Control automático máquinas eléctricas

1. Capitulo 1
Terminología de uso de común en los sistemas de
comando automático
Control y Comando Eléctrico
Eduardo E. Espinosa N.
eespinosa@udec.cl

2. Introducción
El ser humano siempre ha buscado la creación de
herramientas y máquinas que le faciliten la realización
de tareas peligrosas, pesadas y repetitivas. En los
últimos tiempos, la aparición de máquinas altamente
sofisticadas ha dado lugar a un gran desarrollo del
campo de la automatización y el control de las tareas,
aplicado ya en muchas máquinas que se manejan
diariamente.
En este tema se tratan las bases sobre las que se
apoya el control y la automatización de máquinas e
instalaciones.

3. Definición de automatismo
La automatización de una máquina o proceso
productivo simple tiene como consecuencia la
liberación física y mental del hombre de dicha labor.
Entendemos por «automatismo» el dispositivo físico
(ya sea eléctrico, neumático electrónico, etc.) que
realiza esta función controlando su funcionamiento.

4. Principio de un sistema Automático
Todo sistema automático por simple que sea se basa en
el esquema representado en la siguiente figura:
Este circuito cerrado es lo que se conoce como bucle o
lazo.

5. Sistemas Automáticos de Control
Definición:
Lo constituyen un conjunto de componentes físicos conectados entre sí, de
forma que regulan su acción por sí mismos y permiten la fabricación y correcto
funcionamiento de gran cantidad de productos y servicios técnicos, incluso
corrigiendo errores y sin intervención humana.
En procesos industriales, el control de todo un sistema productivo aumenta
las cantidades y mejora la calidad de los productos, reduce los costes de
producción y se obtienen artículos que no podrían fabricarse de otra forma.
Son ejemplos de sistemas de control los de una lavadora automática,
control de satélites de comunicaciones, regulación de temperatura de una
habitación, limpia parabrisas automático de un automóvil, el pilotaje de un
avión etc.

6. Tipos se Sistemas se Control
a) Control de lazo abierto, en el que la salida no se realimenta a la entrada.
Este modo de control se ve muy afectado por las perturbaciones que no puede
corregir y la variable de salida puede tomar valores inadecuados. Ejemplo
típico sería una lavadora automática, que realiza unos ciclos de lavado de
acuerdo a su programador, pero la variable de salida, esto es la limpieza de la
ropa, no se detecta y no afecta al proceso de lavado.
b) Control de lazo cerrado, o bucle con realimentación que permite corregir
las perturbaciones. La variable de salida se compara con la variable prefijada,
obteniéndose la señal de error que posibilita la acción de control. También se
mejora la ESTABILIDAD del sistema.

7. Comando automático de máquinas eléctricas
Sin duda alguna los accionamientos a base de motores
eléctricos son los más numerosos de la mayoría de las
aplicaciones, y dentro de ellos los basados en motores de
corriente continua han gozado de una total hegemonía en el
campo industrial durante décadas.
Sin embargo los motores con menor nivel de exigencias en el
mantenimiento son los motores asíncronos de jaula de ardilla,
debido a que carecen de colector, tienen una relación peso-
potencia mucho menor que los de continua, y por tanto un coste
significativamente más bajo. Por estas razones, dada su
capacidad de soportar sobrecargas y su elevado rendimiento, es
el motor más atractivo para la industria.

8. Comando automático de máquinas eléctricas
• Dependiendo de la aplicación se quiere:
– Controlar la velocidad de giro.
– Controlar de torque del eje mecánico.
– Controlar de corriente del motor.
• Para cumplir esos requerimientos se debe:
– Modificar el voltaje de alimentación.
– Modificar la frecuencia de alimentación.

9. Comando automático de máquinas eléctricas
• Para accionar motores con control de torque y
velocidad (lazo cerrado) es necesario utilizar
variadores de frecuencia.
• Para accionamientos más simples que no
requieren exigencias de control (lazo abierto)
se conectan los motores directamente a la red
eléctrica.

