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INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE IRAPUATO

PRÁCTICAS DE LABORATORIO

CONTROLES ELÉCTRICOS

INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

M. en C. Guillermo Tapia Tinoco Ing. José Miguel García Guzmán

Marzo de 2011

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE IRAPUATO Controles Eléctricos

Prácticas de Laboratorio

INDICE Práctica 1………………………………………………………………………………………………………3 Práctica 2………………………………………………………………………………………………………8 Práctica 3……………………………………………………………………………………………………12 Práctica 4……………………………………………………………………………………………………16 Práctica 5……………………………………………………………………………………………………20

2 M. en C. Guillermo Tapia Tinoco Ing. José Miguel García Guzmán



PRACTICA 1 IDENTIFICACION DE ELEMENTOS DE CONTROLES ELECTRICOS




INTRODUCCIÓN Hoy en día la mayoría de las máquinas utilizan controles eléctricos, para facilitar y optimizar su funcionamiento; principalmente mediante la automatización. Esto se logra mediante la acción de uno o varios motores y del control de la máquina. Los tipos de controles eléctricos se pueden clasificar en manuales, semiautomáticos y automáticos. Es muy importante poder identificar cada uno de los elementos para darle el uso adecuado y así evitar fallas.

OBJETIVO El objetivo de esta práctica es obtener la capacidad de identificar físicamente los elementos de controles eléctricos y relacionarlos con su simbología, ya sea europea o americana. Una vez que se haya identificado el componente y asociado con su simbología, el alumno desarrollara la habilidad para realizar las pruebas necesarias a cada uno de los elementos para verificar su correcto funcionamiento.

MATERIAL •

10 puntas

•

1 multímetro

•

1 fuente de voltaje

PROCEDIMIENTO 1 Colocar el símbolo correspondiente a cada uno de los elementos que se muestran a continuación y describir su funcionamiento brevemente.

ELEMENTO

SIMBOLOGIA EUROPEA

SIMBOLOGIA AMERICANA

DESCRIPCIÓN

Botón Normalmente Abiert o

Botón Normalmente Cerrado




Botón 4 vías

Lampara Piloto

Contactor

Botón de Paro de Emergencia

Relevador de Control

Interruptor de Palanca




Interruptor de Leva o Tipo Tambor

Relevador de Sobrecarga

Relé Temporizador

Interruptor de Embolo

2 Verificar la continuidad de cada uno de los elementos como los botones normalmente abierto, normalmente cerrado, paro de emergencia, interruptor de émbolo, botón de cuatro vías, interruptor de leva, interruptor de palanca etc.

3 Verificar el funcionamiento de los elementos que necesitan de un voltaje de alimentación como son, relevador de control, contactor electromagnético, relé temporizador, lámpara piloto, etc. Antes de iniciar las pruebas, se deberá estar seguro del correcto funcionamiento de la fuente, es importante tener en cuenta los voltajes nominales de cada uno de los dispositivos a verificar para evitar dañarlos.

SECCIÓN DE PREGUNTAS 1 Cuando se conecta el multímetro para medir la continuidad en un botón normalmente abierto. ¿Qué ocurre inicialmente? ¿Y al presionarlo? ¿Por qué?




2 Explicar la diferencia entre un contactor y un relevador de control.

3 ¿Qué sucede en un relevador de control al energizarlo?

4 ¿Qué sucede en cada una de las posiciones de un interruptor de leva? Explicarlo mediante un diagrama eléctrico.

5 ¿Qué sucede con un relevador de control si se opera por debajo de su voltaje nominal?




