La máquina asíncrona Aspectos constructivos: generalidades Conjunto de espiras en cortocircuito ROTOR ESTATOR De jaula de ardilla Bobinado Devanado trifásico distribuido en ranuras a 120º CIRCUITOS MAGNÉTICOS De Al fundido De barras soldadas Aleatorio: de hilo esmaltado Preformado Conjunto de chapas de Fe aleado con Si aisladas y apiladas Aspectos constructivos: rotor Barras Anillo Rotor de anillos Soldados Anillos Fotografías realizadas en los talleres de ABB Service - Gijón Rotor de aluminio Fundido Chapa magnética Anillo de cortocircuito Rotor Catálogos comerciales Barra de cobre Plato final rotor Fijación chapa magnética Despiece de un rotor de jaula con barras de cobre soldadas Rotor bobinado: anillos rozantes L. Serrano: Fundamentos de máquinas eléctricas rotativas Anillos rozantes El rotor se cierra en cortocircuito desde el exterior a través de unas escobillas y anillos rozantes Anillos rozantes Escobillas L. Serrano: Fundamentos de máquinas eléctricas rotativas Aspectos constructivos: estator Evitar contacto entre conductores a distinta tensión Fotografías realizadas en los talleres de ABB Service - Gijón Fotografías realizadas en los talleres de ABB Service - Gijón DEVANADO PREFORMADO Tensión>2300v Los materiales empleados en los aislamientos son generalmente orgánicos DEVANADO DE HILO Tensión<600V Materiales aislantes para los conductores elementales Hasta los años 40 barnices Fibras de amianto Desarrollo de materiales sintéticos Motores de hasta 4kV Soporta Tª hasta 220ºC Poliimida (Kapton) o Poliamida en forma de película Uso de barnices solos y combinados Motores de más de 4kV Poliimida (Kapton) o Poliamida en forma de película + Fibra de vidrio con poliéster (Daglas) Materiales aislantes para el muro aislante Catálogos comerciales Material de base =Mica Silicato de alumnio La mica en polvo o escamas se aglutina con un material aglomerante Muchos compuestos Muy buenas propiedades dieléctricas y térmicas También se puede depositar sobre un material soporte impregnando el conjunto con aglomerante Malas propiedades mecánicas Necesario utilizar material soporte o aglomerante Aglomerantes y materiales soporte Hasta los años 60 Material soporte = papel fibras de algodón, etc. Material aglomerante = compuesto asfáltico Tª Máxima 110ºC COMPORTAMIENTO CLASE B TÉRMOPLÁSTICO Elevadas Temperaturas Nuevos soportes: Fibra de vidrio Poliéster A partir de los años 50 Poliéster Resinas epoxy AGLOMERANTES TERMOESTABLES Aglomerantes y materiales soporte Fotografías realizadas en los talleres de ABB Service - Gijón Recubrimientos de protección Recubrimiento de reparto Bobina con el recubrimiento externo dañado Fotografías realizadas en los talleres de ABB Service - Gijón Recubrimiento conductor en la zona de ranura Recubrimientos de protección Aspecto físico: motores de BT Catálogos comerciales Aspecto físico: formas constructivas normalizadas Catálogos comerciales Conexión de los devanados U1 V1 W1 U1 W2 2 U2 U1 V2 V1 U2 W1 W2 Cajas de terminales Catálogos comerciales Conexión en estrella Pletina de cobre W2 V2 V2 W1 W2 U1 U2 V1 Caja de conexiones V1 V2 W1 U2 Conexión en triángulo Devanados del motor Despiece de un motor de MT Refuerzos carcasa Catálogos comerciales Núcleo magnético estator Cabezas de bobina Fijación cojinetes Núcleo magnético rotor Refuerzos rotor Despiece de un motor de BT Catálogos comerciales Principio de funcionamiento Motor asíncrono Sistema Trifásico Circulación de corriente por las espiras del rotor Ley de Biot y Savart Estator Rotor Devanado trifásico a 120º alimentado con sistema trifásico de tensiones Espiras en cortocircuito Devanado trifásico a 120º Campo giratorio 60f/P Espiras en corto sometidas a tensión Fuerza sobre las espiras del rotor Par sobre el rotor FEM inducida por el campo giratorio en las espiras del rotor Giro de la Máquina Principio de funcionamiento EL MOTOR ASÍNCRONO SIEMPRE GIRA A VELOCIDAD INFERIOR A LA VELOCIDAD DE SINCRONISMO: EN CASO CONTRARIO NO SE INDUCIRÍA FUERZA ELECTROMOTRIZ EN EL ROTOR DE LA MÁQUINA Y, POR TANTO, NO HABRÍA PAR MOTOR CUANDO TRABAJA EN VACÍO GIRA MUY PRÓXIMO A LA VELOCIDAD DE SINCRONISMO. EN ESE CASO, EL ÚNICO PAR MOTOR DESARROLLADO POR LA MÁQUINA ES EL NECESARIO PARA COMPENSAR LAS PÉRDIDAS Ventajas de los motores de inducción VENTAJAS DE LOS MOTORES ASÍNCRONOS La única alimentación eléctrica que reciben se hace a través de la línea trifásica que alimenta al devanado estatórico. NO HAY ESCOBILLAS O ELEMENTOS ROZANTES. El rotor de jaula es muy robusto ya que no incluye sistema aislante. Tienen par de arranque. No tienen problemas de estabilidad ante variaciones bruscas de la carga. Aumento del par de carga Reducción de la velocidad de giro Mayor par motor Mayor FEM Estabilidad Mayor corriente rotor Inconvenientes de los motores de inducción INCONVENIENTES DE LOS MOTORES ASÍNCRONOS La corriente de arranque es mucho mayor que la corriente de funcionamiento nominal. Entre 3 y 6 veces mayor. En mucho casos es necesario disponer procedimientos especiales de limitación de la corriente de arranque. La variación de su velocidad implica la variación de la frecuencia de la alimentación: es necesario disponer de un convertidor electrónico que convierta la tensión de red en una tensión de frecuencia variable. EQUIPO RECTIFICADOR TRIFÁSICO 3 FASES 50 Hz EQUIPO INVERSOR TRIFÁSICO BUS DE CC SISTEMA DE FILTRADO ONDA ESCALONADA DE f VARIABLE 3 FASES f VARIABLE 7. 17. Curvas de respuesta mecánica par - velocidad I Par S>1 0<S<1 S<0 Freno Motor Generador Par máximo Par Nominal Par de Arranque Ti f (S ) Velocidad de sincronismo 1 0 Zona de funcionamiento estable como motor Deslizamiento S Tar r 1,2 2 Tnom Tmax 1,8 2 ,7 Tnom Curvas de respuesta mecánica par - velocidad La característica mecánica de los motores de inducción es prácticamente lineal entre vacío y plena carga El par máximo suele ser de 2 a 3 veces el nominal El par de arranque tiene que ser superior al nominal para permitir que el motor se ponga en marcha Para un determinado deslizamiento el par varía con el cuadrado de la tensión Curvas de respuesta mecánica par - velocidad Banda de dispersión Catálogos comerciales Características funcionales de los motores asíncronos Corriente nominal Corriente absorbida en función de la velocidad 18 16 14 Corriente A 12 10 8 6 4 2 0 945 Fabricante: EMOD Potencia: 7,5 kW Tensión: 380 V Corriente: 17 A Velocidad : 946 RPM Polos: 6 950 955 960 965 Corriente de vacío 970 975 980 985 990 995 1000 RPM Velocidad de sincronismo Características funcionales de los motores asíncronos Potencia eléctrica absorbida en función de la velocidad 10000 Potencia eléctrica consumida plena carga 9000 Fabricante: EMOD Potencia: 7,5 kW Tensión: 380 V Corriente: 17 A Velocidad : 946 RPM Polos: 6 8000 Potencia W 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 945 950 955 960 965 970 975 980 985 990 995 1000 RPM Velocidad de sincronismo Características funcionales de los motores asíncronos Rendimiento a plena carga Rendimiento en función de la velocidad 0,900 0,800 Rendimiento % 0,700 0,600 0,500 0,400 0,300 0,200 0,100 0,000 945 Fabricante: EMOD Potencia: 7,5 kW Tensión: 380 V Corriente: 17 A Velocidad : 946 RPM Polos: 6 950 955 960 965 Rendimiento en vacío 970 975 980 985 990 995 1000 RPM Velocidad de sincronismo Características funcionales de los motores asíncronos fdp a plena carga Factor de potencia en función de la velocidad 0,9 Factor de potencia 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Fabricante: EMOD Potencia: 7,5 kW Tensión: 380 V Corriente: 17 A Velocidad : 946 RPM Polos: 6 fdp en vacío 0 945 950 955 960 965 970 975 980 985 990 995 1000 RPM Velocidad de sincronismo 7.21. Características funcionales de los motores asíncronos V Característica mecánica en zona estable 80 Fabricante: EMOD Potencia: 7,5 kW Tensión: 380 V Corriente: 17 A Velocidad : 946 RPM Polos: 6 70 Par (Nm) 60 50 40 30 20 