Resolver problemas de circuitos eléctricos, utilizando las leyes de Ohm, Kirchoff y Watt.
Tensión:
Es la presión que ejerce una fuente de suministro de energía eléctrica o fuerza electromotriz (FEM) sobre las cargas eléctricas o electrones en un circuito eléctrico cerrado, para que se establezca el flujo de una corriente eléctrica. La unidad de tensión eléctrica es el voltaje (V) y se representa con la letra “V”.
Intensidad de Corriente:
Es la cantidad de electrones que fluyen a través de un conductor eléctrico en una unidad de tiempo. El valor de la intensidad de corriente es representado en amperes (A) y se representa con la letra “I”.
Resistencia Eléctrica:
Es la oposición del paso de electrones, las resistencias eléctricas transforman la energía eléctrica en otra forma de energía como calor. la unidad de medida para la resistencia es el ohm para la cual se emplea la simbología omega(Ω) y se represente con la letra “R”.
Potencia Eléctrica:
Es la cantidad máxima de energía que se puede aprovechar en un circuito eléctrico. La potencia se mide en watts (W) y se representa con la letra
“P”.
Por ejemplo:
Un motor grande tiene más potencia que un motor pequeño por que puede convertir más energía eléctrica en energía mecánica durante el mismo periodo. Nota :1 Hp equivale a 745,7 w
Circuitos en Serie:
Es una configuración de conexión en la que los bornes o terminales de los dispositivos (resistencias, capacitores, etc.) se conectan secuencialmente.
La terminal de salida de un dispositivo se conecta con la terminal de la entrada del otro.
2 elementos que se encuentran en serie Solo cuentan con un terminal en común
Características de los circuitos en serie
La intensidad de corriente que recorre por el circuito es la misma en todos los componentes. La suma de todas las caídas de tensión es igual a la tensión aplicada.
La resistencia equivalente del circuito es la suma de todas las resistencias. La intensidad total del circuito la calculamos con la Ley de ohm.
Circuito Paralelo:
El circuito paralelo es una conexión de dos puertos de entrada y salida de dos dispositivos, están conectados y coinciden entre sí.
Características de los circuitos en paralelo
La tensión que recorre por el circuito es la misma en todos los componentes.
La suma de todas las intensidades de corriente es igual a la intensidad de corriente aplicada. Circuito Mixto:
Las redes de circuitos mixtos son circuitos que contienen configuración de circuitos tanto de serie y paralelo.
Método general
debe de tomarse un momento para estudiar el problema en general y realizar un breve bosquejo mental del método general que se planee utilizar. El resultado de esto podría ser atajo que permitan ahorro de energía y tiempo.
Luego se examina cada región de la red de forma independiente antes de unirlas en combinación serie-paralelo. Esto, por lo general simplifica la red y posiblemente rebele un método directo hacia la obtención de una o más incógnitas buscadas también eliminaran muchos errores que podrían presentar debido a la falta de un método sistemático.
Debe hacer un nuevo trazado de la red lo más seguido posible con ramas reducidas y cantidades desconocidas sin embargo para mantener la claridad y proporcionar las redes reducidas para regresar a las cantidades desconocidos desde la fuente.
Ley de ohm.
𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑜 = oposición
para circuitos eléctricos el efecto que se trata de establecer es el flujo de carga de la corriente. La diferencia del potencial o voltaje entre dos puntos es la causa y la oposición que es la resistencia encontrada.
Efecto= Corriente(A)I Causa= Tensión(V)V Oposición=Resistencia(𝑅)R 𝐼 = V R
Ley de Kirchhoff
Surgen de la aplicación de la ley de conservación de la energía. Se dividen en dos, Ley de Corrientes y Ley de Tensión:
Ley de Corrientes de Kirchhoff:
Ley de tensión de Tensión de Kirchhoff:
En un circuito cerrado, la suma de las tensiones de batería que se encuentran al recorrerlo siempre será iguales a la suma de las caídas de tensión existente sobre los resistores.
Comportamiento del Capacitor en DC:
Es un dispositivo pasivo, utilizado en electricidad y electrónica, capaz de almacenar energía sustentando un campo eléctrico. Está formado por un par de superficies conductoras, generalmente en forma de láminas o placas separadas por un material dieléctrico o por el vacío. Las placas, sometidas a una diferencia de potencial, adquieren una determinada carga eléctrica, positiva en una de ellas y negativa en la otra, siendo nula la variación de carga total. En el Sistema internacional de unidades se mide en Faradios (F).
