Tema 59 – Circuitos de conmutación con relés

Están formados por:

– Electroimán: bobina arrollada sobre un núcleo magnético (chapas laminadas en c.a. o bloque de acero en c.c.). La parte móvil del electroimán se junta al núcleo cuando éste se magnetiza y, cuando cesa, vuelve a su posición.

– Bobina: su comportamiento y características dependen de si trabajan a corriente continua o alterna (en esta caso hay que considerar la reactancia inductiva de la bobina).

– Contactos: sometidos a máximo trabajo, deben reunir: gran conductividad eléctrica y térmica, gran resistencia al soldeo, resistencia a la corrosión, dureza, resistencia mecánica. Acciones que reúnen estas condiciones: Plata-Cadmio, Plata-Níquel, Platino-Iridio.

Partes de un contactor:

– Contactos principales: realizan el cierre o apertura del circuito. Pueden ser unipolares, bipolares, tripolares y a su vez fijos o móviles. Se fabrican con materiales aleados: Plata-Cadmio, Plata-Paladio y Plata-Níquel.

– Contactos auxiliares: gobiernan el contactor y su señalización. Pueden estar abiertos o cerrados.

– Circuito electromagnético: para c.a o c.c. Consta de tres partes: núcleo, armadura y bobina. El núcleo, en forma de E lleva arrollada en su parte central una bobina que, al paso de corriente, genera un campo que atrae a la armadura (parte móvil), que al presionar los contactos, cierra los abiertos y abre los cerrados.

– Sistema de soplado: al abrir los contactos se da paso a la corriente, que pasa a través del aire ionizado, originándose mucho calor y desgastando por erosión a los contactos. Para reducirlo se emplean métodos como: soplado de aire a presión, soplado magnético, baño de aceite y cámaras desionizadoras.

– Soporte o estructura: caja de materiales aislantes, donde se fijan los contactos principales, auxiliares y el circuito. Al exterior solo salen los bornes de conexión del circuito de potencia y mando.

Semiconductor de Silicio formado por cuatro capas P y N dispuestas alternativamente.

Consta de 3 electrodos: cátodo (K), ánodo (A) y puerta (G).

Para establecer una corriente entre ánodo y cátodo existen dos formas:

– Aplicando una tensión elevada ánodo y cátodo.

– Aplicando en la puerta G, una intensidad de corriente. (Método más utilizado). Bastará con un impulso inicial de corta duración para que exista corriente.

La curva del Tyrstor representa la corriente del ánodo, en función de la tensión ánodo-cátodo:

– Al crecer a tensión en sentido V_F, se alcanza valor máximo V_d que provoca el cebado; el Tyristor se hace conductor, cae la tensión ánodo-cátodo y aumenta la corriente.

– La aplicación de una corriente en la puerta desplaza el punto de disparo V_d.

– Polarizando el Tyristor inversamente se observa la existencia de una débil corriente de fuga I_R, hasta llegar a una tensión máxima que provoca la destrucción del elemento.

Como la unión puerta cátodo es PN, similar al diodo, la característica de puerta será igual a la de un diodo.

En la curva vemos:

– El triac puede conducir en sentido directo I_F o inverso I_R.

– Los impulsos de encendido pueden ser tanto positivos como negativos.

Circuito de potencia formado por:

– Fusibles

– Contactos de fuerza del contactor.

– Componentes bimetálicos del relé térmico.

Circuito de control (funcionamiento):

– Se pulsa sobre M

– Se excita la bobina del contactor C.

– Se cierran los contactos del c. potencia y c. control.

El motor recibe tensión y la bobina se autoalimenta.

Basta con invertir la conexión de dos fases cualquiera (con la conexión de dos contactores).

Es preciso, para invertir la marcha, detener antes el motor mediante el pulsador de paro (común a ambos).

Se consigue con la ayuda de tres contactores:

– El contactor C₁ conecta el motor a la red.

– El contactor C₃, realiza la conexión en estrella.

– El contactor C₂ lo hace en triángulo.

– Para que el control sea automático a partir de un pulsador de marcha, necesitamos un temporizador T.

– Al activar M, entra C₁ y C₃ y T y el motor queda conectado en estrella.

– Esta conexión en estrella dura el tiempo ajustado en el temporizador T, al cabo del cual, cambia la posición y activa el contactor triángulo.

Arranque directo

– Cabe destacar los contactos cerrados de enclavamiento mutuo que tienen los dos contactores entre sí (fig 2) que cumplen la función de proteger de posibles cortocircuitos ante la activación de los dos contactores al mismo tiempo.

Arranque inverso

Ambos se alimentan en c.c. (con convertidor de dos cuadrantes)

M = K₂ * f * I

M = K₂ * V /f

La velocidad viene dada por:

n_r = n (1 – s)

f = frecuencia

p = número de pares de polos

s =deslizamiento

n = f / p

– El control de velocidad de un motor de c.c se obtiene variando la tensión en el inducido. De entre los métodos, el puente trifásico es el preferido.

– Para el control de la tensión de salida se emplea el tyristor distinguiéndose el puente de media onda y el puente de onda completa cuyos circuitos pueden verse en las figuras

D

C

A

B

Circuito de potencia de regulador monofásico.

Circuito de potencia de regulador trifásico

Según se impulse T₁ o T₂ la corriente circula en un sentido o en otro, consiguiéndose una señal alterna.

– a = ángulo de encendido (desfase entre señal de entrada e impulso de puerta).

– q = ángulo de conducción (tiempo durante el cual el tyristor conduce).

a = t / T a + q= 180º

– t = tiempo entre señal alterna y aplicación del impulso.

– T = período de la señal alterna.

El ángulo de encendido se puede variar si elegimos el instante de aplicación del impulso

Tensión V_R que aparece en la carga

Tren de impulsos

Corriente del circuito

Tensión alterna de alimentación

El condensador se carga hasta V_p. En ese momento UJT bascula y C se descarga sobre R_B. Cuando la tensión < 2V, el emisor deja de conducir, el transistor se bloquea y comienza un nuevo ciclo.

Condiciones de establecimiento del circuito con disparo UJT:

– Se limita R_B1 < 100 W

– R₁ puede variar entre 3K y 3M.

– Tensión de alimentación comprendida entre 10V – 35V.

Circuito de control sencillo de onda completa.

– Cuando aparece c.c en bornes del diodo, la base del transistor adquiera potencial positivo y TR₁, permanece bloqueado.

– A través de R₅ pasa corriente, que eleva el potencial del emisor. Este se hace más positivo y TR₁ empieza a conducir.

– Con al realimentación positiva a través del transformador, se produce efecto acumulativo, se satura TR₁, cae potencial yTR₁ se bloquea.

– El condensador empieza de nuevo a cargarse a través de R₅ y el ciclo se repite.