10 0 945 950 955 960 965 970 975 980 985 990 995 1000 RPM Velocidad de sincronismo Características funcionales de los motores asíncronos NÚMERO DE POLOS VELOCIDAD SINCRONISMO (RPM) VELOCIDAD TÍPICA PLENA CARGA 2 3000 2900 4 6 1500 1000 1440 960 8 750 720 10 12 600 500 580 480 16 375 360 VELOCIDADES DE GIRO TÍPICAS Fuente: ABB – “Guide for selecting a motor” Control de las características mecánicas de los motores de inducción mediante el diseño del rotor Motor con RR’ elevada Motor con RR’ baja Buen par de arranque Bajo rendimiento MOTOR DE ROTOR BOBINADO: VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA ROTÓRICA SOLUCIÓN Bajo par de arranque Buen rendimiento DISEÑO DE UN ROTOR CON CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS VARIABLES SEGÚN LA VELOCIDAD DE GIRO Clasificación de los motores según el tipo de rotor: Normas NEMA I T/Tnom 3 2,5 2 Clase C MOTOR CLASE A Clase D Clase A Clase B 1,5 S Par de arranque bajo Par nominal con S<5% Corriente arranque elevada 5 – 8 In Rendimiento alto Uso en bombas, ventiladores, máquina herramienta, etc, hasta 5,5 kW Para potencias > 5,5 kW se usan sistemas de arranque para limitar la corriente Clasificación de los motores según el tipo de rotor: Normas NEMA II MOTOR CLASE B Par arranque similar clase A Corriente arranque 25% < clase A Par nominal con S<5% Rendimiento Alto Aplicaciones similares al clase A pero con < I arranque Son LOS MÁS UTILIZADOS MOTOR CLASE C (Doble jaula) Par arranque elevado (2 veces Tnom aprox.) Corriente de arranque baja Par nominal con S<5% Rendimiento Alto Aplicaciones que requieren alto par de arranque Tmax < clase A MOTOR CLASE D Par arranque muy elevado (> 3 Tnom) Corriente de arranque baja Par nominal con S elevado (7 –17%) Rendimiento bajo Aplicación en accionamientos intermitentes que requieren acelerar muy rápido Características mecánicas de las cargas más habituales de los motores de inducción TR=K TR=K*N2 Bombas centrífugas Compresores centrífugos Ventiladores y soplantes Centrifugadoras TR=K*N Prensas Máquinas herramientas TR=K/N Bobinadoras Máquinas fabricación chapa TR Máquinas elevación Cintas transportadoras Machacadoras y trituradoras Compresores y bombas de pistones TR=K*N2 TR=K*N TR=K TR=K/N N 7.25. El arranque de los motores asíncronos I El arranque de los motores asíncronos El reglamento de BT establece límites para la corriente de arranque de los motores asíncronas. Por este motivo, es necesario disponer procedimientos específicos para el arranque Métodos de arranque Arranque directo de la red Sólo válido en motores pequeños o en las centrales eléctricas Arranque mediante inserción de resistencias en el rotor Sólo válido en motores de rotor bobinado y anillos rozantes Arranque estrella – triángulo El método más barato y utilizado Arranque con autotransformador Reducción de la tensión durante el arranque mediante autotrafo Arranque con arrancadores estáticos Gobierno del motor durante el arranque por equipo electrónico El frenado eléctrico de los motores asíncronos Existen aplicaciones en las que es necesario poder aplicar un par de frenado al motor que permita detenerlo rápidamente: ascensores, grúas, cintas transportadoras, tracción eléctrica, etc. En este caso, las propiedades eléctricas de la máquina se utilizan para lograr el frenado. TIPOS DE FRENADO ELÉCTRICO FRENADO REGENERATIVO O POR RECUPERACIÓN DE ENERGÍA FRENADO POR CONTRACORRIENTE O CONTRAMARCHA FRENADO DINÁMICO (Por inyección de CC) Selección de un motor para una aplicación específica SELECCIONAR CARCASA Y NIVEL DE PROTECCIÓN (IP) SELECCIONAR FORMA NORMALIZADA DE MONTAJE EN FUNCIÓN DE UBICACIÓN SELECCIÓNAR POTENCIA EN FUCIÓN DE LA POTENCIA NECESARIA PARA ARRASTRA LA CARGA SELECCIONAR CLASE DE AISLAMIENTO EN FUNCIÓN Tª ESPERADA Y AMBIENTE DE TRABAJO SELECCIONAR VELOCIDAD (P) EN FUNCIÓN VELOCIDAD CARGA SELECCIONAR CARACTERÍSTICA MECÁNICA EN FUNCIÓN DE PAR DE ARRANQUE Y RESISTENTE DE LA CARGA ABB – “Guide for