Al conectar un condensador en un circuito, la corriente empieza a circular por el mismo. A la vez, el condensador va acumulando carga entre sus placas. Cuando el condensador se encuentra totalmente cargado, deja de circular corriente por el circuito. Si se quita la fuente y se coloca el condensador y la resistencia en paralelo, la carga empieza a fluir de una de las placas del condensador a la otra a través de la resistencia, hasta que la carga es nula en las dos placas. En este caso, la corriente circulará en sentido contrario al que circulaba mientras el condensador se estaba cargando.
Q=Carga=V·C C=Capacitancia
Comportamiento del Inductor en DC
Un inductor, bobina o reactor es un componente pasivo de un circuito eléctrico que, debido al fenómeno de la autoinducción, almacena energía en forma de campo magnético. Un inductor está constituido normalmente por una bobina de conductor, típicamente alambre o hilo de cobre esmaltado. Existen inductores con núcleo de aire o con núcleo hecho de material ferroso (por ejemplo, acero magnético), para incrementar su capacidad de magnetismo. Una bobina ideal en corriente continua se comporta como un cortocircuito (conductor ideal), ya que al ser i (t) constante, es decir, no varía con el tiempo, no hay autoinducción de ninguna f.e.m.
Aplicar los conocimientos sobre el funcionamiento de instrumentos de medición. El Multímetro:
Un multímetro, también denominado polímetro, tester, es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas como corrientes y tensiones y/o pasivas como resistencias, capacidades y otras.
Las medidas pueden realizarse para corriente continua o alterna y en varios márgenes de medida cada una. Los hay analógicos y posteriormente se han introducido los digitales cuya función es la misma (con alguna variante añadida).
El Osciloscopio:
Un osciloscopio es un instrumento de visualización electrónico para la representación gráfica de señales eléctricas que pueden variar en el tiempo. Es muy usado en electrónica de señal, frecuentemente junto a un analizador de espectro.
Presenta los valores de las señales eléctricas en forma de coordenadas en una pantalla, en la que normalmente el eje X (horizontal) representa tiempos y el eje Y (vertical) representa tensiones.
Aplicar el código de colores usado en los dispositivos electrónicos.
Para caracterizar un resistor hacen falta tres valores: resistencia eléctrica disipación máxima precisión o tolerancia
Estos valores se indican normalmente en el encapsulado dependiendo del tipo de éste; para el tipo de encapsulado axial, el que se observa en las fotografías, dichos valores van rotulados con un código de franjas de colores.
Aplicar los teoremas de redes en la resolución de circuitos eléctricos y/o resolver problemas de sistemas eléctricos y electrónicos con capacitores e inductores en DC.
Thévenin:
En la teoría de circuitos eléctricos, el teorema de Thévenin establece que si una parte de un circuito eléctrico lineal está comprendida entre dos terminales A y B, esta parte en cuestión puede sustituirse por un circuito equivalente que esté constituido únicamente por un generador de tensión en serie con una impedancia, de forma que al conectar un elemento entre los dos terminales A y B, la tensión que cae en él y la intensidad que lo atraviesa son las mismas tanto en el circuito real como en el equivalente.
resistencia de 10 Ω está en circuito abierto y no circula corriente a través de ella, con lo que no produce ninguna caída de tensión. En estos momentos, el circuito que necesitamos estudiar para calcular la tensión de Thévenin está formado únicamente por la fuente de tensión de 100 V en serie con dos resistencias de 20 Ω y 5 Ω. Como la carga RL está en paralelo con la resistencia de 5 Ω (recordad que no circula intensidad a través de la resistencia de 10 Ω), la diferencia de potencial entre los terminales A y B es igual que la tensión que cae en la resistencia de 5 Ω, con lo que la tensión de Thévenin resulta:
Para calcular la resistencia de Thévenin, desconectamos la carga del circuito y anulamos la fuente de tensión sustituyéndola por un cortocircuito. Si colocásemos una fuente de tensión (de cualquier valor) entre los terminales A y B, veríamos que las tres resistencias soportarían una intensidad. Por lo tanto, hallamos la equivalente a las tres: las resistencias de 20 Ω y 5 Ω están conectadas en paralelo y estas están conectadas en serie con la resistencia de 10 Ω, entonces:
Superposición:
El teorema de superposición sólo se puede utilizar en el caso de circuitos eléctricos lineales, es decir circuitos formados únicamente por componentes lineales (en los cuales la amplitud de la corriente que los atraviesa es proporcional a la amplitud de voltaje a sus extremidades). El teorema de superposición ayuda a encontrar:
Valores de voltaje, en una posición de un circuito, que tiene más de una fuente de voltaje. Valores de corriente, en un circuito con más de una fuente de voltaje.
