U1 - CONTROLES ELECTRICOS.pdf

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CERRO AZUL
INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA
INSTRUCTOR:
M.C. ANGEL ARCADIO CRUZ

ELECTRÓNICA Y AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL
SABER INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL

ACTUADORES ELÉCTRICOS
La estructura de un actuador eléctrico es simple en comparación con la de los actuadores
hidráulicos y neumáticos, ya que sólo requieren de energía eléctrica como fuente de
poder. Como se utilizan cables eléctricos para transmitir electricidad y las señales, es
altamente versátil y prácticamente no hay restricciones respecto a la distancia entre la
fuente de poder y el actuador.
Existe una gran cantidad de modelos y es fácil utilizarlos con motores eléctricos
estandarizados según la aplicación. En la mayoría de los casos es necesario utilizar
reductores, debido a que los motores son de operación continua

PRE - ACTUADOR
Un sistema de control obtiene como salida una señal eléctrica, la cual ha de activar
un actuador. El pre-actuador es el elemento que hace de interfaz, tomando como entrada
la señal eléctrica y procediendo en el actuador. Los más usuales son:
ELECTROVÁLVULAS. Son los pre-actuadores de los cilindros y actuadores de giro
neumáticos e hidráulicos.
 RELÉS Y CONTACTORES. Se emplean para conectar y desconectar actuadores
eléctricos como resistencias calefactoras ó motores.
ARRANCADORES ESTÁTICOS. Se emplean para conectar o desconectar motores
eléctricos restringiendo las corrientes de arranque.
 EQUIPOS DE CONTROL DE MOTORES ELÉCTRICOS.
Se emplean para controlar los diferentes tipos de motores, permitiendo conectarlos ó
desconectarlos y regular su velocidad y su sentido de giro. El más habitual es el
variador de frecuencia con tiristores.

APLICACIÓN DE LOS CONTROLES
ELÉCTRICOS
Los controles eléctricos son usados industrialmente para máquinas o equipos, los cuales
realizan un determinado trabajo; dichos elementos pueden conectarse de manera similar
a los componentes del circuitos (Serie, Paralelo y Compuestos).
Un control eléctrico son aquellos elementos que se utilizan para el manejo y control de una
red ó máquina eléctrica por medio de elementos que permiten accionar, conmutar, retardar,
proteger ó permitir la aplicación de un modo de control automático.
EJEMPLOS DE CONTROLES ELÉCTRICOS:
 Accionadores Manuales
 Relevadores
Contactores (Con ó Sin Enclavamiento)
 Temporizadores
Arrancadores
 Disyuntores
 Interruptores Termomagnéticos
 Guardamotores
 Variadores de Velocidad
 PLC

RELEVADORES Y CONTACTORES
Son dispositivos electromagnéticos que conectan ó desconectan a un circuito eléctrico al
excitar un electroimán ó un elemento de electrónica (Relevador de estado sólido).
Los Relés accionan pequeñas potencias, mientras que los contactores lo hacen para las
medianas a grandes potencias; en un sistema industrial los relés pueden accionar
electroválvulas y a los mismos contactores para separar las partes de mando de potencias
medianas a los de potencias eléctricas superiores.
En la actualidad, común encontrar esos sistemas de forma integrada en un solo banco
que incluye protecciones mayores gracias al uso de componentes termoeléctricos y
regulación de corriente.

RELEVADORES
Un relevador es un aparato eléctrico que funciona como un interruptor pero que es
accionado eléctricamente, el relé permite abrir o cerrar contactos mediante un
electroimán, Fue desarrollado en la primera mitad del siglo XIX por el físico
norteamericano Joseph Henry, a través de una bobina y un electroimán
Un relevador funciona como un interruptor controlado por un circuito eléctrico en el que,
por medio de una bobina y un electroimán, se acciona un juego de uno o varios contactos
que permiten abrir o cerrar otros circuitos eléctricos independientes.
Dado que el relé es capaz de controlar un circuito de salida de mayor potencia que el de
entrada, puede considerarse, en un amplio sentido, como un amplificador eléctrico.