selecting a motor” La máquina asíncrona como generador La máquina asíncrona se puede utilizar como generador Los generadores asíncronos se utilizan en sistemas de generación donde la fuente primaria es muy variable: energía eólica e hidraúlica En la actualidad existen máquinas con doble alimentación rotor – estator para mejorar el rendimiento en generación eólica e hidráulica Por encima de la velocidad de sincronismo el par se vuelve resistente y entrega energía eléctrica La máquina asíncrona convierte energía mecánica en eléctrica siempre que trabaja por encima de la velocidad de sincronismo. NO ES NECESARIO QUE GIRE A VELOCIDAD CONSTANTE La máquina síncrona La máquina síncrona: generalidades La máquina síncrona utiliza un estator constituido por un devanado trifásico distribuido a 120º idéntico a la máquina asíncrona El rotor puede ser liso o de polos salientes El rotor está formado por un devanado alimentado desde el exterior a través de escobillas y anillos rozantes mediante corriente continua Industrialmente es el generador utilizado en la mayoría de las centrales eléctricas: turboalternadores y grandes alternadores hidráulicos Como motor se usa principalmente cuando la potencia demandada es muy elevada >1 MW Motores síncronos Catálogos comerciales Generadores síncronos I L. Serrano: Fundamentos de máquinas eléctricas rotativas L. Serrano: Fundamentos de máquinas eléctricas rotativas L. Serrano: Fundamentos de máquinas eléctricas rotativas Generadores síncronos II L. Serrano: Fundamentos de máquinas eléctricas rotativas Mulukutla S. Sarma: Electric machines Corte transversal de una central hidráulica Rotor Mulukutla S. Sarma: Electric machines Principio de funcionamiento: ESTATOR= Devanado trifásico motor distribuido alimentado con un EL ROTOR GIRA A LA MISMA VELOCIDAD QUE EL CAMPO: VELOCIDAD DE SINCRONISMO 60 f NS P Controlando la excitación (tensión de alimentación del rotor) se consigue que la máquina trabaje con cualquier factor de potencia: PUEDE ABSORBER O CEDER Q sistema trifásico de tensiones CAMPO MAGNÉTICO GIRATORIO ROTOR= Devanado alimentado con corriente continua que crea un campo magnético fijo INTERACCIÓN ROTOR - ESTATOR PAR MOTOR Y GIRO DE LA MÁQUINA Principio de funcionamiento: ESTATOR= Devanado trifásico generador distribuido conectado a la carga N f P 60 o red que se desea alimentar P=PARES DE POLOS N=VELOCIDAD DE GIRO Para conectar el generador a una red es necesario que gire a la velocidad de sincronismo correspondiente a la frecuencia de dicha red Controlando la excitación (tensión de alimentación del rotor) se consigue que la máquina trabaje con cualquier factor de potencia: PUEDE ABSORBER O CEDER Q ROTOR= Devanado alimentado con corriente continua que crea un campo magnético fijo. Se hace girar por un medio externo El campo creado por el rotor, al girar, induce FEM en el estator y, por tanto, hace circular corriente por la carga TRANSFORMACIÓN DE ENERGÍA MECÁNICA EN ENERGÍA ELÉCTRICA M/S FANTASY PROPULSIÓN ELÉCTRICA Motores transversales Tipo de propulsión: • Diesel-eléctrica • 4 Motores principales • 2 Motores auxiliares • Hélices de paso variable Planta generadora Catálogos comerciales Motores transversales Planta generadora: • 4 Generadores síncronos de 10,3 MVA • 2 Generadores síncronos de 6,8 MVA • Tensión=6,6 kV Motores: • Síncronos de doble devanado controlados con cicloconvertidores • 2 Motores principales de 14 MW refrigerados por agua • 6 Motores transversales de 1,5 MW Aparamenta de protección y maniobra asociada a las máquinas eléctricas Elementos de una instalación eléctrica Elementos que protegen a la instalación: (protección de conductores y receptores) Conductores que transmiten la energía eléctrica a los receptores Elementos de control que gobiernan el funcionamiento de los receptores Receptores: elementos que se alimentan con la potencia suministrada por la red Elementos de maniobra que permiten conectar, desconectar y alterar