Este teorema establece que el efecto que dos o más fuentes tienen sobre una impedancia es igual, a la suma de cada uno de los efectos de cada fuente tomados por separado, sustituyendo todas las fuentes de voltaje restantes por un corto circuito, y todas las fuentes de corriente restantes por un circuito abierto.
En el circuito de abajo de la figura de la izquierda, calculemos el voltaje en el punto A utilizando el teorema de superposición. Como hay dos generadores, hay que hacer dos cálculos intermedios.
voltajes parciales:
Máxima transferencia de Potencia:
Determinar las características de la corriente alterna: La onda senoidal:
En corriente alterna, la tensión varía continuamente en el tiempo, tomando valores positivos y negativos. La forma más común de corriente alterna es la senoidal. Se debe a que los generadores de electricidad más utilizados producen corriente con esta forma.
Por otro lado, la corriente alterna, es más fácil para transportar a lo largo de grandes distancias que la corriente continua. Otra ventaja importante frente a la corriente continua es que la alterna puede ser fácilmente convertida entre distintos valores de tensión, ya sea aumentándolos o disminuyéndolos, a través de transformadores.
Relación de Fase:
La fase es un valor que representa el ángulo inicial de la señal y se mide en radianes o en grados. En el siguiente ejemplo vemos dos señales con distinta fase (desfasadas entre sí ½ π radianes o 90 grados).
En el primer cálculo, conservamos la fuente de voltaje
de la izquierda y remplazamos la fuente de corriente
por un circuito abierto. El voltaje parcial obtenido es:
En el segundo cálculo, guardamos la fuente de
corriente de derecha y remplazamos la fuente de
voltaje por un cortocircuito. El voltaje obtenido es:
Periodo:
El período es la duración de un ciclo completo de una señal alterna. Se mide en segundos (con sus prefijos correspondientes).
Frecuencia:
Es la inversa del período y corresponde a la cantidad de ciclos por unidad de tiempo de una señal alterna. Se mide en Hertz.
Valores de la CA: valor promedio, valor eficaz, valor pico a pico, valor medio y máximo, valor instantáneo.
Valor Promedio:
El valor promedio de un ciclo completo de voltaje o corriente es cero (0). Si se toma en cuenta solo un semiciclo (supongamos el positivo) el valor promedio es: VPR = VPICO x 0.636. La relación que existe entre los valores
Vpromedio = 0.636 * Vp Valor Eficaz:
Se llama valor eficaz de una corriente alterna, al valor que tendría una corriente continua que produjera la misma potencia que dicha corriente alterna, al aplicarla sobre una misma resistencia.
Es decir, se conoce el valor máximo de una corriente alterna (I0). Se aplica ésta sobre una cierta resistencia y se mide la potencia producida sobre ella.
A continuación, se busca un valor de corriente continua que produzca la misma potencia sobre esa misma resistencia. A este último valor, se le llama valor eficaz de la primera corriente (la alterna).
modo para la corriente la potencia eficaz resultará ser:
Es decir que es la mitad de la potencia máxima (o potencia de pico).
La tensión o la potencia eficaz, se nombran muchas veces por las letras RMS. O sea, el decir 10 VRMS o 15 WRMS significarán 10 voltios eficaces o 15 watios eficaces, respectivamente.
Valor Pico a Pico:
Es la suma del punto cero hacia arriba y del punto cero hacia abajo, se podría decir que es la diferencia que hay entre el máximo y el mínimo de la onda, es el doble del valor pico.
