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diseño

1. Control de Motores
Eléctricos
INSTALACIONES ELÉCTRICAS AUTOMATIZADAS
RONI DOMÍNGUEZ
Sistemas de automatismos eléctricos industriales
con Lógica Cableada

2. Control de Motores Eléctricos
Sistemas de Automatismos Eléctricos con Lógica Cableada
MANUAL TEÓRICO-PRÁCTICO









Roni Domínguez
2020

FARADAYOS

3. TABLA DE CONTENIDO
Capítulo 1- Introducción a las instalaciones eléctricas automatizadas --------------------------------- 8
1.1- Términos en instalaciones automatizadas ---------------------------------------------------------- 8
1.2- Elementos de una instalación automatizada ------------------------------------------------------- 9
1.2.1- Elementos operativos --------------------------------------------------------------------------------- 9
1.2.2- Accionadores o actuadores -------------------------------------------------------------------------- 9
1.2.3- Sensores o captadores ------------------------------------------------------------------------------ 10
1.2.4- Elemento de mando --------------------------------------------------------------------------------- 11
1.3- Desarrollo de los automatismos industriales ----------------------------------------------------- 11
1.4- Estructura y componentes de las instalaciones de automatismos -------------------------- 14
1.7- Automatización industrial ---------------------------------------------------------------------------- 15
Capítulo 2- Conexión de motores eléctricos ---------------------------------------------------------------- 16
2.1.- Clasificación de los motores eléctricos ----------------------------------------------------------------- 16
2.2- Motores eléctricos trifásicos de 6 terminales ---------------------------------------------------- 19
2.3- Motores eléctricos trifásicos de 9 terminales ---------------------------------------------------- 22
2.4- Motores eléctricos trifásicos de 12 terminales -------------------------------------------------- 25
2.5- Motores de inducción con rotor bobinado ------------------------------------------------------- 27
2.6- Motores de corriente continua --------------------------------------------------------------------------- 28
Capítulo 3- Elementos de mando y señalización ----------------------------------------------------------- 30
3.1- Captadores electromecánicos ----------------------------------------------------------------------- 30
3.4- Pulsadores ----------------------------------------------------------------------------------------------- 31
3.2- Interruptores selectores ------------------------------------------------------------------------------ 34
Selector eléctrico rotativo ------------------------------------------------------------------------------------- 34
3.5- Botón de paro de emergencia ----------------------------------------------------------------------- 38
3.6- Lámparas de señalización ---------------------------------------------------------------------------- 40
Siímbolos de luces piloto (Norma Europea IEC) ------------------------------------------------------- 42
3.6.4- Botón pulsador con luz piloto --------------------------------------------------------------------- 44
3.6.5- Balizas y columnas de señalización --------------------------------------------------------------- 47
Capítulo 4- Contactores, arrancadores manuales y magnéticos ---------------------------------------- 50
4.1- Contactor ------------------------------------------------------------------------------------------------ 50
4.1.1- Partes del contactor --------------------------------------------------------------------------------- 51
4.1.2- Funcionamiento del contactor -------------------------------------------------------------------- 52
4.1.3- Bloque de contactos auxiliares -------------------------------------------------------------------- 54
4.2- Arrancadores manuales ------------------------------------------------------------------------------- 56

4. 4.2.1- Arrancador manual sencillo o monopolar ------------------------------------------------------ 56
4.2.2- Arrancador manual doble o bipolar -------------------------------------------------------------- 56
4.2.3- Arrancador manual triple, tripolar o trifásico -------------------------------------------------- 57
4.2.4- Desventajas de los arrancadores manuales ---------------------------------------------------- 58
4.3- Arrancador magnético -------------------------------------------------------------------------------- 58
4.3.1- Circuito de control a dos hilos --------------------------------------------------------------------- 59
4.3.2- Circuito de control a tres hilos -------------------------------------------------------------------- 60
Capítulo 5- Dispositivos de protección -------------------------------------------------------------------- 62
5.1- Disyuntor, breaker o interruptor automático ---------------------------------------------------- 63
5.1.1- Tipos de interruptores automáticos magnetotérmicos -------------------------------------- 64
5.2- Overload o relé térmico------------------------------------------------------------------------------- 66
5.2.1- Principio de funcionamiento ---------------------------------------------------------------------- 67
5.2.2- Clasificación ------------------------------------------------------------------------------------------- 70
5.4- Guardamotor -------------------------------------------------------------------------------------------- 74
5.4.1- El guardamotor magnetotérmico en el arranque directo ----------------------------------- 76
5.4.2- Como se conecta un guardamotor --------------------------------------------------------------- 77
5.4.3- Guardamotor con contactor ----------------------------------------------------------------------- 78
Capítulo 6- Relays --------------------------------------------------------------------------------------------- 79
6.1- Relays -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 79
6.1.2- Conexión de relay de 8 pines y 11 pines -------------------------------------------------------- 81
6.2- Relays estado sólido -------------------------------------------------------------------------------------- 85
Capítulo 7- Temporizadores o timers --------------------------------------------------------------------- 90
7.1- Temporizador o timer ------------------------------------------------------------------------------ 90
7.2- Temporizador a la conexión o al trabajo (ON-DELAY) --------------------------------------- 90
7.3- Temporizador a la desconexión o al reposo (OFF-DELAY) ---------------------------------- 91
7.4- Conexión de temporizador de 8 pines ---------------------------------------------------------- 93
Capítulo 8- Circuitos de automatismos básicos --------------------------------------------------------- 96
8.1- Tipos de circuitos ------------------------------------------------------------------------------------ 96
8.2- Estructura para instalación de un motor eléctrico ------------------------------------------- 96
8.3- Esquemas de fuerza y mando -------------------------------------------------------------------- 98
8.4- Conexión y protección del circuito de mando------------------------------------------------- 99
8.5- Control a dos hilos --------------------------------------------------------------------------------- 100
8.6- Control a tres hilos --------------------------------------------------------------------------------- 101
8.7- Arranque-paro desde múltiple estaciones ---------------------------------------------------- 106
8.8- Control Jog ------------------------------------------------------------------------------------------- 108
8.9- Señalización de la marcha ------------------------------------------------------------------------ 110
8.10- Señalización de parada ------------------------------------------------------------------------- 111
8.11- Luz piloto de prueba ---------------------------------------------------------------------------- 111
8.13- Mando intermedio mediante relay de control -------------------------------------------- 114

5. 8.14- Inversión del sentido de giro de motores trifásicos -------------------------------------- 115
Capítulo 9- Transformador de control ------------------------------------------------------------------ 131
9.1- Transformador de control ------------------------------------------------------------------------ 131
Capítulo 10- Actuadores ----------------------------------------------------------------------------------- 134
10.2- Soleonoide ------------------------------------------------------------------------------------------- 134
10.3- Electrovalvula o válvulas solenoides ----------------------------------------------------------- 135
Capítulo 11- Arranque de motores eléctricos --------------------------------------------------------- 138
11.1- Arranque directo -------------------------------------------------------------------------------- 138
11.2- Arranque estrella-delta o estrella-triangulo ----------------------------------------------- 140
11.3- Arranque de motores de devanados partidos “part-winding” ------------------------ 145
11.5- Arranque estatórico por resistencias ------------------------------------------------------- 147
11.6- Arranque mediante resistencias rotóricas ------------------------------------------------- 149
11.7- Arranque por autotransformador ----------------------------------------------------------- 153
11.8- Arranque electrónico --------------------------------------------------------------------------- 156
11.9- Arranque de motores trifásicos en redes monofásicas --------------------------------- 160
11.10- Arranque de motores monofásicos con componentes trifásicos --------------------- 162
Capítulo 12- Sensores electromecánicos y electrónicos --------------------------------------------- 163
12.1- Interruptor de presión ------------------------------------------------------------------------- 163
12.2- Limit Switch, interruptor de posición o final de carrera -------------------------------- 166
12.3- Interruptor de flujo ----------------------------------------------------------------------------- 171
12.4- Interruptor de temperatura o termostato ------------------------------------------------- 172
12.5- Interruptor de nivel o flotador eléctrico ---------------------------------------------------- 174
12.6- Sensores de proximidad o presencia -------------------------------------------------------- 176
12.7- Conexión de los sensores de proximidad -------------------------------------------------- 184
Capítulo 13- Control de velocidad de motores eléctricos ------------------------------------------- 186
13.1- Motor trifásico de inducción de dos velocidades----------------------------------------- 186
13.3- Variadores de frecuencia ---------------------------------------------------------------------- 191
Capítulo 14- Frenado de motores eléctricos ---------------------------------------------------------- 200
14.1- Frenado por contracorriente ----------------------------------------------------------------- 200
14.2- Frenado por inyección de corriente continua --------------------------------------------- 201
14.3- Frenado de electromecánico ----------------------------------------------------------------- 203
Capítulo 15- Paneles o armarios eléctricos de automatismos -------------------------------------- 205
15.1- Tipos de tableros eléctricos ----------------------------------------------------------------------- 205
15.2- Panel de control eléctrico -------------------------------------------------------------------------- 207
15.3- Aspectos constructivos ------------------------------------------------------------------------- 208
15.4- Elementos de cableado y conexión ---------------------------------------------------------- 210
15.5- Fijación del cableado --------------------------------------------------------------------------- 216
15.6- Elementos para la climatización -------------------------------------------------------------- 219
15.7- Pasos para el armado del armario eléctrico ---------------------------------------------------- 220
15.8- Numeración de bornera y cables ----------------------------------------------------------------- 225

6. Capítulo 16- Sistemas de transferencia automática -------------------------------------------------- 228
16.1- Interruptores de transferencia manual ----------------------------------------------------- 228
16.2- Sistemas de transferencia automático ------------------------------------------------------ 229
16.4- Detección y localización de averías en interruptores de transferencia
automáticos -------------------------------------------------------------------------------------------------- 234
Capítulo 17- Control con dispositivos electrónicos --------------------------------------------------- 236
17.1- Diodos -------------------------------------------------------------------------------------------------- 236
17.2- Rectificadores----------------------------------------------------------------------------------------- 238
17.3- Diodo zener ------------------------------------------------------------------------------------------- 245
17.4- Transistor ---------------------------------------------------------------------------------------------- 247
17.5- Transistores de Efecto de Campo ---------------------------------------------------------------- 250
17.5.2- Transistor IGBT ------------------------------------------------------------------------------------- 256
17.6- Tiristores ----------------------------------------------------------------------------------------------- 258
Capítulo 18- Mantenimiento y reparación de instalaciones eléctricas automatizadas -------- 264
18.1- Procedimiento general para el mantenimiento de sistemas de control ------------- 264
18.2- Mantenimiento a los arrancadores, contactores y relés magnéticos ---------------- 267
18.3- Mantenimiento a dispositivos auxiliares de los circuitos de control ----------------- 269
18.4- Detección y localización de averías en circuitos de control ---------------------------- 269
18.5- Averías en contactores ------------------------------------------------------------------------- 270
18.6- Estrategia para la localización de fallas en circuitos de control ----------------------- 275
18.9- Ejemplos de diagnostico de fallas en circuitos de automatismos --------------------- 278
Apéndices ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 281
A- Símbolos de controles eléctricos (normas americana ANSI y NEMA) ---------------------- 281
B- Símbolos de controles eléctricos (norma europea IEC) --------------------------------------- 283

7. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

7

8. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

8
Capítulo 1- Introducción a las
instalaciones eléctricas automatizadas


Automatizar significa establecer un sistema capaz de sustituir al hombre (total o parcialmente) en el
desempeño de una tarea que debe efectuarse de forma fiable y satisfactoria. Las instalaciones que son
capaces de desempeñar este tipo de procesos automáticos se denominan instalaciones automatizadas.
Las instalaciones o sistemas automatizados presentan dos ámbitos o niveles de aplicación
fundamentales:
• Instalaciones automatizadas industriales.
• Instalaciones automatizadas en viviendas y edificios (domóticas).
Las instalaciones automatizadas industriales suelen establecerse para que constituyan sistemas que
sean capaces de optimizar procesos, reducir costes y mano de obra, acelerar la producción, etc. Un
ejemplo de una instalación automatizada industrial puede ser la gestión del traslado de una mercancía a
través de una cinta transportadora.
Por otro lado, los sistemas domóticos son aquellas instalaciones aplicadas a viviendas y edificios que
tienen la finalidad de proporcionar confort, seguridad y ahorro energético. Un ejemplo de instalación
domótica muy usual es el control de toldos y persianas en función de la luminosidad o de la ausencia/
presencia de inclemencias meteorológicas.
1.1- Términos en instalaciones automatizadas
Antes de comenzar a estudiar los fundamentos relacionados con las instalaciones automatizadas, es
conveniente conocer ciertas definiciones básicas. Estas son:
• Automática: la automática se puede definir como el estudio de los procedimientos que van
destinados a la sustitución del operario humano por un sistema artificial cuyo fin es la
realización de una tarea que estará previamente planteada o programada.
• Automatización industrial: la automatización industrial es la aplicación y el estudio de la
automática para establecer sistemas que sean capaces de controlar procesos en el ámbito
industrial.
• Automatismo: el automatismo es un dispositivo que es capaz de sustituir acciones manuales
para garantizar el buen funcionamiento de una máquina o incluso de una instalación.
• Autómata: el autómata o autómata programable es un dispositivo capaz de realizar el
funcionamiento de un automatismo. Esto es posible gracias a un programa informático
implantado en el autómata que puede ser escrito y modificado desde un terminal externo.
• Domótica: la domótica se puede definir como “la automatización aplicada a la vivienda”, por l lo
que engloba las tecnologías y mecanismos dedicados a controlar procesos dentro del hogar.

9. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

9

1.2- Elementos de una instalación automatizada
Los elementos que constituyen una instalación automatizada se pueden clasificar en dos bloques
fundamentales: elementos operativos y elementos de mando.
1.2.1- Elementos operativos
Los elementos operativos son capaces de actuar directamente sobre una máquina o bien detectar
variaciones en el entorno que condicionará el funcionamiento de la instalación. Estos elementos pueden
hacer que una máquina se mueva o efectúe una acción determinada. Los elementos operativos se
dividen en dos grupos: los accionadores o actuadores (motores) y los sensores o captadores (fotodiodos,
sensores de temperatura, etc.).
1.2.2- Accionadores o actuadores
Un accionador es un dispositivo que, en respuesta a la señal procedente de un elemento de mando,
actúa sobre alguna variable de salida, ya que es capaz de transformar la señal que recibe (por lo general,
procedente de un automatismo) en un trabajo útil.
Los accionadores suelen estar gobernados por un elemento de mando y pueden requerir de algún
preaccionamiento para amplificar la señal que se les suministra. Esta amplificación previa consiste en
permitir o interrumpir el suministro de energía desde la fuente al accionador.
Los motores de corriente continua y alterna son los actuadores más utilizados en el ámbito industrial.

10. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

10

Motor eléctrico
1.2.3- Sensores o captadores
Los sensores son dispositivos capaces de adquirir información del entorno. Dicha información puede
estar relacionada con la variación de magnitudes físicas concretas o con el estado de determinados
componentes. La variación de la magnitud medida, es enviada al elemento de mando en forma de
magnitud eléctrica.
Para convertir las magnitudes físicas captadas en magnitudes eléctricas, se emplean los denominados
transductores. Estos se clasifican según el tipo de señal de transmisión:
• Transductores todo o nada: los transductores todo o nada pueden transmitir una señal binaria
(0, 1). Los finales de carrera son un ejemplo de transductores de este tipo.

Final de carrera
• Transductores numéricos: transmiten combinaciones binarias. Los encoders son transductores
de este tipo.
• Transductores analógicos: suministran una señal analógica (5 V, 24 V, etc.).

11. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

11
1.2.4- Elemento de mando
El elemento de mando suele ser un autómata programable, aunque también pueden utilizarse otros
aparatos controladores.
El elemento de mando constituye el centro del proceso automatizado y debe ser capaz de comunicarse
con todos y cada uno de los dispositivos que constituyen la instalación automatizada.
1.3- Desarrollo de los automatismos industriales
La evolución de los automatismos industriales surge de la necesidad de mejora de los antiguos sistemas
y técnicas de control manual, que requerían una mano de obra extremadamente cualificada y
ralentizaban enormemente la velocidad y competitividad de los procesos.
El primer escalón en la mejora de estos procesos surge a partir de la aparición de la lógica cableada,
donde parte de las antiguas técnicas manuales son sustituidas por equipos eléctricos y electromecánicos
corno contactares, relés o temporizadores.
Sin embargo, a finales de los años sesenta, los procesos industriales eran cada vez más exigentes, y los
sistemas de automatización mediante lógica cableada empezaron a plantear problemas como la
necesidad de disponer de personal altamente cualificado para desempeñar las tareas de diseño,
ejecución y mantenimiento de las instalaciones. Además, las reparaciones por averías para reemplazar
los componentes del sistema de automatización implicaban un gran coste, ocasionando enormes
pérdidas económicas por la parada del proceso industrial.

Fig 1. 1 - Evolución de los automatismos industriales

También el proceso de actualización de las instalaciones mediante relés era muy largo y costoso, ya que
los técnicos eléctricos tenían que volver a reubicar y recablear de forma individual cada una de las
máquinas del proceso.

12. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

12

Panel de control utilizando lógica cableado basada en el control mediante relay.
Este fue el problema al que se enfrentó General Motors en sus industrias de fabricación de automóviles,
las cuales usaban cientos o miles de relés, temporizadores de levas, secuenciadores de tambor y
controladores de lazo cerrado. Pensaron en reducir costes en las instalaciones de lógica cableada debido
a los continuos cambios de producción que se realizaban en la fabricación, y empezaron a buscar un
sistema de control económico, flexible y robusto.
En 1968, la empresa Bedford Associates asumió la automatización de la planta industrial de General
Motors, lo que derivó en el lanzamiento al mercado del primer modelo de PLC comercial: el MODICON
084, del cual se vendieron más de 1.000 unidades. El gran éxito del producto derivó en que saliese al
mercado el MODICON 184, en 1973.
Actualmente, en los procesos de automatización, hay diferentes tipologías para poder llevar a cabo las
tareas deseadas. En general, los sistemas de control utilizados son:
• La lógica cableada: mediante contactores, relés, temporizadores, contadores y dispositivos
eléctricos y electromecánicos de características similares.
• Autómatas programables y relés programables: un autómata programable, o PLC, es un
dispositivo electrónico programado en lenguaje de alto nivel (cercano al usuario) y por tanto
adecuado a la capacidad cognitiva humana, diseñado para realizar un proceso automático en
tiempo real realizando tareas secuenciales o combinacionales, con temporizaciones, conteo y
funciones aritmético-lógicas mediante entradas y salidas analógicas o digitales en condiciones
de trabajo adversas. Los PLCs se utilizan básicamente en el sector industtial, dada su enorme
potencia, como en las cadenas de producción, control de robots y similares. La diferencia con los
relés programables, también conocidos como módulos lógicos, es que estos se utilizan en
automatización para el sector terciario y residencial (domótica, alumbrado de tiendas, control
de automatismos de gestión energética en edificios y similar).

13. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

13

Relay programable de Eaton
• PCs industriales: un PC industrial es una plataforma informática para aplicaciones industriales.
Se utilizan en el control de procesos y adquisición de datos dada su gran capacidad de cálculo,
potencia de procesamiento y memoria. Debido a que su arquitectura es estándar a un PC, son
de bajo coste pero además son más fiables y expansibles que. los PCs domésticos.

Computadora o PC industrial

14. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

14
1.4- Estructura y componentes de las instalaciones de automatismos
Un sistema automatizado está constituido por los elementos y bloques funcionales que se muestran en
la Figura 1.9:
1. Red eléctrica. Suministro trifásico de energía que puede proceder de:
• Un centro de transformación de compañía, en industrias muy pequeñas.
• Uno o varios transformadores propios (como ocurre en la mayoría de las industrias actuales).
2. Línea de entrada a la instalación eléctrica. Si procede de un transformador de compañía se
denominará derivación individual.
3. Cuadro general de baja tensión (CGBT) y cuadros y armarios secundarios. Contienen los
dispositivos de protección, maniobra y gestión del sistema automatizado (aparamenta eléctrica).
En algunas instalaciones eléctricas industriales todos los dispositivos se encuentran alojados
bajo una misma envolvente, pero lo más común es disponer armarios o cuadros independientes
para los circuitos que alimentan a los receptores y para los circuitos de gestión y control.
4. Zona de mando y control. Aquí es donde los operarios interactúan con el sistema automatizado,
a partir de mandos, pupitres o salas de operaciones. También es posible llevar a cabo una
monitorización de los procesos.
5. Sensores y detectores. Son las entradas del sistema automatizado que se encargan de medir
variables externas y enviar información captada en forma de señales eléctricas. Existen
numerosos tipos de sensores, dependiendo del tipo de variables que son capaces de medir.
Algunos ejemplos de sensores y detectores son: capacitivos, inductivos, magnéticos, de
temperatura, de presión, de velocidad, de nivel, de posición, etc.
6. Receptores y actuadores. Son las salidas del sistema eléctrico. Los más comunes en
instalaciones de automatismos industriales son los motores, resistencias, baterías de
condensadores, electroválvulas, lámparas de señalización, células robotizadas, etc.
7. Conductores eléctricos. Encargados de transmitir la energía eléctrica o las señales de
información entre los diversos componentes del sistema automatizado.

Estructura de una instalación automatizada

15. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

15
En las instalaciones de automatismos industriales, los conductores y circuitos eléctricos pueden dividirse
en dos grupos:
• Circuitos de fuerza: los circuitos de fuerza o potencia son] os encargados de suministrar energía
eléctrica a los receptores del sistema automático (generalmente máquinas eléctricas rotativas).
• Circuitos de maniobra o control: los circuitos de maniobra, o circuitos de control, se encargan
de alimentar a los sensores, detectores, electroimanes, mandos, pulsadores, temporizadores y
demás componentes de gestión y supervisión de la instalación. Es sobre los circuitos de
maniobra donde los operarios interactúan con el proceso.
El cableado de los circuitos de fuerza es independiente del cableado de los circuitos de maniobra, y
ambos circuitos se interrelacionan mediante componentes eléctricos comunes a ambos, como
contactores, relés térmicos y similares, tal como será estudiado en unidades posteriores del libro.
1.7- Automatización industrial
En el ámbito de la producción industrial, la automatización de procesos ha pasado de ser una
herramienta de trabajo opcional a un elemento fundamental si se desea competir en el mercado
globalizado. Todo empresario debe establecer sistemas de automatización para aumentar la fiabilidad
de sus productos, disminuir tiempos de producción, efectuar tareas complejas, reducir desechos o
piezas defectuosas y, especialmente, aumentar la rentabilidad.
Dentro de los objetivos que se pretenden alcanzar a la hora de automatizar un proceso industrial,
destacan:
• Diminuir la mano de obra necesaria.
• Simplificación del trabajo.
• Aumento de la eficiencia.
• Disminuir errores de producción.
• Aumento de la calidad de los productos.
• Aumento de la productividad.
• Mejorar la competitividad de la empresa.
Los sistemas de automatización industrial gozan cada día de mayor demanda dado que el avance de la
tecnología va íntimamente unido al aumento de la competividad con otras empresas en concepto de
calidad, fiabilidad y volúmenes de producción.
Respecto a las áreas donde se desarrolla esta disciplina, destacan:
• Minería.
• Medicina.
• Mecánica.
• Textil.
• Alimentación.
En definitiva, los sistemas automatizados son implantados en cualquier industria en la que se desee
mejorar, abaratar y acelerar la producción.

16. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

16
Capítulo 2- Conexión de motores
eléctricos


Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que convierte la energía eléctrica en energía mecánica. La
mayoría de los motores eléctricos funcionan a través de la interacción el campo magnético generado en
las bobinas internas del motor, estos campos pueden generar fuerza en forma de rotación de un eje.
A nivel industrial y comercial los motores eléctricos juegan un papel imprescindible, ya que son los
elementos motrices de las maquinarias y equipos, tales como sistemas de bombeo, compresores de los
sistemas de aire acondicionado, correas transportadoras, ventiladores y una infinidad de aplicaciones.
2.1.1- Clasificación de los motores eléctricos
La clasificación de los motores viene fundamentalmente según la fuente de alimentación de los mismos.
Por lo que estos se pueden clasificar en dos grandes grupos, los motores eléctricos de corriente
continua (CC o DC) y los motores de corriente alterna (CA).
Los motores AC son los tipos más utilizados. Estos se pueden clasificar a su vez en motores monofásicos
y en motores trifásicos.
2.1.2- Como se conecta de un motor monofásico de fase partida de doble voltaje.
Algunos motores monofásicos de fase partida se fabrican con 2 bobinados de trabajo para conectarse a
2 voltajes comerciales, 110 Y 220 Volts de corriente alterna.


Motor monofásico de fase partida con 2 bobinados de marcha o trabajo

17. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

17
Este tipo de motor conserva misma potencia (hp) indistintamente de la conexión. Si los 2 bobinados de
trabajo, si se conectan en paralelo la resistencia es la mitad que si se conectan en serie. Si lo contamos
con 220 Volts, consumirá solo la mitad de corriente.
"Si tenemos 220 volts los bobinados de trabajo van en serie, si tenemos 110 volts van en paralelo"

Conexiones para bajo voltaje

Conexiones en bajo voltaje para motor monofásico de fase partida de doble voltaje
En 110 voltios los bobinados de marcha se conecta en paralelo.


Conexiones en alto voltaje para motor monofásico de fase partida de doble voltaje

18. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

18
En 220 voltios los bobinados de marcha se conecta en serie y en medio de estos una terminal del
bobinado de arranque se conecta para que al bobinado de arranque por medio de este “divisor de
voltaje” le lleguen solo 110 voltios.
Es importante recordar que el bobinado de arranque en bajo voltaje se alimento a plena tensión 110
volts. En alto voltaje no deseamos que le lleguen los 220 volts, por lo que limitamos el voltaje por medio
de conexión serie-paralelo.
2.1.3- Como se cambia el sentido de giro de un motor monofásico de fase partida.
Los motores monofásicos de fase partida pueden girar porque en el arranque se conectan como
motores bifásicos.
El cambio de giro se obtiene modificando la secuencia del bobinado de arranque con respecto al
bobinado de trabajo.
Estos cables son las terminales T5 y T8 pertenecientes al bobinado de arranque.

Conexiones para cambio de giro de motor monofásico de fase partida
2.1.4- Marcado de las terminales NEMA por código de color
Para obtener un motor para dos tensiones, se cuenta con doble bobinado de marcha, estos se
conectaran en paralelo para bajo voltaje (110 voltios) y en serie para alto voltaje (220 voltios).

El marcado de las terminales NEMA tiene un código de color que no todos los fabricantes sigen, las
terminales T1, T2 , T3 , T4 corresponden a 2 bobinados de marcha, las terminales de bobinados de
arranque son T5, T6, T7 y T8, dado que la mayoría de los motores monofásicos cuentan con un solo
bobinado de arranque a las terminales T6 y T7 no se les ha asignado color para la protección térmica P1
y P2.

19. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

19
COLOR DE LAS TERMINALES DEL MOTOR DE FASE PARTIDA
T1 = Blue (azul) T5 = Black (negro) P1 = No asignado
T2 = White (blanco) T6 = Grey (Gris) P2 = Brown

T3 = Orange (naranja) T7 = Pink (Rosado)

T4 = Yellow (amarillo) T8 = Red (rojo)


2.2- Motores eléctricos trifásicos de 6 terminales
Los motores de 6 terminales son diseñados para trabajar en 2 tensiones, conexión “Triángulo” (Delta)
para un voltaje bajo y conexión “Y” (Estrella) para un voltaje alto. La relación entre tensiones es 1,732
(raíz cuadrada de 3) a 1, ejemplo 220/380 voltios. El voltaje más alto es siempre una conexión en
estrella.

Son fabricados con normas de La Comisión Eléctrica Internacional “Motores IEC"


Conexión de motor trifásico de 6 terminales en delta para la menor tensión de servicio 220V

20. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

20

Conexión de motor trifásico de 6 terminales en estrella para la mayor tensión de servicio 380V

Configuración interna de los devanados

Cuentan con una placa bornera alojada dentro de la caja de conexiones.