RELEVADORES ELECTROMECÁNICOS
FUNCIONAMIENTO:
El electroimán hace girar la armadura verticalmente al ser alimentada, cerrando los
contactos dependiendo de si es N.A ó N.C (normalmente abierto o normalmente
cerrado). Si se le aplica un voltaje a la bobina se genera un campo magnético, que
provoca que los contactos hagan una conexión. Estos contactos pueden ser considerados
como el interruptor, que permite que la corriente fluya entre los dos puntos que cerraron
el circuito.
Dentro de los relevadores de tipo
electromecánico existen algunas
subclasificación; entre las cuales
destacan las siguientes:
•Relés de tipo armadura.
• Relés de núcleo móvil.
• Relé tipo reed o de lengüeta.
• Relés polarizados o biestables
• Relés multitensión
COMPONENTES INTERNOS DE UN
RELEVADOR ELECTROMECÁNICO

SIMBOLOGÍA NORMALIZADA
DE RELEVADORES Y UN SOLENOIDE
RELEVADORES INDUSTRIALES
Existe gran variedad de relevadores, dependiendo del número de contactos, de su
corriente admisible y su tipo, del tiempo de activación y desactivación, entre otros.
RELÉS ELECTROMECÁNICOS
Relevador de tipo armadura: pese a ser los más antiguos siguen siendo lo más utilizados
en muchas aplicaciones. Un electro-imán provoca la basculación de una armadura al ser
activado, cerrando o abriendo los contactos dependiendo de si es N.A (normalmente
abierto) o N.C (normalmente cerrado).

CONTACTORES INDUSTRIALES
Son dispositivos electromagnéticos que conectan ó desconectan a un circuito eléctrico al
excitar un electroimán y pueden cerrar o abrir circuitos, ya sea en vacío o en carga.
Es la pieza clave del automatismo en el motor eléctrico, donde su principal aplicación es
la de efectuar maniobras de apertura y cierra de circuitos eléctricos relacionados
con instalaciones de motores.
Sus principales aplicaciones se encuentran:
*Arranque y control de motores eléctricos
*Energización de cargas resistivas
*Sistemas de iluminación.
*Banco de capacitores, etc.

Un contactor está formado por una bobina y unos contactos, que pueden estar abiertos o cerrados, y
que hacen de interruptores de apertura y cierre de la corriente en el circuito.
La bobina es un electroimán que acciona los contactos cuando le llega corriente, abre los contactos
cerrados y cierra los contacto abiertos.
En el contactor real los contactos de conexión
de la bobina se llaman A1 y A2 siempre.
Los contactos del circuitos de salida o de
fuerza se llaman 1-2, 3-4, etc. y los contactos
auxiliares, para el circuito de mando o
control, suelen llamarse con número de 2
cifras, por ejemplo 13-14.

CONTACTOS (RELÉS) AUXILIARES

ELECCIÓN DE UN CONTACTOR
De manera general las aplicaciones indicadas para un contactor dependen de la denominada categoría
de operación o categoría de servicio que tenga el mismo. esta categoría viene indicada en la carcasa
del dispositivo y especifica para qué tipo de cargas es adecuado el contactar, las cuatro
categorías existentes son las siguientes:
- AC1 (condiciones de servicio ligeras):
Contactores indicados para el control de cargas no inductivas o con poco efecto inductivo (excluidos
los motores), como lámparas de incandescencia, calefacciones eléctricas, etc.
- AC2 (condiciones de servicio normales):
Indicados para usos en corriente alterna y para el arranque e inversión de marcha de motores de
anillos, así como en aplicaciones como centrifugadoras, por ejemplo.
- AC3 (condiciones de servicio difíciles):
Indicados para arranques largos o a plena carga de motores asíncronos de jaula de ardilla
(compresores, grandes ventiladores, aires acondicionados, etc.) y frenados por contracorriente.
-AC4 (condiciones de servicio extremas):
Contactores indicados en motores asíncronos para grúas, ascensores, etc., y maniobras por impulsos,
frenado por contracorriente e inversión de marcha.

ELECCIÓN DE UN CONTACTOR

EJEMPLO DE APLICACIÓN
Como se observa la bobina se activa a través de un interruptor por una fase y el neutro (L1 y N),
es decir a 220V. Se conecta a los bornes A1 y A2 del contactor real; el motor trifásico se activa a
través de los contactos principales del contactor con las 3 fases (L1, L2 y L3), por ejemplo a
400V (o 380V).
Se conecta en los contactos
reales del contactor de
fuerza 1-2, 3-4, 5-6. Los
contactos 13-14 y 21-22
son para el circuito de
control que luego
analizaremos.
Cuando activamos el
Interruptor le llega
corriente a la bobina y el
contactor se “enclava”
cerrando los contactos
principales y arrancando
el motor eléctrico y al
desenergizar se detiene.