Valor Pico:
Es el máximo valor instantáneo que puede tener una onda senoidal. Valor medio:
Se llama valor medio de una tensión (o corriente) alterna a la media aritmética de todos los valores instantáneos de tensión (o corriente), medidos en un cierto intervalo de tiempo. En una corriente alterna sinusoidal, el valor medio durante un período es nulo: en efecto, los valores positivos se compensan con los negativos. Vm = 0
siendo V0 el valor máximo.
En cambio, durante medio periodo, el valor medio es Valor Instantáneo:
Es el valor que toma la onda a ca da instante; es el valor que tiene la onda en el tiempo que uno selecciona.
Comportamiento del capacitor en corriente alterna:
A diferencia en del comportamiento de un capacitor con la corriente continua (donde no hay paso de corriente), el paso de la corriente alterna por el capacitor si ocurre.
Otra característica del paso de una corriente alterna en un capacitor es que el voltaje que aparece en los terminales del mismo está desfasado o corrido 90° hacia atrás con respecto a la corriente que lo atraviesa. Este desfase entre el voltaje y la corriente se debe a que el capacitor se opone a los cambios bruscos de voltaje entre sus terminales.
Al aplicar voltaje alterno a un capacitor, éste presenta una oposición al paso de la corriente alterna, el valor de esta oposición se llama reactancia capacitiva (Xc) y se puede calcular con la ley de Ohm XC = V / I, y con la fórmula:
XC = 1/ (2x π x f x C)
Comportamiento de la bobina en corriente alterna:
La bobina como la resistencia se opone al flujo de la corriente, pero a diferencia de ésta, el valor de esta oposición se llama reactancia inductiva y se representa por:
XL y se puede calcular con: la Ley de Ohm: XL = V / I y por la fórmula: XL = 2π x f x L, donde:
XL: reactancia inductiva en ohmios V: voltaje en voltios
I: corriente en amperios π: constante (pi): 3.1416 f: frecuencia en Hertz L: inductancia en henrios
En la bobina el voltaje adelanta a la corriente en 90°.
Tipos de potencia eléctrica en corriente alterna y la relación entre ellas.
Del mayor o menor retraso o adelanto que provoque un equipo eléctrico cualquiera en la corriente (I) que fluye por un circuito, en relación con el voltaje o tensión (V), así será el factor de potencia o Cos φ que tenga dicho equipo. En un circuito eléctrico de corriente alterna se pueden llegar a encontrar tres tipos de potencias eléctricas diferentes:
Potencia activa (P) (resistiva) Potencia reactiva (Q) (inductiva) Potencia aparente (S) (total) Potencia activa o resistiva (P):
proporcionar la fuente de fuerza electromotriz (FEM). La potencia activa se representa por medio de la letra (P) y su unidad de medida es el watt (W). Los múltiplos más utilizados del watt son: el kilowatt (kW) y el mega watt (MW) y los submúltiplos, la mili watt
(mW) y el micro watt (μW). La fórmula matemática para hallar la potencia activa que consume un equipo eléctrico cualquiera cuando se encuentra conectado a un circuito monofásico de corriente alterna es la siguiente:
𝑃 𝐶𝑜𝑠𝜑
Dónde:
P = Potencia de consumo eléctrico, expresada en watt (W)
I = Intensidad de la corriente que fluye por el circuito, en ampere (A) Cosφ = Valor del factor de potencia o coseno de “fi”
(En los dispositivos que poseen solamente carga resistiva, el factor de potencia es siempre igual a “1”, mientras que en los que poseen carga inductiva ese valor será siempre menor de “1”).
Potencia reactiva o inductiva (Q)
Esta potencia la consumen los circuitos de corriente alterna que tienen conectadas cargas reactivas, como pueden ser motores, transformadores de voltaje y cualquier otro dispositivo similar que posea bobinas o enrollados. Esos dispositivos no sólo consumen la potencia activa que suministra la fuente de FEM, sino también potencia reactiva.
La potencia reactiva o inductiva no proporciona ningún tipo de trabajo útil, pero los dispositivos que poseen enrollados de alambre de cobre, requieren ese tipo de potencia para poder producir el campo magnético con el cual funcionan. La unidad de medida de la potencia reactiva es el volt-ampere reactivo (VAR).