La bornera trae normalizada su disposición y la identificación de las terminales de los bobinados del
estator como en el esquema de la figura siguiente.

21. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

21

Motor de 6 terminales

Las distancia entre los bornes tanto vertical como horizontal son iguales, y normalmente cuenta con tres
chapas de cobre, con dos agujeros separados por dicha distancia, de forma tal de poder unir
eléctricamente con ellas dos bornes entre si, los bobinado pueden conectarse en estrella o en triangulo.


Sistema de conexión de bornes simétricos
Recordemos que estamos hablando de motores con normas " IEC", donde los valores de los parámetros
de su diseño son diferentes a los del continente americano, la frecuencia nominal utilizada es de 50 en
lugar de 60 Hertz.

22. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

22
Si conectamos un motor de 220 volts trifásicos y 50 hz. En un sistema de de 220 volts trifásicos y 60 hz.
La velocidad del motor aumentara un 20%, en la practica si se lleva a cabo estas conexiones tomarse en
cuenta los cambios en los parámetros mecánicos y eléctricos.
En el caso de los motores de 6 terminales en vez de utilizar la nomenclatura de U,V y W, utiliza las de
terminales T1, T2, T3…T6, pudiéndose conectar tanto para una configuración en estrella como en delta.

Conexión de motor trifásico de 6 terminales norma NEMA
2.3- Motores eléctricos trifásicos de 9 terminales
Los motores eléctricos trifásicos asíncronos o de inducción, fabricados bajo las norma Estadunidenses de
la Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos NEMA ( National Electrical Manufacturers Association),
más comunes tienen 9 terminales.
• Se diseñan para dos tensiones, con una relación de 2 a 1. Ejemplo 230/ 460 voltios.
• Y dos tipos de conexiones; “Conexiones Tipo Delta “ o “Conexiones Tipo ESTRELLA”,
• Cada tipo puede ser conectado en bajo voltaje (en paralelo) y o en alto voltaje (serie)

Si comprobamos continuidad identificamos el tipo de conexión, en Delta tendremos 3 grupos de 3
terminales, en Estrella tendríamos 1 grupo de 3 terminales y 3 grupos de 2 terminales.

23. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Terminales de un motor trifásico de 9 puntas
En potencias bajas (hasta 40 HP) las conexiones más utilizadas son Estrella Serie para alto voltaje y
Doble Estrella (estrellas en paralelo) en bajo voltaje.


Conexión de motor trifásico de 9 terminales con estrella interna a la menor tensión de servicio 220V (doble
estrella)

24. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Conexión de motor trifásico de 9 terminales con estrella interna a la mayor tensión de servicio 440 V (doble
estrella)

En potencias más altas las conexiones utilizadas son Delta Serie para alto voltaje y Doble Delta (Deltas
en paralelo) en bajo voltaje.


Conexión de motor trifásico de 9 terminales con delta interna a la mayor tensión de servicio 440 V (delta serie)

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Conexión de motor trifásico de 9 terminales con delta interna a la menor tensión de servicio 220 V (delta
doble)

EL diagrama de conexiones tiene esa función, guiarnos a conectar el motor, en cambio los diagramas de
interpretación su función es facilitar la lectura y comprender la relación que guardan los elementos en un
circuito.
2.4- Motores eléctricos trifásicos de 12 terminales
Los motores eléctricos trifásicos asíncronos, fabricados bajo las norma Estadunidenses de la Asociación
Nacional de Fabricantes Eléctricos NEMA ( National Electrical Manufacturers Association), pueden tener
en algunos casos 12 terminales.


Motor trifásico de 12 terminales

26. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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En los EE.UU., se diseñan para dos tensiones con una relación de 2 a 1. Ejemplo 230/ 460 voltios. Y dos
tipos de conexiones; “Conexiones Tipo Delta “ o “Conexiones Tipo ESTRELLA”, cada tipo puede ser
conectado en paralelo (para bajo voltaje) y en serie (para voltaje alto).
En potencias bajas (hasta 40 HP) las conexiones más utilizadas son Estrella, en potencias más altas las
conexiones utilizadas son Delta
Se puede recurrir a un sistema de identificación de terminales para realizar los diagramas de conexiones
cuando no tengamos a la mano los diagramas.
2.4.1- Identificación de terminales
El sistema utilizado como medio para determinar la secuencia de los números de las terminales de un
motor trifásico, consiste en dibujar una conexión “Y” invertida con 12 terminales, después numerar
dichas terminales comenzando en exterior con la terminal T1 en la parte superior y siguiendo una
espiral hacia la derecha, terminando en el interior.


Sistema para identificar terminales en conexión estrella
A partir de aquí se complementa el dibujo, para alto voltaje se hace la conexión estrella serie y para
bajo voltaje una conexión doble estrella.
Esta conexión suele venir en la placa de datos o bien en la tapa de la caja de conexiones.

27. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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2.5- Motores de inducción con rotor bobinado
Su uso no está tan extendido como los de rotor en jaula de ardilla o cortocircuito, pero se utilizan para
aplicaciones muy concretas que requieren un gran par motor.
La caja de bornes tiene los seis bornes habituales en los motores trifásicos, que permiten conectar los
devanados del estator en estrella y triángulo, de igual forma que se ha visto para los motores de rotor
en jaula de ardilla. Pero además, dispone de tres bornes adicionales para el conexionado externo del
devanado del rotor, etiquetados como K,L,M.

Caja de bornes de un motor con rotor bobinado.
Estos motores están diseñados para trabajar con el rotor en cortocircuito, pero si esta conexión se
realiza en el momento del arranque, la sobrecorriente sería de tal magnitud que pondría en peligro la
aparamenta y los conductores que lo alimentan. Por tanto, es necesario «cortocircuitar» el rotor en
diferentes tiempos, eliminando varios grupos de resistencias de potencia.
La complejidad técnica que requiere la maniobra para la eliminación de estas resistencias por escalones,
desaconseja el arranque manual, haciéndose necesario el uso de un circuito de automatismos. En
próximas unidades tendrás oportunidad de practicar este tipo de arranque.

Conexión de resistencia regulables a motor de rotor bobinado

28. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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2.6- Motores de corriente continua
Un motor de corriente continua es una máquina capaz de transformar energía eléctrica, suministrada en forma
de corriente continua, en energía mecánica.
Los motores de corriente continua se clasifican principalmente teniendo en cuenta la disposición del devanado
inductor (excitación) y del inducido. Pueden ser:
Motor de excitación independiente
• Motor en serie
• Motor en derivación, motor Shunt o paralelo
• Motor Compound o compuesto
2.6.1- Motor serie
Como se comentó antes, en este tipo de motores las bobinas inductoras y las inducidas están conectadas en
serie.

Conexión de motor DC serie

El motor serie es tal que:
1. Puede desarrollar un elevador par-motor de arranque, es decir, justo al arrancar, el par motor es elevado.
2. Si disminuye la carga del motor, disminuye la intensidad de corriente absorbida y el motor aumenta su
velocidad. Esto puede ser peligroso. En vacío el motor es inestable, pues la velocidad aumenta
bruscamente.
3. Sus bobinas tienen pocas espiras, pero de gran sección.
2.6.2- Motor Shunt o de derivación en paralelo
Las bobinas inductoras van conectadas en paralelo (derivación) con las inducidas.
Las características de este motor son:
1. En el arranque, par motor es menor que en el motor serie.
2. Si la Intensidad de corriente absorbida disminuye y el motor está en vacío. La velocidad de giro nominal
apenas varía. Es más estable que el serie.
3. Cuando el par motor aumenta, la velocidad de giro apenas disminuye.

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Conexión de motor DC paralelo o shunt

2.6.3- Motor Compound
En este caso, se puede decir que el motor es una combinación del motor serie y el motor shunt, puesto que
una de las bobinas inductoras está en serie con el inducido, mientras que la otra está en paralelo con él.

Conexión de motor DC compuesto o compound
Se caracteriza por tener un elevado par de arranque, pero no corre el peligro de ser inestable cuando trabaja
en vacío, como ocurre con el motor serie, aunque puede llegar a alcanzar un número de revoluciones muy alto.

30. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Capítulo 3- Elementos de mando y
señalización

Los contactores y relés son los elementos por excelencia de los automatismos eléctricos cableados, sin
embargo, cualquier sistema que se precie llamar automático debe disponer de sensores para captar las
señales y receptores sobre los que actuar.
3.1- Captadores electromecánicos
Estos sensores disponen de un elemento de accionamiento (botón, tirador, pedal, etc) que abre y/o
cierra uno (o más) contactos de tipo electromecánico.

Tipos de sensores electromecánicos
La simbología gráfica utilizada para representar este tipo de captadores en los esquemas está basada en
los contactos (abiertos y/o cerrados) y el sistema de accionamiento. Así, en una parte del símbolo se
representa el contacto, o contactos, y en otra, unido mediante una línea discontinua, el accionamiento.

Partes de un dispositivo de control


Actualmente la mayoría de los fabricantes utilizan elementos modulares, que se ensamblan con facilidad
en función de las necesidades del circuito. En estos sistemas los contactos son los mismos para cualquier
mecanismo y lo que cambia es el cabezal de accionamiento.

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3.4- Pulsadores
Son de accionamiento manual. Permiten abrir y/o cerrar circuitos cuando se ejerce presión sobre él. Sus
contactos vuelven a la posición de reposo, mediante un resorte, cuando cesa la acción.

En estos el operador se debe oprimir y puede tener contactos con dos estados posibles normalmente
abierto (NO) o normalmente cerrado (NC). Para identificar la función de cada pulsador estos pueden ser
de diferentes colores, los más típicos son:

• De color verde, el pulsador de marcha. Tendrá asociado un contacto normalmente abierto
(NO).
• De color rojo, el pulsador de paro. Tendrá asociado un contacto normalmente cerrado (NC).

Representación de pulsadores
Los botones de los pulsadores pueden ser de diferentes colores, pero hay que prestar especial atención
al color verde que se utiliza para la puesta en marcha y al rojo que se utiliza para la parada.

32. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Las etiquetas de nombre se instalan alrededor del pulsador en el panel de control. Esto con la finalidad de
identificar su propósito. Vienen en muchos tamaños, colores e idiomas. Ejemplos de texto la etiqueta son:
START, STOP, FWD, REV, JOG, UP, DOWN, ON, OFF, RESET y RUN.

Etiquetas para pulsadores
En los botones pulsadores el bloque de contacto normalmente cerrado (NC: Normaly Close) (utilizados
en botones de paro) tiene la marca en los bornes 1 y 2, en los contactos normalmente abiertos (NO:
Normaly Open) se marcan con los números 3 y el 4.



Marcas de identificación en botones pulsadores
Se fabrican botones pulsadores de doble acción para este propósito, se hacen colocando un bloque de
contacto doble en un solo pulsador, con un contacto normalmente cerrado mas un contacto
normalmente abierto.

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Un pulsador puede poseer dos bloques de contactos uno Normalmente Abierto (NO) y uno
Normalmente Cerrado (NC)
O bien se pueden montar contactos individuales, algunas marcas aceptan hasta 3 bloques de contacto
por nivel con un máximo de tres niveles (9 contactos)

Pulsador con bloques de contactos
En el siguiente circuito en el situación (A) La luz piloto roja se enciende a través del contacto del botón
normalmente cerrado; (B) la luz piloto verde se enciende cuando se presiona el botón de contacto
momentáneo.


Pulsador combinado NC y NO

34. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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3.2- Interruptores selectores
Son de accionamiento manual y tienen dos posiciones. El cambio de una a otra se realiza actuando sobre
el elemento de mando, que puede ser una palanca, un balancín, una manilla rotativa, etc.
Todos los interruptores disponen de un sistema de enclavamiento mecánico, que permite mantenerlos
en una posición hasta que se interviene de nuevo sobre el elemento de mando.
Estos son algunos símbolos para representar los diferentes tipos de interruptores:



Selector eléctrico rotativo
Son de accionamiento manual y tienen dos o más posiciones. Permiten redireccionar la señal por
diferentes ramas de circuito a través de un borne común.
Un selector eléctrico rotativo tiene la función de abrir o cerrar contactos de acuerdo a una posición
seleccionada de manera manual.
En cuanto al estado que guardan los contactos es necesario contar o elaborar una tabla de cada posición
ya que pueden existir infinidad de combinaciones. es recomendable verificar si efectivamente se
cumple con las funciones de la tabla proporcionada.

Selector eléctrico

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En el selector de dos posiciones cuando está en la posición 1 se activa la salida 1, cuando este se acciona y se
cambia a la posición 2, se abre el contacto A y se cierra el contacto B, por lo que se activa la salida 2.

Selector de dos posiciones
En el selector de tres posiciones cuando está en la posición 1 se activa la salida 1, cuando este se acciona y se
cambia a la posición 2, se abre el contacto A y el contacto B abierto, por lo que en esta posición ninguna salida
es activada. Cuando se pasa a la posición 3, el contacto B se cierra, por lo que se activa la salida 2.

Selector de dos posiciones
Los tipos de operadores de los selectores son:
1. Manecilla con palanca,
2. Manecilla simétrica, y
3. Selector con llave


Tipos de operadores de selector eléctrico

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El selector tiene tres posiciones:
• En la posición HAND, en esta la bomba se puede controlar desde el Switch manual.
• En la posición OFF, el sistema está totalmente apagado
• En la posición Auto, la bomba arrancará siempre y cuando el sensor de nivel tenga su contacto
cerrado. Por ejemplo cuando baje el nivel sus contactos se cierran y enciende la bomba, cuando
llegue al nivel establecido sus contactos se abren y apaga la bomba.

Estados de selector de tres posiciones



Control manual y automático de una bomba de agua

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Joystick industrial
Un joystick es un operador que selecciona diferentes condiciones del circuito cuando el joystick se desplaza
desde la posición central a una de las otras posiciones, cerrando el contacto de la posición que se mueva.

Joystick Industrial
Los joysticks más comunes pueden moverse desde la posición central a una de cuatro posiciones diferentes
(arriba, abajo, izquierda o derecha). La ventaja de un joystick es que un técnico puede controlar muchas
operaciones sin quitar la mano del joystick y sin apartar la vista de la operación realizada por el circuito.

Clasificación del joystick según numero de posiciones

La condición de circuito más común controlada por un joystick es controlar una grúa en la posición de
elevación, bajada, izquierda, derecha u apagado (OFF).
En la aplicación de la grúa, dos motores de inversión mueven el polipasto y las poleas. Un motor de arranque
hacia adelante y marcha atrás controla el motor de accionamiento de la grúa, y otro motor de arranque hacia

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adelante y marcha atrás controla el motor de la polea. El joystick solo puede encender un arrancador de motor
a la vez.

Circuito para el control de dirección de una grua utilizando un joystick

3.5- Botón de paro de emergencia

Los botones de parada de emergencia son dispositivos que los usuarios manipulan para iniciar el apagado
completo de una máquina, sistema o proceso.

Aspecto físico y simbología de botón de parada de emergencia
Un botón de paro de emergencia es un dispositivo de seguridad del que sobresale el operador de color
rojo de forma de cabeza de hongo (cabeza de seta), el cual debe de ser presionado de manera manual
solo cuando se presenten situaciones de peligro en una máquina o sistema automatizado.

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Montaje en panel de control de botón de paro de emergencia
Los botones de paro de emergencia deben ser visibles y fácilmente accesibles donde puedan ser
alcanzados fácilmente por el operario.
Siempre deben ser de color rojo, cabeza de seta con un círculo amarillo en la superficie inferior.
El desenclavamiento debe de realizarse una vez analizado y supervisado la contingencia presentada y si
lo hubiera reparado el daño.
“EN ALGUNOS CASOS ES NECESARIO EL EMPLEO DE LLAVE O EL GIRAR EL BOTÓN PARA DESENCLAVAR”


Botón enclavado

Los botones de paro de emergencia solo deben ser operados en condiciones anormales de
funcionamiento, y tienen como función detener de manera efectiva el equipo que esta en
funcionamiento, y no deben desactivar frenos electromagnéticos ni equipo de iluminación.

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Nunca se deben utilizar los paros de emergencia como paros normales en equipos automatizados y
robóticos, ya que estos cuentan con una serie de botones de paro que detienen parte de procesos y un
paro de emergencia detendría de manera brusca golpeando los finos mecanismos de precisión,
perdiendo la confiabilidad de operación.


Símbolos europeos de paro de emergencia

Debemos recordar que una máquina debe ser detenida una vez finalizado un trabajo o al término de
una maniobra "pulsando el botón de paro" en condición normal de parada.
Y que el paro de emergencia solo debe ser pulsado en condiciones anormales es decir situaciones de
peligro.
3.6- Lámparas de señalización
Las lámparas de señalización y los botones pulsadores en panel de control eléctrico permiten un
diálogo simple entre el operador y la máquina.
Las lámparas de señalización y botones pulsadores en paneles de control, forman la interfaz, “tablero
de comunicación máquina - hombre”.

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Las lámparas de señalización y los botones pulsadores en panel de control eléctrico

Este diálogo se limita a señales de “todo o nada”; encendido o apagado de lámparas por parte de la
máquina, y acción sobre botones pulsadores por parte del operador.
Gracias a un código de color normalizado e intuitivo relacionado a normas de seguridad y transito.


Lámparas de señalización para panel de control



Código de colores. La norma DIN EN 60073 (VDE 0199): 01.94, al igual que la IEC 73, define en forma
clara el significado de determinados colores. Con esto se pretende mejorar la seguridad del personal de
servicio, así como facilitar el manejo y mantenimiento de instalaciones y equipos eléctricos.

42. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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La comunicación se da en ambos sentidos hombre máquina y máquina hombre.
Se informar por medio de una lámpara iluminada cuando se requiera realizar una operación, ejemplo
“puerta abierta”.
Siímbolos de luces piloto (Norma Europea IEC)

Si esta se realiza una nueva lámpara informara que ya se llevó a cabo “puerta cerrada” señalando que se
puede continuar con el proceso.

Luz piloto verde
La lámpara de señalización de motor eléctrico en marcha, nos indica cuando un motor está trabajando.

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La mica de color verde iluminada por una pequeña lámpara incandescente o de tecnología de Led,
informa al operario que el motor está trabajando.
Por lo que su ubicación ideal suele ser arriba de los botones de control, o bien dentro de estos.
Las lámparas son dispositivos de 2 terminales con marcas de fabricante “X1” y “X2”, que se alimentan
con tensiones de control.
Son salidas de señales de control y en nuestro este caso representan al motor en en funcionamiento.
Luz piloto roja o amarilla
La lámpara de señalización de falla o condiciones anormales nos informa cuando hay condiciones de
peligro, que pueden dañar personas, equipo o materiales.
Las normas establecen que se utilicen lámparas piloto de color rojo para indicar condiciones de peligro.
La indicación de falla debe ir acompañada de una orden de paro de máquina.
Luz piloto blanca
La lámpara de señalización de presencia de tensión eléctrica, nos informa cuando hay energía eléctrica
en los controles de una máquina o sistema automatizado.
Las normas establecen que se utilicen lámparas piloto de color blanco (neutro), para indicar que hay
voltaje.

Esta lámpara indicadora forma parte de la estación de mando (panel del operador), iniciando el dialogo
hombre máquina.


Lámpara de señalización de voltaje

Al cierre de seccionador principal suele encender, ya que la lampara es controlada por contactos
auxiliares.
Su función es que operador sea puesto en aviso de que “hay tensión”, para tomar las precauciones
necesarias (condiciones de poner en marcha).
Es recomendable el uso de lámparas piloto de tecnología LED, por su bajo consumo de energía,
durabilidad, resistente a sobretensiones y vibraciones.

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La información relevante de “hay tensión” genera un clima de seguridad y de atención, importante
para la toma de decisiones, eficacia y productividad.
3.6.4- Botón pulsador con luz piloto
Las luces piloto proporcionan una indicación visual del estado de muchos procesos controlados por
motor que permiten al personal en ubicaciones remotas observar el estado actual de la operación. Se
usan comúnmente para indicar si un motor está funcionando o no. La Figura 4-15 muestra el circuito
para una estación de botón de arranque / parada con una luz piloto conectada para indicar cuándo se
activa el arrancador. Para esta aplicación, la luz piloto roja se enciende para mostrar cuándo está
funcionando el motor, ya que el motor y el variador están ubicados en una ubicación remota que no
está a la vista de la estación de botones.

Pulsador de un ascensor

El botón pulsador con luz piloto, permite visualizar si el botón fue activado ordenando una operación.
En el equipo industrial se pueden enviar órdenes por medio de mesas de control o estaciones de
botones en donde el operador no ve el equipo en funcionamiento.
Los botones pulsadores pueden tener luz piloto para el monitoreo de sus órdenes.

Botón Pulsador de arranque con luz piloto
Junto al bloque de contacto se ensambla el bloque de la lámpara, en ella se monta una lámpara, puede
ser incandescente o de diodo emisor de luz (LED).

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La lámpara ilumina la mica traslucida que forma la parte operativa del botón pulsador.
Bajo del operador del botón pulsador además de bloque de contactos hay un bloque de iluminación.


Control de arranque y paro con botón de arranque con luz piloto

El diagrama muestra cómo se conecta la lámpara al botón de arranque, en un circuito de control de
arranque y paro.
Cuando presionamos el botón de arranque al mismo tiempo que se energiza la bobina del “Contactor
M” que alimenta al motor se enciende la lámpara.
La lámpara está conectada en paralelo con la bobina del contactor, de manera que él o los operadores
sabrán al ver el botón iluminado que.
1. El equipo que manda está en operación,
2. y que el botón ya fue activado.

En el equipo industrial hay veces que es necesario el cumplir una secuencia (activar permisos), para que
pueda funcionar el equipo. La señalización luminosa nos indican las órdenes realizadas.
Algunos bloques de lámpara cuentan con un transformador para reducir el voltaje que alimenta la
lámpara de acuerdo a normas de seguridad.

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Luces piloto de prueba
Las luces piloto de "prueba o test" están diseñadas para reducir el tiempo requerido para solucionar una
sospecha de lámpara defectuosa, falta de tensión en la red o una falla en una parte del circuito a testear.

Luz piloto para prueba o test del circuito

Las luces piloto para test se pueden energizar desde dos señales de entrada separadas del mismo voltaje. Esto
se hace conectando el terminal de "prueba" a la segunda señal de entrada como se ilustra en los circuitos de
prueba de prueba de la Figura 4-17. Al presionar la luz piloto de prueba, se abre la entrada de señal normal a la
luz y, al mismo tiempo, se completa una ruta directamente a L1 e ilumina la lámpara si la unidad no tiene la
alguna falla.

Conexión de lámpara de test en un arranque paro

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3.6.5- Balizas y columnas de señalización
La baliza tiene una unidad de señalización, las torres pueden contar hasta con 5 unidades.

Columna de señalización
Se utilizan en sistemas automatizados para indicar el estado que guardan las maquinas, por medio de
señales acústicas y visuales.
La información puede ser utilizada por operadores, personal de mantenimiento, o supervisores, ya que
indican funcionamiento, fallas o incluso falta de materia prima.
Estos pueden tenerluz continua, luz de alta potencia, luz intermitente o flash.
En color del módulo puede ser rojo, verde, trasparente, azul, amarillo y naranja.
En las torres se forman con una tapa, una base y un máximo de 5 módulos y pueden ser organizados en
cualquier orden.
El ensamble suele ser rápido y sin herramienta se inserta y gira, logrando una conexión eléctrica y
mecánica al mismo tiempo

48. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Conexión de los módulos en la torre de señalización

Si la columna de señalización utiliza un módulo acústico se monta en la parte superior de la torre.

3.7- Módulos de radio
El sistema de radio de columnas de señalización WIN (Wireless Information Network)
Permite el control de hasta 50 máquinas al mismo tiempo y de forma centralizada en uno o varios PC sin
conexión a maquinas.

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3.7.1- Señalización acústica
Los dispositivos de señalización acústica están basados en zumbadores, timbres, sirenas, bocinas y
silbatos.
Se instalan para señalizar situaciones del automatismo que requieren la atención inmediata del
operario, como: alarmas, fallos o disparo de protecciones.



Tipos de señales acústicas

50. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Capítulo 4- Contactores, arrancadores
manuales y magnéticos


4.1- Contactor
El contactar es un dispositivo de conexión y desconexión de circuitos de fuerza, utilizado en prácticamente la
totalidad de las instalaciones de automatismos industriales para controlar la apertura o cierre de la
alimentación eléctrica hacia los receptores terminales de los circuitos.


Contactor electromagnético
Se trata de un componente de mando automático, dado que ningún operario de las instalaciones interactúa u
opera directamente sobre este dispositivo. La apertura y cierre que ofrece el contactar se realiza a través de
una bobina (electroimán), situada en el circuito de maniobra asociado al automatismo que se desea controlar.
Cuando el electroimán recibe alimentación eléctrica, los contactos del contactor que permanecían abiertos en
estado de reposo (los del circuito de fuerza y los auxiliares correspondientes se cierran, permitiendo el paso de
la corriente). Por otro lado, los contactos del contactor que permanecían cerrados (de tipo auxiliar
fundamentalmente) se abrirán. Esta situación se mantendrá así mientras la bobina del contactor siga estando
conectada.

51. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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4.1.1- Partes del contactor
El contactor dispone de las siguientes partes: bobina, circuito magnético y contactos eléctricos.

Partes del contactor
1. Bobina: Se fabrican bobinas para diferentes tensiones de trabajo (12V, 24V, 48V, 115V, 230V,
etc.), tanto para corriente alterna como para corriente continua.


Simbología de la bobina del contactor

2. Contactos: Desde el exterior del contactor, unos contactos se identifican de otros, ya que los
bornes de los de fuerza están etiquetados con números de una sola cifra (1 – 2, 3– 4, 5 – 6) y son
normalmente abiertos. Los de mando tienen números de dos cifras (13 – 14, 21 - 22) y pueden
ser abiertos o cerrados.

52. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Simbología de los contactos de fuerza del contactor


Tipos de contactos en el contactor
De los auxiliares, los que termina en 3 –4 son abiertos en reposo y los que terminan en 1 – 2 son
cerrados. El número que va delante de ellos es el número de orden (primero, segundo, tercero, etc.) que
hace el contacto auxiliar en el contactor.
4.1.2- Funcionamiento del contactor
Si conectas una bobina a la red eléctrica a través de un interruptor, como se muestra en la figura,
observarás que cuando el interruptor está abierto, el circuito magnético se encuentra inactivo y el
martillo se mantiene separado de la culata por el resorte. En esta situación, los contactos eléctricos,
tanto los de fuerza como los auxiliares, se encuentran en su posición de reposo. Es decir, abiertos los
abiertos y cerrados los cerrados.

53. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Si se cierra el interruptor conectado al borne A1 de la bobina, la bobina se excita y el circuito magnético
se cierra, moviendo con él todos los contactos del contactor. En esta situación los contactos abiertos se
cierran y los cerrados se abren.
Si el interruptor vuelve a la posición de abierto, la bobina dejará de excitarse, abriéndose el circuito
magnético mediante el resorte y por tanto, llevando a la posición de reposo los contactos del contactor.

Estado de las partes de un contactor con la bobina energizada.
De esta forma, si un motor trifásico se alimenta a través de los contactos de fuerza de un contactor, se
puede parar y poner en marcha con un simple interruptor sencillo de escaso poder de corte.

Arranque de un motor trifásico mediante un contactor mandado por un interruptor.

54. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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El interruptor monopolar ubicado en la cuarta planta se conecta en serie con la bobina del contactor,
para alimentarla así desde la red eléctrica.
El contactor permite conectar o desconectar al motor a la alimentación, son los contactos principales
“polos” los encargados de cerrar o abrir el circuito de potencia.

4.1.3- Bloque de contactos auxiliares
A la mayoría de los contactores modernos se les pueden añadir un bloque de contactos auxiliaries
mediante cámaras acoplables. Estas se fijan por un sistema de conexión rápida, al cuerpo principal.
Los bloques de contacto auxiliares pueden tener diferentes tipos de contactos, pero los más habituales
son los contactos abiertos, cerrados y temporizados.

Diferentes tipos de contactos auxiliares
Para el montaje del bloque de contactos auxiliares se acopla este en la parte frontal del contactor,
quedando estos mecánicamente unidos al contactor principal.