el funcionamiento de los receptores Elementos que protegen a las personas Aparamenta eléctrica Conjunto de aparatos de maniobra, protección, medida, regulación, y control, incluidos los accesorios de las canalizaciones eléctricas utilizados en instalaciones de baja y alta tensión. La aparamenta eléctrica se define a partir de los valores asignados a algunas de sus magnitudes funcionales (tensión corriente, potencia, temperatura, etc.). Estos valores son los llamados valores nominales o asignados. Se denomina valor nominal de una cualidad determinada de un aparato al valor de la magnitud que define al aparato para esa cualidad. El fabricante de la aparamenta, los criterios de diseño y la normativa vigente definen cuales deben ser los valores nonimales para las distintas magnitudes de cada aparato. Magnitudes de la aparamenta eléctrica Tensión nominal: máxima tensión asignada por el fabricante para el material del que está construido el dispositivo. Suele estar ligada al aislamiento y a otras características funcionales dependientes de la tensión. Corriente nominal: máxima corriente que se puede mantener de forma indefinida sin que supere la máxima temperatura establecida en las normas ni se produzca ningún tipo de deterioro. Existen valores normalizados, por ejemplo, para interruptores automáticos y diferenciales: 6A, 10A, 16A, etc. Máxima intensidad térmica: máxima corriente que puede circular por un dispositivo durante un tiempo prolongado (especificado por el fabricante) sin producir calentamiento excesivo que genere daños. Magnitudes de la aparamenta eléctrica Máxima corriente de sobrecarga: valor máximo de la corriente que se puede soportar durante una sobrecarga. Este valor debe ir asociado al tiempo de duración de la sobrecarga. Nivel de aislamiento: se define por los valores de las tensiones utilizadas en los ensayos de aislamiento a frecuencia industrial y ante ondas tipo rayo. Estos valores indican la capacidad del aparato para soportar dichas sobretensiones. Poder de cierre: máximo valor de la intensidad sobre la que puede cerrar correctamente un interruptor, contactor o relé. Poder de corte o capacidad nominal de ruptura: máximo valor de la intensidad que un interruptor, contactor, relé o fusible es capaz de abrir sin sufrir daños. Solicitaciones a las que está sometida la aparamenta eléctrica Calentamiento: la aparamenta eléctrica está sometida al calentamiento derivado del efecto Joule y de las pérdidas causadas por efectos magnéticos (corrientes parásitas) y pérdidas en los aislantes (pérdidas dieléctricas). Aislamiento: la aparamenta eléctrica padece los problemas derivados de la influencia del medio ambiente y las alteraciones producidas por el tiempo en los materiales aislantes sólidos líquidos y gaseosos. Esfuerzos mecánicos: el problema de los esfuerzos mecánicos tiene su origen en las fuerzas electrodinámicas que se manifiestan entre conductores próximos cuando son recorridos por corrientes eléctricas y en las dilataciones que experimentan al calentarse. Aparamenta de maniobra Objetivo: establecer o interrumpir la corriente en uno o varios circuitos bajo las condiciones previstas de servicio sin daños para el dispositivo de maniobra y sin perturbar el funcionamiento de la instalación. Aplicación: conexión y desconexión de consumidores. Revisiones periódicas de la instalación y los elementos del sistema. Tipos de maniobra: existen dos tipos de maniobra según que circule corriente o no ( o la tensión entre contactos sea despreciable) por el elemento de maniobra cuando se produzca ésta: maniobras en vacío y en carga. Dispositivos de maniobra: Seccionador (maniobras en vacío) Interruptor (maniobras en carga) Contactor (maniobras en carga) Seccionadores Dispositivo mecánico de conexión que, por razones de seguridad, asegura, en posición de abierto, una distancia de seccionamiento que satisface unas determinadas condiciones de aislamiento. El seccionador