La fórmula matemática para hallar la potencia reactiva de un circuito eléctrico es la siguiente:
Dónde:
Q = Valor de la carga reactiva o inductiva, en volt-ampere reactivo (VAR) - S = Valor de la potencia aparente o total, expresada en volt-ampere (VA)
P = Valor de la potencia activa o resistiva, expresada en watt (W) Potencia aparente o total (S):
La potencia aparente se representa con la letra “S” y su unidad de medida es el voltamperio (VA). La fórmula matemática para hallar el valor de este tipo de potencia es la siguiente: 𝑆 𝐼
Dónde:
S = Potencia aparente o total, expresada en volt-ampere (VA) V = Voltaje de la corriente, expresado en volt
I = Intensidad de la corriente eléctrica, expresada en ampere (A)
La potencia activa, por ejemplo, es la que proporciona realmente el eje de un motor eléctrico cuando le está transmitiendo su fuerza a otro dispositivo mecánico para hacerlo funcionar. Midamos en ese caso con un voltímetro la tensión o voltaje (V) que llega hasta los bornes del motor y seguidamente, por medio de un amperímetro, la intensidad de corriente en ampere (A) que fluye por el circuito eléctrico de ese motor. A continuación, multipliquemos las cifras de los dos valores obtenidos y el resultado de la operación será el valor de la potencia aparente (S), expresada en voltamperio (VA) que desarrolla dicho motor y no precisamente su potencia activa (P) en watt (W).
La cifra que se obtiene de la operación matemática de hallar el valor de la potencia aparente (S) que desarrolla un dispositivo será siempre superior a la que corresponde a la potencia activa (P), porque al realizar esa operación matemática no se está tomando en cuenta el valor del factor de potencia o coseno de “fi” (Cosφ).
Triángulo de potencias
El llamado triángulo de potencias es la mejor forma de ver y comprender de forma gráfica qué es el factor de potencia o coseno de “fi” (Cosφ) y su estrecha relación con los restantes tipos de potencia presentes en un circuito eléctrico de corriente alterna.
Como se podrá observar en el triángulo de la ilustración, el factor de potencia o coseno de “fi” (Cosφ) representa el valor del ángulo que se forma al representar gráficamente la potencia activa (P) y la potencia aparente (S), es decir, la relación existente entre la potencia real de trabajo y la potencia total consumida por la carga o el consumidor conectado a un circuito eléctrico de corriente alterna. Esta relación se puede representar también, de forma matemática, por medio de la siguiente fórmula:
El resultado de esta operación será “1” o un número fraccionario menor que “1” en dependencia del factor de potencia que le corresponde a cada equipo o dispositivo en específico. Ese número responde al valor de la función trigonométrica “coseno”, equivalente a los grados del ángulo que se forma entre las potencias (P) y (S).
Si el número que se obtiene como resultado de la operación matemática es un decimal menor que “1” (como por ejemplo 0,95), dicho número representará el factor de potencia correspondiente al desfasaje en grados existente entre la intensidad de la corriente eléctrica y la tensión o voltaje en el circuito de corriente alterna.
Lo ideal sería que el resultado fuera siempre igual a “1”, pues así habría una mejor optimización y aprovechamiento del consumo de energía eléctrica, o sea, habría menos pérdida de energía no aprovechada y una mayor eficiencia de trabajo en los generadores que producen esa energía.
En los circuitos de resistencia activa, el factor de potencia siempre es “1”, porque como ya vimos anteriormente en ese caso no existe desfasaje entre la intensidad de la corriente y la tensión o voltaje. Pero en los circuitos inductivos, como ocurre con los motores, transformadores de voltaje y la mayoría de los dispositivos o aparatos que trabajan con algún tipo de enrollado o bobina, el valor del factor de potencia se muestra con una fracción decimal menor que “1” (como por ejemplo 0,8), lo que indica el retraso o desfasaje que produce la carga inductiva en la sinusoide correspondiente a la intensidad de la corriente con respecto a la sinusoide de la tensión o voltaje. Por tanto, un motor de corriente alterna con un factor de potencia o Cosφ = 0,95 será mucho más eficiente que otro que posea un Cosφ = 0,85.
Determinar las características técnicas de los motores trifásicos y de los sistemas electromecánicos para mando, control y regulación de máquinas eléctricas. Reconocer partes, el funcionamiento del motor trifásico, así como los sistemas electromecánicos para mando, control y regulación de máquinas eléctricas.