Acoplamiento de bloque de contactos auxiliares

55. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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El bloque de contactos auxiliar está ligado mecánicamente al contactor
Infinidad de controles se realizan con contactores, para establecer condiciones de funcionamiento,
seguridad y señalización. Se adicionan bloques de contactos.
Estos Contactos adicionales pueden ser montados en algunos contactores, estos bloques pueden ser de
contactos normales o temporizados estos últimos en tres rangos de 0.1 a 3 segundos, de 0.1 a 30
segundos 10 a 180 segundos.


Bloques de contactos temporizados
Este bloque de contacto empieza su conteo cuando se activa el contactor, cambiando de estado sus contactos
cuando finaliza el conteo.

56. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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4.2- Arrancadores manuales
Los arrancadores de motor manuales consisten en un interruptor de ON/OFF con un conjunto de
contactos para cada fase y protección contra sobrecarga del motor. Como no se utiliza una bobina de
cierre eléctrico, los contactos del arrancador permanecen cerrados durante una interrupción de energía.
Cuando se restablece la energía, el motor se reinicia inmediatamente. Los arrancadores de motor
manuales están disponibles en diseños monopolares, bipolares y tripolares:
4.2.1- Arrancador manual sencillo o monopolar
Los arrancadores manuales para motores monofásicos de potencia fraccional se encuentran en una
variedad de aplicaciones residenciales, comerciales e industriales. La Figura 8-9 muestra un arrancador
de motor manual de caballos de fuerza fraccional monofásico que consiste en un interruptor de ON/OFF
de accionamiento manual con protección contra sobrecarga. Cuando el interruptor se mueve a la
posición de encendido, el motor se conecta directamente a través de la línea en serie con el contacto de
arranque y el dispositivo de protección contra sobrecarga térmica (OL). A medida que fluye más
corriente a través del circuito, la temperatura por la sobrecarga aumenta, a un nivel de temperatura
predeterminado, el dispositivo actúa para abrir el contacto. Cuando se detecta una sobrecarga, la
palanca de arranque se mueve automáticamente a la posición central para indicar que los contactos se
han abierto debido a una sobrecarga y que el motor ya no está funcionando. Los contactos iniciales no
pueden volver a cerrarse hasta que el relé de sobrecarga se restablezca manualmente. El motor de
arranque se reinicia moviendo la manija a la posición de apagado total después de esperar unos dos
minutos para que el calentador se enfríe.

Figura 8-9 – Arrancador manual sencillo para motor monofásico de 120V
4.2.2- Arrancador manual doble o bipolar
La Figura 8-10 muestra un arrancador de motor manual bipolar, la protección ante sobrecarga está
siendo sensada en una de las líneas, abriendo el circuito ante una falla para proteger los devanados del
motor. Los dispositivos de control para controlar una línea, como termostatos, interruptores de flotador
y relés, se utilizan para conectar y desconectar el motor cuando se desea la operación automática.

57. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Figura 8-10 - Arrancador manual doble o bipolar
4.2.3- Arrancador manual triple, tripolar o trifásico
El arrancador manual tripolar que se muestra en la Figura 8-11 proporciona tres láminas bimetálicas
para las tres fases para la protección de sobrecarga. Este arrancador se acciona presionando un botón
en la cubierta de la carcasa del arrancador que acciona mecánicamente el arrancador. Cuando se
dispara un relé de sobrecarga, el mecanismo de arranque se desbloquea, abriendo los contactos para
detener el motor. Los contactos no se pueden volver a cerrar hasta que el mecanismo de arranque se
haya reiniciado presionando el botón de parada; primero, sin embargo, la unidad térmica necesita
tiempo para enfriarse. Estos arrancadores están diseñados para el arranque de pequeños motores de CA
(10 hp o menos) a voltajes que varían de 120 a 600 V.

Arrancador manual trifásico

58. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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4.2.4- Desventajas de los arrancadores manuales
Los contactos del circuito de potencia de los arrancadores de motor manuales no se ven afectados por la
falla de energía eléctrica, por lo tanto, permanecerán en la posición cerrada cuando falle el voltaje de
suministro. Cuando el motor está funcionando y la tensión de alimentación falla, el motor se detendrá y
reiniciará automáticamente cuando se restablezca la tensión de alimentación, lo cual puede ser
peligroso para el operario del equipo. Además, los arrancadores manuales deben montarse cerca del
motor que se está controlando. La operación del control remoto no es posible como lo sería con un
arrancador magnético o con el uso de contactores.
4.3- Arrancador magnético
Los arrancadores de motor magnéticos permiten controlar un motor desde cualquier lugar.

Arrancador magnético

59. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

59
La Figura siguiente muestra un arrancador magnético trifásico típico. En este se muestran los terminales
de línea, los terminales de carga, la bobina de arranque del motor, los relés de sobrecarga y el contacto
auxiliar.

Arrancador magnético trifásico típico
Cuando se activa la bobina de arranque, se cierran los tres contactos principales y el contacto de
retención. Si ocurriera una condición de sobrecarga, el contacto de relé OL normalmente cerrado se
abriría. Además del circuito de alimentación, el fabricante proporciona algunos cables de circuito de
control. En este caso, el cableado del circuito de control precableado consta de dos conexiones a la
bobina de arranque. Un lado de la bobina de arranque está conectado de fábrica al contacto del relé de
sobrecarga y el otro lado al contacto de retención.
Los circuitos de control del motor magnético se dividen en dos tipos básicos: el circuito de control de
dos hilos y el circuito de control de tres hilos.
4.3.1- Circuito de control a dos hilos
Los circuitos de control a dos hilos están diseñados para arrancar o detener un motor cuando se activa o
desactiva un dispositivo de control remoto, como un termostato o un interruptor de presión. La
siguiente Figura muestra un circuito de control típico de dos cables. Observe que el circuito tiene solo
dos cables que conducen desde el dispositivo de control al arrancador magnético. El arrancador
funciona automáticamente en respuesta al estado del dispositivo de control sin la ayuda de un
operador. Cuando los contactos del dispositivo de control se cierran, se suministra energía a la bobina
de arranque, lo que hace que se energice. Como resultado, el motor está conectado a la línea a través

60. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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de los contactos de potencia. La bobina de arranque se desenergiza cuando se abren los contactos del
dispositivo de control, apagando el motor.

Circuito de control a a dos hilos
4.3.2- Circuito de control a tres hilos
El arrancador se desconectará cuando haya una falla de voltaje, pero no se recuperará automáticamente
cuando regrese el voltaje. El control de tres cables utiliza un dispositivo de control de contacto
momentáneo y un circuito de retención para proporcionar protección contra fallas de energía. La
siguiente figura muestra un circuito de control típico de tres hilos. El funcionamiento del circuito se
puede resumir de la siguiente manera:

Circuito de control arranque-paro a tres hilos

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Circuito de control a tres hilos
Explicación de circuito a tres hilos para el arranque-paro de un motor trifásico utilizando un arrancador
magnético:
• Tres cables se ejecutan desde la estación de botón de arranque / parada (START/STOP) hasta el
arrancador.
• El circuito utiliza un botón de parada normalmente cerrado STOP (NC) conectado en serie con la
combinación paralela que consiste en un botón de inicio normalmente abierto START (NO) y un
contacto de retención normalmente abierto (M).
• Cuando el botón START de contacto momentáneo está cerrado, se aplica voltaje de línea a la
bobina M de arranque para energizarlo.
• Los tres contactos M principales se cierran para aplicar voltaje al motor.
• El contacto auxiliar M se cierra para establecer un circuito paralelo del botón START.
• Cuando se suelta el botón de inicio, la bobina de arranque permanece activada por el contacto
auxiliar M cerrado (también conocido como contacto de retención, realimentación o memoria) y
el motor continuará funcionando.
• Cuando se abre el botón STOP de contacto momentáneo, se pierde todo el voltaje a la bobina
de arranque. Los contactos principales se abren junto con el contacto de retención y el motor se
detiene.
• Si existe una pérdida de energía, el arrancador, no puede volver a energizarse a menos que el
voltaje de línea regrese y el botón de START se pulse nuevamente.

62. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Capítulo 5- Dispositivos de protección

La protección de los circuitos de fuerza y control se basan ante dos fallas fundamentales:
Protección del motor contra cortocircuitos. Los fusibles de derivación y alimentación y los disyuntores
protegen los circuitos del motor contra la corriente muy alta de un cortocircuito. Los fusibles e interruptores
automáticos conectados a los circuitos del motor deben ser capaces de ignorar la alta corriente de arranque
inicial y permitir que el motor desarrolle su par durante el arranque.
Protección de sobrecarga. Los dispositivos de sobrecarga están destinados a proteger motores, aparatos de
control de motores y conductores de circuitos derivados del motor contra el calentamiento excesivo debido a
sobrecargas del motor y fallas en el arranque. La sobrecarga del motor puede incluir condiciones tales como
un motor que funciona con una carga excesiva o un motor que funciona con voltajes de línea bajos o, en un
motor trifásico, una pérdida de fase. Los dispositivos de sobrecarga del motor se integran con mayor
frecuencia en el arrancador de motor.

Tipos de elementos de protección

63. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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5.1- Disyuntor, breaker o interruptor automático
El disyuntor es un dispositivo de protección que se basa en el mismo principio de funcionamiento del
fusible, pero con la ventaja de que no tiene que ser sustituido cada vez que se produce una
sobreintensidad.
Los interruptores automáticos se clasifican en dos grupos en función del tipo de protección que ofrecen:
• Interruptor automático magnético: protege únicamente frente a sobreintensidades de tipo
magnético (cortocircuitos). Su uso no es muy frecuente en las instalaciones eléctricas
convencionales, aunque en los circuitos industriales que alimentan a motores eléctricos suele
utilizarse en combinación con relés térmicos.
• Interruptor automático magnetotérmico: protege frente a sobreintensidades de tipo térmico y
magnético (sobrecargas y cortocircuitos). Este es el dispositivo de protección más utilizado en
las instalaciones eléctricas. De hecho, en la práctica, al hacer referencia a un interruptor
automático se hace referencia por defecto a los de tipo magnetotérmico. También resulta
posible referirse a este dispositivo como disyuntor.
Este componente consta de un resorte interno que actúa y desconecta un circuito cuando se sobrepasa
la intensidad para la que ha sído diseñado.
La zona de disparo magnético se basa en una cámara de extinción del arco y un electroimán que activa
el muelle que controla la maneta del interruptor. La zona de disparo térmico se basa en láminas
bimetálicas con el mismo principio de funcionamiento que los relés térmicos.

Breaker o Disyuntor Termomagnético (Símbolos IEC)

Breaker o Disyuntor Termomagnético (Símbolos NEMA)

64. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Cuando el dispositivo actúa y desconecta el circuito, se dice entonces que se ha disparado el interruptor.
Para volver a conectar el circuito una vez corregido el defecto que ha producido la sobreintensidad
basta con accionar de nuevo la maneta del interruptor, acción que se conoce como rearme.
Los interruptores automáticos deben ser siempre de corte omnipolar simultáneo, es decir, deben poder
desconectar todos los conductores activos del circuito que protegen, fases y neutro, en caso de defecto.
(Esto no es aplicable en el caso de los interruptores de control de potencia, puesto que su función no es
la de protección, sino la de control.)
La medida de la intensidad, sin embargo, el dispositivo podrá realizarla sobre las fases y el neutro o
únicamente sobre las fases. En este último caso, resulta indispensable respetar el borne del conductor
neutro a la hora de realizar la conexión del cableado.

5.1.1- Tipos de interruptores automáticos magnetotérmicos
Interruptores automáticos pequeños: se utilizan para proteger los circuitos de pequeña o mediana
potencia, siendo los más comunes dentro de las instalaciones eléctricas convencionales. En instalaciones
industriales también son muy usados para la protección de circuitos de maniobra, alumbrado y fuerza,
siempre que la potencia de los receptores no supere los 86,6 kW.
Los interruptores automáticos pequeños que se comercializan en la actualidad pueden tener los
siguientes valores de intensidad nominal:

Capacidad de disyuntores pequeños
1 A 2 A 6 A 10 A 16 A 20 A 25 A
32 A 40 A 50 A 63 A 80 A 100 A 125 A

La denominación práctica de los interruptores automáticos domésticos se realiza atendiendo a su
intensidad nominal y número de polos. Por ejemplo, un interruptor bipolar de 16 A se denomina comno
"2x 16A", un interruptor tritrapolar de 40 A se denomina como "3x40A", etc.

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Disyuntores sencillo y doble
Interruptores automáticos industriales: están diseñados para circuitos eléctricos de gran potencia,
donde solo pueden ser manipulados por personal autorizado con los conocimientos técnicos adecuados.
Suelen encontrarse ubicados en los cuadros generales de grandes instalaciones como naves industriales,
hospitales, talleres, estadios deportivos, edificios de gran envergadura, etc. También es frecuente su uso
para alimentar maquinaria industrial cuya intensidad nominal supera los 125 A.
Los interruptores automáticos industriales pueden clasificarse en dos subgrupos:
• Interruptores automáticos industriales de caja moldeada: diseñados para circuitos de mediana
potencia. En la actualidad se fabrican interruptores de caja moldeada con intensidades que
oscilan entre los 25 y los 3.200 A.

Interruptores automáticos en caja moldeada
• Interruptores automáticos industriales de bastidor abierto: diseñados para máquinas de alta
potencia o para la cabecera de los cuadros generales de las grandes instalaciones. Se fabrican de
intensidades nominales que pueden llegar a los 6,000 A.

Interruptor automático de potencia en baja tensión

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5.2- Overload o relé térmico
El relé térmico es un dispositivo de protección de las instalaciones eléctricas diseñado para actuar frente
a sobreintensidades de tipo sobrecarga. Su utilización está estrechamente ligada a la protección de
circuitos que alimentan a motores y están ajustadas para que no se dispare durante un arranque de
motor.

Relé térmico y simbolos
Cabe destacar que los relés térmicos comercializados en la actualidad, además de ofrecer protección
frente a sobrecargas, son capaces de realizar otras funciones como:
• Detección fallo de fase.
• Protección frente a desequilibrio de fases.
• Compensación automática a temperatura ambiente.

Símbolos de relé térmico (IEC)
En los relés térmicos, puesto que disponen de una ruleta selectora de reglaje, es posible seleccionar la
intensidad a la que actuará el dispositivo entre unos márgenes predefinidos por el fabricante. Para
establecer una corriente de reglaje adecuada, debe tenerse en cuenta la potencia del motor, su factor
de potencia y el nivel de sobrecarga al que puede trabajar.

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Los relés de sobrecarga tienen un indicador de disparo incorporado en la unidad para indicar al operador que
se ha producido una sobrecarga. Los relés de sobrecarga pueden tener un RESET manual o automático.
• Un RESET manual requiere la intervención del operador, como presionar un botón, para reiniciar el
motor.
• Un RESET automático permite que el motor se reinicie automáticamente, generalmente después de
un período de enfriamiento, para esperar que el motor se enfríe.

Partes del relé térmico
Después de que se disparó un relé de sobrecarga, se debe investigar la causa de la sobrecarga. Se pueden
producir daños en el motor si se intentan reinicios repetidos sin corregir la causa del disparo del relé de
sobrecarga. La configuración de corriente nominal permite que el relé se configure a la corriente de carga
completa que se muestra en la placa de características del motor y se puede ajustar al punto de disparo
deseado.
Los técnicos deberán determinar el origen de la sobrecarga y corregir la falla que origino el disparo del
relevador, previniendo un desastre lamentable.

5.2.1- Principio de funcionamiento
El elemento fundamental de un relé térmico contra sobrecargas es una lámina bimetálica, constituida
por la unión de dos metales con diferente coeficiente de dilatación (diferente conductividad térmica),
siendo generalmente el de la parte superior más sensible a los cambios de temperatura.
Cuando la corriente que atraviesa el circuito es inferior o igual a la nominal, el calor producido será
disipado sin dificultad por ambos metales. Sin embargo, en el instante en el que empiece a circular una
corriente ligeramente superior a la nominal (sobrecarga del circuito), la lámina bimetálica no podrá
disipar todo el calor y cada uno de los metales comenzará a dilatarse de manera desigual, con lo que la
lámina comenzará a curvarse. Al llegar esta curvatura a un punto determinado entrará en contacto con

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un elemento metálico correspondiente al circuito de maniobra del relé, abriendo o cerrando los
contactos auxiliares.

Estados de la lámina bimetálica
La desconexión por sobrecarga de un relé térmico se produce siempre en el circuito de maniobra, mediante la
utilización de un contacto auxiliar normalmente cerrado (NC) en serie con el circuito. También es común
utilizar el contacto normalmente abierto (NO) del relé térmico para indicar visualmente que se ha disparado el
dispositivo.

Principio de funcionamiento de relé térmico
Los bornes de los contactos auxiliares de los relevadores de protección contra sobrecargas de motores
se identifican con los números 95 y 96 para el contacto normalmente cerrado y 97 y 98 para el
normalmente abierto

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Contactos auxiliares del relé térmico
Estos dispositivos, sin embargo, deben ir siempre acompañados en los circuitos eléctricos por
dispositivos de protección frente a sobreintensidades de tipo cortocircuito, ya que en estos casos, dado
que la intensidad de defecto es muy elevada pero dura poco tiempo, el bimetal del relé térmico no tiene
tiempo de calentarse y la protección térmica no resulta suficiente para garantizar la seguridad.
El relé de sobrecarga se ubica entre el motor y el contactor.

El relé térmico se instala debajo del contactor

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5.2.2- Clasificación
El proceso de calentamiento del bimetal puede ser de dos tipos:
• Directo: si la corriente atraviesa íntegramente la lámina. Se utiliza en instalaciones de pequeña
potencia (intensidad nominal reducida).
• Indirecto: si la corriente circula a través de un arrollamiento calefactor que rodea la lámina o la
lectura se hace a través de transformadores de intensidad. Se utiliza en instalaciones de gran
potencia, con intensidades muy elevadas.
Otra clasificación de los relés térmicos puede realizarse en función de la forma constructiva y del tipo de
conexión al circuito de potencia. Normalmente estos dispositivos de protección disponen de varias
barras metálicas en la parte superior para ser acoplados directamente al contactar. Otros modelos se
caracterizan por ser independientes, disponiendo de bornes de conexión al circuito de fuerza tanto en la
parte inferior como en la superior.

Tipos de relés térmicos
El circuito en el control debe tener un contacto normalmente cerrado del relé de sobrecarga, conectado
en serie con la bobina del contactor. Con un relé de sobrecarga térmica, la misma corriente que va a las
bobinas del motor (haciendo que el motor se caliente) también pasa a través de los elementos térmicos
de los relés de sobrecarga. El elemento térmico está conectado mecánicamente a un contacto de
sobrecarga NC (OL) (Ver figura siguiente). Cuando una corriente excesiva fluye a través del elemento
térmico durante un período de tiempo lo suficientemente largo, el contacto se abre. Este contacto está
conectado en serie con la bobina de control del arrancador. Cuando se abre el contacto, la bobina de
arranque se desenergiza. A su vez, los contactos de alimentación principal del arrancador se abren para
desconectar el motor de la línea.

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Circuito de fuerza y control de un motor trifásico
Para representar diagrama de fuerza para el arranque directo de un motor trifásico (fabricados con
normas de la comisión de electrotécnica internacional) según normas europeas, se utiliza el siguiente
diagrama:


Diagrama de fuerza o potencia para el arranque directo de un motor trifásico (Norma IEC)

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El relé de térmico según las normas europeas IEC, tiene un contacto normalmente cerrado con marcas
de terminales 95 y 96, también cuenta con un contacto normalmente abierto 97 y 98 que en caso de
disparo se cerrara y puede ser utilizado para una luz piloto o una alarma que nos indique que el motor
se disparó por alguna sobrecarga.

Diagrama de control con relé de sobrecarga para aplicaciones de motores IEC
Relé de sobrecarga electrónico
A diferencia de los relés de sobrecarga térmicow que pasan la corriente del motor a través de elementos de
calentamiento para proporcionar una simulación indirecta del calentamiento del motor, un relé de sobrecarga
electrónico mide la corriente del motor directamente a través de un transformador de corriente.
Utiliza una señal del transformador de corriente, como se ilustra en la Figura siguiente, junto con
componentes electrónicos de medición de precisión para proporcionar una indicación más precisa de la
condición térmica del motor. Los circuitos electrónicos calculan la temperatura promedio dentro del motor al
monitorear sus corrientes de arranque y funcionamiento. Cuando se produce una sobrecarga del motor, el
circuito de control funciona para abrir los contactos del relé de sobrecarga NC.

Diagrama de funcionamiento de un relé de sobrecarga electrónico

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La siguiente figura muestra un relé de sobrecarga electrónico diseñado para montarse en un conjunto de
arranque de dos componentes (contactor y relé de sobrecarga).

Relé de sobrecarga electrónico
Un circuito separado de detección de pérdida de fase incorporado en el relé de sobrecarga le permite
responder rápidamente a las condiciones de pérdida de fase. El relé de disparo de enclavamiento
autoencerrado contiene un conjunto de contactos NC y NA aislados que proporcionan funciones de disparo y
restablecimiento para circuitos de control. Cada vez que se detecta una condición de sobrecarga del motor,
estos contactos cambian de estado y activan un circuito de control que interrumpe el flujo de corriente al
motor.

Relé de sobrecarga electrónico
El bajo consumo de energía del diseño electrónico minimiza los problemas de aumento de temperatura dentro
de los gabinetes de control.

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5.4- Guardamotor
El guardamotor es un interruptor termomagnético accionado en forma local y que permite comandar y
proteger motores eléctricos. Con un sólo aparato se cubren las siguientes funciones:

• Protección contra corto circuitos.
• Protección contra sobrecargas.
• Protección contra falta de fase.
• Arranque y parada.
• Señalamiento.

Las características principales de los guardamotores, al igual que de otros interruptores automáticos
magnetotérmicos, son la capacidad de ruptura, la intensidad nominal o calibre y la curva de disparo.
Proporciona protección frente a sobrecargas del motor y cortocircuitos, así como, en algunos casos, frente a
falta de fase.
Este se puede instalar para proteger tanto motores eléctricos trifásicos, como monofásicos.

El guardamotor posee un interruptor (on-off), un relé de sobrecarga y un disparo magnético perfectamente
combinados entre sí. Se lo debe montar junto con un contactor sólo cuando se requiere accionamiento a
distancia.

Guardamotor: partes y simbología (IEC)
Una característica muy importante y que lo diferencia del magnetotérmico es la posibilidad de regular la
intensidad nominal de disparo por sobreconsumo, protección térmica, de manera similar a un relé térmico.
Esto permite ajustar la intensidad de disparo a la intensidad nominal del motor.
El guardamotor cumple con los 4 requerimientos necesarios para el arranque directo de un motor: tal
como el seccionamiento, protección ante cortocircuitos, conmutación y protección ante sobrecargas.

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Elementos de control y protección de un motor requeridos
En cuanto a la función interruptora, puede ser operado por botones pulsadores, o mediante selector
rotativo.

Un guardamotor puede estar controlado por botones o palanca rotativa
El guardamotor con protección magnetotérmicos incorporados, posee:
• Los elementos magnéticos, protegen contra cortocircuitos, se disparan aproximadamente 13
veces la corriente ajustada en el guardamotor. Bobinas internas crean un campo magnético al
paso de la corriente, si la corriente aumenta el campo aumenta y operara el mecanismo de
disparo.
• Los elementos térmicos, protegen contra sobrecargas y están compensados por variaciones de
temperatura ambiente.

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Un guardamotor simplifica y elimina problemas de coordinación, reduce dimensiones de equipo y
cableado. Además, puede ser sensibles a falla de fase, (se disparan si falta una línea).
Al añadir un disparador a mínimo de tensión se puede disparar el guardamotor en caso de falta de
tensión. El usuario está de este modo protegido contra un arranque intempestivo de la máquina a la
vuelta de la tensión.
Normalmente es posible acoplar a los guardamotores un bloque de contactos auxiliares para la protección de
la maniobra.
El Contacto NO normalmente abierto al armar el guardamotor cerrará y el NC normalmente cerrado, abrirá. El
contacto NO se usa para colocarlo en serie en la cabeza del circuito de mando, de manera que si algún
guardamotor está saltado no será posible arrancar la máquina, y el NC sirve para alimentar un Led de
señalización que en caso de apertura del guardamotor nos indica que guardamotor y motor ha fallado.
Estos bloques de contactos auxiliares se pueden utilizar para agregar lámparas de señalización de estado
o coordinar controles.

Bloques de contactos auxiliares para guardamotores
5.4.1- El guardamotor magnetotérmico en el arranque directo
El guardamotor magnetotérmico en el arranque directo es el único dispositivo de mando y protección
entre la fuente de alimentación y el motor trifásico.
Aunque el guardamotor se puede utilizar para arranque directo, lo recomendable es utilizarlo
coordinado con otros componentes, contactores, interruptores de posición, botones pulsadores,
protegiendo y dejando trabajar los circuitos automáticos.

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Arranque directo con guardamotor magnetotérmico
En una instalación con guardamotor magnetotérmico, debe ser ubicado junto a la fuente de
alimentación.

5.4.2- Como se conecta un guardamotor
El guardamotor viene para diseño trifásico, sin embargo se puede conectar para un motor monofásico como se
muestra en el siguiente diagrama, observar que se utiliza todos los contactos del guardamotor, esto para
alargar la vida útil del guardamotor cada vez que se cierra y abre. Ya que de estas forma es desgaste de los
contactos será igual en los tres.

Diagrama eléctrico conexión de guardamotor para un motor trifásico y un motor monofásico

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5.4.3- Guardamotor con contactor
Se pueden acoplar un guardamotor y un contactor, y así tener un control a distancia por pulsadores de
marcha-paro, ya que al guardamotor se le pueden agregar contactos auxiliares, utilizaremos 4 bloques
en nuestro control, dos en la alimentación se usa una un bloque de protección termomagnética bipolar
(un polo protegido y un polo cortado), y dos bloques de contacto auxiliar normalmente abiertos.


Diagrama eléctrico de control de guardamotor y un contactor

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Capítulo 6- Relays

6.1- Relays

El relay, relé o relevador 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.
La gran ventaja de los relés electromagnéticos es la completa separación eléctrica entre la corriente de
accionamiento, la que circula por la bobina del electroimán, y los circuitos controlados por los contactos,
lo que hace que se puedan manejar altos voltajes o elevadas potencias con pequeñas tensiones de control.
También ofrecen la posibilidad de control de un dispositivo a distancia mediante el uso de pequeñas
señales de control. En el caso presentado podemos ver un grupo de relés en bases interfases que son
controlados por módulos digitales programables que permiten crear funciones de temporización y
contador como si de un mini PLC (Dispositivo Lógico Programable) se tratase.
6.1.1- Funcionamiento
El electroimán hace girar la armadura verticalmente al ser alimentada, cerrando los contactos
dependiendo de si es N.A o N.C (normalmente abierto o normalmente cerrado). Si se le aplica un voltaje
a la bobina se genera un campo magnético, que provoca que los contactos hagan una conexión. Estos
contactos pueden ser considerados como el interruptor, que permite que la corriente fluya entre los dos
puntos que cerraron el circuito.

Funcionamiento de un relay

80. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Se puede usar un relé para controlar un circuito de carga de alto voltaje con un circuito de control de
bajo voltaje como se ilustra en el circuito siguiente. Esto es posible porque la bobina y los contactos del
relé están aislados eléctricamente entre sí. La bobina del relé es energizada por la fuente de bajo voltaje
(12 V), mientras que el contacto interrumpe el circuito de alto voltaje (480 V). Cerrar y abrir el
interruptor activa y desactiva la bobina. Esto, a su vez, cierra y abre los contactos para encender y
apagar la carga.

Control de una carga de 480V con fuente de 12V
Los relés de control se pueden obtenerse en una variedad de estilos y tipos. La mayoría tiene
múltiples conjuntos de contactos, están construidos de tal manera con contactos que pueden ser
normalmente abiertos o cerrados.