10. Comando automático de máquinas eléctricas
• Cuando se conectan los motores directamente
a la red eléctrica es necesario incorporar
elementos de comando y de protección como
son:
– Sistema de partida - parada.
– Sistema de inversión de marcha.
– Sistema de protección contra sobretemperatura.
– Sistema de protección contra sobrecorriente.

11. Comando automático de máquinas eléctricas
• Tipos de arranque de motores
– Arranque directo.
– Arranque estrella - triángulo.
– Arranque por autotransformador.
– Arranque Wauchope.
– Arranque mediante resistencias en el estator.
– Arranque mediante resistencias en el rotor.
– Arranque por bobina.
– Arranque de 2 velocidades.
– Arranque de 3 velocidades.

12. Comando automático de máquinas eléctricas
• Tipos de arranque de motores
Arranque estrella - triángulo.

13. Comando automático de máquinas eléctricas
• Tipos de arranque de motores
Arranque mediante resistencias en el estator.

14. Comando automático de máquinas eléctricas
• Tipos de arranque de motores
Arranque Wauchope

15. Comando automático de máquinas eléctricas
• Tipos de arranque de motores
Arranque por autotransformador

16. Simbología
• Para uniformar la notación en los diagramas de
partida de motores es necesario definir la
simbología a utilizar.
• Se ha estandarizado la simbología para dibujar
los diagramas de arranque de motores.

17. Simbología

18. Simbología
• Contacto “NA”
• Contacto “NC”
• Interruptor
• Seccionador
• Contactor
• Interruptor-
seccionador
• Fusible
 Trabajo práctico
 Encontrar los símbolos más comunes que se utilizan
en el control de máquinas eléctricas. Por ej:
 Relé de sobreintensidad de
efecto magnético
 Relé de sobreintensidad de
efecto térmico
 Conductor, circuito auxiliar
 Conductor, circuito principal
 Motores
 Etc.

19. Simbología
• Interruptor
El interruptor es un aparato mecánico de conexión capaz de establecer,
tolerar e interrumpir corrientes en un circuito en condiciones normales,
incluidas las condiciones especificadas de sobrecarga durante el servicio, y
tolerar durante un tiempo determinado corrientes dentro de un circuito en
las condiciones anómalas especificadas, como en caso de un cortocircuito.
(norma IEC 947-3)
• Seccionador
El seccionador es un aparato mecánico de conexión que en posición
abierta cumple las prescripciones especificadas para la función de
seccionamiento. (norma IEC 947-3)
• Contactor
El contactor es un dispositivo electro-mecánico de mando, que actúa de
forma similar a un interruptor, y puede ser gobernado a distancia, a través
del electroimán que lleva incorporado.

20. Simbología
• Los símbolos gráficos y las referencias identificativas, cuyo
uso se recomienda, deben estar siempre en conformidad con
las publicaciones más recientes.
• La norma IEC 1082-1 define y fomenta los símbolos gráficos y
las reglas numéricas o alfanuméricas que deben utilizarse para
identificar los aparatos, diseñar los esquemas y realizar los
equipos eléctricos.
• El uso de las normas internacionales elimina todo riesgo de
confusión y facilita el estudio, la puesta en servicio y el
mantenimiento de las instalaciones.

23. Los diagramas de control y fuerza
• Para explicar como interpretar diagramas de
control y fuerza tendrás que:
– Describir un diagrama eléctrico
– Describir un circuito de control
– Escribir un circuito de fuerza

24. El diagrama eléctrico
• Primero vas a conocer, clasificar y explicar los distintos
esquemas, diagramas y cuadros empleados para definir de
forma completa un proyecto de electricidad.
• Definamos para hablar el mismo lenguaje.
– Esquema Es un dibujo que representa como se relaciona, tanto
eléctrica como mecánicamente, distintas partes de un circuito, de una
instalación, de un conjunto de aparatos o de un aparato.
– Diagrama. Dibujo que representa las relaciones que existen entre las
diferentes operaciones realizadas en un circuito y el tiempo, magnitudes
físicas o distintos estados posibles de los elementos de ese circuito.
– Cuadro. Dibujo que resulta de completar, unir o relacionar esquemas y
diagramas. Un cuadro sustituye a un esquema o a un diagrama.