Definición de máquinas eléctricas
Una máquina eléctrica es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en otra energía, o bien, en energía eléctrica, pero con una presentación distinta, pasando esta energía por una etapa de almacenamiento en un campo magnético.
Se clasifican en tres grandes grupos: Generadores.
Motores.
Transformadores.
Los generadores transforman energía mecánica en eléctrica, y lo inverso sucede en los motores.
Una máquina eléctrica tiene un circuito magnético y dos circuitos eléctricos. Normalmente uno de los circuitos eléctricos se llama excitación, porque al ser recorrido por una corriente eléctrica produce las ampervueltas necesarias para crear el flujo establecido en el conjunto de la máquina.
Desde una visión mecánica, las máquinas eléctricas se pueden clasificar en: Rotativas (Generadores y Motores).
Estáticas (Transformadores).
Las máquinas rotativas están provistas de partes giratorias, como las dinamos, alternadores, motores. Las máquinas estáticas no disponen de partes móviles, como los transformadores. Para el estudio a realizar a continuación se clasificarán las máquinas como lo anteriormente visto: rotativas y estáticas Partes que conforman la máquina trifásica asincrónica.
Funcionamiento de la máquina trifásica asincrónica.
Los motores asíncronos son máquinas rotativas de flujo variable y sin colector. El campo inductor está generado por corriente alterna. Generalmente, el inductor está en el estator y el inducido en el rotor. Son motores que se caracterizan porque son mecánicamente sencillos de construir, lo cual los hace muy robustos y sencillos, apenas requieren mantenimiento, son baratos y, en el caso de motores trifásicos, no necesitan arrancadores (arrancan por sí solos al conectarles la red trifásica de alimentación) y no se ven sometidos a vibraciones por efecto de la transformación de energía eléctrica en mecánica, ya que la potencia instantánea absorbida por una carga trifásica es constate e igual a la potencia activa. Estas son las principales ventajas que hacen que sea ampliamente utilizado en la industria.
Se les llama asíncrono porque el rotor gira siguiendo el campo magnético del estator, pero no logra alcanzar esa misma velocidad.
La placa con los datos característicos nos da toda la información correspondiente al motor. La figura muestra dos placas típicas de motores.
Utilizando los datos correspondientes a 60 Hz de la primera placa mostrada, indicaremos los parámetros siguientes:
PARÁMETROS ELÉCTRICOS Tipo de motor 3 (Trifásico) Potencia 0,14 kW Voltaje nominal 440 V
Tipo de conexión Estrella o Y Corriente nominal 0,34 A Frecuencia nominal 60 Hz Factor de potencia (cosφ)0,81
PARÁMETROS MECÁNICOS O CONSTRUCTIVOS Velocidad nominal 3 310 / min
Factor de servicio (SF) 1,15 Tipo de aislamiento (Th.Cl.) F Tamaño del marco IEC56 Grado de protección IP54 Tipo constructivo IM B3ç
Simbología de Motores Trifásicos: Motor eléctrico trifásico Símbolo genérico Motor trifásico Motor serie trifásico
Motor trifásico de conexión en estrella y con arranque automático
Motor trifásico con rotor devanado
Motor lineal trifásico con giro en un solo sentido
El Relé
Es un dispositivo electromagnético. 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.
El Contactor
Elementos de mando y señalización
el propósito de establecer una función de control sobre un equipo o conjunto de equipos. La función de control consiste en permitir o cerrar el paso de energía eléctrica al equipo o parte de este.
Los elementos que conforman un sistema de control eléctrico se pueden clasificar de acuerdo a la función que desempeñan. Se definen las siguientes funciones dentro del sistema de control eléctrico:
· Maniobras · Mando Manual
· Mando Auxiliar o Automático · Señalización
· Protección
Para la ejecución de cada una de estas funciones existen elementos especializados. Dentro del sistema de control eléctrico tenemos: Elementos de maniobras, elementos de mando, elementos auxiliares de mando, elementos de señalización y elementos de protección.
Elementos de Maniobras:
En los circuitos de control eléctrico la función de maniobras consiste en energizar o des energizar los equipos de potencia del sistema; tales como motores eléctricos, cargas de alumbrado, calentadores, etc.
Elementos de maniobras son todos aquellos aparatos que permiten el paso o la interrupción de la corriente de la red a una carga eléctrica.