Diferentes modelos de relés o relays
Un riel DIN es un riel de metal que se usa a menudo para montar dispositivos eléctricos, como relés, dentro de
paneles de control. La principal ventaja de un sistema de montaje en riel DIN es que ofrece un reemplazo
rápido y soluciones de ahorro de espacio en el panel para aplicaciones comunes de control de relés. Es por eso
los relays se diseñan con bases para ser montadas en riel DIN:

81. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Relé montado en riel DIN
6.1.2- Conexión de relay de 8 pines y 11 pines
Los relés diseñados para montar en las bases de ocho u once clavijas son populares para muchas aplicaciones.
Estos relés son relativamente económicos y el reemplazo es rápido y simple en caso de falla. Como los relés se
montan a una base, el cableado está conectado a la base, no al relé. El reemplazo es una cuestión de quitar el
relé defectuoso y enchufar uno nuevo.
Comúnmente se puede utilizar los relay reemplazables. Estos poseen una base de 8 pines, la cual cada
pin indica lo siguiente:

Conexión de relay o relé de 8 pines
Notar que la alimentación del relay se realiza desde los pines 7 y 2, la bobina del relay dependiente el
fabricante la puede construir para una gran variedad de voltajes (12V, 24V, 120V, 240V).
• Contactos normalmente cerrados: estos están de forma separadas en los pines 1 y 4, para el
segundo contacto sería 8 y 5.

82. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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• Contactos normalmente abiertos: estos están de forma separadas en los pines 1 y 3, para el
segundo contacto sería 8 y 6.
Notar que los pines 1 y 8 son cumenes para los contactos N.C y N.O del timer, por lo que se debe
considerar al momento de realizar el cableado.

Contactos de un relay de 8 pines

En este ejemplo, en su estado de reposo el contacto CR1-2 está cerrado por lo que la luz piloto G
encenderá. Al cerrar el interruptor S la bobina del relé CR1 se energiza, por lo que el contacto CR1-1 se
cierra encendiento la luz piloto R, mientras que el contacto CR1-2 se abre apagando la luz piloto G.

Funcionamiento de los contactos de un relé

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En la siguiente figura se muestra diagrama de un relay de once pines. El relé de once pines contiene tres
contactos separados de un solo punto común y doble contactos. Los pines 1 y 4, 6 y 5, y 11 y 8 son
contactos normalmente cerrados. Los pines 1 y 3, 6 y 7, y 11 y 9 son normalmente contactos abiertos. La
bobina está conectada a los pines 2 y 10.

Relay de 11 pines
Algunos relays pueden contar con un botón manual, conectado mecánicamente al conjunto de contacto,
para mover los contactos a su posición activada con fines de prueba. Debe tenerse cuidado al ejercer
esta función, ya que el circuito que controla la bobina se puede pasar por alto y las cargas pueden
energizarse o desenergizarse sin previo aviso.

Relay con botón de prueba

84. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Los relés están disponibles en una amplia gama de configuraciones de conmutación. La siguiente figura ilustra
las disposiciones comunes de conmutación de contactos de relé. Al igual que los contactos de interruptor, los
contactos de relé se clasifican por su número de polos, tiros y pausas.
• El número de polos indica el número de circuitos completamente aislados que puede cambiar un
contacto de relé. El contacto unipolar puede conducir corriente a través de un solo circuito a la vez,
mientras que un contacto bipolar puede conducir corriente a través de dos circuitos simultáneamente.
• El número de tiros es el número de posiciones de contacto cerrado por polo (simple o doble). El
contacto de un solo tiro puede controlar la corriente en un solo circuito, mientras que el contacto de
doble tiro puede controlar dos circuitos.
• El salto designa el número de puntos en un conjunto de contactos donde la corriente se interrumpirá
durante la apertura de los contactos. Todos los contactos de relé están construidos para un salto
simple o doble. Los contactos de ruptura única tienen clasificaciones de corriente más bajas porque
rompen la corriente en un solo punto.

Tipos de relay según sus contactos
Los contactos de relé a menudo tienen dos clasificaciones: CA y CC. Estas clasificaciones indican cuánta
potencia se puede soportar a través de los contactos. Una forma de determinar la capacidad de potencia
máxima de los contactos de relé es multiplicar los voltios nominales por los amperios nominales. Esto le
dará los vatios totales que puede soportar un relé. Por ejemplo, un relé de 5 A con capacidad nominal de
125 V CA también puede conmutar 2.5 A a 250 V CA. Del mismo modo, un relé de 5 A con capacidad de
24 V CC puede conmutar 2.5 A a 48 V CC, o incluso 10 A a 12 V CC.

85. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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6.2- Relays estado sólido
Otro tipo de relé que se encuentra en muchas aplicaciones es el relé de estado sólido. A diferencia de los relés
electromecánicos, los relés de estado sólido no tienen bobinas ni contactos reales. En cambio, utilizan
dispositivos de conmutación basado en semiconductores, como transistores bipolares, MOSFET, tiristores
(SCR) o TRIACS.

Diferentes diseños de relés de estado sólido
Los relevadores de estado sólido se utilizan donde requieran:
• Alta velocidad de interrupción.
• Gran tiempo de servicio.
• Ausencia Total de arcos.
• Eliminar ruido.

Todos los relés de estado sólido están diseñados para funcionar en dos secciones separadas: entrada y salida.
El lado de entrada recibe una señal de voltaje del circuito de control y el lado de salida cambia la carga.

Entrada y salida de los relés de estado sólido
El TRIAC es un dispositivo bidireccional, lo que significa que permitirá que la corriente fluya a través de él en
cualquier dirección, por lo que se hace idóneo para manejar cargas de corriente alterna.

86. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

86
Entrada en AC y Salida en AC: Existen métodos utilizados para controlar cuándo se enciende o se apague el
TRIAC. Un método emplea el relé reed que controla la puerta del TRIAC. El relé puede ser controlado por una
fuente de bajo voltaje. Cuando se energiza, el contacto del relé se cierra, suministrando energía a la puerta del
TRIAC que conecta la carga a la línea.

Control de TRIAC con relé Reed
Otro método común para controlar el funcionamiento de un relé de estado sólido está basado en la utilización
de optoacopladores, que son dispositivos electrónicos con un aislamiento óptico entre la entrada y la salida.
Muchos PLC utilizan este método para comunicarse con el dispositivo de salida. El optoaislamiento se logra
mediante el uso de la luz de un diodo emisor de luz (LED) para energizar un un fototransistor o un fototriac. Las
flechas que apuntan lejos del símbolo del diodo indican que emite luz cuando se energiza. Las flechas que
apuntan hacia el símbolo del triac indican que debe recibir luz para encenderse. El aislamiento óptico es muy
popular en dispositivos electrónicos como computadoras y PLC porque no hay contactos móviles que se
desgasten y porque el lado de carga del relé está aislado eléctricamente del lado de control. Este aislamiento
evita que cualquier ruido eléctrico generado en el lado de la carga se transfiera al lado de control.
Relés de estado sólido con entrada DC y salida AC optoacopladas: En la siguiente figura se muestra un
diagrama simplificado de un relé de estado sólido acoplado ópticamente utilizado para cambiar una carga de
CA. El funcionamiento del circuito se puede resumir de la siguiente manera:

Diagrama interno de relé de estado sólido para el control de cargas en AC con optoacoplamiento
Se establece un flujo de corriente a través del LED conectado a la entrada cuando las condiciones requieren
que se active el relé

87. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

87
• El LED conduce e ilumina el fototransistor.
• El fototransistor conduce el encendido del triac y la alimentación de CA a la carga.
• La salida está aislada de la entrada mediante la disposición simple de LED y fototransistor.
• Dado que se utiliza un haz de luz como medio de control, no se pueden transmitir picos de voltaje o ruido
eléctrico producido en el lado de carga del relé al lado de control del relé.
Relés de estado sólido con entrada DC y salida DC optoacopladas: Los relés de estado sólido destinados para
su uso con cargas de CC tienen un transistor de potencia en lugar de un triac conectado al circuito de carga
como se muestra en la siguiente figura.

Relés de estado sólido con entrada DC y salida DC optoacopladas
El funcionamiento del circuito se puede resumir de la siguiente manera:
• Cuando el voltaje de entrada enciende el LED, el fotodetector conectado a la base del transistor
enciende el transistor, permitiendo que la corriente fluya hacia la carga.
• La sección LED del relé actúa como la bobina del relé electromecánico y requiere un voltaje de CC para
su funcionamiento.
• La sección del transistor del optoacoplador dentro del relé de estado sólido es equivalente a los
contactos en un relé.
• Debido a que los relés de estado sólido no tienen partes móviles, su tiempo de respuesta de
conmutación es muchas veces más rápido que el de los relés electromecánicos. Por esta razón, cuando
las cargas deben cambiarse continua y rápidamente, el relé de estado sólido es una buena elección.
La mayoría de los relés de estado sólido tienen un rango de voltaje de entrada variable, como 5 V CC a 24 V CC.
Este rango de voltaje hace que el relé de estado sólido sea compatible con una variedad de dispositivos de
entrada electrónica. Las clasificaciones de voltaje de salida van desde 5 V CC hasta 480 V CA. Aunque la
mayoría de los relés de estado sólido están diseñados para una corriente de salida nominal de menos de 10 A,
los relés montados en disipadores de calor son capaces de controlar hasta 40 A.
La mayoría de los relés de estado sólido son dispositivos unipolares, también existen el relé de estado sólido
multipolo. Cuando se requieren múltiples polos, se puede usar un módulo de estado sólido multipolo.

88. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Relé de estado sólido multipolos trifásico
Otra solución es conectar varios circuitos de control relés de estado sólido en paralelo, como se ilustra en la
siguiente figura, para proporcionar la función equivalente a un relé electromagnético multipolar. En esta
aplicación, se utilizan tres relés de estado sólido unipolar para cambiar la corriente a una carga trifásica. La
sección de entrada puede recibir una señal de una variedad de fuentes, como contactos del dispositivo o
señales del sensor. Cuando el contacto del circuito de control se cierra, los tres relés actúan para completar la
ruta actual a la carga.


Conexión de relés de estado sólido para controlar múltiples polos

89. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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La configuración del relé de estado sólido monopolar estándar funciona bien con control de dos cables; sin
embargo, cuando se hace necesario que se use en un esquema de control de tres hilos (Arranque y paro),
surge el problema del circuito de retención. Se puede conectar un relé adicional en paralelo al relé de estado
sólido para actuar como contacto de retención. Otra solución es utilizar un circuito de control de CC con un
tiristor (SCR) para bloquear la carga. La siguiente figura muestra un circuito de control de motor de tres hilos
que utiliza un relé de estado sólido y un SCR.

Circuito para el control a tres hilos de relé de estado sólido
El funcionamiento del circuito se puede resumir de la siguiente manera:
• El SCR no permitirá el flujo de corriente desde el ánodo (A) al cátodo (K) hasta que se aplique
corriente a la puerta (G).
• Cuando se presiona el botón de inicio (Start), la corriente fluye a través de la puerta, lo que dispara
la sección del ánodo-catodo del SCR y el circuito de control del relé a la conducción.
• El SCR permanece enganchado después de soltar el botón de arranque (Start), y el circuito debe
abrirse para detener el flujo de corriente de ánodo a cátodo. Esto se logra presionando el botón de
parada (Stop).

90. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

90
Capítulo 7- Temporizadores o timers

7.1- Temporizador o timer
Es un dispositivo electrónico que permite realizar acciones (de activación o desactivación) después de un
tiempo.
Los temporizadores electrónicos son los más empleados en la actualidad. Estos están clasificados en dos
amplias categorías son analógicas y digitales. Se utilizan diferentes métodos para controlar el período de
retraso. Algunos usan un circuito de carga y descarga de resistencia / condensador (RC) para obtener la
base de tiempo, mientras que otros usan relojes de cuarzo como base de tiempo. Estos temporizadores
basados en electrónica son mucho más precisos que sus contrapartes de tablero y pueden controlar
funciones de temporización que van desde una fracción de segundo hasta cientos de horas.
Para mantener sus operaciones de temporización se alimentan constantemente. Algunos están
equipados con baterías o memoria interna para conservar su configuración durante fallas de energía.
Eléctricamente está formado por una bobina y un conjunto de contactos de utilización.
Según su funcionamiento los temporizadores pueden ser:
• A la conexión (ON-Delay)
• A la desconexión (OFF-Delay).
Las funciones de temporización de los temporizadores se inician cuando la bobina se activa o desactiva.
En la actualidad existen una gran variedad de diseño de temporizadores que dependerán del fabricante.
Sin embargo, su funcionamiento es el mismo, pero hay que prestar atención a su conexión según lo
indique el fabricante.

Diferentes diseños de temporizadores
7.2- Temporizador a la conexión o al trabajo (ON-DELAY)
Cuando la bobina es conectada a la alimentación, comienza el proceso de temporización. Después del
tiempo ajustado en el temporizador, los contactos cambian de posición.

91. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Símbolos del timer ON-Delay
En el circuito siguiente al cerrar el interruptor S1 se energiza el timer TR, luego de 5 segundos se cierra el
contacto TR y enciende la lámpara. Cuando se abre el interruptor S1 el contacto del timer TR
automáticamente vuelve a su estado normalmente abierto, apagándose la lámpara.

Circuito de operación de un temporizador ON-Delay

7.3- Temporizador a la desconexión o al reposo (OFF-DELAY)
En el momento de conectar la bobina de activación a la alimentación, los contactos del temporizador
actúan, volviendo a la posición de reposo una vez transcurrido el tiempo configurado. Si en el proceso
de temporización se desconecta la bobina, el comportamiento es similar al temporizador a la
desconexión.

Símbolos del timer OFF-Delay
En el circuito siguiente al cerrar el interruptor S1 se energiza el timer TR, e inmediatamente se cierra el
contacto TR y enciende la lámpara. Cuando se abre el interruptor S1 el contactor del timer TR inicia su
conteo, luego de 5 segundos, el contacto del timer TR automáticamente vuelve a su estado
normalmente abierto, apagándose la lámpara.

92. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Circuito de operación de un temporizador OFF-Delay



Tabla de símbolos de temporizadores norma IEC

93. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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7.4- Conexión de temporizador de 8 pines
Comunmente se puede utilizar los timer reemplazables. Estos poseen una base de 8 pines, la cual cada
pin indica lo siguiente:

Conexión de timer de 8 pines
Notar que la alimentación del timer se realiza desde los pines 7 y 2, la bobina del timer dependiente el
fabricante la puede construir para una gran variedad de voltajes (12V, 24V, 120V, 240V)
• Contactos normalmente cerrados: estos están de forma separadas en los pines 1 y 4, para el
segundo contacto sería 8 y 5.
• Contactos normalmente abiertos: estos están de forma separadas en los pines 1 y 3, para el
segundo contacto sería 8 y 6.
Notar que los pines 1 y 8 son cumenes para los contactos N.C y N.O del timer, por lo que se debe
considerar al momento de realizar el cableado.

Contactos de un timer de 8 pines

94. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Temporizador OFF-Delay con base 11 pines con pulsador de disparo
Cuando la bobina se energiza, los contactos cambian de posición inmediatamente. Cuando la bobina
se desenergiza, los contactos retrasan el regreso a su posición normal. De acuerdo con la tabla de
pines que se muestra en la Figura 7-20, los pines 2 y 10 se conectan a la bobina del temporizador.
Para usar este temporizador OFF-Delay, la alimentación debe estar conectada a los pines 2 y 10 en
todo momento. Cortar los pines 5 y 6 juntos hace que los contactos temporizados cambien de
posición inmediatamente. Cuando se elimina el cortocircuito entre los pines 5 y 6, comienza la
secuencia de tiempo. Al final del período de tiempo preestablecido, los contactos volverán a su
posición normal.

Temporizador OFF-Delay con base 11 pines con pulsador de disparo
Temporizador multifunción
Todos los temporizadores electrónicos son similares, pero generalmente hay diferencias en cómo se
deben conectar. El diagrama de conexión para el temporizador que se muestra en la siguiente
figura. Observe que este temporizador contiene pines RESET, START y GATE. Al Conectar el pin 2 al
pin 5 activa la función GATE, que interrumpe o suspende el funcionamiento del reloj interno. La
conexión del pin 2 al pin 6 activa la función START. Al conectar el pin 2 al pin 5 activa la función
RESET, que restablece el reloj interno a cero.

Temporizador multifunción

95. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Temporizadores neumáticos
Los temporizadores neumáticos o de aire operan restringiendo el flujo de aire a través de un orificio a un fuelle
de goma o diafragma. La siguiente figura ilustra el principio de funcionamiento de un temporizador de fuelle
simple. Si la varilla "A" empuja contra el extremo del fuelle, el aire sale del fuelle a través de la válvula de
retención cuando el fuelle se contrae. Cuando el fuelle se mueve hacia atrás, el contacto TR cambia de un
contacto abierto a uno cerrado. Cuando la varilla “A” se separa del fuelle, el resorte intenta devolver el fuelle a
su posición original. Sin embargo, antes de que el fuelle pueda volver a su posición original, el aire debe
ingresar al fuelle a través del puerto de entrada de aire. La velocidad a la que se permite que el aire ingrese al
fuelle está controlada por la válvula de aguja. Cuando el fuelle vuelve a su posición original, el contacto TR
vuelve a su posición normalmente abierta.

Funcionamiento de temporizador neumático


Temporizador neumático para montaje en contactor

96. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Capítulo 8- Circuitos de automatismos
básicos

8.1- Tipos de circuitos
Circuitos de fuerza: los circuitos de fuerza o potencia son] os encargados de suministrar energía
eléctrica a los receptores del sistema automático (generalmente máquinas eléctricas rotativas).
Circuitos de maniobra o control: los circuitos de maniobra, o circuitos de control, se encargan de
alimentar a los sensores, detectores, electroimanes, mandos, pulsadores, temporizadores y demás
componentes de gestión y supervisión de la instalación. Es sobre los circuitos de maniobra donde los
operarios interactúan con el proceso.
El cableado de los circuitos de fuerza es independiente del cableado de los circuitos de maniobra, y
ambos circuitos se interrelacionan mediante componentes eléctricos comunes a ambos, como
contactores, relés térmicos y similares, tal como será estudiado en unidades posteriores del libro.
8.2- Estructura para instalación de un motor eléctrico


Estructura para instalación de un motor eléctrico

97. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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1. Seccionamiento; “separar la alimentación del resto de la instalación”. Para intervenir con
seguridad en la instalación de la máquina (no mueva componentes por arranques inesperados) y
evitar descargas en mantenimiento de circuitos eléctricos al aislar la alimentación eléctrica.

2. Interrupción; Esto de cerrar o abrir con carga permite y hacer el oficio de paro de emergencia
“solo en motores pequeños”.

3. Protección contra cortocircuitos; detectar e interrumpir lo más rápido posible cualquier
corriente anormal > 10 In (corriente nominal). Entiéndase por corriente nominal la del dato de
placa, que es para la que fue diseñado el motor.

4. Conmutación, establecer, cortar y eventualmente en ajustar el valor de la corriente absorbida
por el motor (por ejemplo en arranques a voltaje reducido, por auto-transformador, estrella
delta etc.)

5. Protección contra sobrecargas; detecta e interrumpe aumentos de corrientes hasta 10In. Antes
que el calentamiento del motor y de sus conductores lo lleve al deterioro.

En ellos, tanto la representación del circuito de potencia (por ejemplo, para arrancar un motor trifásico),
como la de mando (para la alimentación de la bobina de un contactor mediante diferentes tipos de
sensores), se han realizado sobre el mismo esquema.
A este tipo de representación se le denomina esquema de conjunto.

Circuito de cableado para el control de un motor trifásico

98. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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8.3- Esquemas de fuerza y mando
En la industria, los automatismos cableados pueden ser realmente complejos y por tanto, también sus
esquemas. Si estos se realizaran por la representación conjunta, el técnico de montaje y de
mantenimiento tendría verdaderas dificultades para entenderlos.
Por este motivo, se hace necesario separar gráficamente el circuito de potencia del circuito de control o
de mando.
El esquema de potencia o de fuerza representa la parte del circuito que alimenta el receptor o
receptores de potencia.
El esquema de control o de mando representa, entre las dos fases de alimentación, la combinación
lógica de los contactos de los sensores utilizados para gobernar las bobinas de los diferentes órganos de
control, como contactores, temporizadores, relés auxiliares, etc.
En el esquema de fuerza los interruptores y protecciones de corte general se representan en la parte
superior, próximos a las líneas de la red de alimentación. Los receptores o motores en la parte inferior. Y
entre ambos los contactores de potencia.

Diagrama de fuerza y control representados de forma separadas
En la práctica, el circuito de fuerza se realiza con cable de mayor sección que el de mando, ya que debe
estar calculado para soportar el paso de corriente del receptor de potencia, en este caso el motor. Sin
embargo, el cableado de mando se realiza con cable de menor sección (1,5 mm2 de color rojo), ya que
el consumo de las bobinas no es muy elevado.

99. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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La alimentación del circuito de control proviene del circuito de fuerza, tal como se muestra a continuación:

El circuito de control es alimentado por el circuito de fuerza
8.4- Conexión y protección del circuito de mando
El circuito de mando debe disponer de un elemento protección contra cortocircuitos. Este puede ser el
mismo que se utiliza en el circuito de fuerza, según lo mostrado en el anterior circuito, o uno exclusivo
para él.
Estas son algunas formas de proteger contra sobrecargas y cortocircuitos el circuito de mando:
• Mediante un interruptor magnetotérmico monopolar independiente (1).
• Mediante un fusible (2).
• Mediante un contacto auxiliar acoplado mecánicamente al interruptor magnetotérmico de fuerza (3).

Tipos de protección de circuito de control

100. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

100
8.5- Control a dos hilos
Es un control en el cual únicamente dos alambres conectan al dispositivo piloto utilizado para energizar
al control magnético. (el cual puede ser un interruptor de temperatura o termostato, un interruptor
flotador, un interruptor de limite, un interruptor de presión u otro dispositivo de control mantenido).
En el alambrado y diagramas elementales, dos hilos conectan el dispositivo de control (el cual puede ser
un interruptor de temperatura o termostato, un interruptor de flotador, un interruptor de limite, un
interruptor de presión u otro dispositivo de control mantenido) a la bobina del arrancador magnético.
Cuando se cierran los contactos del dispositivo de control, completan el circuito de la bobina del
arrancador, motivando que conecte este el motor a la línea.

Control a dos hilos

101. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Este es un ejemplo típico de control a dos hilos, donde un presostato controla el contactor de un compresor de
aire.

8.6- Control a tres hilos
Deriva su nombre de los tres alambres que deben ser conectados al dispositivo piloto.
Un circuito de control a tres hilos o de tres hilos utiliza contactos momentáneos en los botones
pulsantes de “arrancar – parar” y un circuito sostenido de contactos auxiliares alambrado en paralelo
con el botón de “arranque” para mantener el circuito. Presionando el botón de “arrancar” se completa
el circuito a la bobina.
Control de motores eléctricos con estaciones de botones pulsadores
El método más utilizado para arrancar y parar un motor eléctrico es con un control eléctrico con
estaciones de botones pulsadores de arranque y paro.

Control a 3 hilos

102. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

102
El control a tres hilos que cuenta con un botón de paro y uno de arranque, es simple, seguro y efectivo.


Diagrama de fuerza y control para el arranque-paro de un motor trifásico
Explicación paso a paso de un arranque paro
En el circuito que se muestra en la a continuación , no puede fluir corriente a la bobina del relé M
porque el botón de INICIO (START) es normalmente abierto y el contacto normalmente abierto M está
abierto por que es controlado por la bobina del contactor M.

Arranque-Paro en reposo
Cuando se presiona el botón START, la corriente fluye a través de la bobina del contactor y del contacto de
sobrecarga normalmente cerrado a la fuente de alimentación.

103. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Arranque-Paro al pulsar START
Cuando la corriente fluye a través de la bobina del contactor M, los contactos conectados en paralelo al botón
START se cierran. Estos contactos mantienen el circuito a la bobina M cuando el botón START se suelta y
vuelve a su posición abierta.

Retención de circuito de arranque-paro
El circuito continúa funcionando hasta que se presiona el botón STOP y se rompe el circuito hacia la bobina.
Cuando se detiene el flujo de corriente a la bobina, el contactor M se desenergiza y el contacto M se vuelve a
abrir. Debido a que el botón START ahora está abierto y el contacto M está abierto, no hay un circuito
completo en la bobina del contactor cuando el botón STOP vuelve a su posición normalmente cerrada. Si se va
a reiniciar el contactor, se debe presionar nuevamente el botón START para proporcionar un circuito completo
a la bobina del relé.

Parada de circuito de arranque-paro

104. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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8.6.1- El relé térmico en los esquemas de automatismos
La protección con el relé térmico se representa en el esquema de fuerza entre el contactor y el motor.
En el esquema de mando se representa lo más próximo a la fase representada en la parte superior y
debajo del dispositivo de protección, si es que existe.
El contacto cerrado se pone en serie con el circuito que alimenta la bobina del contactor. El contacto
abierto se conecta a un dispositivo de señalización (por ejemplo, una lámpara).
Si el relé térmico detecta sobrecarga o falta de una fase en el circuito de fuerza, el dispositivo de
protección se dispara. En esta situación, el contacto auxiliar cerrado del relé térmico se abre,
desconectando el circuito de alimentación de la bobina. Si esto ocurre, el contactor KM1 abre sus
contactos en el circuito de fuerza y el motor se detiene.


Arranque de un motor trifásico con pulsadores de marcha y paro con protección por relé térmico
En el mismo suceso, el contacto abierto (98-97) del relé térmico se cierra, alimentando la lámpara de
señalización (F1), que se enciende indicando que el relé térmico se ha disparado.

105. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Señalización de falla con relé térmico y luz piloto

8.6.2- Diagramas de circuitos eléctricos de control con botón de paro de emergencia
El método más utilizado es que el botón de paro de emergencia interrumpa la alimentación eléctrica a
los componentes de control.
El botón de paro de emergencia (PBE) es el primero y se conecta en serie con la finalidad que al ser
accionado interrumpa la corriente (en este caso a la bobina del contactor).
La siguiente figura muestra un circuito de control de motor típico que incluye un botón de parada de
emergencia.

Conexión de botón de paro de emergencia
• Los contactos mantenidos normalmente cerrados del botón de parada de emergencia se abrirán
cuando se presione el botón y permanecerán abiertos hasta que se restablezca manualmente.
• Debido a que los contactos de parada de emergencia se mantienen abiertos mediante el mecanismo
del operador de botón, el motor no funcionará si se presiona el botón de arranque.
• Para reiniciar el motor después de que se haya activado el botón de parada de emergencia, primero
debe restablecer el botón de parada de emergencia y luego presionar el botón de arranque.

106. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Cuando el motor se pone en marcha, tendremos la opción de paro por medio del botón de STOP y el
botón de paro de emergencia, el botón de paro de emergencia al ser más grande nos permite localizarlo
con mayor facilidad en caso de peligro.
El botón pulsador PBE, al ser de enclavamiento mecánico al ser presionado mantendrá la línea de
alimentación abierta una vez que lo soltemos.
De esta manera aseguramos que el motor deje de ser alimentado y no tenga la posibilidad de arrancar si
se presionara por error el botón pulsador de arranque.

8.7- Arranque-paro desde múltiple estaciones
Combinando adecuadamente las conexiones entre varias estaciones de pulsadores puede conseguirse el
control indistinto del motor desde cualquiera de ellas.

Control de motor desde tres estaciones arranque-paro

Si deseamos agregar botones de arranque, estos van en paralelo.
En el caso de los botones de STOP se conectan en serie. Una vez comprendido el patrón podemos
controlar un motor desde diferentes estaciones.
Se observa que los contactos de los pulsadores de ARRANQUE(START) están conectados en paralelo
entre si, mientras que los de los pulsadores de PARO (STOP) lo están en serie. Esta norma debe seguirse
siempre, independientemente del número de estaciones de control. Obsérvese también que el contacto
auxiliar M está siempre unido en paralelo con los contactos de los pulsadores de START. Por otra parte,
todos los contactos de los pulsadores de STOP han de estar conectados en serie con la bobina de
retención del contactor, a fin de que en caso de emergencia pueda detenerse el motor desde cualquier
estación.

107. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Diagrama de control con tres estaciones de arranque y paro

El siguiente diagrama es un ejemplo del cableado de una, dos y tres estaciones de arranque-paro.