Son dispositivos electromecánicos que aplican al motor eléctrico la tensión de línea
plena; es decir efectúan el arranque directamente, a través de un contactor o guarda
motor y que son diseñados para soportar la potencia y tensión requeridas del motor,
siendo un medio de protección contra sobrecargas.
Los arrancadores están hechos de dos partes, contactores y protección contra
sobrecargas; los contactores controlan la corriente eléctrica hacia el motor, la
protección contra sobrecargas protege los motores para evitar que por un exceso de
corriente eléctrica o por la pérdida de una fase se quemen.
ARRANCADORES

ARRANCADORES
Estos equipos de control eléctrico normalmente se utiliza para máquinas eléctricas que
demandan altos niveles de corriente y potencia y dependen del nivel de tensión presente
y del torque necesario para ponerse en marcha
Por su principio de funcionamiento, podemos distinguir arrancadores a tensión plena,
tensión reducida, arrancadores suaves y arrancadores de estado sólido.
De igual manera dentro del mercado
eléctrico se pueden conseguir los
siguientes tipos de arrancadores:
• Arrancador monofásico directo.
• Arrancador trifásico con fusible PDWF.
• Arrancador trifásico con guardamotor.
• Arrancador inversor trifásico PRW.
• Arrancador trifásico estrella-delta.
• Arrancador trifásico con selección
manual para dos motores.
•Arrancador trifásico con protección contra
falla de fase.

ARRANCADORES ESTÁTICOS
El término estático designa a todo aquello construido
a base de electrónica de potencia, por tanto
podríamos también llamarlos “arrancadores
electrónicos”. Se basan también en la disminución
del valor eficaz de la tensión que alimenta al motor,
al igual que en los métodos vistos. Sin embargo, esta
reducción de tensión eficaz la realizan troceando la
onda senoidal y no disminuyendo su amplitud.

SOLENOIDES
Una electroválvula es una válvula electromecánica, diseñada para controlar el paso de
un fluido por un conducto ó tubería; también son llamadas “válvulas solenoides” y de forma
general, son dispositivos diseñados para controlar el flujo (ON-OFF) de un fluido.
Están diseñadas para poder utilizarse con agua, gas, aire, gas combustible, vapor entre otros.
Estas válvulas pueden ser de dos hasta cinco vías. Pueden estar fabricadas en latón, acero
inoxidable ó PVC. Dependiendo del fluido en el que se vayan a utilizar es el material de la
válvula.
En las válvulas de 2 vías, normalmente se utilizan las que funcionan con tres modalidades
diferentes, dependiendo del uso que están destinadas a operar; pueden ser de acción directa,
acción indirecta y acción mixta o combinada, además cada una de estas categorías puede ser
(N.C.) ó (N.A.).

ELECTRO-VALVULAS
ELECTROVÁLVULA DE ACCIÓN DIRECTA:
El comando eléctrico acciona directamente la bobina solenoide y se realiza la apertura o
cierre de la válvula, por medio de un embolo.
ELECTROVÁLVULA DE ACCIÓN
INDIRECTA:
La característica principal de la válvula del tipo
acción indirecta es que cuando recibe el comando
eléctrico se acciona el embolo el cual permite a su
vez como segunda acción, o acción indirecta, que
el diafragma principal se abra o se cierre, en una
acción indirecta.

ELECTRO-VALVULAS
ELECTROVÁLVULA DE ACCIÓN MIXTA:
En las válvulas de Acción Mixta o Combinada una característica
es que no requieren una presión mínima como las de acción
indirecta. Estas válvulas al igual que las de acción indirecta el
comando de abertura se hace en 2 tiempos, primero se vacía la
presión superior del diafragma grande y después, segunda acción,
la presión de abajo del diafragma lo empuja para que se abra
SIMBOLOGÍAY TIPOS:

APLICACIONES INDUSTRIALES DE
LAS ELECTRO-VALVULAS

TEMPORIZADORES
Un temporizador consiste en un dispositivo que tiene la capacidad de controlar un circuito
en su conexión o desconexión; este circuito puede ser mecánico, neumático, eléctrico,
hidráulico o electrónico, entre otros.
Independientemente del tipo de temporizador que sea, todos se rigen por el mismo
principio: Al recibir un pulso, realizan un cambio de contactos que, al finalizar al tiempo
programado, se resetea a su posición inicial.
Tipos de temporizadores
De forma general los temporizadores se
pueden diferenciar de dos maneras:
clasificarlos por la forma de reaccionar
ante un pulso o dividirlos según el
principio de su funcionamiento.