Los elementos de maniobras pueden agruparse de la siguiente manera:
Elementos de maniobras manuales: Son aparatos que requieren la acción de un operador para ejecutar la operación de energización o des energización de una carga o equipo eléctrico. Los principales elementos de maniobras manuales usados en controles eléctricos son los siguientes:
Pulsadores: Son aparatos de maniobra con cierto poder de corte. Se diferencian de los interruptores porque cierran o abren circuitos mientras actúa sobre ellos una fuerza externa (del operador o usuario) en el mecanismo de accionamiento, el dispositivo retoma su posición de reposo una vez que cesa la fuerza aplicada. El más familiar de estos aparatos son los usados en las bocinas de automóviles y timbres residenciales. Las características eléctricas principales son similares a las reseñadas para los interruptores manuales. En los circuitos de control eléctrico son usados más a menudo como elementos de mando, que como elementos de maniobras.
Elementos de Maniobras Automáticos: Son dispositivos diseñados para abrir y/o cerrar circuitos en función de las magnitudes que alcanzan ciertas variables físicas tales como: corriente, voltaje, frecuencia, temperatura, presión, espacio, tiempo, etcétera. Los más importantes son los interruptores automáticos o disyuntores; que son aparatos de conexión - desconexión de circuitos; capaces de establecer, soportar e interrumpir corrientes bajo condiciones normales del circuito, así como establecer, soportar durante un tiempo determinado e interrumpir corrientes de cortocircuito.
El disyuntor puede actuar por sobrecargas, cortocircuitos, sobrevoltaje o por bajos voltajes. Al producirse cualquiera de estas anomalías desconectan automáticamente la fuente de alimentación del circuito. Para volver a recuperar el circuito se procede a una acción de rearme manual. Uno de los interruptores automáticos más usado es el breaker, el cual protege los circuitos ramales y alimentadores de instalaciones eléctricas.
Aparatos de protección: Son dispositivos destinados a interrumpir la alimentación del circuito cuando se presenta una irregularidad en su funcionamiento, particularmente sobrecargas y cortocircuitos. Dentro de esta categoría se ubican dos elementos particulares:
Fusibles: Son conductores calibrados para permitir el paso de una determinada magnitud de corriente, de manera tal que al producirse una sobre corriente el conductor se fundirá y desconecta la fuente de alimentación de la carga. En los circuitos de control eléctrico se usan comúnmente los fusibles como elementos de protección contra cortocircuitos y no contra sobrecargas. Los fusibles se construyen de una gran diversidad de formas: tapones, bayonetas, cartuchos, cuchillas, alambre, etcétera.
Aparatos de protección automáticos: Son aparatos destinados a brindar protección contra sobrecargas y no contra cortocircuitos. Se usan en combinación con los contactores para despejar los problemas de sobrecarga en el circuito. Los más utilizados son los relés térmicos, termomagnéticos y electromagnéticos.
Diagrama en escalera, potencia y montaje. Diagrama escalera
LADDER, también denominado lenguaje de contactos o en escalera, es un lenguaje de programación gráfico muy popular dentro de los autómatas programables debido a que está
basado en los esquemas eléctricos de control clásicos. De este modo, con los conocimientos que todo técnico eléctrico posee, es muy fácil adaptarse a la programación en este tipo de lenguaje.
Ladder es uno de los varios lenguajes de programación de PLC estandarizado en IEC 61131-3.
Contacto NA
interna o un bit de sistema. Bobina
NC
complementario al de la bobina NA. Bobina
SET
Una vez activa (puesta a 1) no se puede desactivar (puesta a 0) si no es por su correspondiente bobina en
Elementos básicos en LADDER
Símbolo Nombre Descripción
Se activa cuando hay un uno lógico en el elemento que representa; esto es, una entrada (para captar información del proceso a controlar), una variable
Se activa cuando la combinación que hay a su entrada (
RESET. Sirve para memorizar bits y, usada junto con la bobina RESET, dan una enorme potencia en la programación.
Bobina
JUMP
Permite saltarse instrucciones del programa e ir directamente a la etiqueta que se desee. Sirve para realizar subprogramas.