PRACTICA 2 ARRANQUE A TENSIÓN PLENA, ARRANQUE Y PARO GRADUAL




INTRODUCCIÓN Existen dos tipos de controladores de motores para funcionamiento a tensión plena: manuales y magnéticos. Para arrancar el motor solo se necesita suministrar energía de CA a sus terminales; para detenerlo basta con interrumpir la energía de CA y permitir que el motor reduzca gradualmente su velocidad. En consecuencia lo único que se requiere es un conjunto de contactos en el circuito del motor, la manera de abrirlos y cerrarlos es simplemente un interruptor operado manualmente. Un componente adicional que forma parte de cualquier arrancador es el que se encarga de proteger al motor de sobrecarga. Una unidad de protección contra sobrecorriente del motor es un dispositivo que detecta la cantidad de corriente que toma el motor; cuando la corriente excede un valor predeterminado la unidad de protección responde y desconecta el motor de la línea. Si se requiere control remoto o desde estaciones múltiples se necesita un controlador magnético. En este caso, se tiene un conjunto de contactos en las líneas de alimentación del motor para iniciar y parar el flujo de corriente eléctrica al motor, pero en vez de abrir y cerrar estos contactos manualmente, se hará en forma electromecánica. Cuando se energiza la bobina, su campo magnético cierra los contactos del circuito del motor. Cuando se interrumpe la energía a la bobina, un resorte abre los contactos del circuito. Todo controlador de motores debe realizar cuatro funciones básicas: 1. Proporcionar la manera de arrancar y parar el motor. 2. Proteger contra cortocircuitos. 3. Proporcionar la manera de desconectar todo el circuito de rama del motor de su línea de alimentación. 4. Proteger contra sobre cargas del motor.

OBJETIVO Adquirir la capacidad de llevar a cabo un arranque a tensión plena y a su vez implementar un circuito para realizar un arranque y paro gradual de un motor trifásico jaula de ardilla.

MATERIAL • • •

1 Motor de inducción jaula de ardilla 1 Voltímetro analógico de CA 1 Amperímetro analógico de CA 9


INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE IRAPUATO Controles Eléctricos • • • • • • •


1 Multímetro Digital 1 Botón NA 1 Botón NC 1 Luz Piloto Verde 1 Luz Piloto Rojo 30 puntas 1 Transformador monofásico (208-120V)

PROCEDIMIENTO 1 Revisar de manera individual cada uno de los componentes utilizados en la práctica. 2 Armar el circuito de arranque a tensión plena mostrado en el diagrama de la figura siguiente y probar solamente la parte de control, hecho esto se procede a probar la parte de potencia.

Figura 1. Circuito de arranque a tensión plena

3 Es importante observar el comportamiento de los voltajes y las corrientes al realizar el arranque.

4 Una vez realizado esto, proceder a armar el circuito de arranque y paro gradual mostrado en la figura 2 y repetir la operación. 10 M. en C. Guillermo Tapia Tinoco Ing. José Miguel García Guzmán



Figura 2. Circuito de arranque y paro gradual

SECCIÓN DE PREGUNTAS: 1 En la figura 1. ¿Qué sucede si se quita el contactor M que se encuentra conectado en paralelo con el botón de arranque?

2 En la figura 1. ¿Qué pasa si en lugar de conectar la luz roja en paralelo con la bobina M, se conecta en serie con la misma?

3 En ambos circuitos de control ¿Qué sucede si se oprimen al mismo tiempo ambos botones?

4 ¿Cuál es la función que tiene el transformador en los circuitos?

5 ¿Qué sucedería si la protección de sobrecarga, en cualquier arrancador de motores, no funcionara?