SÓLO es capaz de abrir o cerrar el circuito cuando la corriente es despreciable o no hay diferencia de potencial entre sus contactos. Las condiciones DE AISLAMIENTO que debe satisfacer se refieren a la capacidad de soportar determinados valores de las tensiones tipo rayo y de maniobra. NO TIENE PODER DE CIERRE NI DE CORTE, debe trabajar sin carga. Se utiliza para garantizar la desconexión de la instalación cuando se realizan trabajos sobre ella Seccionadores Los seccionadores tienen 2 estados lógicos: abierto y cerrado Físicamente están constituidos por un conjunto de cuchillas y unos elementos aislantes. Se accionan manualmente y su velocidad de operación es la que les aplique el operador (en ocasiones se emplean muelles para acelerar la maniobra). Son dispositivos de seguridad que indican claramente la posición de sus contactos para mostrar si la instalación está conectada o no Si se maniobran con la instalación en carga se produce su destrucción (salvo en seccionadores especiales diseñados para trabajar en carga) Seccionadores Cuanto más rápido se realice la maniobra antes se extingue el arco Curso de aparamenta eléctrica: Merlin Gerin Muelle Cuchillas Seccionador de cuchillas Se introducen resortes de forma que la separación de las cuchillas de los contactos tiene lugar cuando se vence la fuerza recuperadora del muelle La apertura se produce “de golpe” aunque el usuario desplace la palanca lentamente Seccionadores Seccionadores con fusibles para baja tensión Seccionador de alta tensión Catálogos comerciales Interruptores Interruptor: aparato mecánico de conexión capaz de establecer, soportar e interrumpir la corriente del circuito en condiciones normales y circunstancialmente en condiciones de fallo (cortocircuito). Interruptor automático o disyuntor: interruptor diseñado para interrumpir corrientes anormales como las de cortocircuito. Pequeño interruptor automático: aparato mecánico de conexión destinado a abrir y cerrar manualmente un circuito y abrirlo en funcionamiento automático cuando la intensidad excede un valor determinado. (aplicable cuando V<415V e I<82A: instalaciones BT). Contactor: aparato mecánico de conexión con una sola posición de reposo estable (abierto o cerrado) capaz de ser accionado por diferentes tipos de energía pero no la manual. Pueden establecer, interrumpir y soportar las corrientes normales de la instalación y en ocasiones las de cortocircuito. Interruptores Catálogos comerciales Interruptores de mando y parada de emergencia: SON DISPOSITIVOS DE MANIOBRA Interruptores automáticos: Catálogos comerciales SON DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN Contactores CONTACTOR TRIFÁSICO CON CONTACTOS AUXILIARES R S T Armadura fija Resorte Contactos Contactos auxiliares principales Sólo tiene una posición de trabajo estable Armadura móvil Flujo magnético Sólo permanece en la posición activa mientras recibe energía Bobina de alimentación Soporta un elevado nº de ciclos de cierre y apertura Contactores TIPOS DE CONTACTORES Electromagnéticos: la fuerza necesaria para cerrar el circuito proviene de un electroimán. Neumáticos: La fuerza para efectuar la conexión proviene de un circuito de aire comprimido. Electroneumático: muy similar al anterior: el circuito de aire comprimido está gobernado por electroválvulas. Contactor con retención: es aquel en el que, alcanzada la posición de trabajo, al ser alimentado el dispositivo de accionamiento, un sistema de retención impide su retorno cuando se deja de alimentar. La retención y liberación para recuperar la posición de reposo pueden ser mecánicas, magnéticas, eléctricas, neumáticas etc. Contactores Contacto auxiliar R S T N Armadura fija Resorte Pulsador de marcha Armadura móvil Pulsador de paro M Circuito de arranque y parada de un motor trifásico mediante contactor con contactos auxiliares Catálogos comerciales Contactor AC 250 A Contactores Contactor modular de propósito general Combinación