LADDER para la función M = A(B'+C) D'
Diagramas de Potencia
Es el encargado de alimentar al receptor (p.e. motor, calefacción, electro freno, iluminación, etc.). Está compuesto por el contactor (identificado con la letra K), elementos de protección (identificado con la letra F como pueden ser los fusibles, relé térmico, relés magneto térmicos, etc.) y un interruptor magneto térmico identificado con la letra Q.
Al principio del circuito de potencia siempre deberá existir una protección general, magneto térmico o fusibles, que nos permita desconectar completamente el circuito.
Diagrama de mando o maniobra.
trabajar a tensiones diferentes, por ejemplo, el de potencia a 400 vde C.A. y el de mando a 24 V de C.C. o de C.C. o de C.A.
Diagramas de montaje.
Muestra los diferentes componentes del circuito de manera simple y con pictogramas uniformes de acuerdo a normas, y las conexiones de alimentación y de señal entre los distintos dispositivos.
Montajes básicos de automatismo.
Arranque – Paro de un Motor
Cambio de Giro
Arranque Estrella – Delta
(Suave-fuerte)
Respecto a la corriente de arranque esta también se reduce un tercio; recuerda uno de los “dogmas” del trifásico que estudiaste:
“tres impedancias en triángulo consumen el triple de corriente de línea que, en estrella, a la misma tensión de red”.
La secuencia de funcionamiento es la siguiente:
Se cierra KM1 y KM3 conectándose el motor en estrella y arrancando con los valores de par e intensidad del punto 1(fíjate que KM3 cortocircuita XY-Z). A continuación, la velocidad va aumentando y el punto de funcionamiento del motor evoluciona hacia el punto 2.
2 al 3). Observa el Fig. x que la caja de conexiones no tiene chapas puesto que los puentes los realizan los contactores (KM3 para la estrella y KM2 para el triángulo).
Finalmente, el motor evoluciona en triángulo desde el punto 3 al 4, donde el motor se estabiliza a la velocidad que corresponda en función del par de carga.
Relé estado solido
Es un dispositivo interruptor electrónico que conmuta el paso de la electricidad cuando una pequeña corriente es aplicada en sus terminales de control. Los SSR consisten en un sensor que responde a una entrada apropiada (señal de control), un interruptor electrónico de estado sólido que conmuta el circuito de carga, y un mecanismo de acoplamiento a partir de la señal de control que activa este interruptor sin partes mecánicas. El relé puede estar diseñado para conmutar corriente alterna o continua. Hace la misma función que el relé electromecánico, pero sin partes móviles.
Características
Los relés de estado sólido utilizan semiconductores de potencia como tiristores y transistores para conmutar corrientes hasta más de 100 amperios. Los relés SSR pueden conmutar a muy altas velocidades (del orden de milisegundos) en comparación a los electromecánicos, y no tienen contactos mecánicos que se desgasten. A la hora de aplicar este tipo de relés debe tenerse en cuenta su baja tolerancia para soportar sobrecargas momentáneas, comparado con los relés electromecánicos, y su mayor resistencia al paso de la corriente en su estado activo.
Funcionamiento
Un SSR basado en un único MOSFET, o múltiples MOSFET en paralelo, puede trabajar bien para cargas de CC. Los MOSFET implementan un diodo que conduce la electricidad en un sólo sentido, por lo que un único MOSFET no puede bloquear la corriente en ambas direcciones. Un SSR para CC es básicamente un MOSFET, pero manejando mayor corriente y con la peculiaridad de que la entrada está aislada de la salida, además tendrán el terminal positivo y negativo identificados, ya que se pueden dañar si las polaridades se invierten. Cuando se conmutan cargas inductivas debe colocarse un diodo de protección en la salida del SSR para evitar que las corrientes inversas de retorno lo dañen.
Para CA (bidireccional) se suele emplear un TRIAC que consta de dos SCR conectados en direcciones opuestas. Los TRIAC se utilizan porque la corriente alterna está constantemente cambiando de dirección; cuando la puerta del TRIAC deja de recibir corriente, el TRIAC cortará el paso de electricidad cuando el ciclo de la alterna pase por 0 (que sucede cada 20 ms si es de 50 Hz), por lo que nunca se interrumpe el paso en un pico de la alterna, evitando los altos voltajes transitorios que de otra forma se producirían si se interrumpiera el paso bruscamente debido al colapso repentino del campo magnético sobre el inducido.