TEMPORIZADORES
Según la reacción a pulso, se dividen en:
Temporizadores a la conexión:
Al recibir un pulso que lo activa, el temporizador comienza a correr el tiempo que se
ha programado; al finalizar este tiempo, según el tipo de temporizador, se inactivan o
activan los contactos.
Temporizadores a la desconexión:
Este tipo de temporizadores tienen un pulso activo constante, por lo que su
programación genera una interrupción de señal que vuelve a los contactos habituales
al finalizar el conteo de tiempo.
Temporizadores de un solo pulso:
Este tipo de temporizadores tienen la virtud de activarse para el control de un tiempo
programado con apenas pulsos momentáneos y de corta longitud.

TEMPORIZADORES
Para apoyar a comprender el funcionamiento de los Temporizadores (Timer´s) TON y
TOFF; a continuación se puede observar la forma en la que está organizado el
temporizador, su simbología, contactos, así como el diagrama de tiempos con el cuál se
observa el principio de funcionamiento del mismo.

PROTECCIONES CONTRA
SOBRECARGA EN MOTORES
Dentro de las protecciones eléctricas por una sobrecorriente en motores se encuentra el
Relé Térmico de Sobrecarga, este es un dispositivo que provoca el disparo del relé en
caso de ausencia de corriente en una fase, diferencia de carga entre fases, picos de
corriente en los bornes y todos los efectos de calentamiento provocados por los mismos
y son conectados en conjunto con los contactores para ofrecer protección entre el control
que ejerce el equipo de accionamiento y la carga.
Valores estándar: 660 Vc.a. para frecuencias de 50/60 Hz. El aparato incorpora dos
contactos auxiliares (NO-97-98 y NC-95-96), para su uso en el circuito de mando.
Dispone de un botón regulador-
selector de la intensidad de
protección. Sirva el ejemplo: In.:
1.6 hasta 3.2A. Además, incorpora
un botón de prueba (STOP), y
otro para RESET.

PROTECCIONES CONTRA
SOBRECARGA EN MOTORES
Si el motor sufre una avería y se produce una sobreintensidad, unas
bobinas calefactoras (resistencias arrolladas alrededor de un bimetal),
consiguen que una lámina bimetálica, constituida por dos metales de
diferente coeficiente de dilatación, se deforme, desplazando en este
movimiento una placa de fibra, hasta que se produce el cambio o
conmutación de los contactos.
El relé térmico, actúa en el circuito de mando, con dos
contactos auxiliares y en el circuito de potencia, a través
de sus tres contactos principales.
Simbología normalizada:

PROTECCIONES CONTRA
CORTOCIRCUITO Y FALLA A TIERRA
EN MOTORES ELÉCTRICOS
Los motores eléctricos tienen unos rangos de trabajo donde funcionan correctamente,
aunque tienen unos valores limites donde si se superan se corre el riesgo de producirse
averías. Para evitar estos riesgos se ponen en el circuito del motor protecciones, una de
las protecciones es contra los cortocircuitos.
Un cortocircuito se produce cuando se unen dos puntos del circuito con diferente
potencial eléctrico, disparando la corriente en instantes muy cortos; este cortocircuito se
puede producir tanto en circuitos de CA como de CD.
En corriente continua (CD), se produce
cortocircuito al unir los dos polos o el polo
positivo y masa.
En corriente alterna (CA), se produce
cortocircuito cuando hay contacto entre fases,
fase y neutro, fase y tierra.

PROTECCIONES CONTRA
Las causas del cortocircuito suelen ser por alguna de las causas siguientes:
Fallo en el montaje o mantenimiento al crear un contacto erróneamente.
Por humedades, polvo o filtraciones de agua o líquido conductor.
Elementos metálicos que unen los contactos accidentalmente.
Cables rotos o con funda deteriorada uniendo los cables.
Deteriorado el barniz aislante de los conductores.

INTERRUPTORES TERMOMAGNÉTICOS
Conocido también como interruptor magnetotérmico ó llave térmica, es un dispositivo
capaz de interrumpir la corriente eléctrica de un circuito cuando ésta sobrepasa ciertos
valores máximos.
Su funcionamiento se basa en dos de los efectos producidos por la circulación
de corriente eléctrica en un circuito: el magnético y el térmico (efecto Joule). El
dispositivo consta, por tanto, de dos partes, un electroimán y una lámina bimetálica,
conectadas en serie y por las que circula la corriente que va hacia la carga.