25. El esquema funcional
• Su objeto es hacer comprender el principio de funcionamiento de la
instalación o del circuito representado . Refleja por medio de símbolos
sencillos, la relación funcional de las distintas partes de un circuito. El dibujo
será sencillo, sin ser necesario representar todas las conexiones.

26. Esquema de circuitos
• El objetivo es hacer comprender como funciona la instalación o el circuito
analizado. Por ejemplo un circuito de control.

27. Diagramas explicativos
• La misión de éstos diagramas consiste en describir el funcionamiento de los
esquemas o de los elementos individuales, incorporando una información
adicional que facilite su comprensión

28. Circuitos de potencia y control
• Cuando tu pongas en servicio un motor o una máquina
eléctrica lo harás desde un panel de control que esta
compuesto de botoneras o pantallas digitales, darás comandos
como: partir, parar, cerrar, abrir a equipos que entraran en
servicio a tú voluntad, así funcionan.
• Para que un motor funcione es necesario tener a lo menos dos
circuitos que operan en forma conjunta sobre la máquina pero
son independientes entre sí. El circuito de control y el circuito
de fuerza.
• Los circuitos de potencia, de control y de señalización se
representan en dos partes diferentes del esquema, con trazos
de distinto grosor.

29. El circuito de fuerza
• Al conocer el circuito de fuerza de un equipo
podrás identificar partes importantes que
participan del funcionamiento de equipo.
• El circuito de fuerza es el camino que suministra la
potencia eléctrica al motor.
• El circuito de fuerza esta compuesto por dispositivos
de protección y mando del motor.

30. El circuito de fuerza
• Es posible representar el circuito de potencia en forma
unifilar o multifilar. La representación unifilar sólo debe
utilizarse en los casos más simples, por ejemplo,
arrancadores directos, arrancadores de motores de dos
devanados, etc. En las representaciones unifilar, el
número de trazos oblicuos que cruzan el trazo que
representa las conexiones indica el número de
conductores similares. Por ejemplo:
– dos en el caso de una red monofásica,
– tres en el caso de una red trifásica.
• Las características eléctricas de cada receptor se indican
en el esquema, si éste es simple, o en la nomenclatura.
De este modo, el usuario puede determinar la sección de
cada conductor.
• Los bornes de conexión de los aparatos externos al
equipo se representan igualmente sobre el trazado.

31. El circuito de fuerza
a) Unifilar: son los que representan en un solo trazo las distintas fases o
conductores.
b) Multifilar: son los esquemas que representan todos los trazos
correspondientes a las distintas fases o conductores.

32. Dispositivos de protección
• Los dispositivos de protección son los encargados de proteger el motor y su
cableado de fuerza de corrientes de sobrecargas y cortocircuitos.
• Son dispositivos fabricados y calibrados según la máxima corriente de carga
que el motor pueda soportar según sus características nominales.
• También permiten abrir el circuito en forma voluntaria para asegurar el equipo
cuando se va a intervenir, estos dispositivos sólo pueden ser operados por personal
calificado.

33. Los elementos de comando
• Los dispositivos de comando llamados contactores son aquellos que permiten
operar las puesta en servicio o detenciones de las máquinas eléctricas.
• Los contactores están compuestos de una bobina y un núcleo móvil en el cual van
instalados contactos normalmente abiertos de fuerza y contactos auxiliares abiertos
y cerrados. Al circular una corriente por la bobina acciona el núcleo a la vez se
cierran los contactos de fuerza permitiendo el paso de la energía eléctrica a la carga
que puede ser un motor, un grupo de resistencias de un calefactor, un grupo de
luminarias de alumbrado, etc.
• Los contactos auxiliares son usados para las secuencias y para señalizaciones
como ampolletas piloto para indicar el estado del control.