PRACTICA 3 INVERSION DE GIRO




INTRODUCCION Cuando se requiere invertir la dirección de rotación de un motor de inducción jaula de ardilla trifásico, lo que se debe hacer es intercambiar dos, cualesquiera de las tres fases. Para una inversión rápida se puede bloquear el motor conectándolo para girar en dirección opuesta a la que se encuentra girando. El bloqueo puede ser inadecuado en maquina grande o con carga acoplada considerable ya que puede provocar un esfuerzo demasiado grande en la máquina o en el proceso; es por esto que el motor debe detenerse por algún medio antes de que se lleve a cabo la inversión de giro. El circuito que controla la inversión de giro de un motor de inducción trifásico, debe estar protegido contra cualquier daño que pueda presentarse al operar el motor en ambos sentidos. El circuito controlador incluye dos tipos de cierre de combinación: eléctrico y mecánico. El cierre de combinación mecánico es un acoplamiento mecánico entre las bobinas del circuito de control, el cual impide que las dos bobinas cierren sus contactos simultáneamente. El cierre de combinación eléctrico está formado por dos elementos: el cierre de combinación por botones (que impide que ambas bobinas se energicen al mismo tiempo) y los contactos auxiliares normalmente cerrados de las bobinas que se colocan en serie con las bobinas opuestas. En términos generales el cierre de combinación, mecánico o eléctrico, es una protección que impide que se produzca un corto circuito al momento de invertir el sentido de giro en el motor.

OBJETIVO Llevar a cabo la inversión de giro de un motor trifásico jaula de ardilla; así como, implementar las protecciones adecuadas para evitar posibles fallas.

MATERIAL • • • • • • • • • • •

Motor de inducción jaula de ardilla Multímetro digital Voltímetro CD (analógico) Amperímetro CA (analógico) 30 puntas Transformador monofásico (208-120 V) Interruptor de leva o tambor 2 interruptores 4 vías Relevador de sobrecarga Botón normalmente cerrado 2 relevadores de control 13




PROCEDIMIENTO 1 Asegurarse de que todo el equipo se encuentra en correcta operación para un funcionamiento óptimo; tanto la fuente de voltaje, como cada uno de los elementos de control.

2 Armar el circuito mostrado en el diagrama y probar primera y únicamente la parte de control, ya hecho esto se procede a probar la parte de potencia.

Figura 3. Circuito de inversión de giro con botones 4 vías

3 Observar el comportamiento de la corriente cuando se lleva a cabo la inversión de giro del motor.

4 Proseguir a armar el circuito mostrado a continuación, el cual equivale a cambiar los pulsadores por un interruptor tipo tambor.

Figura 4. Circuito de inversión de giro con interruptor tipo tambor 14 M. en C. Guillermo Tapia Tinoco Ing. José Miguel García Guzmán



SECCIÓN DE PREGUNTAS 1 En cualquiera de los dos circuitos ¿Qué sucedería si se energizan al mismo tiempo la bobina D y R al mismo tiempo? ¿Cómo se puede evitar esto?

2 ¿Además de las configuraciones mostradas con anterioridad, existe alguna otra forma de evitar de que se activen las 2 bobinas al mismo tiempo? ¿En qué consiste?

3 ¿Es posible invertir el giro del motor sin que este se halla detenido completamente? ¿Qué sucede? ¿Por qué?




PRACTICA NO. 4 ARRANQUE A TENSIÓN REDUCIDA POR MEDIO DE RESISTENCIAS PRIMARIAS




INTRODUCCIÓN Cualquier motor de inducción jaula de ardilla se puede arrancar aplicando voltaje completo a sus terminales. Sin embargo, dependiendo de la aplicación, puede ser deseable reducir la torsión de arranque, la corriente de arranque o ambas. Para reducir el esfuerzo en la máquina movida puede ser necesario reducir la torsión de arranque. Para impedir una caída excesiva en el voltaje de la línea de energía, puede ser necesario reducir la corriente de arranque. La corriente y torsión de arranque se pueden reducir limitando el voltaje aplicado a las terminales del estator del motor. La resistencia primaria del arranque es una manera de reducir la corriente de arranque. La caída de voltaje en la resistencia, debida a la corriente del motor, reduce el voltaje en las terminales del mismo. Para determinar el voltaje deseado en el arranque del motor, se debe conocer la corriente de arranque (o de rotor bloqueado) y el factor de potencia. La caída a través de la resistencia primaria debe restarse vectorialmente del voltaje de línea para determinar el voltaje que aparece en las terminales del motor. Conforme aumenta la velocidad del motor, la corriente del estator disminuye y con ella la caída de voltaje a través de las resistencias de arranque primarias. El voltaje en las terminales del motor aumenta hasta que se desarrolla la velocidad máxima.