PROTECCIONES CONTRA
Normalmente los motores eléctricos consumen aproximadamente seis veces más
corriente en el arranque, que durante el funcionamiento normal.
La protección contra cortocircuitos y fallas a tierra se proporcionan mediante un
“Disyuntor” (Breaker) que permite soportar la corriente de arranque pero también
soportar la protección contra sobrecargas.
Normatividad NEC/NFPA70/NTC2050
Este dispositivo conexión/desconexión, es
el encargado de cortar el paso de la
corriente, cuando supera un determinado
umbral considerando picos.
Están diseñados para soportar los picos de
corriente que se generan durante el
encendido de los motores eléctricos.

PROTECCIONES CONTRA
DISYUNTORES TERMOMAGNÉTICOS:
Los interruptores termomagnéticos (térmicas) se utilizan, en primer término, para proteger
contra sobrecargas y cortocircuitos a los cables y conductores eléctricos. De esa manera
asumen la protección de medios eléctricos contra calentamientos excesivos. Cada uno de los
circuitos que se instalan, tiene su propio disyuntor termomagnético.
Los interruptores termomagnéticos (térmicas) se utilizan, en primer término, para proteger
contra sobrecargas y cortocircuitos a los cables y conductores eléctricos, de esa manera
asumen la protección de medios eléctricos contra calentamientos excesivos.
Están compuestos por dos partes
fundamentales, como lo indica la palabra: una
parte magnética y otra parte térmica; el relé
magnético es la parte encargada de la
protección contra cortocircuitos y el relé
térmico es la parte del interruptor automático
encargada de la protección contra sobrecargas.

PROTECCIONES CONTRA
DISYUNTORES DIFERENCIALES:
Este dispositivo es el encargado de proteger a las personas de las descargas eléctricas.
Funciona en conjunto con las tomas de tierra de todos los elementos de instalación. Compara
la intensidad que entra en los circuitos, con la que sale.
Si todo está correcto, estas deberían ser iguales y el interruptor permanece cerrado,
permitiendo el paso de la electricidad. Si, por ejemplo, entráramos en contacto con alguna
parte de la instalación y sufriéramos una descarga, la intensidad de salida sería menor,
activando el interruptor que cortaría la corriente.
Este dispositivo, nos protege de las
consecuencias que se pueden
derivar de una fuga de corriente en
nuestra instalación. Se llama
diferencial porque es capaz de
medir la posible diferencia entre la
corriente de entrada y la de retorno
en un sistema eléctrico.

PROTECCIONES CONTRA
GUARDAMOTORES:
Un guardamotor es un disyuntor magneto-térmico, especialmente diseñado para la protección
de motores eléctricos; este diseño especial proporciona al dispositivo una curva de disparo que
lo hace más robusto frente a las sobre intensidades transitorias típicas de los arranques de los
motores de corriente alterna.
El disparo magnético es equivalente al de otros interruptores automáticos pero el disparo
térmico se produce con una intensidad y tiempo mayores.

DIAGRAMAS DE CONTROL Y FUERZA
Los diagramas de Circuitos Eléctricos son parte fundamental de los proyectos realizados
en el área de ingeniería para la automatización de un proceso que se desee controlar
utilizando estos dispositivos; en ellos se puede expresar de forma clara los elementos que
intervienen; así como las conexiones, simbología y detalles de la instalación.
Se distinguen dos tipos de circuitos que se describen a
continuación de forma breve.
CIRCUITO DE POTENCIA
Es el circuito que se dibuja con la simbología adecuada para
ejemplificar todos los elementos por donde se realiza el
control de potencia con las que cuente el sistema; incluyen
elementos de protección, control y cargas; normalmente se
dibuja a la izquierda en el diagrama general.
CIRCUITO DE CONTROL
Es el circuito que se dibuja para ejemplificar todos los
elementos por donde se realiza el control de potencia que
incluyen contactos de control, auxiliares, bobinas, etc.
Y normalmente se dibuja a la derecha del diagrama general.

A continuación se ejemplifican los dos tipos de circuitos (Potencia y Control) y sus
conexiones físicas, simbología representativa y algunos software´s utilizados para el
diseño del mismo.

SIMBOLOGÍA IEC
BÁSICA PARA DIAGRAMAS

Ejemplo de diagrama eléctrico de control y fuerza profesional con formato de plano y acotaciones.

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