Conexión de botones pulsadores desde hasta tres lugares

108. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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8.8- Control Jog

Los contactores magnéticos pueden también maniobrarse con un tercer pulsador selector, que se
emplea cuando el motor sólo debe prestar servicios de corta duración. Al accionar dicho pulsador, en
efecto, el motor se pone en marcha, pero solo continúa en servicio mientras se mantiene la presión del
dedo sobre el primero; tan pronto como deja de oprimirse, el motor vuelve a pararse.


Esquema de circuito de control JOG utilizando pulsador con doble contacto

Al pulsar el pulsador JOG de doble contacto NC y NO este energiza inmediatamente la bobina M, al
soltarlo la bobina M se desenergiza, por lo que solo funciona el JOG o la intermitencia del motor
mientras este se presiona. Para mantener el arranque del motor se debe presionar el pulsador START.

Otras variantes del circuito anterior, sería colocar el pulsador JOG después del START o en serie con el
contacto M, tal como se muestra en la siguiente figura.

Esquema de circuito de control JOG utilizando pulsador con doble contacto

109. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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8.8.1- Control Jog utilizando relay de control
En el siguiente circuito, se observa que al presionar el START se energiza el relay de control CR,
quedándose retenido por el contacto CR en paralelo con el START. Tambien se cierra el contacto CR en
paralelo con el pulsador JOG, lo cual energiza la bobina del contactor M, provocando que el motor
encienda y se quede retenido. Para apagar el sistema basta con pulsar el botón STOP. Si se quiere el
encendido momentáneo se puede pulsar el botón JOG, el cual activará la bobina M solo mientras se
tenga pulsado JOG.

Esquema de circuito de control JOG utilizando relay de control
8.8.2- Jog con selector
Para este caso el botón de JOG puede ser el mismo botón de START, pero depende la posición del
selector. Por ejemplo en el siguiente esquema cuando el selector está hacia la izquierda (posición A1) el
START puede funcionar como JOG (es decir la bobina M solo se energiza de forma momentánea
mientras se pulse START), mientras que cuando el selector está hacia la derecha (posición A2) este
funciona como START para arrancar el motor y quedándose retenido por el contacto auxiliar M.

Jog con selector

110. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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8.9- Señalización de la marcha
Un método utilizado es conectar la lámpara en paralelo con la bobina del “Contactor” del arrancador
del motor eléctrico.


Lámparas de señalización asociada a la bobina del contactor
Recordemos que el Contactor, es un interruptor electromagnético, que cuando su bobina es alimentada
cierra los contactos principales “M” y el motor entra en funcionamiento.
Es decir que el motor está en marcha cuando la bobina es alimentada, y en este caso cuando la bobina
del contactor es alimentada la lámpara de señalización también.

La lámpara de señalización de motor en marcha también puede ser referencia al cierre de un contacto
auxiliar normalmente abierto del contactor del motor.

Arranque paro de un motor señalizando la marcha

Ya que el contactor es un enlace entre el control y la potencia, en el área de análisis lógico, la bobina
representa una salida.

111. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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8.10- Señalización de parada
Esta luz piloto se conecta en serie con un contacto auxiliar normalmente cerrado del contactor o
arrancador. Cuando el arrancador este desenergizado, la luz piloto está encendida y cuando el
arrancador se energiza el contacto auxiliar se abre y apaga la luz piloto.

Arranque paro de un motor señalizando la parada
8.11- Luz piloto de prueba

A veces la luz piloto está apagada y el operador tiene la duda de si es el motor que está parado o si es el
bombillo de la luz piloto el que esta quemado. El circuito descrito más abajo permite inmediatamente
probar si es en el bombillo en donde está el problema, pulsando un botón y cerrando de la luz piloto.

Control de tres alambres con la posibilidad de chequear las condiciones de la luz piloto
8.11.1- Señalización de falla
Las lámparas de señalización de falla van asociados a elementos de mando medio, como el relevador de
sobrecarga y el relevador de control.

112. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Un relevador de sobrecarga “OL´s”, tienen 2 contactos auxiliares uno normalmente abierto y uno normalmente
cerrado.
El contacto normalmente abierto con terminales de fabricante 97 y 98 al ocurrir la falla se cerrará y es
aprovechado para encender la lámpara de señalización.
El contacto normalmente cerrado con terminales de fabricante 95 y 96 va en serie con los componentes
en la línea que alimenta a la bobina del contactor de manera que al cambiar de estado el relevador
“OL”, el contactor “M” no podrá funcionar y por consecuencia tampoco el motor.

Lámpara de indicadora de falla por sobrecarga

Cuando un motor se sobre trabaja se dice técnicamente que se “sobrecarga”, ejemplos son: exigencias
grandes de corte de material, movimiento de piezas pesadas, o problemas mecánicos, como el desgaste
de chumaceras, bandas mal alineadas entre otros.
En condiciones de sobrecarga, el motor consume corriente extra, el relé de sobrecarga la detecta y evita
sobrecalentamiento del motor, cambiado los estados del contactos auxiliares.
El aviso requiere una intervención de mantenimiento.

113. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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8.12- Control de tres alambres alimentados en el secundario de un
transformador de control.
En este caso se utiliza un transformador reductor de voltaje para proveer al circuito de control un voltaje
más bajo que el voltaje de la línea por razones de seguridad para los proveedores. La protección contra
sobre corriente en el circuito de control se realiza con la ayuda de un fusible.

Conexión de transformador de control alimentado desde el circuito de fuerza

114. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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8.13- Mando intermedio mediante relay de control
Las condiciones inseguras se deben evitar, se deben proteger de arranques no deseados, y prever que el
operador lleve a cabo una inspección antes de que ocurra un accidente. El uso del relevador de control
“CR” es una buena alternativa. El relevador de control permite mandos intermedios, permisos por
etapas que aseguran que se obtengan las condiciones de protección. De no ser así señalar e impedir el
funcionamiento del equipo.
Esta señalización ordena al operador verificar las condiciones de trabajo (puertas cerradas, presencia de
material etcétera), y permitir dar continuidad con los procesos de trabajo. De acuerdo a la gravedad la
señalización de falla puede ir acompañada de luz intermitente, flashes, luces giratorias, zumbadores o
sirenas.
El empleo de botones pulsadores con un relevador de control, como primer paso para permitir controlar
la alimentación eléctrica a los componentes de control es un método muy utilizado en sistemas
automatizados.

Control de encendido con paro de emergencia
En este caso es necesario que este relevador de control (CR) sea alimentado, para permitir poner en
funcionamiento el control de los sistemas automáticos instalados.


Control de encendido con lámparas de señalización

115. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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8.14- Inversión del sentido de giro de motores trifásicos
Para invertir el sentido de giro de un motor trifásico, se deben permutar dos de las fases que lo
alimentan.

Al intercambiar una de las fases o líneas del motor se cambia el giro

Esta maniobra, muy utilizada en ambiente industrial, se puede realizar con un conmutador trifásico
inversor de potencia o a través de un automatismo basado en dos contactores. En este caso, en el
circuito de fuerza, uno de los contactores aplica las fases en los bornes del motor con un orden
determinado, por ejemplo: L1-L2 y L3, el otro hace lo mismo, pero permutando dos de ellas, por
ejemplo, L2-L1-L3. Así, cuando la alimentación trifásica que llega al motor se recibe por un contactor, el
motor gira en un sentido, y si lo hace por el otro, gira en sentido contrario.

116. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Diagrama de fuerza para la inversión de giro de un motor trifásico utilizando contactores (Norma IEC)

En ningún caso se pueden activar dos contactores a la vez, ya que se produciría un cortocircuito. Esto se
puede evitar:
• Utilizando un conjunto de dos contactores que disponga de enclavamiento mecánico.
• Diseñando el circuito de mando de tal forma que si un contactor está activado, el otro no pueda
hacerlo y viceversa.
8.14.1- Enclavamiento eléctrico por contacto auxiliar
Un enclavamiento eléctrico es un aseguramiento de una condición de estado, colocado en un control
eléctrico, con el propósito de impedir que se puedan presentar al menos 2 condiciones al mismo
tiempo.
En un circuito de un motor trifásico de 2 sentidos de rotación la lógica indica que no se deben mandar a
girar en ambos sentidos de rotación al mismo tiempo, peor aún esto genera uno de los cortoscircuitos
más graves, unir las tres líneas vivas.

117. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Diagrama de fuerza para la inversión de giro de un motor trifásico utilizando contactores (Norma NEMA)

De modo que en el control para un motor 2 sentidos de rotación NUNCA se deben de energizar al mismo
tiempo la bobina de contactor a giro a derecha (forward) y la bobina del contactor giro izquierda
(reverse).

118. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Diagrama de control con enclavamiento por contacto auxiliar
El enclavamiento por contacto auxiliar se logra conectando un contacto normalmente cerrado en serie
con la bobina contraria.
De esta manera al funcionar en sentido derecho se abrirá el contacto auxiliar, F que está en serie con la
bobina R, haciendo que aun presionando el botón de giro contrario no se pueda ordenar el cambio de
rotación.
Es necesario realizar el Paro (PRESIONAR BOTÓN DE PARO) para luego mandar el girar en sentido
contrario.

Conexión de botones pulsadores para estación de avance, retroceso y paro

119. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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8.14.2- Enclavamiento eléctrico por botones pulsadores
Un enclavamiento eléctrico se utiliza para asegurar que dos condiciones de un circuito NO operen al
mismo tiempo, como el ordenar a un motor eléctrico trifásico que gire en a ambos sentidos.


Corto circuito debido a que los dos contactores cerraron al mismo tiempo
Se fabrican botones pulsadores de doble acción para este propósito, se hacen colocando un bloque de
contacto doble en un solo pulsador, con un contacto normalmente cerrado más un contacto
normalmente abierto.
O bien se pueden montar contactos individuales, algunas marcas aceptan hasta 3 bloques de contacto
por nivel con un máximo de tres niveles (9 contactos)


Botones Pulsadores con bloques de contactos

120. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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El enclavamiento por botones pulsadores, más el enclavamiento por contactos auxiliares, es muy
utilizado, de esta forma el grado de aseguramiento deseado es más alto.
El contacto NO (normalmente abierto) de estos pulsadores, se utiliza para activar la bobina del contactor
de forma similar a lo visto en el circuito de mando anterior. Sin embargo, el contacto NC (normalmente
cerrado), se encarga de desactivar la bobina del contactor contrario.
Como en un pulsador de doble cámara, los contactos cerrados se abren antes de que se cierran los
abiertos, se garantiza que la activación de un contactor se realiza cuando el otro está desactivado

Diagrama de control con enclavamiento por botones pulsadores

De esta manera al ordenar un cambio de giro se ordena también al mismo tiempo abrir la línea de la
bobina contaría.
Cabe señalar que de esta forma se manda un cambio rápido de sentido de giro, lo que crea una
demanda de corriente alta, por lo este sistema se emplea en motores relativamente pequeños, a pesar
de esto es ideal en algunas máquinas herramientas (tornos y fresadoras).

121. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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8.14.3- Enclavamiento mecánico para contactores
Este enclavamiento mecánico se logra con un dispositivo acoplado a los contactores de inversión de
giro, y no permite se cierren los contactos de ambos contactores al mismo tiempo.
Al mandar a un sentido de giro, y moverse los contactos del contactor se mueve también el dispositivo
“enclavamiento mecánico”, este dispositivo no permite que el segundo contactor pueda cerrarse.
Aunque la segunda bobina también se alimente.

Enclavamiento mecánico de contactores
Los enclavamientos mecánicos se fabrican de manera especial de acuerdo al tamaño, modelo y marca
de contactores.


Contactos de potencia con enclavamiento mecánico

122. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Bobinas de control con enclavamiento mecánico


Diagrama de control con enclavamientos por botones pulsadores, por contacto auxiliar y mecánico

123. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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8.15.3- Jogging en circuito de inversión utilizando relay de control
El circuito de control mostrado en la siguiente figura permite que el motor pueda ser jogeado en ambos
sentidos de giro, esto mientras el motor esté girando o no. Al presionar el botón START-FWD energizará
la bobina F y se cerrará el contacto F, permitiendo el paso de corriente al relay CR por lo que provocará
que el contacto CR se cierre el motor se mantenga girando por la retención creada por la realimentación
de los contactos F y CR. Lo mismo sucedería pero en el caso opuesto con R, si se pulsara START-REV.
Para lograr el JOG en cualquier sentido basta con pulsar JOG-FWD para un giro o JOG-REV para el otro
giro, esto provocará desenergizar el relay CR al mismo tiempo, y energizará la bobina principal F o R de
forma momentánea mientras se mantengan oprimidos los botones de JOG.

Circuito de control JOG para inversión de giro

124. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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8.16- Control en secuencia de motores trifásicos con arranque manual
Los controles de arranque en secuencia nos permiten ordenar el arranque y paro de motores, un
ejemplo puede ser que no se pueda arrancar un motor si primero no está funcionado otro.
Un modo de lograr es dando permisos por medio de contactos auxiliares y ordenando botones
pulsadores.
Para un sistema de alimentación de tres bandas transportadoras, se requiere un control manual para
que funcionen en secuencia.

Arranque secuencial de motores para bandas transportadoras industriales
En la siguiente figura se tiene el diagrama de fuerza de tres motores trifásicos, observar que cada uno tiene su
contactor y protección independiente. El circuito de control será diseñado según la secuencia de encendido o
apagado que se requiera.

Diagrama de fuerza de tres motores trifásicos

125. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Arranque secuencial manual con conexión en cascada
El siguiente circuito, se debe presionar el START 1 antes de poder suministrar energía al START 2. Cuando la
bobina del contactor del motor 1 se energiza, el contacto auxiliar normalmente abierto M1 se cierra,
proporcionando energía a la bobina M1 y al START 2. Ahora la bobina del contactor del motor 2 si se puede
arrancar presionando el START 2. Una vez que se activa el motor 2, el contacto auxiliar M2 se cierra,
proporcionando alimentación a la bobina M2 y al START 3. Si se presiona el botón de parada STOP o si se abre
cualquier contacto de sobrecarga (OL1, OL2 y OL3), se interrumpe la alimentación a todos los contactores.

Arranque secuencial en cascada

126. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Arranque secuencial manual con conexión dependiente de contactos
En la siguiente figura se muestra un segundo método para proporcionar control de secuencia. Como las
conexiones del motor son las mismas que en el circuito anterior, solo se muestra la parte de control del
esquema. En este circuito, los contactos auxiliares normalmente abiertos ubicados en los contactores de
motor M1 y M2 se utilizan para garantizar que los tres motores arranquen en la secuencia adecuada. Un
contacto auxiliar M1 normalmente abierto conectado en serie con la bobina de arranque M2 impide que el
motor 2 arranque antes que el motor 1, y un contacto auxiliar de M2 normalmente abierto conectado en serie
con la bobina M3 evita que el motor 3 arranque antes que el motor 2. Si el botón de parada STOP es
presionado o si se abre cualquier contacto de sobrecarga (OL1, OL2 y OL3), se interrumpe la alimentación a
todos los contactores.

Arranque secuencial manual con conexión dependiente de contactos
En la siguiente figura se muestra un tercer circuito que es casi idéntico al circuito anterior. Este circuito
también emplea el uso de contactos auxiliares normalmente abiertos para evitar que el motor 2 arranque
antes que el motor 1, y el motor 3 no puede arrancar antes que el motor 2.

Arranque secuencial manual con conexión dependiente de contactos

127. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Estos contactos auxiliares normalmente abiertos que controlan la secuencia de inicio a menudo se llaman
contactos dependientes porque permiten que tenga lugar alguna acción. La principal diferencia entre los dos
circuitos es que en el circuito que se muestra en el primer diagrama, el botón de parada STOP interrumpe la
alimentación de todos los contactores de motor. El segundo circuito depende de la reapertura de los contactos
auxiliares normalmente abiertos para detener los motores 2 y 3.
Arranque secuencial automático con temporizadores
Los circuitos que permiten el arranque automático de motores en secuencia son comunes. Existen varios
métodos que pueden emplearse para determinar cuándo se debe arrancar los motores en secuencia. Algunos
circuitos detectan la corriente del motor. Cuando la corriente de un motor cae a un nivel predeterminado,
permite que arranque el siguiente motor. Otros circuitos detectan la velocidad de un motor antes de permitir
que arranque el siguiente.
Uno de los métodos más comunes es el retraso de tiempo. El circuito que se muestra a continuación permite
que tres motores arranquen en secuencia. El motor 1 arranca inmediatamente cuando se presiona el botón de
arranque. El motor 2 arranca unos segundos después del arranque del motor 1, y el motor 3 arranca unos
segundos después del arranque del motor 2. La bobina del temporizador TR1 está conectada en paralelo con la
bobina de arranque de M1. Debido a que están conectados en paralelo, se energizan al mismo tiempo.
Después de un retraso de unos segundos, el contacto TR1 se cierra y energiza las bobinas M2 y TR2. El motor 2
arranca inmediatamente, pero el contacto temporizado TR2 retrasará el cierre durante unos segundos.
Después del período de retraso, la bobina de arranque M3 se energizará y arrancará el motor 3. Cuando se
presiona el botón STOP, todos los motores se detienen prácticamente al mismo tiempo.

Arranque secuencial de tres motores 1,2,3 temporizados

128. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Aunque la lógica del circuito anterior es correcta, la mayoría de los diagramas de escalera no muestran bobinas
conectadas en paralelo. En la siguiente figura se muestra una modificación del circuito. En este circuito, los
contactos auxiliares en los arrancadores de motor se utilizan para controlar la acción de los relés
temporizados. Tenga en cuenta que la lógica del circuito es idéntica a la del circuito anterior.

Arranque secuencial de tres motores 1,2,3 temporizados

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Algunos requisitos de circuito pueden exigir que los motores se apaguen en secuencia en lugar de encenderse
en secuencia. Este circuito requiere el uso de temporizadores OFF-Delay. Además, se necesita un relé de
control con cuatro contactos. El circuito que se muestra en la siguiente figura permite que los motores
arranquen en secuencia de uno a tres cuando se presiona el botón START. Aunque comienzan en secuencia, la
acción es tan rápida que parece que todos comienzan aproximadamente al mismo tiempo. Sin embargo,
cuando se presiona el botón STOP, se detienen en secuencia desde el motor 3 al motor 1, con un retraso de los
segundos configurados en los temporizadores entre cada motor.
El motor 3 se detiene inmediatamente. Unos segundos después, el motor 2 se detiene, y otros segundos
después de que el motor 2 se detiene, el motor 1 se detiene. En el caso de que ocurra una sobrecarga en
cualquier motor se detiene todos los motores de inmediato.


Apagado secuencial de tres motores 3, 2, 1 temporizados
Arranque y apagado secuencial de tres motores
La adición de dos temporizadores permite arrancar los motores en secuencia de 1 a 3 con un retraso de
tiempo entre el arranque de cada motor, así como también detener los motores en secuencia de 3 a 1 con un
retraso de tiempo entre cada parada de motor. El circuito que se muestra en la siguiente figura hace esta
operación. Cuando se presiona el botón START, todos los contactos CR se cierran. El motor 1 arranca
inmediatamente cuando el contactor M1 se energiza. El contacto auxiliar M1 cierra y activa el temporizador de
ON-Delay de encendido TR3. Después de unos segundos, el arrancador M2 se activa y arranca el motor 2. El

130. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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contacto auxiliar de M2 conectado en serie con el temporizador OFF-Delay TR1 se cierra, lo que hace que el
contacto temporizado TR1 se cierre inmediatamente. El segundo contacto auxiliar de M2 conectado en serie
con el temporizador ON-Delay TR4 se cierra e inicia el proceso de temporización. Después de unos segundos,
el contacto temporizado TR4 se cierra y activa la bobina de arranque M3, arrancando el motor 3. El contacto
auxiliar de M3 conectado en serie con el temporizador OFF-Delay TR2 se cierra y energiza el temporizador. El
contacto temporizado TR2 se cierra inmediatamente. Todos los motores están funcionando ahora.
Cuando se presiona el botón STOP, todos los contactos CR se abren inmediatamente. Esto desactiva el
contactor M3, detiene el motor 3 y desactiva la bobina del temporizador OFF-Delay TR2. Después de un
retraso de unos segundos, el contacto temporizado TR2 se abre y desenergiza el contactor M2. Esto hace que
el motor 2 se detenga, el temporizador OFF-Delay TR1 se desenergice y el temporizador ON-Delay TR4 se
desenergice. El contacto TR4 se vuelve a abrir de inmediato. Después de un retraso de unos segundos, el
contacto temporizado TR1 se abre y desenergiza la bobina de arranque M1. Esto hace que el motor 1 se
detenga y el temporizador ON-Delay TR3 se desenergice. El contacto TR3 se vuelve a abrir de inmediato y el
circuito vuelve a su estado desenergizado original.

Arranque y apagado secuencial de tres motores

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Capítulo 9- Transformador de control

Los transformadores de control están diseñados para reducir los voltajes de suministro del circuito de
fuerza a los circuitos de control. La mayoría de los motores comerciales e industriales AC funcionan con
sistemas de suministro de AC trifásicos en el rango de 208 a 600 V. Sin embargo, los sistemas de control
para estos motores generalmente operan a 120 V o 240V. La principal desventaja en los sistemas de
control es que los niveles de tensión más altos pueden ser mucho más letales que 120 V o 240V.

Transformador de control industrial
9.1- Transformador de control
Un transformador de control es un aparato que trabaja con el principio de inducción electromagnética.
Se alimenta con corriente alterna y suministra voltajes específicos al circuito de control

Construcción de un transformador de control

Su uso es importante en los equipos de control, sobre todo por la seguridad de los operadores, cuando
se tiene motores que trabaja con 480 voltios de corriente alterna trifásica, es por medio de un
transformador de control que podemos operar su control con 120 voltios.

132. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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El que un transformador reduzca o eleve el voltaje a la salida dependerá del número de vueltas en cada
bobinado.
Si bien identificamos como el primario al bobinado que se conecta a la alimentación y secundario al que
alimenta la carga, siempre es conveniente tomar mediciones antes de conectar la carga. Ya que por
accidente podemos invertir las terminales y obtendríamos el efecto contrario.
Un mismo transformador lo podemos usar como reductor o como elevador.
Las normas técnicas nos indican que las terminales que van a la carga (equipos de control) se identifican
con la letra “X”
También existen en el mercado transformador de control para 2 voltajes ya que de manera industrial
suelen encontrarse los voltajes 240 y 480 volts trifásicos, en equipos dentro de una misma instalación.


Transformadores de control para 2 voltajes
Para alto voltaje se conectan las bobinas del primario en serie, y para bajo en paralelo.
Algunos transformadores de control contienen un primario multitaps en lugar de dos devanados
separados. El transformador en este ejemplo está diseñado para reducir los voltajes de 480, 277, 240 o
208 a 120.

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Transformador de control multitaps
Existen contactores que, si bien pueden controlar la carga de potencia para tensiones de 230 o 400 V,
sus bobinas están diseñadas, por seguridad, para trabajar a tensiones reducidas de 24 o 48 V, en
corriente alterna o corriente continua. En estas ocasiones el circuito de mando debe estar conectado a
un transformador reductor de tensión en el primer caso, y a una fuente de alimentación en el segundo.
Los esquemas de mando para el arranque del motor trifásico con un interruptor monopolar son:

Alimentación de circuito de control para bajo voltaje

134. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Capítulo 10- Actuadores


Un actuador, en el sentido eléctrico, es cualquier dispositivo que convierte una señal eléctrica en
movimiento mecánico. Un relé electromecánico es un tipo de actuador que conmuta mecánicamente
los circuitos eléctricos. Los relés juegan un papel importante en muchos sistemas de control de motores.
Además de proporcionar lógica de control mediante la conmutación de múltiples circuitos de control,
también se utilizan para controlar cargas piloto de baja corriente como contactores y bobinas de
arranque, luces piloto y alarmas audibles.
10.2- Soleonoide
Un solenoide es un dispositivo que utiliza la energía eléctrica para provocar magnéticamente la acción
de control mecánico. Un solenoide consta de una bobina, un núcleo y un émbolo (o armadura, como a
veces se le llama). La siguiente figura se muestra la construcción básica y la operación de un solenoide.
La bobina y el marco forman la parte fija. Cuando la bobina se energiza, produce un campo magnético
que atrae el émbolo, empujándolo hacia el marco y creando así un movimiento mecánico.

Solenoide: contrucción y operación
Cuando la bobina se desenergiza, el émbolo vuelve a su posición normal mediante la gravedad o la
asistencia de los conjuntos de resorte dentro del solenoide. El marco y el émbolo de un solenoide
operado por CA están construidos con piezas laminadas en lugar de una pieza sólida de hierro para
disminuir las pérdidas por las corrientes de Foucault inducidas por el campo magnético.
Los solenoides de acuerdo a su movimiento se clasifican en: lineal y rotativo. La dirección del
movimiento, ya sea rotativa o lineal, se basa en el conjunto mecánico dentro del cual está encerrado el
circuito electromagnético. Los solenoides rotativos incorporan un diseño mecánico que convierte el
movimiento lineal en movimiento rotativo. Los solenoides lineales generalmente se clasifican como
tracción (el camino electromagnético empuja un émbolo hacia el cuerpo del solenoide) o empuje (el eje
del émbolo se empuja fuera de la carcasa del marco).

135. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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La Figura siguiente se ilustra aplicaciones comunes para solenoides lineales y rotativos. La aplicación de
solenoide lineal que se muestra se utiliza en procesos de rechazo parcial en los que la interfaz
electrónica con un sensor produce una señal de activación para el solenoide. En la aplicación de
solenoide giratorio, el solenoide se usa en un transportador de clasificación para controlar una puerta
de desvío.

Aplicaciones del solenoide
10.3- Electrovalvula o válvulas solenoides

Las válvulas solenoides son dispositivos electromecánicos que funcionan haciendo pasar una corriente
eléctrica a través de un solenoide, cambiando así el estado de la válvula. Normalmente, hay un
elemento mecánico, que a menudo es un resorte, que mantiene la válvula en su posición
predeterminada. Una válvula solenoide es una combinación de un operador de bobina solenoide y una
válvula, que controla el flujo de líquidos, gases, vapor y otros medios. Cuando se energizan
eléctricamente, se abren, se cierran o dirigen el flujo.
La figura siguiente ilustra la construcción y el principio de funcionamiento de una válvula solenoide de
fluido típica. El cuerpo de la válvula contiene un orificio en el que se coloca un disco o tapón para
restringir o permitir el flujo. El flujo a través del orificio es restringido o permitido dependiendo de si la
bobina del solenoide está energizada o desenergizada. El resorte devuelve la válvula a su posición
cerrada original cuando la bobina actual se desenergiza. Se debe instalar una válvula con la dirección del
flujo de acuerdo con la flecha proyectada en el costado del cuerpo de la válvula.

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Construcción y el principio de funcionamiento de una válvula solenoide

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Las válvulas solenoides se usan comúnmente como parte de los procesos de llenado y vaciado de
tanques. La Figura siguiente muestra el circuito para una operación de llenado y vaciado del tanque. El
funcionamiento del circuito de control se puede resumir de la siguiente manera:

Circuito para una operación de llenado y vaciado del tanque

• Suponiendo que el nivel de líquido del tanque esté debajo de la marca de nivel vacío, al
presionar momentáneamente el botón FILL activará el relé de control 1CR.
• Los contactos 1CR1 y 1CR2 se cerrarán para activar la bobina 1CR y energizarán la válvula
“solenoide A” normalmente cerrada para comenzar a llenar el tanque.
• A medida que el tanque se llena, el interruptor del sensor de nivel de vacío normalmente
abierto se cierra.
• Cuando el líquido alcanza el nivel completo, el interruptor del sensor de nivel completo
normalmente cerrado se abre para abrir el circuito a la bobina del relé 1CR y cambiar la válvula
“solenoide A” a su estado cerrado desenergizado.
• Cada vez que el nivel de líquido del tanque esté por encima de la marca de nivel vacío, al
presionar momentáneamente el botón EMPTY activará el relé de control 2CR.
• Los contactos 2CR1 y 2CR2 se cerrarán para activar la bobina 2CR y energizarán la válvula
“solenoide B” normalmente cerrada para comenzar a vaciar el tanque.
• Cuando el líquido alcanza el nivel de vacío, el interruptor del sensor de nivel de vacío
normalmente abierto se abre para abrir el circuito a la bobina del relé 2CR y cambiar la válvula
de “solenoide B” a su estado cerrado desenergizado.
• Se puede presionar el botón STOP en cualquier momento para detener el proceso.

138. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Capítulo 11- Arranque de motores
eléctricos


Los motores eléctricos en general (tanto de alterna como de continua), en el momento del arranque
deben vencer el par resistente que existe en su eje. Esto provoca que la corriente consumida en ese
instante sea muy elevada, resultando especialmente perjudicial para la máquina y el circuito que la
alimenta, agravándose en motores de gran potencia. Para evitar en todo lo posible esta sobrecorriente,
se utilizan numerosas configuraciones para el arranque. El uso de sistemas basados en automatismos
industriales permite optimizar este tipo de maniobras con gran facilidad.
11.1- Arranque directo
Se trata del modo de arranque más sencillo en el que el estator se acopla directamente a la red. El
motor se basa en sus características naturales para arrancar.
En el momento de la puesta bajo tensión, el motor actúa como un transformador cuyo secundario,
formado por la jaula muy poco resistente del rotor, está en cortocircuito. La corriente inducida en el
rotor es importante. La corriente primaria y la secundaria son prácticamente proporcionales. Por tanto,
se obtiene una punta de corriente importante en la red:
I arranque = 5 a 8 l nominal.
El par de arranque medio es:
C arranque = 0.5 a 1.5 C nominal.
A pesar de las ventajas que conlleva (sencillez del equipo, elevado par de arranque, arranque rápido,
bajo coste), sólo es posible utilizar el arranque directo en los siguientes casos:
• la potencia del motor es débil con respecto a la de la red, para limitar las perturbaciones que
provoca la corriente solicitada,
• la máquina accionada no requiere un aumento progresivo de velocidad y dispone de un
dispositivo mecánico (por ejemplo, un reductor) que impide el arranque brusco, el par de
arranque debe ser elevado.
Por el contrario, siempre que:
• la caída de tensión provocada por la corriente solicitada pueda perturbar el buen
funcionamiento de otros aparatos conectados a la misma línea,
• la máquina accionada no pueda admitir sacudidas mecánicas,
• la seguridad o la comodidad de los usuarios se vea comprometida (por ejemplo, en el caso de las
escaleras mecánicas),
Será imprescindible recurrir a una artimaña para disminuir la corriente solicitada o el par de arranque.
En estos casos, el medio más utilizado consiste en arrancar el motor bajo tensión reducida.

139. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Curva de corriente-velocidad del arranque directo
La variación de la tensión de alimentación tiene las siguientes consecuencias:
• a corriente de arranque varía proporcionalmente a la tensión de alimentación,
• el par de arranque varía proporcionalmente al cuadrado de la tensión de alimentación.
Ejemplo: si la tensión se divide por √3, la corriente se divide aproximadamente por √3 y el par se divide
por 3.

Arranque directo de motor trifásico

140. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Curva de corriente-velocidad del arranque directo
11.2- Arranque estrella-delta o estrella-triangulo
Sólo es posible utilizar este modo de arranque en motores en los que las dos extremidades de cada uno
de los tres devanados estatóricos vuelvan a la placa de bornas. Por otra parte, el bobinado debe
realizarse de manera que el acoplamiento en triángulo corresponda con la tensión de la red: por
ejemplo, en el caso de una red trifásica de 380 V, es preciso utilizar un motor bobinado a 380 V en
triángulo y 660 V en estrella.
El principio consiste en arrancar el motor acoplando los devanados en estrella a la tensión de la red, lo
que equivale a dividir la tensión nominal del motor en estrella por √3 (en el ejemplo anterior, la tensión
de la red 380 V = 660 V / √3).
La punta de corriente durante el arranque se divide por 3:
Id = 1,5 a 2,6 In
Un motor de 380 V/660 V acoplado en estrella a su tensión nominal de 660 V absorbe una corriente √3
veces menor que si se acopla en triángulo a 380 V. Dado que el acoplamiento en estrella se realiza a 380
V, la corriente se divide nuevamente por √3. Por tanto, se divide por un total de 3.
El par de arranque se divide igualmente por 3, ya que es proporcional al cuadrado de la tensión de
alimentación:
Cd = 0,2 a 0,5 Cn
La velocidad del motor se estabiliza cuando se equilibran el par del motor y el par resistente,
normalmente entre el 75 y 85% de la velocidad nominal. En ese momento, los devanados se acoplan en
triángulo y el motor rinde según sus características naturales. Un temporizador se encarga de controlar
la transición del acoplamiento en estrella al acoplamiento en triángulo. El cierre del contactor de
triángulo se produce con un retardo de 30 a 50 milisegundos tras la apertura del contactor de estrella, lo
que evita un cortocircuito entre fases al no poder encontrarse ambos cerrados al mismo tiempo.

141. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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La corriente que recorre los devanados se interrumpe con la apertura del contactor de estrella y se
restablece con el cierre del contactor de triángulo. El paso al acoplamiento en triángulo va acompañado
de una punta de corriente transitoria, tan breve como importante, debida a la fcem del motor.
El arranque estrella-triángulo es apropiado para las máquinas cuyo par resistente es débil o que
arrancan en vacío. Dependiendo del régimen transitorio en el momento del acoplamiento en triángulo,
puede ser necesario utilizar una variante que limite los fenómenos transitorios cuando se supera cierta
potencia:
• temporización de 1 a 2 segundos al paso estrella-triángulo. Esta medida permite disminuir la
fcem y, por tanto, la punta de corriente transitoria.

Esta variante sólo puede utilizarse en máquinas cuya inercia sea suficiente para evitar una deceleración
excesiva durante la temporización.
• arranque en 3 tiempos: estrella-triángulo + resistencia-triángulo.
El corte se mantiene, pero la resistencia se pone en serie aproximadamente durante tres segundos con
los devanados acoplados en triángulo. Esta medida reduce la punta de corriente transitoria.
• arranque en estrella-triángulo + resistencia-triángulo sin corte.
La resistencia se pone en serie con los devanados inmediatamente antes de la apertura del contactor de
estrella. Esta medida evita cualquier corte de corriente y, por tanto, la aparición de fenómenos
transitorios.



Curva de corriente-velocidad del arranque estrella-delta

142. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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El circuito de fuerza se realiza con tres contactores. KM1 es el principal, KM2 el que realiza la conexión
en triángulo y KM3 el que realiza la conexión en estrella.
1º tiempo: en el momento de la puesta en marcha deben activarse los contactores KM1 y KM3
para que la caja de bornes quede conectada en estrella.
2º tiempo: se desactiva el contactor KM3, manteniendo KM1, y activando KM2. De esta forma el
motor queda conectado en triángulo de forma definitiva.

Diagrama de fuerza del arranque estrella-delta con contactores (IEC)

Esta maniobra se puede hacer de forma manual o completamente automática con contactores.
En el arranque manual, la puesta en marcha se realiza con el pulsador S2 y la parada mediante el
pulsador S1. El paso de estrella a triángulo lo realiza el pulsador de doble contacto S3. Al accionar dicho
pulsador se desactiva la bobina KM3 (estrella) y activa la KM2 (triángulo). En las líneas de alimentación
de ambas bobinas, se disponen de sendos contactos de enclavamiento para evitar que los contactores
de estrella y triángulo se activen a la vez.
En este caso el tiempo de conmutación se realiza de forma manual.
Sustituyendo la función de conmutación del pulsador S3 por los contactos (abierto y cerrado) de un
temporizador (KT1), el paso de estrella a triángulo se realiza de forma automática.
De igual forma que en arranque manual, la puesta en marcha se realiza mediante el pulsador S2 y la
parada mediante el pulsador S1. Cuando se activa el contactor KM1 (principal), también lo hace el
temporizador (KT1). Una vez transcurrido el tiempo en él ajustado, se produce la conmutación
automática entre (KM3 y KM2).

143. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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El contacto en serie del contactor KM2 con la bobina KT1, permite desactivar el temporizador una vez
que ha cumplido su misión.

Diagrama de control del arranque estrella-delta utilizando temporizadores (IEC)
En ambos circuitos (manual y automático) se han empleado lámparas de señalización para conocer el
estado del motor en el momento del arranque. Además, si el relé térmico F1 se dispara, se enciende la
lámpara H4.
Las lámparas H1, H2 y H3 son opcionales y se utilizarán para señalizar el estado de los contactores.

144. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Diagrama de fuerza del arranque estrella-delta con contactores (NEMA)

Diagrama de control del arranque estrella-delta utilizando temporizadores (NEMA)

145. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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11.3- Arranque de motores de devanados partidos “part-winding”
Este tipo de motor está dotado de un devanado estatórico desdoblado en dos devanados paralelos con
seis o doce bornas de salida. Equivale a dos “medios motores” de igual potencia.
Durante el arranque, un solo “medio motor” se acopla en directo a plena tensión a la red, lo que divide
aproximadamente por dos tanto la corriente de arranque como el par. No obstante, el par es superior al
que proporcionaría el arranque estrella-triángulo de un motor de jaula de igual potencia.
Al finalizar el arranque, el segundo devanado se acopla a la red. En ese momento, la punta de corriente
es débil y de corta duración, ya que el motor no se ha separado de la red de alimentación y su
deslizamiento ha pasado a ser débil. Este sistema, poco utilizado en Europa, es muy frecuente en el
mercado norteamericano (tensión de 230/460 V, relación igual a 2).
Para este tipo de arranque se utilizan motores trifásicos de 9 terminales, de los cuales se unen los
terminales T4, T5 y T6. Luego se alimentan de forma separadas los dos grupos de devanados en estrella,
por T1, T2 y T3 para el primer devanado, y por T7, T8 y T9 para el segundo devanado.


Circuito de potencia de motor de devanado partido
El empleo de un temporizador será necesario en el control, para cuando el motor alcance entre el 75 y el
80% de su velocidad de régimen, se ordene conecte el segundo devanado.

Circuito de control para el arranque por part-winding

146. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Este tipo de motores está muy extendido en el continente americano y no tanto en Europa. Sin
embargo, en determinados sectores industriales, como la refrigeración, mucha de la maquinaria
importada a nuestro país procedente de EEUU, dispone de este tipo de motores y es necesario
conocerlos para su correcto arranque.
El empleo de de dos devanados independientes requiere de 2 relé térmicos uno para cada medio motor,
este relé térmico se deberá ajustar a:
I regulación = I nominal / 2
Lo mismo para el calibre de los contactores la corriente empleada es Ie = In /2
Recordemos siempre que este tipo de arranque lo vemos como 2 medios motores.

Curva de corriente-velocidad del arranque part-winding

147. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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11.5- Arranque estatórico por resistencias
Otra técnica para reducir la tensión que llega al estátor en el momento de la conexión a la red del
motor, y de esta forma reducir también la intensidad en el arranque, consiste en colocar elementos
eléctricos en serie con los devanados del estátor, de manera que se obtenga una caída de tensión
controlada
El principio consiste en arrancar el motor bajo tensión reducida mediante la inserción de resistencias en
serie con los devanados.
Una vez estabilizada la velocidad, las resistencias se eliminan y el motor se acopla directamente a la red.
Normalmente, se utiliza un temporizador para controlar la operación.
El valor óhmico del bloque de resistencias puede hallarse mediante la siguiente fórmula:
??????=�.�????????????
??????
??????
??????
??????


Donde,
R es la resistencia por fase (Ω),
Vn es la tensión de alimentación (V),
In es la intensidad nominal del motor (A)
Durante la fase de aceleración con las resistencias, la tensión que se aplica a las bornas del motor no es
constante. Equivale a la tensión de la red menos la caída de tensión que tiene lugar en la resistencia de
arranque.
La caída de tensión es proporcional a la corriente absorbida por el motor. Dado que la corriente
disminuye a medida que se acelera el motor, sucede lo mismo con la caída de tensión de la resistencia.
Por tanto, la tensión que se aplica a las bornas del motor es mínima en el momento del arranque y
aumenta progresivamente.
Dado que el par es proporcional al cuadrado de la tensión de las bornas del motor, aumenta más
rápidamente que en el caso del arranque estrella-triángulo, en el que la tensión permanece invariable
mientras dura el acoplamiento en estrella. Este tipo de arranque es, por tanto, apropiado para las
máquinas cuyo par resistente crece con la velocidad, por ejemplo los ventiladores.
Su inconveniente consiste en que la punta de corriente es relativamente importante durante el
arranque. Sería posible reducirla mediante el aumento del valor de la resistencia, pero esta medida
conllevaría una caída de tensión adicional en las bornas del motor y, por tanto, una considerable
reducción del par de arranque.
Por el contrario, la eliminación de la resistencia al finalizar el arranque se lleva a cabo sin interrumpir la
alimentación del motor y, por tanto, sin fenómenos transitorios.

148. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Circuito de fuerza y control para el arranque por Resistencia
Al presionar START entra el contactor M, alimentando la resistencia y el motor, luego de un tiempo
establecido en TR entra el contactor R, eliminando la resistencia, ya que la cortocircuita. El tiempo de
arranque también depende del propio ajuste del temporizador aunque puede establecerse entre 7 y 12
segundos.
Durante el arranque por resistencias estatóricas se reduce la intensidad que el motor tendría en
arranque directo (IAD ) en un 30 % aproximadamente, y el par se ve reducido a la mitad. Hay que tener
en cuenta que estos valores son orientativos, ya que dependen del propio bloque de resistencias
conectadas.

Curva de corriente-velocidad del arranque por autotransformador

149. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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11.6- Arranque mediante resistencias rotóricas
El arranque mediante resistencias rotóricas se basa en el mismo principio de funcionamiento que el
arranque mediante resistencias estatóricas, solo que en este caso los bloques resistivos se conectan en
serie con los devanados de inducido.
El arranque mediante resistencias rotóricas se basa en el mismo principio de funcionamiento que el
arranque mediante resistencias estatóricas, solo que en este caso los bloques resistivos se conectan en
serie con los devanados de inducido.

Caja de bornes de un motor de rotor bobinado


Resistencias de potencia
El arranque por resistencias rotóricas se realiza generalmente mediante uno, dos, tres, cuatro o cinco
bloques de resistencias, que se irán desconectando (cortocircuitando) del circuito de manera escalonada
y progresiva. El número de bloques de resistencias y su valor óhmico se determina en función de la
curva par/velocidad que se desee obtener, dado que, para un par determinado, la velocidad será menor
a medida que la resistencia aumente.

150. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Secuencia de tiempos de arranque de resistencias rotóricas
Durante el arranque por resistencias estatóricas se reduce la intensidad que el motor tendría en
arranque directo (IAD) en un 30 % aproximadamente, aunque esto depende de la carga óhmica
conectada. El par de arranque obtenido suele ser proporcional a la intensidad de arranque, es decir, si
por ejemplo se obtiene una con un determinado bloque de resistencias, una intensidad de arranque 2,5
veces superior a la nominal, el par de arranque también será 2,5 superior al par nominal.

El tiempo que el motor tarda en alcanzar el régimen de funcionamiento nominal también depende del
propio ajuste de los temporizadores, aunque puede establecerse entre 7 y 15 segundos, dependiendo
del número de escalones.

151. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Curva de corriente-velocidad del arranque rotórico por resistencias
El arranque por resistencias rotóricas es muy flexible, ya que es posible adaptar fácilmente el número y
el aspecto de las curvas de par, intensidad y velocidad en función de los requisitos de un proceso. Sin
embargo, los motores de rotor bobinados son mucho más costosos y difíciles de mantener, por lo que
este tipo de arranque solo suele utilizarse en máquinas que arrancan en carga o que necesitan un
arranque progresivo.

Circuito de fuerza y control para el arranque por resistencia rotórico

La puesta en marcha de este tipo de motores debe hacerse en varios tiempos, para atenuar el pico de
corriente en el momento del arranque.
En el circuito de fuerza se conectan en serie-estrella, con el devanado del rotor, dos o más bloques
resistencias como se muestra el siguiente diagrama.. Así, el arranque se hace en tres tiempos:
• 1er Tiempo: el devanado del estator se alimenta a través de KM1. En esta situación KM2 y KM3
deben estar sin excitar, para que todas las resistencias se encuentren conectadas en serie
estrella al devanado del rotor.
• 2er Tiempo: se mantiene KM1 para la alimentación de devanado del estator. Se activa KM2
cortocircuitando así el bloque de resistencias más alejado (R1).
• 3er Tiempo: se mantienen alimentados KM1 y KM2 y se activa KM3 para cortocircuitar el último
bloque de resistencias. En esta situación el rotor queda conectado en cortocircuito.

152. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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El circuito de mando está basado principalmente en la activación automática, mediante temporizadores,
de los contactores que eliminan los bloques de resistencias rotóricas.
El circuito de mando está basado principalmente en la activación automática, mediante temporizadores,
de los contactores que eliminan los bloques de resistencias rotóricas.
La lámpara H1 señaliza el momento en el que el motor arranca sin resistencias en el rotor. Y la H2
señaliza el disparo del relé térmico F1.
Una vez que KM3 se ha activado, dos de sus contactos cerrados se encargan de desconectar el
temporizador KT1 y la bobina de KM2 ya que no es necesario que se mantengan alimentados en el
funcionamiento normal de la máquina.
Si se desea, se pueden añadir lámparas en paralelo a las bobinas KM1 y KM2 para señalizar los tiempos
de arranque del motor.

Arranque de un motor de rotor bobinado por eliminación de resistencias rotóricas (IEC)

153. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Arranque de un motor de rotor bobinado por eliminación de resistencias rotóricas (NEMA)

11.7- Arranque por autotransformador
El autotransformador es una máquina eléctrica, similar a un transformador de potencia, que únicamente
cuenta con un devanado para los circuitos magnéticos de entrada y salida.
La característica fundamental de este dispositivo es que la conexión de los bornes de salida es regulable
en varias posiciones o tomas, de manera que la relación de transformación entre la tensión de entrada y
la tensión de salida, U1/U2, es variable.
Durante el arranque por autotransfonnador, el motor se alimenta inicialmente a una tensión más
reducida que la de la red, y en consecuencia, la intensidad demandada en el arranque también
disminuye. Cuando la máquina alcanza la estabilidad, el autotransformador queda fuera del circuito.
El proceso de arranque se lleva a cabo en tres etapas:
1. El autotransfonnador comienza acoplándose en estrella y a continuación, el motor se conecta a
la red a través de una parte de los devanados del autotransformador. La tensión de entrada al
motor podrá seleccionarse en función de la toma del autotransforrnador a la que sea conectado.
2. Cuando el motor alcanza la velocidad de equilibrio, la conexión en estrel1a del
autotransformador se abre, de manera que la parte superior del bobinado del
autotransformador queda conectada en serie con el motor.
3. Unos instantes después de la segunda etapa, se cortocircuita el auto transformador ( queda
fuera del circuito) y el motor se acopla directamente a la tensión de la red.

154. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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En el circuito de potencia se pueden utilizar ya sea dos o tres autotransformadores

Dos métodos para el arranque por autotransformadores

La corriente y el par de arranque mediante este tipo de arranque varían en la misma proporción que la
tensión de entrada. Normalmente, en la primera etapa tanto la corriente como el par de arranque se
ven reducidos entre un 40 % y un 80 % del valor que tendrían en arranque directo.
El tiempo de arranque, que depende de la programación de los temporizadores, oscila entre 7 y 12
segundos.
Este arranque es muy utilizado en máquinas de gran potencia o gran inercia, fundamentalmente en
motores de potencia superior a 100 kW. Es un método muy eficaz dado que no hay interrupciones en la
tensión durante el cambio de etapas y la relación par/corriente es muy buena. Las principales
desventajas son el alto coste económico de los equipos y la gran cantidad de perturbaciones que
genera.

155. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

155

Circuito de fuerza y control para el arranque mediante autotransformador circuito europeo

Circuito de fuerza y control para el arranque mediante autotransformador circuito americano

156. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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11.8- Arranque electrónico
Los arrancadores electrónicos son dispositivos más sofisticados que los basados en tecnología cableada,
y permiten realizar arranques en motores controlando y regulando la intensidad demandada por la
máquina.
Son equipos regulables, de dimensiones reducidas y adaptables a cualquier ciclo de trabajo. La
intensidad en el arranque del motor puede ser regulada generalmente entre un 25 % y un 75 % de la
que tendría en el arranque directo. El par motor será igualmente regulable, entre unos valores que
oscilan del 10 % al 70 % del par en arranque directo.
Es el método de arranque más progresivo que existe, con unos tiempos de trabajo que pueden variar
desde 1 hasta 60 segundos.
Al tratarse de un componente electrónico, su principal desventaja es que genera perturbaciones
electromagnéticas en las redes donde se ubica (fundamentalmente armónicos), pero gracias a las
múltiples ventajas que ofrece, su uso está muy estandarizado en máquinas eléctricas de todo tipo, como
bombas, compresores, ventiladores, cintas de transporte, etc.

Arrancadores electrónicos suaves (Soft Starter)
El principio de funcionamiento de los arrancadores electrónicos pasa fundamentalmente por un
componente electrónico denominado tiristor. Este componente tiene la peculiaridad de que solo deja
pasar la corriente eléctrica en un único sentido (de manera similar a lo que hace un diodo), pero con la
peculiaridad de que dispone de una conexión específica, denominada gate o puerta a través de la cual
es posible regular un ángulo dentro de la onda de tensión senoidal que será capaz de cortar,
"troceando" dicha onda.
Si se instalan dos tiristores en un tipo de conexión específica denominada antiparalelo, el conjunto
resultante podrá trocear la onda de tensión en los dos sentidos de paso de la corriente.

157. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

157

Tiristor de potencia
Al cortar o trocear parte de la onda de tensión que llega a un motor durante su arranque, el valor eficaz
de la misma se verá reducido, y en consecuencia, al llegar menos voltaje al motor la intensidad en el
arranque se verá también reducida.

Tiristor para la conexión en un motor trifásico
La gran ventaja de este dispositivo es que puede regular el ángulo de entrada de la puerta de manera
progresiva y gradual durante todo el funcionamiento del motor, motivo por el cual también se conoce a
los arrancadores electrónicos como arrancadores progresivos.

Regulación de ángulo de entrada en un tiristor

158. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Las funciones básicas que cumple toda unidad de arranque electrónico son las siguientes:
• Indicador del estado del arrancador.
• Regulación de la intensidad de arranque.
• Conmutación de máquina (control de marcha/paro).
No obstante, en la actualidad es posible encontrar arrancadores electrónicos más sofisticados que
ofrecen funciones avanzadas como:
• Rearme a distancia.
• Indicador de la carga del motor.
• Función de histórico y monitorización.
• Protección frente a cortocircuitos.
• Protección frente a sobrecargas.
• Protección por sobretemperatura.
• Rearranque automático.
• Función bypass.
• Seccionamiento de la máquina de la red de alimentación.


Programador de arrancador suave

159. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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A continuación se muestra el esquema de conexión de un arrancador electrónico, con funciones
integradas de conmutación de máquina, lo que permite no tener que disponer de contactores para la
marcha y paro del motor. Cabe destacar que el conexionado y alimentación de estos equipos depende
de cada fabricante, por lo que resulta necesario consultar el manual de instrucciones en cada caso.

Conexión de arrancador electrónico para motor monofásico y trifásico

160. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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11.9- Arranque de motores trifásicos en redes monofásicas
Los motores trifásicos en jaula de ardilla pueden ser conectados en redes monofásicos mediante una
conexión específica denominada Steinmetz.
Este sistema consiste en alimentar al motor únicamente a través de dos de sus fases y colocar un
condensador entre una de las fases alimentadas y la fase que queda libre. El condensador cumple la
misma función que en los motores de corriente alterna, desfasando el campo magnético para producir
un par en el eje que lo haga girar.
El método es aplicable tanto para conexiones en estrella como para conexiones en triángulo.

Conexión de motor trifásico a red monofásico
Antes de aplicar este método de arranque hay que tener en cuenta unas consideraciones previas, ya que
la conexión Steinmetz no se puede realizar en todo tipo de motores:
Solo se aconseja realizar esta conexión en motores de pequeña potencia, aquella que sea inferior a 4
kW.
La potencia que desarrollará el motor será del 75 % u 80 % con respecto a la que tendría conectado en
una red trifásica.
El par de arranque disminuirá hasta el 50-70 % del que tendría el motor conectado en una red trifásica.
La tensión nominal del condensador instalado debe ser de entre l, 15 y 1,25 veces la tensión nominal de
la red monofásica, con un mínimo de 250 V. Esto es debido a que va a estar sometido a ciertas
sobretensiones.

161. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

161
Cálculo del condensador de arranque
La capacidad del condensador se puede calcular a través de la siguiente fórmula:
??????=??????�×??????×(
���
??????
)
�
×
??????�
??????


Donde:
C = capacidad del condensador (µF)
P= potencia en el eje del motor (CV)
V= tensión de alimentación (V)
f= frecuencia de la red (Hz)

Una vez hallado el resultado, se debe escoger el valor normalizado de condensador inmediatamente
superior de los que existen en el mercado. Estos son de 4, 4.5, 6, 7, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 28, 30,
32, 35, 40, 45, 50, 60, 65, 100 microfaradios (µF).
De manera simplificada, y puesto que generalmente las tensiones a las que se conectará el motor serán
de 230 o 400 V CA los valores del condensador por cada kW de potencia del motor se pueden resumir
70µF para 230V y 20 µF para 400V

Es decir, en el caso más común, si se conecta un motor trifásico a una red monofásica de 230 V, la
capacidad del condensador deberá ser de 70 µF por cada kW del motor.

Arranque de motor trifásico con red monofásica

162. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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11.10- Arranque de motores monofásicos con componentes trifásicos
Para la conexión de motores monofásicos hay que tener en cuenta que la gran mayoría de los
contactares y relés térmicos disponibles en la práctica son de tipo trifásico. El arranque de motores
monofásicos podría realizarse protegiendo al circuito de potencia con un interruptor automático
magnetotérmico bipolar, conmutando el sistema mediante un contactor monofásico de dos polos, pero
lo más común es utilizar contactores trifásicos asociados a relés térmicos trifásicos.
En estos casos, la conexión del motor debe realizarse sin dejar ningún borne de los equipos de
aparamenta trifásicos sin conectar, especialmente en el caso del relé térmico, ya que todos sus polos
deben recibir corriente. Para ello, será necesario que uno de los conductores activos, generalmente la
fase, atraviese por duplicado tanto el contactar como el relé térmico, tal como se muestra en la
siguiente figura:

Conexión de un motor monofásico o DC con un contactor y relé térmico trifásico
Este método, aunque no parezca muy apropiado, realmente aumenta la seguridad del circuito de
potencia, ya que el relé térmico efectúa dos medidas sobre la misma fase.

163. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

163
Capítulo 12- Sensores electromecánicos
y electrónicos

Los sensores se pueden clasificar en tres grandes grupos:
• Los sensores o interruptores electromecánicos: son aquellos que la variable física cierra
un contacto mediante algún sistema mecánico, estos necesitan hacer contacto con la
variable física a sensar. Ejemplos de estos son: interruptores de presión, flota de nivel de
líquido, termostato, limit Switch, etc.
• Sensores de estado sólido: son aquellos que no necesitan realizar contacto con la
variable física a sensas. Ejemplos de estos son: sensor inductivo, sensor capacitivo,
sensor ultrasónico, etc.
• Sensores analógicos: son aquellos que convierten una magnitud física en una señal
eléctrica variable. Ejemplo de estos son: sensor piezoeléctrico, fotoresistor, termistor
PTC, termopar, etc.

12.1- Interruptor de presión

Es un aparato que cierra o abre un circuito eléctrico dependiendo de la lectura de presión de un fluido,
también conocido como presostato. El fluido ejerce una presión sobre un pistón interno haciendo que
se mueva hasta que se unen dos contactos. Cuando la presión baja un resorte empuja el pistón en
sentido contrario y los contactos se separan.

Un tornillo permite ajustar la sensibilidad de disparo del presostato al aplicar más o menos fuerza sobre
el pistón a través del resorte. Usualmente tienen dos ajustes independientes: la presión de encendido y
la presión de apagado.