OBJETIVO Observar las ventajas del arranque a tensión reducida;

así como analizar el

comportamiento del motor con los diferentes tipos de arranque.

MATERIAL •

Motor de inducción jaula de ardilla

•

Amperímetro analógico

•

Voltímetro analógico

•

Multímetro digital

•

30 cables de conexión (puntas)

•

1 temporizador

•

2 relevadores de control

•

2 pulsadores (1 NC y 1 NA) 17




•

Banco de resistencias

•

2 lámparas piloto

PROCEDIMIENTO 1 Asegurarse de que todo el equipo se encuentra en correcta operación para un funcionamiento óptimo.

2 Armar el circuito mostrado en el diagrama y probar primera y únicamente la parte de control, ya hecho esto se procede a probar la parte de potencia.

Figura 5. Circuito de arranque estrella-delta

3 Arrancar el motor con las resistencias primarias, primero ajustándolas con un valor de 12

Ω,

después cambiarlas por 100

Ω,

observe el comportamiento del motor al arrancar y

observe la corriente.

SECCIÓN DE PREGUNTAS 1 ¿Para qué nos sirve el arranque con resistencias primarias?

2 ¿Qué diferencia se observa al cambiar los valores de las resistencias? 18 M. en C. Guillermo Tapia Tinoco Ing. José Miguel García Guzmán



3 ¿Qué pasa si se colocan resistencias de diferentes valores en cada una de las fases?

4 ¿Por qué se tienen que corto-circuitar las resistencias en el sistema?

5 ¿Cuál fue la diferencia en la corriente de arranque entre el arranque a tensión plena y el de resistencias primarias?




PRACTICA 5 ARRANQUE Y-Δ DE UN MOTOR DE INDUCCION TRIFASICO




INTRODUCCIÓN Otro método para reducir la corriente de arranque y la torsión de arranque de un motor es mediante el arranque estrella- delta. Cuando se designa un motor trifásico jaula de ardilla para que funcione normalmente con el devanado del estator conectado en delta, el voltaje por devanado (fase) es igual al voltaje de línea. Por lo tanto, si se conecta el devanado en estrella por medios externos al arrancar, se reducirá el voltaje de fase al 58% al voltaje de línea. Este es otro método de arranque a tensión reducida que se puede emplear cuando se sacan ambos extremos de cada devanado del estator y se hacen disponibles para la conmutación. La corriente y torsión de arranque se reduce considerablemente con este método de estrella- delta de aceleración del motor, ya que el motor desarrolla 33% de corriente de arranque normal de la línea.

OBJETIVO Al finalizar esta práctica se obtendrá el conocimiento del

principio de

funcionamiento de la conexión estrella – delta y sus aplicaciones, y de esta forma, poder comparar las características de esta configuración contra las anteriormente estudiadas.

MATERIAL •

Fuente de voltaje

•

40 puntas

•

Motor jaula de ardilla

•

Voltímetro analógico

•

Amperímetro analógico

•

Multímetro digital

•

1 temporizador

•

2 relevadores de control

•

Lámparas piloto




PROCEDIMIENTO 1 Verificar cada uno de los elementos a utilizar por el método adecuado para cada uno de ellos. 2 Armar el diagrama mostrado a continuación, conectando únicamente la parte de control; una vez probada, armar la parte de potencia.

Figura 6. Circuito de arranque estrella-delta

3 Observar cuidadosamente el comportamiento de los voltajes y corrientes durante el arranque.

SECCIÓN DE PREGUNTAS 1 ¿Cómo se comporta la corriente al momento del arranque?

2 ¿Explica el funcionamiento de la conexión estrella-delta?

3 ¿Qué pasa si el motor se arranca en delta?




4 ¿Qué pasa si el motor permanece operando en estrella?

5 La potencia es mayor en delta que en estrella. Explique por qué.


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