34. Arranque Estrella - Triangulo
Circuito de Potencia

35. Arranque Estrella - Triangulo
Circuito de Control
El esquema nos explica, empezando desde
arriba, que el circuito tiene tres fusibles F3, un
relé térmico F2,que se utiliza para proteger el
motor, y que tiene 3 contactores KM1, KM2 y
KM3. Además, si comparamos los dos
esquemas, veremos que el esquema de
maniobra incorpora un temporizador KA1 y dos
interruptores S1 y S2. Además, en el esquema
de maniobra, entre KM2 y KM3, está
representado el enclavamiento mecánico, es el
triángulo que une las dos bobinas de los
contactores con líneas discontinuas, no es
obligatorio dibujarlo, porque un poco más arriba
está representado el enclavamiento eléctrico,
son los dos contactos que están
inmediatamente después de KA1.

36. Arranque Estrella - Triangulo
Circuito de Control
1. S1
Si pulsamos sobre S1 tenemos la conexión en
estrella, porque entran en funcionamiento KM1,
KM3 y KA1. Transcurrido un tiempo, pasamos a
la conexión en triángulo por medio del
temporizador KA1, se activa KM2 y se
desactiva KM3. Recordar, el temporizador debe
activarse cuando se alcance el 80% de la
velocidad nominal del motor.
2. S2
Es el interruptor de paro. Desconecta a
KM1,KM3 y KA1. Se inicia el paro del motor,
lleva una inercia.

37. Arranque con Resistencias Estatóricas
Circuito de Potencia

38. Arranque con Resistencias Estatóricas
Circuito de Control
En el esquema de maniobra, está
representado tres fusibles F3, un relé
térmico F2, dos interruptores S1 y S2, un
temporizador KA1, y dos contactores KM1
y KM2.
En el esquema de potencia se puede ver
la representación de las resistencias
estatóricas. No se pueden representar en
el esquema de maniobra, porque no son
un elemento de control, además, todo el
circuito de maniobra es precisamente para
controlar dichas resistencias.

39. Arranque con Resistencias Estatóricas
Circuito de Control
S1 :
Al pulsar sobre S1, entran en
funcionamiento KM1 y KA1. Transcurrido
un tiempo KA1, temporiza y cambia KM1
por KM2, dejando desconectadas las
resistencias estatóricas y conectando el
relé térmico de seguridad F2.
S2 :
Desconecta a KM2 y F2. Inicio del paro del
motor, tiene una inercia.

40. Cambio de giro en motores trifásicos
Circuito de Potencia
Tarea Diseñar Circuito de Control
para este circuito de potencia

41. Un ejemplo de un circuito de control
• Operando la bobina
de un contactor KM1,
los contactos de
fuerza permitirán
poner en servicio un
motor eléctrico.

42. Un ejemplo de un circuito de control
• Este es un circuito de mando del contactor KM1
desde el pulsador S2, con imposibilidad de poner
de nuevo en marcha el contactor hasta que no
haya transcurrido un tiempo desde la conclusión de
la anterior maniobra.
• Al pulsar S2 entra KM1 que se realimenta a través
de su contacto auxiliar. Una vez conectado KM1 Se
conectará KA1 por medio de un contacto del KM1.
• El temporizador aquí utilizado tiene los contactos
temporizados a la desconexión, por lo que son
instantáneos a la conexión.
• Al pulsar S1 se interrumpe la alimentación de la
bobina KM1 y el motor se detiene por que los
contactos de fuerza del contactor se abren.
• No se puede poner en servicio hasta que el
contacto auxiliar KA1 del temporizador se cierre,
así quedará listo el circuito para pulsar S2 y
alimentar nuevamente la bobina del contactor KM1.