No deben ser confundidos con los transductores de presión (medidores de presión), mientras estos
últimos entregan una señal variable en base al rango de presión, los presostatos entregan una señal
apagado/encendido únicamente. Los presostatos están disponibles que pueden detectar cambios de
presión de menos de 1 PSI (libra por pulgada cuadrada) o presiones sobre 15.000 PSI.

164. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Símbolos de los contactos de un interruptor de presión bajo norma NEMA e IEC
En este Sistema cuando la presión que sensa el presostato llega a su valor prestablecido sus contactos se
abren, por lo que la energía en la bobina del contactor se pierde apagando entonces el motor del
compresor.

165. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Control de compressor con interruptor de presión
12.1.1- Sensores de presión
Los sensores de presión están diseñados para producir una salida voltaje o corriente que depende de la
cantidad de presión que se detectó.

• Sensor de presión piezorresistivo: Los sensores piezorresistivo son muy populares debido a su
tamaño pequeño, confiabilidad, y precisión. Estos sensores están disponibles en rangos de 0 a 1
psi y de 0 a 30 PSI. La detección el elemento es un diafragma.



• Sensor diferencial de presión: Este sensor en particular se puede utilizar para sentido absoluto,
calibre, o presión diferencial. Unidades son disponible que se puede utilizar para detectar el
vacío. Sensores de este tipo se puede obtener para detectar rangos de presión de 0 a 1, 0 a 2, 0
a 5, 0 a 15, 0 a 30, y 0 a 15 (vacío).

166. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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12.2- Limit Switch, interruptor de posición o final de carrera
Los interruptores de límite (limit switches) son dispositivos empleados en control para detectar el
recorrido de una pieza móvil.

Limit switches
La siguiente figura ilustra el uso de un interruptor de límite para detectar la posición de las cajas en una línea
transportadora. Este interruptor de límite en particular utiliza una barra de metal larga que puede moverse
libremente en cualquier dirección cuando es golpeada por un objeto.

167. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

167
Su función es la de detectar la posición de piezas mecánicas, se requiere contacto físico y este
movimiento cierra o abre sus contactos eléctricos.
Su forma es muy variada pero básicamente se componen del (1) Cabezal u operador que es la parte que
entra en contacto mecánico, y (2) el contacto eléctrico.

Partes del Limit Switch


Diferentes tipos de limit switch según tipo de operador

168. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Símbolos de los contactos de un interruptor final de carrera bajo norma NEMA e IEC

La selección del interruptor la determina principalmente, la forma en que va a trabajar.
En el diagrama siguiente, se tiene un sensor Limit Switch con dos contactos, la lámpara OFF encenderá
cuando se active el interruptor de limite.

Funcionamiento de un final de carrera

169. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Otro tipo de interruptor de límite utilizado a menudo en diferentes tipos de circuitos de control es el micro
interruptor de límite o micro interruptor. Los microinterruptores son mucho más pequeños en tamaño que el
interruptor de límite convensional, lo que permite su uso en espacios pequeños que nunca serían accesibles
para el dispositivo más grande. Otra característica del microinterruptor es que el émbolo de accionamiento
requiere solo una pequeña cantidad de recorrido para hacer que los contactos cambien de posición. El
microinterruptor que se muestra en la siguiente imagen tiene un émbolo de activación ubicado en la parte
superior del conmutador. Este interruptor requiere que se presione el émbolo aproximadamente 0.015
pulgadas o 0.38 milímetros. El cambio de la posición de contacto con esta pequeña cantidad de movimiento se
logra cargando por resorte los contactos. Una pequeña cantidad de movimiento contra el resorte hace que el
contacto móvil se rompa de una posición a otra.

Microswitch para final de carrera

170. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

170
12.2.1- Ejemplo de aplicación de un circuito inversor del sentido de giro
Un motor trifásico mueve una grúa sobre un raíl horizontal de izquierdas a derechas. Para detectar los
extremos del recorrido, se han instalado sendos interruptores de posición, tipo final de carrera. El
control del motor se hace mediante pulsadores, siendo necesario pasar por paro para realizar la
inversión del sentido de giro.
Cada vez que el motor llega a los límites del recorrido, se acciona el interruptor de posición
correspondiente, parando el motor. En esta situación, el motor solamente puede ponerse en marcha en
sentido contrario.
Representar el esquema de mando de inversión del sentido de giro con parada mediante finales de
carrera o limit switch.

Control de cambio de giro de un motor con parada por limit switch

171. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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12.3- Interruptor de flujo
Los interruptores de flujo se utilizan para detectar el movimiento de aire o líquido a través de un
conducto o tubería. Los interruptores de flujo de aire son a menudo llamados interruptores de paletas
porque el mecanismo del sensor se asemeja a una paleta. El interruptor de flujo de aire es construido a
partir de un microinterruptor de acción instantánea. Un metal en el brazo está conectado al micro
interruptor. Una pieza delgada de metal o plástico está conectada al brazo de metal. Cuando una gran
cantidad de flujo de aire pasa a través de la vela, se produce suficiente fuerza hacer que el brazo de
metal opere los contactos del interruptor.

Símbolos de los contactos de un interruptor de flujo bajo norma NEMA e IEC
12.3.1- Sensores de flujo
Los interruptores de flujo se utilizan para detectar el flujo de líquido a través una tubería o aire que fluye
a través de un conducto, sin embargo, no pueden detectar la cantidad de líquido o flujo de aire. Para
detectar la cantidad de líquido o flujo de aire, un transductor es la mejor opción. Un transductor es un
dispositivo que convierte una forma de energía en otro.
Existen varios tipos de sensores de flujo como los sensores de flujo de líquido, de flujo
electromagnéticos, de flujo de placa de orificio, de flujo Vortex y sensores de flujo de aire.

172. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Sensor de flujo industrial

12.4- Interruptor de temperatura o termostato
Un termostato es el componente de un sistema de control simple que abre o cierra un circuito eléctrico
en función de la temperatura.
Su versión más simple consiste en una lámina metálica como la que utilizan los equipos de aire
acondicionado para apagar o encender el compresor.
12.4.1- Interruptor de temperatura bimetálico
Consiste en dos láminas de metal unidas, con diferente coeficiente de dilatación térmico. Cuando la
temperatura cambia, la lámina cambia de forma automáticamente, actuando sobre unos contactos que
cierran un circuito eléctrico.

Termostato bimetálico
Pueden estar normalmente abiertos o normalmente cerrados, cambiando su estado cuando la
temperatura alcanza el nivel para el que están preparados.

173. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Símbolos de los contactos de un interruptor de temperatura bajo norma NEMA e IEC
12.4.2- Interruptor de temperatura de gas o tipo bulbo
Consiste en un gas encerrado dentro de un tubo de cobre. Cuando la temperatura sube, el gas se
expande y empuja la válvula, que realiza una determinada función. Para regularlo se modifica el
volumen del tubo, variando la presión.
Se diseña el elemento de temperatura de manera que un cambio en la temperatura produce un cambio
en la presión interna de un sistema térmico lleno (bulbo lleno de gas o aire, o hélice llena), que está
conectado al dispositivo actuador por un pequeño tubo o cañería. Un cambio de temperatura causa un
cambio en el volumen de gas del bulbo, que causa un movimiento del fuelle. El movimiento es
transmitido por un émbolo al brazo del interruptor. Un contacto móvil está en el brazo. Un contacto fijo
puede ser colocado de manera que el interruptor se abrirá o se cerrará con una elevación de
temperatura. Esto permite que los contactos del interruptor sean fijados para cerrarse cuando la
temperatura cae a un valor predeterminado y abrirse cuando las elevaciones de temperatura superan al
valor deseado. La acción inversa se puede obtener por un cambio en las posiciones del contacto.

Termostato del tipo bulbo o gas

174. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

174
12.4.3- Interruptor de temperaturas manuales o de seguridad
Son los que requieren intervención humana para regresar a su estado inicial, como los termostatos de
seguridad que realizan una función en caso de que la temperatura alcance niveles peligrosos.
12.4.4- Interruptor de temperatura electrónico o digital
Los termostatos electrónicos cada vez son más habituales debido a sus ventajas.
• Pueden estar libres de partes móviles y contactos que sufren deterioro.
• Se puede configurar tanto una temperatura como un umbral o un tiempo mínimo entre
activaciones.
• Se pueden integrar fácilmente en un sistema con más funciones como programador horario con
otros sucesos.
• Con un controlador PID puede hacer una gestión más inteligente.

Interruptor de temperatura digital o electrónico
12.5- Interruptor de nivel o flotador eléctrico
Los flotadores eléctricos se utilizan para controlar el nivel de líquidos (agua) en tanques elevados
(tinacos) o cisternas, ordenan parar o arrancar el motor de la bomba.

Flotador eléctrico
Los contactos del interruptor de flotador pueden ser normalmente abierto o normalmente cerrado

175. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Símbolos de los contactos de un interruptor de nivel de líquido bajo norma NEMA e IEC
La conmutación es posible a una bola interna (balín de acero), que acciona una palanca que cambia los
contactos de un micro-interruptor (microswitch) según la altitud del flotador. Las características
eléctricas son 127 volts ~, 60 Hz, 10 Amper.

Los flotadores eléctricos tienen un cuerpo 100% hermético de polipropileno permitiendo que pueda
flotar gracias a su cable flexible (con 3 conductores) puede cambiar de altitud, ajustando su
desplazamiento por medio de un contrapeso.
Si el flotador esta hacia abajo el peso del balín accionara el microswitch y se cerrara el contacto NO (Normally
Open).

176. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

176
12.6- Sensores de proximidad o presencia
Permiten detectar objetos sin contacto. Su funcionamiento está basado en el disparo de un circuito
electrónico, que genera una señal de salida cuyo comportamiento, desde el punto de vista eléctrico, es
similar al de un contacto electromecánico de apertura o de cierre.
Los sensores de proximidad están disponibles en varios tamaños y configuraciones para cumplir con los
diferentes requisitos de la aplicación. Una de las configuraciones más comunes es el tipo cilíndrico, que
aloja el sensor en un cilindro de metal o polímero con roscas en el exterior de la carcasa. La Figura
siguiente se muestra un interruptor de proximidad de tipo cilindro junto con los símbolos utilizados para
representarlo. La carcasa roscada permite que el sensor se ajuste fácilmente en un marco de montaje.

Sensor de proximidad y simbolos
En el mercado existen numerosos tipos de sensores para medir todo tipo de magnitudes físicas. Aquí
solamente se estudiarán algunos de ellos ampliamente utilizados en los automatismos industriales.
Este tipo de sensores también es conocido como detectores de proximidad, ya que detectan la
presencia de objetos sin contacto cuando se encuentran dentro de su campo de acción o zona de
trabajo.

Sensor de proximidad para contar el número de latas
Dependiendo de la tecnología utilizada para la detección, se clasifican en: Fotoeléctricos, inductivos,
capacitivos y de ultrasonidos.

177. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

177
12.6.1- Fotoeléctricos
Un sensor fotoeléctrico es un dispositivo de control óptico que funciona detectando un haz de luz visible o
invisible (infrarrojas) y respondiendo a un cambio en la intensidad de la luz recibida. Los sensores
fotoeléctricos se componen de dos componentes básicos: un transmisor (fuente de luz) y un receptor (sensor),
como se muestra en la siguiente figura.

Sensor fotoeléctrico
La barrera luminosa se establece entre una célula emisora y otra receptora. Pueden estar alojadas en
una misma base o en bases separadas.
El funcionamiento básico de un sensor fotoeléctrico se puede resumir de la siguiente manera:
• El transmisor contiene una fuente de luz, generalmente un LED junto con un oscilador.
• El oscilador modula o enciende y apaga el LED a una velocidad alta.
• El transmisor envía este haz de luz modulada al receptor.
• El receptor decodifica el haz de luz y conmuta el dispositivo de salida, que interactúa con la
carga.
• El receptor está sintonizado a la frecuencia de modulación de su emisor, y solo amplificará la
señal de luz que pulsa en la frecuencia específica.
• La mayoría de los sensores permiten el ajuste de la cantidad de luz que hará que la salida del
sensor cambie de estado.
• El tiempo de respuesta está relacionado con la frecuencia de los pulsos de luz. Los tiempos de
respuesta pueden ser importantes cuando una aplicación requiere la detección de objetos muy
pequeños, objetos que se mueven a una velocidad alta, o ambos.
La técnica de escaneo se refiere al método utilizado por los sensores fotoeléctricos para detectar un
objeto. De acuerdo a esto los sensores fotoeléctricos se clasifican en de barrera, réflex o reflectivos y
difusos. Comprender las diferencias entre las técnicas de detección fotoeléctrica disponibles es
importante para determinar qué sensor funcionará mejor en una aplicación específica.

178. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Sensor fotoeléctrico de barrera
El emisor y el receptor se encuentran en diferentes contenedores y es necesario alinearlos con precisión. Se
utilizan para grandes distancias (hasta 300 m).

El funcionamiento del sistema se puede resumir de la siguiente manera:
• El receptor está alineado con el haz del transmisor para capturar la cantidad máxima de luz emitida
por el transmisor.
• El objeto por detectar colocado en la trayectoria del haz de luz bloquea la luz hacia el receptor y hace
que la salida del receptor cambie de estado.
• Debido a que el haz de luz viaja en una sola dirección, el escaneo a través del haz proporciona
detección de largo alcance.
• Esta técnica de escaneo es un método más confiable en áreas de polvo pesado, neblina y otros tipos
de contaminantes en el aire que pueden dispersar el haz y para monitorear áreas grandes.
• Muy a menudo, un abridor de puerta de garaje tiene un sensor fotoeléctrico de haz montado cerca del
piso, a lo ancho de la puerta. Para esta aplicación, el sensor detecta que no hay nada en el camino de
la puerta cuando se está cerrando.

Sensor fotoeléctrico de barrera para puerta de garaje

179. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Sensor fotoeléctrico réflex o reflectivo
En este el transmisor y el receptor están alojados en el mismo recinto. Esta disposición requiere el uso de un
reflector separado o una cinta reflectante montada frente al sensor para devolver la luz al receptor. Este
sensor está diseñado para responder a objetos que interrumpen el haz que normalmente se mantiene entre el
transmisor y el receptor, como se ilustra en la siguiente figura. A diferencia de una aplicación de haz continuo,
los sensores reflectivos se utilizan para aplicaciones de rango medio (hasta 15 m).

Sensor fotoeléctrico reflectivo
Los sensores reflectivos pueden no ser capaces de detectar objetivos brillantes porque tienden a reflejar la luz
de regreso al sensor. En este caso, el sensor no puede diferenciar entre la luz reflejada desde el objetivo y la
del reflector. Para corregir este problema se utilizan los filtros polarizadores, estos se colocan frente a las
lentes del emisor y receptor.
Sensor fotoeléctrico de proximidad o difuso
Su funcionamiento es similar a los de tipo réflex, no siendo necesario el espejo reflector. El propio
objeto a detectar es el encargado de reflejar el haz luminoso. Se utilizan para cortas distancias (entre 1 y
10 cm).
En un sensor fotoeléctrico difuso (también llamado de proximidad), el transmisor y el receptor están
alojados en el mismo encapsulado, pero a diferencia del sensor réflex, no dependen de ningún tipo de
reflector para devolver la señal de luz al receptor. En cambio, la luz del transmisor incide en el objetivo y
el receptor recoge algo de la luz difusa (dispersa). Cuando el receptor recibe suficiente luz reflejada, la
salida cambiará de estado. Debido a que solo una pequeña cantidad de luz llegará al receptor, su rango
de operación está limitado a un máximo de aproximadamente 40 pulgadas. La sensibilidad del sensor se
puede configurar para detectar simplemente un objeto o para detectar un cierto punto en un objeto
que puede ser más reflexivo. A menudo, esto se logra utilizando varios colores con diferentes
propiedades reflectantes.

Sensor fotoeléctrico de proximidad

180. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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12.6.2- Inductivos
Los sensores de proximidad funcionan según diferentes principios, según el tipo de materia que se detecte.
Cuando una aplicación requiere detección de objetivos metálicos sin contacto, se utiliza un sensor de
proximidad de tipo inductivo. Los sensores de proximidad inductivos se utilizan para detectar metales ferrosos
(que contienen hierro) y metales no ferrosos (como cobre, aluminio y latón). Su campo de acción es muy
reducido, no superando los 60 mm en los modelos de mayor potencia.
Los sensores de proximidad inductivos funcionan bajo el principio eléctrico de inductancia, donde una
corriente fluctuante induce una fuerza electromotriz (fem) en un objeto objetivo. El diagrama de bloques para
un sensor de proximidad inductivo se muestra a continuación.

Sensor inductivo
Su funcionamiento se puede resumir de la siguiente manera:
• El circuito del oscilador genera un campo electromagnético de alta frecuencia que se irradia desde el
extremo del sensor.
• Cuando un objeto metálico ingresa al campo, se inducen corrientes de Foucault en la superficie del
objeto.
• Las corrientes de Foucault en el objeto absorben parte de la energía radiada del sensor, lo que resulta
en una pérdida de energía y un cambio de fuerza del oscilador.
• El circuito de detección del sensor monitorea la fuerza del oscilador y dispara una salida de estado
sólido a un nivel específico.
• Una vez que el objeto metálico abandona el área de detección, el oscilador vuelve a su valor inicial.
El tipo de metal y el tamaño del objetivo son factores importantes que determinan el alcance de detección
efectivo del sensor. Los metales ferrosos pueden detectarse hasta a 2 pulgadas de distancia, mientras que la
mayoría de los metales no ferrosos requieren una distancia más corta, generalmente dentro de una pulgada
del dispositivo. El punto en el que el sensor de proximidad reconoce un objetivo entrante se denomina punto
de operación. El punto en el que un objetivo saliente hace que el dispositivo vuelva a su estado normal se
denomina punto de liberación. La mayoría de los sensores de proximidad vienen equipados con un indicador
LED de estado para verificar la acción de conmutación de salida. El área entre los puntos de operación y
liberación se conoce como la zona de histéresis. La histéresis se especifica como un porcentaje del rango de
detección nominal y es necesaria para evitar que los sensores de proximidad vibren cuando se someten a
golpes y vibraciones, objetivos de movimiento lento o perturbaciones menores como ruido eléctrico y de
temperatura.

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Zona histéresis de un sensor
12.6.3- Capacitivos
Los sensores de proximidad capacitivos son similares a los sensores de proximidad inductivos. Las
principales diferencias entre los dos tipos son que los sensores de proximidad capacitivos producen un
campo electrostático en lugar de un campo electromagnético y son activados por materiales metálicos y
no metálicos.
Los sensores capacitivos contienen un oscilador de alta frecuencia junto con una superficie de detección
formada por dos electrodos metálicos, ver siguiente figura. Cuando el objetivo se acerca a la superficie
de detección, ingresa al campo electrostático de los electrodos y cambia la capacitancia del oscilador.
Como resultado, el circuito oscilador comienza a oscilar y cambia el estado de salida del sensor cuando
alcanza cierta amplitud. A medida que el objetivo se aleja del sensor, la amplitud del oscilador
disminuye y el sensor vuelve a su estado original.

Operación de sensor capacitivo
Los sensores de proximidad capacitivos detectarán objetos metálicos, así como materiales no metálicos
como papel, vidrio, líquidos y tela. Por lo general, tienen un rango de detección corto de
aproximadamente 1 pulgada, independientemente del tipo de material detectado. Cuanto mayor sea la
constante dieléctrica de un objetivo, más fácil será detectar el sensor capacitivo. Esto hace posible la
detección de materiales dentro de contenedores no metálicos.

182. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Como se ilustra en la siguiente figura, se utiliza un sensor capacitivo para detectar el contenido de un
envase. En este ejemplo, el líquido tiene una constante dieléctrica mucho más alta que el contenedor de
cartón, lo que le da al sensor la capacidad de ver a través del contenedor y detectar el líquido. En el
proceso que se muestra, los contenedores vacíos detectados se desvían automáticamente a través de
un cilindro.

Sensor capacitivo para detectar el contenido de un envase


12.6.4- De ultrasonidos
Detectan objetos de cualquier tipo sin contacto físico. Un sensor ultrasónico funciona enviando ondas
de sonido de alta frecuencia hacia el objetivo y midiendo el tiempo que tardan los pulsos en
recuperarse. El tiempo que tarda este eco en volver al sensor es directamente proporcional a la
distancia o altura del objeto porque el sonido tiene una velocidad constante.
Los detectores de ultrasonidos, también denominados sonar, permiten ajustar manualmente el campo
de acción entre una distancia mínima y una máxima. Esto les hace enormemente versátiles para muchas
aplicaciones industriales.
Los hay de salida digital y salida analógica. Los primeros se comportan como un contacto (de apertura o
cierre) y los segundos son capaces medir con precisión la distancia a la que se encuentra un objeto en el
campo de detección.
La siguiente figura ilustra una aplicación práctica en la que la señal de eco de retorno se convierte
electrónicamente a una salida de 4 a 20 mA, que suministra un flujo monitorizado a dispositivos de
control externos. Los 4-20 mA representan el rango de medición del sensor. El punto de ajuste de 4 mA
generalmente se coloca cerca del fondo del tanque vacío, o la mayor distancia de medición desde el
sensor. El punto de ajuste de 20 mA generalmente se coloca cerca de la parte superior del tanque lleno,
o la distancia de medición más corta desde el sensor. El sensor generará proporcionalmente una señal
de 4 mA cuando el tanque esté vacío y una señal de 20 mA cuando el tanque esté lleno. Los sensores
ultrasónicos pueden detectar sólidos, fluidos, objetos granulares y textiles. Además, permiten la

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183
detección de diferentes objetos independientemente del color y la transparencia y, por lo tanto, son
ideales para monitorear objetos transparentes.

Operación de sensor de ultrasonido

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12.7- Conexión de los sensores de proximidad
La mayoría de las aplicaciones de sensores funcionan a 24 V CC o a 120 V CA. La Figura 4-30 ilustra las
conexiones típicas de sensores de dos y tres cables. El sensor de proximidad de CC de tres cables (Figura 4-30a)
tiene los cables de línea positivo y negativo conectados directamente a él. Cuando se activa el sensor, el
circuito conectará el cable de señal al lado positivo de la línea si funciona normalmente abierto. Si funciona
normalmente cerrado, el circuito desconectará el cable de señal del lado positivo de la línea.

12.7.1- Conexión a dos hilos
La Figura 4-30b ilustra una conexión típica de sensor de proximidad de dos hilos destinada a conectarse en
serie con la carga. Se fabrican para tensiones de alimentación de CA o CC. En el estado apagado, debe fluir
suficiente corriente a través del circuito para mantener el sensor activo. Esta corriente de estado apagado se
denomina corriente de fuga y, por lo general, puede variar de 1 a 2 mA. Cuando se acciona el interruptor,
conducirá la corriente del circuito de carga normal. Tenga en cuenta que los sensores son básicamente
dispositivos piloto para cargas como arrancadores, contactores y solenoides, y no deben usarse para operar
directamente un motor.

Conexión de sensor de dos hilos
La carga puede ser una bobina de contactor o un relé industrial de tensión y tipo de corriente idéntica a
la de trabajo del propio detector.
12.7.2- Conexión a tres hilos
Estos sensores disponen de tres hilos. Dos de ellos son para su alimentación (Marrón para el positivo y
azul para el negativo) desde una fuente de corriente continua auxiliar y el restante para la salida a la
carga (cable color negro para normalmente abierto y blanco para un contacto normalmente cerrado).

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En función del tipo de conmutación los sensores de tres hilos pueden ser PNP y NPN. En los primeros la
salida es positiva y en los segundos, la salida es negativa. Es importante tener esto en cuenta, ya que la
carga se conecta de diferente forma en cada uno de ellos.

Diagrama de conexión de sensor NPN y PNP de tres hilos


Diagrama de conexión de sensor NPN y PNP de tres hilos

186. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Capítulo 13- Control de velocidad de
motores eléctricos

Puesto que la velocidad de un motor de corriente alterna, sea de tipo trifásico o monofásico, depende
únicamente de la frecuencia de la red y de los pares de polos del estátor, la variación de la velocidad en
este tipo de máquinas estaba muy limitada hasta la aparición en el mercado de los vaciadores
electrónicos de frecuencia.
La regulación clásica de la velocidad en este tipo de motores consiste en utilizar varios grupos de
devanados internos, o un solo grupo de bobinas partidas por bornes intermedios. De hecho, hasta la
revolución de la electrónica, los motores de corriente continua han sido los más utilizados para
aplicaciones que requerían una regulación de la velocidad de trabajo.
Una gran parte de los procesos y motores utilizados en las instalaciones industriales funcionan a
velocidades variables. Actualmente, la regulación de la velocidad en máquinas rotativas de corriente
alterna se consigue mediante alguno de estos métodos:
1. Lógica cableada, entre los que destacan los motores de dos velocidades y el motor Dahlander.
2. Lógica digital, con variadores electrónico.s de frecuencia.
13.1- Motor trifásico de inducción de dos velocidades
El estator de un motor de inducción de jaula de ardilla se puede diseñar de modo que el motor pueda
operar a dos diferentes velocidades. Estos motores con frecuencia se utilizan en prensas taladradoras,
ventiladores y bombas. Una manera de obtener dos velocidades es devanar el estator con dos
devanados distintos de, por ejemplo, 4 y 6 polos. El problema es que sólo opera un devanado a la vez y
por lo tanto sólo se utiliza la mitad del cobre insertado en las ranuras.
Cada grupo de bobinas, por tanto, poseerá una velocidad distinta, que debe ser especificada por el
fabricante. En función de la velocidad que se desee escoger, se alimentarán los bobinados
correspondientes a uno u otro grupo de bobinas.

187. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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En figura siguiente, tenga en cuenta que el motor puede arrancarse en cualquier velocidad. Sin
embargo, se debe presionar el botón de parada para transferir una alta velocidad a baja velocidad. El
arrancador que se muestra en la figura está provisto de un enclavamiento mecánico entre los
contactores L y H. Como es obvio, no resulta posible alimentar los dos grupos de bobinas del motor de
manera simultánea, puesto que esto provocaría casi con total seguridad daños irreversibles en la
máquina. Para evitar que esto suceda de manera accidental, las maniobras entre contactores deben
estar enclavadas.

Esquema de fuerza y control para motor trifásico de dos velocidades
La figura siguiente se ilustra el enclavamiento de un botón mediante el uso de botones combinados. La
figura también demuestra que se puede hacer una transferencia a cualquier velocidad sin tocar el botón
de parada. Sin embargo, las transferencias de velocidad rápidas y continuas pueden activar los relés de
sobrecarga. Para evitar esto, el esquema de control puede equiparse con relés de retardo de tiempo que
proporcionarán un desfase entre los cambios de velocidad.

188. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Diagrama de enclavamiento con pulsador y transferencia a cualquier velocidad sin pararada

13.1.1- Motor trifásico de inducción tipo Dahlander o de polos concecuentes
Un motor trifásico en conexión Dahlander, posee la característica especial de poder trabajar en dos
velocidades nominales distintas con un único grupo de bobinas. Esto se consigue dividiendo cada uno de
los devanados por la mitad y sacando de ese punto intermedio tres bornes, lo que equivale a dividir los
polos por la mitad. AJ tener la mitad de polos, el motor girará al doble de velocidad, por lo que las dos
velocidades del motor Dahlander siempre serán una el doble que la otra.
Las velocidades síncronas obtenidas son por lo general de proporción 2:1 (3600/1800 r/min), 1200/ 600
r/min, etc.). La creación de polos consecuentes produce la velocidad más baja.
La figura 14.8 muestra las conexiones del estator de un motor trifásico de 2 velocidades, 4 polos/8
polos. Seis conductores, numerados del 1 al 6, salen del devanado del estator. Para la conexión de alta
velocidad, se aplica potencia a las terminales 1-2-3 y las 4-5-6 se abren. La conexión delta resultante
produce 4 polos por fase que tienen dos polos N y dos S (Fig. 14.8a). Observe que los cuatro polos están
conectados en serie.

