen 3. Mesa de trabajo con la configuracin del procedimiento.

Inicialmente se conecta el circuito a una fuente de 120 V. El motor se conecta a una fuente variable de 0-208V.Se dispone el circuito bajo las siguientes condiciones: un voltaje nominal de 120 V, y una corriente nominal de 1,2 A.Se modifican la corriente y el voltaje del circuito hasta llevarlo a un estado de sobrecarga correspondiente a 150 V y 1,7 A. Utilizando la perilla reguladora de tensin y un ampermetro, se procede a medir el voltaje y la corriente que pasan por el sistema.Determinar el tiempo necesario para el cual el rel trmico se activa.Inspeccionar el sistema y determinar si es posible volver a reutilizar el rel como proteccin. Determinar si el rel se encuentre en modo automtico o manual. Modificar y restablecer el circuito a condiciones iniciales.

4. RESULTADOS

Datos conseguidos en la prcticaCorriente nominal de 1,2 A.Corriente de sobrecarga del circuito de 2.3 A.Voltaje nominal del circuito de 120 V.Voltaje de sobrecarga del circuito de 150 V.Tiempo en que el rel se demor en activarse como proteccin, segundos aproximadamente a 22 seg.

5. CONCLUCIONES

Mediante la prctica se observaron las distintas variables para un proceso de control de un motor elctrico. Se estar en la capacidad de aplicar control sobre un motor elctrico para obtener los beneficios que se soliciten.Los rels trmicos son de mucha utilidad para poder preservar los dispositivos elctricos con una alta confiabilidad y evitar daos crticos en el aparato. A pesar de ser muy simples, proveen soluciones factibles muy bajo costo debido a su fcil acceso en el mercado.Se explic de manera fcil y compacta los tipos de rels, los modos que existen para que se activen. Las grficas descritas por los rels y qu criterios se tiene en cuenta para poder seleccionar un ptimo rel, dependiendo de la corriente en funcin del tiempo de activacin. Las provisiones para un funcionamiento normal comprenden el costo mayor para el equipo y el funcionamiento, pero un sistema diseado de acuerdo con ste solo aspecto no podra satisfacer los requisitos hoy en da. Las fallas del equipo elctrico originaran salidas intolerables. Debe haber provisiones adicionales para disminuir el dao al equipo y las interrupciones del servicio cuando ocurren las fallas.Dos recursos se presentan: (1) incorporar caractersticas de diseo con el fin de impedir las fallas, y (2) incluir provisiones para reducir los efectos de la falla cuando sta ocurre.El diseo moderno de sistemas de potencia emplea ambos recursos en diversos grados, como los dictados por la economa de cualquier situacin particular. Notorios avances continan hacindose para lograr mayor seguridad. Pero tambin se pone cada vez ms confianza en la potencia elctrica. Por lo tanto, aun cuando se disminuye la probabilidad de falla, tambin se disminuye la posibilidad de daos al servicio.Pero es en vano (al menos no se justifica econmicamente) tratar de impedir todas las fallas. Tarde o temprano la ley de los rditos decrecientes se hace sentir. Donde esto ocurra podr variar entre sistemas y entre partes de un sistema, pero cuando pasa esto es necesario hacer un gasto adicional para la prevencin de la falla. Es mucho ms provechoso, entonces, dejar que ocurran algunas de ellas y prever para reducir sus efectos.El tipo de falla elctrica que origina los mximos efectos es el cortocircuito o falla, como se la conoce generalmente; pero hay otras condiciones de funcionamiento anormales, propias de ciertos elementos del sistema que tambin requieren atencin. MOTORES DEINDUCCION DE JAULA DE ARDILLA CLASE D