de conContactor trifásico tactores para arranque motor 450kW estrella – triángulo 350 kW Combinación de contactores para inversión sentido giro 300 A Combinación de contactores para inversión sentido giro 200 kW Contactor trifásico motor 5 kW Contactor trifásico motor 45 kW Dispositivos para la protec-ción contra sobreintensidades Sobrecargas: corrientes mayores que la nominal que se mantienen durante largo tiempo. Provienen de un mal dimensionado de la instalación. Producen aumento de las pérdidas y de la temperatura SOBREINTENSIDADES Cortocircuitos: corrientes muy elevadas debidas a fallos de aislamiento, rotura de conductores, averías en equipos, errores humanos etc. Cortacircuitos fusibles Interruptores de potencia Combinaciones de maniobra Los cortocircuitos producen los máximos esfuerzos térmicos y electrodinámicos de la instalación, por tanto, deben ser eliminados en un tiempo lo más breve posible Cortacircuitos fusibles Permiten desconectar corrientes muy elevadas en un espacio mínimo. Constan de un elemento fusible y de un medio de extinción del arco (arena de cuarzo). Cuanto mayor sea la corriente de defecto antes se funde el elemento fusible. Sólo se pueden utilizar una vez. Se caracterizan por su elevada capacidad de ruptura. Carcasa de material aislante Indicador de fusión Asidero aislado Elemento fusible Cuchilla de conexión Cortacircuitos fusibles Curvas características Aunque la curva acaba en 2*103 el fusible es capaz de cortar corrientes mayores. Su poder de corte lo suministra el fabricante Cortacircuitos fusibles CLASE DE FUNCIONAMIENTO Corriente Denominación permanente hasta Fusibles de rango completo g IN CLASE DE SERVICIO Corriente de interrupción Denominación Protección de Imin gL Cables y conductores gR Semiconductores gB Equipos de minas 4IN aM Aparatos de maniobra 2,7I N aR Semiconductores Fusibles de rango parcial a IN Fusibles de rango completo: pueden ser cargados permanentemente con su corriente nominal y son capaces de interrumpir corrientes desde la corriente mínima de ruptura hasta su poder de corte. Fusibles de rango parcial: pueden ser permanentemente cargados con su corriente nominal e interrumpen corrientes a partir de un determinado múltiplo de su intensidad nominal hasta el poder de corte. Relés térmicos La corriente de la instalación circula por la bobina de calentamiento. Tornillo autobloqueo Pto. muerto Curso de aparamenta eléctrica: Merlin Gerin Si la corriente sufre un incremento debido a una sobrecarga las tiras bimetálicas se calientan proporcionalmente a ella. Palanca disparo Las tiras bimetálicas al calentarse se deforman produciendo el des- Tecla de plazamiento de la corredera que liberación abre los contactos. El posicionamiento inicial de la palanca de disparo determina la corriente necesaria para la apertura. La temperatura ambiente no afecta porque la palanca de disparo también es bimétalica y se deforma con Tª exterior. Tira compensación Tª Corredera Bimetal Bobinas Relé térmico bimetálico Relés térmicos Tiempo de fusión de disparo (s) Curvas características 5 10 La corriente regulada es aquella para la que se ha ajustado el disparo del relé térmico Ir. Para valores de la corriente menores que Ir el relé no dispara. Para corrientes mucho mayores que Ir el tiempo necesario para el disparo es cada vez menor. 4 10 3 10 Curva de disparo 2 10 I=Ir 10 1 0,5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Múltiplos de la corriente regulada (A) Interruptores magnetotérmicos o de potencia Tienen como función proteger los circuitos contra sobrecargas, cortocircuitos o subtensión Llevan incorporados dispositivos que miden la corriente y la tensión de la instalación para detectar las situaciones anómalas y actuar en consecuencia desconectando los circuitos El cierre suele ser manual y la apertura automática Su capacidad nominal de ruptura o poder de corte debe ser mayor que la corriente inicial simétrica de cortocircuito (corriente de cortocircuito que se establece en los primeros ciclos a continuación de producirse el fallo) Para realizar la protección simultánea contra sobrecargas y cortocircuitos los interruptores incorporan un dispositivo de protección térmico como los relés y uno de tipo magnético Interruptores magnetotérmicos o de potencia Elemento de disparo térmico: el elemento de disparo térmico es un relé térmico que se encarga de actuar cuando se produce una sobrecarga. Elemento de disparo magnético: el elemento de disparo magnético es una bobina por la que circula la corriente a controlar. Cuando la corriente alcanza un determinado múltiplo de la intensidad nominal la bobina “atrae” a una pieza metálica cuyo movimiento provoca el disparo de la protección. Su misión es la protección contra cortocircuitos. La curva característica de respuesta de un interruptor magnetotérmico consta de dos zonas una para el disparo térmico y otro para el magnético. Interruptores magnetotérmicos o de potencia Ir: Corriente de reacción de disparo por sobrecarga Im: Corriente de reacción de disparo por cortocircuito Existen interruptores con Im ajustable Capacidad nominal de ruptura Interruptores magnetotérmicos o de potencia 1 Polo 36000 A 2 Polos 70000 A 3 Polos 70000 A 4 Polos 36000 A Interruptores automáticos para la protección de circuitos con elevadas corriente de corto 2 Polos 50000 A Catálogos comerciales Interruptores automáticos para la protección de motores contra cortocircuitos 3 Polos 50000 A Comparativa entre la protec-ción mediante fusibles e interruptores de potencia Tiempo Zona A: mejor protección del interruptor magnetotérmico: corriente de disparo por sobrecarga menor, posibilidad de ajuste. Zona B: tiempo de disparo más bajo para el fusible. Zona C: en la proximidad del disparo magnético del interruptor su protección es más rápida. Zona D: a partir de la zona C, el tiempo de fusión del fusible es más corto que el de actuación del interruptor, además su poder de corte es mayor con lo que hasta CNRFUS la protección más eficaz la proporciona le fusible. A FUSIBLE B IrINT IrFUS C CNRINT CNRFUS D Im Corriente Termistores Resistencia específica /Cm Termistores NTC y PTC: semiconductores con comportamiento equivalente a resistencias de alto coeficiente térmico (negativo/positivo) Su resistencia eléctrica decrece muy bruscamente con la subida de Tª Esta variación permite detectar la evolución térmica del equipo que protegen Temperatura ºC Se conectan al circuito de mando y partir de una cierta Tª (resistencia) realizan la desconexión Aparamenta asociada a los transformadores RELÉS TÉRMICOS y RELÉS DE IMAGEN TÉRMICA: protección contra sobrecargas. Los relés de imagen térmica se usan sólo en transformadores de gran potencia. Son dispositivos cuya temperatura varía de forma idéntica a la del elemento que protegen RELÉ DE BUCHHOLZ: dispositivo que detecta las burbujas producidas como consecuencia de cualquier fallo interno que produzca descargas eléctricas INTERRUPTOR DIFERENCIAL (DDR): protección contra CONTACTOS INDIRECTOS y FALLOS DE AISLAMIENTO RELÉS MAGNÉTICOS TEMPORIZADOS: protección contra cortocircuitos CONTACTORES: conexión y desconexión de la red SECCIONADORES: aislamiento de la instalación FUSIBLES: pueden sustituir a los relés para la eliminación de cortocircuitos Aparamenta asociada a los motores eléctricos TERMISTORES: protección de los devanados: disparo de la alimentación si se supera la temperatura correspondiente a la clase de aislamiento del motor INTERRUPTOR MAGNETOTÉRMICO: protección del motor contra: SOBRECARGAS, CORTOCIRCUITOS, y BLOQUEO DEL EJE POR CAUSAS EXTERNAS INTERRUPTOR DIFERENCIAL (DDR): protección contra CONTACTOS INDIRECTOS y FALLOS DE AISLAMIENTO CONTACTORES: maniobras marcha y parada de la máquina FUSIBLES: pueden sustituir al interruptor de potencia para la eliminación de cortocircuitos LA CARCASA DEL MOTOR SE CONECTARÁ SIEMPRE A TIERRA A TRAVÉS DEL DDR