Motor trifásico de inducción tipo Dahlander o de polos concecuentes
a. Conexión de alta velocidad de un estator trifásico, que produce 4 polos.
b. Conexión de baja velocidad del mismo motor, que produce 8 polos.
La conexión de baja velocidad se realiza poniendo en cortocircuito las terminales 1-2-3 y aplicando
potencia a las 4-5-6. La doble conexión en Y resultante produce de nuevo 4 polos por fase, pero ahora
todos poseen la misma polaridad.

189. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Conexión para baja y alta velocidad


En la figura siguiente se muestra un diagrama esquemático de un circuito de este tipo. El circuito
permite cambiar la velocidad del motor sin presionar el botón de parada. De acuerdo con el cuadro de la
Figura 32-5 (A), los terminales T4, T5 y T6 deben estar conectados entre sí para operación a baja
velocidad. Se emplearán dos contactores cuando se seleccione baja velocidad. Los contactores se
identificarán como S1 y S2. El contactor de velocidad rápida se identificará como F. Se requiere un relé
de sobrecarga separado para cada velocidad porque la corriente de carga completa para cada velocidad
será diferente. Se agregaron lámparas piloto al circuito para indicar la velocidad del motor. Una lámpara
de color ámbar indicará velocidad lenta y una lámpara verde indicará velocidad rápida.

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Control de velocidad

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13.3- Variadores de frecuencia
La velocidad de un motor de inducción trifásico se puede controlar cambiando el número de polos del
estator por fase, como es el caso de los motores de polo consecuentes, o cambiando la frecuencia del
voltaje aplicado. Ambos métodos producen un cambio en la velocidad síncrona del campo magnético
giratorio.
Dado que la velocidad de un motor de corriente alterna depende directamente de la frecuencia, los
sistemas y accionamientos de velocidad variable han estado desde siempre asociados a los motores de
corriente continua, ya que su control resulta más sencillo, dejando relegados a los motores de corriente
alterna a trabajos y aplicaciones de velocidad constante.
La velocidad de sincronización de los motores asíncronos trifásicos es proporcional a la frecuencia de la
corriente de alimentación e inversamente proporcional al número de pares de polos que constituyen el
estator.
??????=
��� ??????
??????


Donde:
n= velocidad de sincronización en RPM
f= frecuencia en Hz
p= número de polos
El cuadro que se muestra en la tabla siguiente se indica que cuando se cambia la frecuencia, se produce
un cambio correspondiente en la velocidad síncrona.

Tabla de velocidades de motor en función de la frecuencia

Estos datos no significan que sea posible aumentar la velocidad de un motor asíncrono alimentándolo a
una frecuencia superior a la prevista, aunque la tensión esté adaptada. Es conveniente comprobar si su
diseño mecánico y eléctrico lo permiten.
Teniendo en cuenta el deslizamiento, las velocidades de rotación en carga de los motores asíncronos
son ligeramente inferiores a las velocidades de sincronización que figuran en la tabla.
La aparición a nivel industrial de los componentes electrónicos de potencia, sin embargo, ha hecho
llegar en la actualidad a la fabricación de equipos capaces de controlar la velocidad de las máquinas de
corriente alterna, modificando la frecuencia de entrada al motor. Este hecho, unido al difícil y costoso
mantenimiento asociado a los motores de corriente continua, ha propiciado que en la actualidad la

192. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

192
mayoría de los procesos y aplicaciones que requieren variaciones de velocidad estén gobernados por
variadores electrónicos de frecuencia (también llamados convertidores de frecuencia) asociados a
motores alimentados en corriente alterna.
Un variador de frecuencia (VFD) un controlador y una interfaz de operador. Este controla velocidad y otras
funciones generalmente de los motores trifásicos, pero se pueden usar algunos tipos de motores monofásicos.
A menudo se utilizan motores diseñados para la operación de voltaje principal de velocidad fija, pero ciertas
mejoras en los diseños de motores estándar ofrecen mayor confiabilidad.
Un diagrama simplificado de un controlador VFD se muestra en la siguiente figura.

Partes de un drive o variador de frecuencia (VFD)

Las tres secciones principales del controlador son las siguientes:
• Rectificador: rectifica la señal de corriente alterna trifásica entrante a una señal de corriente directa
DC.
• Filtro de CC (también conocido como enlace de CC o bus de CC): proporciona un voltaje de CC
rectificado y suave.
• Inversor: enciende y apaga la CC tan rápidamente que el motor recibe un voltaje pulsante similar al de
CA. La velocidad de conmutación se controla para variar la frecuencia de la CA simulada que se aplica
al motor.
13.3.1- Principio de funcionamiento
El principio de funcionamiento de la mayoría de los variadores de velocidad electrónicos para motores
de corriente alterna monofásicos y trifásicos, se basa en la denominada técnica de modulación por
anchura de pulsos (PWM), mediante la cual se modifica la frecuencia de entrada al motor.
Las unidades que usan IGBT generalmente usan diodos, no SCR, para rectificar el voltaje de CA en DC. El
rectificador trifásico suministra un voltaje de DC constante a los transistores. El voltaje de salida al motor se
controla mediante modulación de ancho de pulso (PWM).

193. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Circuito de un variador de frecuencia
La PWM se logra al encender y apagar el transistor varias veces durante cada medio ciclo, ver el siguiente
gráfico. El voltaje de salida es un promedio del voltaje máximo o máximo y la cantidad de tiempo que el
transistor está encendido o apagado. Asumir

La modulación de ancho de pulso se logra al encender y apagar el voltaje varias veces durante cada medio
ciclo.
Suponga que la CA trifásica de 480 voltios se rectifica a CC y se filtra. El voltaje de CC aplicado a los IGBT es de
aproximadamente 630 voltios. El voltaje de salida al motor está controlado por la velocidad de conmutación
de los transistores. Suponga que el transistor está encendido durante 10 microsegundos y apagado durante 20
microsegundos. En este ejemplo, el transistor está encendido por un tercio del tiempo y apagado por dos
tercios del tiempo. El voltaje aplicado al motor es de 210 voltios (630/3). La velocidad a la que pueden operar
los IGBT permite que la modulación de ancho de pulso produzca una onda escalonada que es muy similar a
una onda sinusoidal estándar, ver siguiente figura.

194. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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La velocidad de los IGBT puede producir una onda escalonada que es similar a una onda sinusoidal.

13.3.2- Programación de los variadores de frecuencia
Los variadores de velocidad disponen de un juego de parámetros que es más o menos amplio en función
del modelo.
Su programación se puede hacer de diversas formas:
• Desde un pequeño panel de operación que incorpora el variador
• Mediante un terminal de programación externo que se adquiere por separado y permite la
programación avanzada
• desde un ordenador personal a través de un cable de conexión específico y un software de
parametrización.

195. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Panel de programación de variador de frecuencia
Estos son algunos de los parámetros característicos que se pueden ajustar y programar en un variador
de frecuencia:
• Ajustes de fábrica: pone todos los parámetros del variador a valores de fábrica.
• Rampa de aceleración: es el tiempo en segundos que se emplea para que el motor consiga la
velocidad preprogramada.
• Rampa de deceleración: es el tiempo en segundos que se emplea para que un motor disminuya
su velocidad hasta pararse o lograr otra velocidad preprogramada.
• Velocidad máxima: velocidad más rápida a la que se desea que gire el motor
• Velocidad mínima: velocidad más lenta a la que se desea que gire el motor.
• Velocidades preseleccionadas: conjunto de velocidades que programa el operario y que se
eligen a través de las entradas lógicas o por algún bus de comunicación.
• JOG: funcionamiento del motor a impulsos. Necesita una velocidad preseleccionada propia y
tener asociada una entrada lógica para conectar en ella un pulsador o interruptor.

Los convertidores de frecuencia, además de poder regular la velocidad de los motores, generalmente
tienen otras funciones integradas para llevar a cabo el control de estas máquinas:
• Función de arrancador electrónico.
• Control y variación de aceleración.
• Control y variación de velocidad.
• Función de frenado o deceleración de motor.
• Regulación de la intensidad de arranque.

196. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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• Control del par motor.
• Conmutación de máquina (control de marcha/paro).
• Rearme a distancia.
• Indicador de la carga del motor.
• Función de histórico y monitorización.
• Protección frente a cortocircuitos y sobrecargas.
• Seccionamiento de la red de alimentación.
La principal desventaja de los convertidores de frecuencia con respecto a los métodos de variación de la
velocidad basados en lógica cableada es su elevado precio, la necesidad de programación y el hecho de
que generan armónicos y perturbaciones a la red durante su funcionamiento. Sin embargo, las ventajas
que ofrecen son numerosas, como, por ejemplo:
• Control sencillo de la velocidad.
• Mínimo coste de mantenimiento.
• Ahorro de energía al poder definir cuándo la máquina deja de trabajar o cuándo reduce la
velocidad.
• Mejora de la calidad en los procesos al poder realizar arranques y frenados suaves.
Los variadores de frecuencia tienen sus principales aplicaciones en máquinas y cintas transportadoras,
ventiladores, bombas, aparatos elevadores, prensas mecánicas, compresores y un largo etcétera.
La conexión de este tipo de dispositivos, al igual que ocurría en el caso de los arrancadores electrónicos,
depende del modelo y del fabricante, por lo que será necesario consultar la hoja de características del
vaciador en cada caso.


Funciones básicas de panel de configuración de un variador de frecuencia

197. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

197

13.3.3- Conexionado del variador de velocidad
En el mercado hay diferentes tipos constructivos de variadores de frecuencia, aunque desde el punto de vista
de su funcionamiento son todos muy similares. En la siguiente figura, se puede apreciar un modelo de variador
de frecuencia. En este modelo se pueden distinguir el punto de conexionado, tanto para la alimentación
trifásica (en la parte superior del equipo) como para otro tipo de conexiones en el resto de bornes de
conexionado (parte inferior del equipo). También puede distinguirse en la parte frontal otros elementos de
control (potenciómetro, pulsadores, y un selector V/I), así como el propio display de visualización de
parámetros y estado del equipo.

Variador de frecuencia
Desde el punto de vista del conexionado, los variadores de velocidad disponen de tres módulos bien
diferenciados:
• Parte de potencia.
• Parte de mando.
• Consigna de velocidad.
La parte de fuerza se conecta desde la red eléctrica, pasando por el variador y después al motor. Existen
variadores de conexión a la red monofásica y de conexión a red trifásica. En ambos casos, el motor es
siempre trifásico.

198. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

198

Cableado de fuerza de variador de frecuencia
Proteja el variador y el cableado de entrada de potencia contra cortocircuitos y sobrecarga térmica.
Realice la protección de acuerdo a las directrices siguientes.

Proteger entrada de circuito de potencia del variador de frecuencia con un magnetotérmico

199. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

199
Es aconsejable disponer de un contactor entre el dispositivo de protección y el variador de frecuencias.
Este será controlado con un circuito de mando externo y permitirá cortar la red de alimentación de
potencia del variador.
La parte de mando dispone de entradas lógicas para conectar en ellas sensores tipo interruptor y
pulsador. Se utiliza para la puesta en marcha y parada del motor, inversión del sentido de giro, modo
JOG, etc. La señal de referencia para estas entradas se realiza desde el borne de tensión positiva que
dispone el propio variador. Estas entradas son programables y pueden tener un uso diferente
dependiendo de la aplicación.

Conexión de elementos de mando al variador de frecuencia
La consigna de velocidad se da a través de una entrada analógica de tres bornes, a la cual se conecta un
potenciómetro rotativo. El valor en kΩ de dicho potenciómetro lo asigna el fabricante.
Así, la conexión básica para arrancar un motor mediante un variador de velocidad es la siguiente.

200. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

200
Capítulo 14- Frenado de motores
eléctricos

El método más común para detener un motor es eliminar el voltaje de suministro y permitir que el
motor y la carga se detengan. Sin embargo, en algunas aplicaciones, el motor debe detenerse más
rápidamente o mantenerse en posición mediante algún tipo de dispositivo de frenado. El frenado
eléctrico utiliza los devanados del motor para producir un par de retardo. La energía cinética del rotor y
la carga se disipan como calor en las barras del rotor del motor.
En determinados procesos industriales, sin embargo, puede resultar necesario controlar el frenado de
un motor, ya sea de manera gradual controlada o inmediata por bloqueo. Para estas aplicaciones será
necesario disponer de sistemas automatizados de frenado.
En las instalaciones de automatismos industriales, los sistemas de frenado de motores más utilizados
son el frenado por contracorriente, el frenado por inyección de corriente continua y el frenado
electromecánico. Estos sistemas de frenado pueden estar gobernados por automatismos basados en
lógica cableada o por sistemas electrónicos como los vaciadores de frecuencia. A continuación se
definen las características más importantes de los mismos.
14.1- Frenado por contracorriente

Para conseguir que el rotor se pare con gran rapidez se emplea el frenado por contracorrientes. A tal fin se
conmuta el motor de modo que tienda a girar en sentido Opuesto. En los motores trifásicos se emplea el
circuito inversor. Para que el motor no continúe girando en sentido contrario se le puede desconectar, por
ejemplo, mediante un sensor de frecuencia de giro para una velocidad nula.
El sentido de giro de los motores de corriente continua puede invertirse conmutando del devanado de
inducido.
Cuando las máquinas se frenan quedan sometidas a un gran esfuerzo térmico, pues la corriente que consumen
es muy intensa.
Existe una variante de este método que se denomina frenado por contracorriente suavizado, y consiste
en añadir un grupo de resistencias estatóricas para reducir los efectos bruscos que produce la inversión.
Este es el método más utilizado en la práctica, ya que el frenado por contracorriente normal puede
llegar a provocar daños en la máquina.

201. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

201
El funcionamiento normal del motor se realiza conectando KM1. Cuando este se desactiva, el motor se
desconecta de la red eléctrica y entra automáticamente KM2. En esa situación el motor es alimentado a
través de las resistencias, frenándolo de inmediato.
Para evitar que el motor logre funcionar en sentido contrario, el funcionamiento de KM2 debe
controlarse mediante un temporizador.

Frenado de motor por contracorriente suavizado mediante lógica cableada
14.2- Frenado por inyección de corriente continua
El frenado por inyección de CC es un método de frenado en el que se aplica corriente continua a los
devanados estacionarios de un motor de CA después de que se elimina el voltaje de CA aplicado. El
voltaje de CC inyectado crea un campo magnético en el devanado del estator del motor que no cambia
de polaridad. A su vez, este campo magnético constante en el estator crea un campo magnético en el
rotor. Como el campo magnético del estator no cambia de polaridad, intentará detener el rotor cuando
los campos magnéticos estén alineados (N a S y S a N). El valor de corriente debe equivaler
aproximadamente a 1.3 veces la corriente nominal de funcionamiento.
En automatismos de lógica cableada, la fuente de corriente continua suele obtenerse conectando un
equipo específico (compuesto por un rectificador y un transformador) a dos de las tres fases de
alimentación del motor a través de dos grupos de contactores.

202. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

202



El circuito de la siguiente figura es un ejemplo de cómo se puede aplicar el frenado por inyección de CC a un
motor de inducción de CA trifásico.

Frenado de motor por inyección de corriente continua mediante lógica cableada
El funcionamiento del circuito se puede resumir de la siguiente manera:
• El voltaje de inyección de CC se obtiene del circuito rectificador de puente de onda completa, que cambia
el voltaje de línea de CA a CC.
• Al presionar el botón de START, se activa la bobina de arranque M y la bobina del temporizador de retardo
de desconexión TR.
• El contacto auxiliar M1 normalmente abierto se cierra para mantener la corriente a la bobina de arranque
y el contacto auxiliar M2 normalmente cerrado se abre para abrir el camino de corriente a la bobina de
frenado B.

203. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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• El contacto del temporizador de retardo a la desconexión normalmente abierto TR permanece cerrado en
todo momento mientras el motor está funcionando.
• Cuando se presiona el botón de parada STOP, la bobina de arranque M y la bobina del temporizador de
retardo de desconexión TR se desactivan.
• La bobina de frenado B se activa a través del contacto TR cerrado.
• Todos los contactos B se cierran para aplicar la potencia de frenado de CC a dos fases del devanado del
estator del motor.
• La bobina B se desenergiza después del tiempo de espera del contacto del temporizador. El contacto de
sincronización se ajusta para permanecer cerrado hasta que el motor se detenga por completo.
• Se utiliza un transformador con bobinados roscados en este circuito para ajustar la cantidad de par de
frenado aplicado al motor.
• El arrancador de motor (M) y el contactor de frenado (B) están enclavados mecánica y eléctricamente para
que los suministros de CA y CC no estén conectados al motor al mismo tiempo.
La principal ventaja que ofrece este método con respecto al frenado por contracorriente radica en que
no es necesario controlar que el motor vuelva a arrancar en sentido contrario. Además, con los
variadores y arrancadores electrónicos actuales, esta posibilidad de frenado se ofrece por defecto.

14.3- Frenado de electromecánico
El frenado electromecánico es un sistema aplicable a motores de pequeña y mediana potencia, que
consiste en alimentar temporalmente un electrofreno que detendrá el eje del motor por rozamiento a
través de una zapata, muelle, tambor o disco.
Cuando se aplica este sistema mediante lógica cableada los circuitos de potencia y maniobra son
similares a los de un arranque directo. En estado de reposo o parada, el electrofreno bloquea el eje del
motor y en el momento que se activa el contactor principal se alimenta el motor y el electrofreno se
retira.

Electrofreno
Este sistema consiste en alimentar temporalmente un sistema electromecánico, que frena el eje del
motor mediante rozamiento de una zapata con el eje, de forma similar a como se hace en los
automóviles.

204. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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En el circuito de fuerza, cuando el motor está alimentado mediante el contactor principal (KM1),
también lo está el sistema de electroimanes del electrofreno. En esta situación la zapata se retira del eje
del motor evitando así su frenado. Si el motor se desconecta mediante el contactor de alimentación,
también lo hace el electroimán del sistema de frenado. Por tanto, la zapata, mediante un resorte vuelve
a su posición de reposo bloqueando el eje por rozamiento.

Frenos electromecánicos

205. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

205
Capítulo 15- Paneles o armarios
eléctricos de automatismos

Los tableros eléctricos prácticamente son armazones metálicos que se utilizan para proteger a todos los
componentes de mando y de control de cualquier sistema eléctrico, ya sea desde un circuito básico de un
hogar hasta los componentes de uno más complejo como el de una máquina industrial.
Podemos encontrar y clasificar diferentes tipos de tableros ya sea por su aplicación o su por contenido de
estos.
15.1- Tipos de tableros eléctricos
15.1.1- Tablero de distribución (TD)
Estos se encargan de distribuir la corriente eléctrica hacia diferentes puntos del sistema. Dentro de este tipo
podemos encontrar tres diferentes:
• Distribución principal: son los que se conectan directamente a la linea de alimentación y tienen un
interruptor maestro o principal capaz de cortar todo suministro de energía.
• Distribución secundaria: Son derivaciones del tablero principal y se encargan de controlar pequeñas
partes del sistema.

Tipos de tableros eléctricos

206. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

206
15.1.2- Centro de Control de Motores (CCM)
Este tablero se caracteriza por tener como componentes principales contactores, relevadores y todo tipo de
componente que se utiliza para controlar a los motores eléctricos.

Tipos de Centro de control de motores
15.1.3- Alumbrado y centros de carga
Sirven para distribuir pequeñas cargas eléctricas como puede ser a contactos y alumbrado.

Panel de Alumbrado y centros de carga

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15.2- Panel de control eléctrico
Son paneles donde se encuentran los dispositivos de seguridad y los mecanismos de control de una
instalación eléctrica.
Estos contienen los elementos de control y protección tales como contactores, relés térmicos, disyuntores,
guardamotores. En la parte frontal se colocan los dispositivos de mando y señalización tal como luces piloto,
pulsadores y selectores.
Estos vienen en diferentes tamaños según la aplicación que se vaya a realizar.

Panel de control eléctrico

Tablero de control eléctrico

208. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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15.3- Aspectos constructivos
Dentro de los elementos que está compuesto los paneles de control eléctrico son:
15.3.2- Puertas
La puerta es la parte frontal donde se colocan los dispositivos de mando y señalización tales como luces
piloto, pulsadores y selectores. A todas las puertas se les puede acoplar una cerradura.

Puerta con elementos de señalización, medición y control
Placas
Las placas se instalan en el fondo del panel y en esta se montan componentes de control y protección.
Estas pueden estar diseñadas de forma lisa o de forma perforada.
La placa lisa debe ser trabajada mecánicamente, abriendo sus agujeros para montar los rieles.

Placa lisa

209. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Placa perforada. Placa perforada. Esta no requiere ser trabajada mecánicamente, facilita su rápido montaje
de los componentes eléctricos, con unos accesorios llamados tuercas-clip.

Placa perforada
15.3.4- Riel o rail DIN
Un rail DIN es un riel de metal (acero o aluminio) de tipo estándar muy utilizado para el montaje de elementos
eléctricos y equipos de control industrial. Este tipo de rail de montaje fue originalmente estandarizado por la
organización nacional de las normas alemanas (DIN). Existen diferentes secciones normalizadas, pero el más
usado es el de sección de sombrero de copa de 35 mm.
Estos se pueden fabricar de forma lisa o perforado. Los perforados son los más utilizados, ya que elimina el
mecanizado para ser fijados a la placa.

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Riel DIN
Los riel DIN se fijan en la placa del panel eléctrico, ya sea forma remachada o atornillada.

15.4- Elementos de cableado y conexión
Los elementos para el cableado y conexión permiten realizar la unión eléctrica entre los aparatos eléctricos del
interior del cuadro y los situados en el exterior
15.4.1- Regletero o borneras
Esta enlaza dos cables, desde un punto de conexión. Para la fijación del cable se utilizan tornillos. Estos se
construyen para diferentes calibres de cables.

Borneras
Para evitar el cortocircuito de un punto del borne del otro, están aislados entre si, debido a que se construyen
de un material de plástico. Para mejorar la estética y evitar que los bornes se desplacen se atornillan unos
topes de fijación en la parte lateral del regleteo o bornera

Topes para borneras
Por normalización del código de color se utiliza el borne azul para el neutro y verde-amarillo para el conductor
de puesta a tierra.

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Para facilitar la instalación en el panel de control eléctrico las borneras se diseñan para ser montadas en
riel DIN.


Utiliza bornes de dos tamaños diferentes, los mayores para el circuito de fuerza o potencia y los menores para
el circuito de control.

Bornes de potencia y control

15.4.2- Marcado de bornes
Para facilitar las operaciones de montaje y mantenimiento, cada borna o regleta ha de ser identificada
en el plano y en el cuadro
Para poder identificar cada punto del borne se utilizan etiquetas que se pueden pegar en la parte
superior del borne. Estas se identifican con número. El número hace referencia al punto del circuito
según el diagrama eléctrico.
El bornero del cuadro, se identifica generalmente con “X1”, y un cuadro puede tener diversos borneros, por
ejemplo, el bornero de circuitos de distribución, el bornero de maniobra, el bornero de señales, etc., así
tendremos borneros X1, X2, X3.

212. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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La numeración de las etiquetas, podrá ser correlativa para cada borna, o correlativa para cada circuito, siendo
esta última más práctica para el instalador.


Identificación de bornera con etiquetas
Las bornas de la acometida del cuadro, se identificaran con, “N- L1- L2- L3”. La borna del conductor Neutro N,
se situará en la misma orientación, que ocupa en los aparatos instalados, de manera que señalizaremos, “N-
L1- L2- L3”, o bien “L1- L2- L3- N”. Guardará la misma orientación en los circuitos de salida.
15.4.3- Marcado de cables
Esto consiste en identificar el número del cable según la referencia del diagrama eléctrico. Esto facilita lo que
es la fácil detección de los elementos del circuito eléctrico y así como ahorrar tiempo en la corrección de una
falla.
La señalización puede hacerse utilizando letras y números o de forma combinada. Los elementos utilizados
para el marcaje pueden ser:
Anillos identificadores: Estos se fabrican de plásticos y se insertan al cable, quedándose engranpados. El color
de los números, corresponde con el código de colores de las resistencias.

213. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Anillos identificadores
Etiquetas envolventes Las etiquetas envolventes autolaminables o reposicionables son una solución temporal
o permanente que proporciona resistencia a la decoloración y a la abrasión.

Etiquetado de cables con etiquetas envolventes
Para obtener la etiquete se puede facilitar con una impresora portátil.

214. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Impresora portátil para etiquetas de identificación de paneles y cables
Existen modelos termorretráctiles que se encogen, abrazando el cable, una vez que se les ha aplicado calor.

15.4.4- Terminación de cables
Los conductores que se encuentran en el cuadro, además de estar identificados por etiquetas, deben tener
una buena terminación que evite desconexiones o falsos contactos.
15.4.5- Terminal de punta para cables de control eléctrico
Para mejorar conexión eléctrica y estética entre los cables y los componentes del control, se preparan
los cables con terminales en la punta.

Terminales de punta para cables de control eléctrico

La instalación de la terminal. Permite garantizar una unión equipotencial de todos los hilos del cable, evitan
falsos contactos, se obtiene una conexión más segura, aísla conexiones evitando cortos circuitos.
Una vez instalado la conexión es más segura debido a los movimientos de vibración por funcionamiento de
componentes de la máquina.

215. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Existen tres tipos de terminal de punta:
• Terminal de punta Sin aislante
• Terminal de punta Con aislante
• Terminal de punta para doble conductor
15.4.6- Sistemas de conexión rápida
Peines
Diseñados para simplificar y agilizar el cableado, los peines de alimentación están formados por barras de
cobre con capacidad de conducción de hasta 90A. Lo que garantiza una conexión rápida sin la necesidad de
realizar un cableado.

Peine eléctrico

15.4.7- Bornes de reparto de inserción directa
En cableado en los bornes no requiere de tornillos. Para su instalación solo se introduce el conductor
directamente en el orificio del borne, procurando que sea uno por cada punto de la bornera.

Bornes de reparto de inserción directa

216. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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15.5- Fijación del cableado
15.5.1- Canaletas
Estas se utilizan como medio de canalización de los cables eléctricos que no superen. Estas se fijan en el fondo
de la placa. Para facilitar la distribución de los cables a los diferentes componentes estas tienen ranuras en su
parte lateral. Estas se fijan con remaches o tornillos.

Canaletas

15.5.2- Prensaestopa o Conector glándula
Este se utiliza para pasar los cables eléctricos a través de los paneles de control. Protegiendo a que el tablero
eléctrico entre polvo, suciedad o humedad del exterior. Además garantiza una protección mecánica y eléctrica
a los cables ya que se sujetan los cables evitado los riesgos de desconexión y obteniendo también
estanqueidad.

Partes de la prensaestopa
Se fabrican de plástico moldeado, latón, aluminio y acero inoxidable.

217. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Instalación de prensaestopa en registro eléctrico
Los tamaños comerciales de conectores plásticos (poliamida) de uso general Nema 3 se fabrican en
siguientes tamaños de rosca.

Uso de prensaestopa en electrobomba
Al seleccionar un conector glándula también es importante tomar encuentra el ambiente (temperatura,
humedad etc.) a lo que se vean expuesto ya que puede haber sumergidos en agua.
15.5.3- Bridas o tigth rack
Estas se utilizan para organizar el cableado eléctrico y dándole una mayor estética su organización.

218. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Organización de cableado de pulsadores y luces piloto



15.5.4- Espirales
Son cintas plásticas tubulares que permiten la creación de mangueras por arrollamiento en forma de
espiral.
Se utilizan en cuadros de automatismos para dar libertad de movimientos a las puertas o portezuelas.

Instalación de espirales de plásticos para organización de cableado

219. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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15.6- Elementos para la climatización

La aparición de nuevos componentes electrónicos de potencia con gran disipación de calor, hacen de la
gestión de temperatura una necesidad, la cual hay que tener muy en cuenta a la hora de hacer instalaciones
en cuadros eléctricos.
Los armarios eléctricos soportan altas temperaturas de trabajo y requieren sistemas de climatización que
reduzcan el calor generado. Dependiendo de las dimensiones del cuadro eléctrico, de su colocación y la
temperatura ambiental generada.
Una buena gestión térmica en cuadros eléctricos nos garantiza un correcto mantenimiento y durabilidad de
todos los componentes electrónicos que conforman la instalación de un cuadro eléctrico.
15.6.1- Climatización natural
En este método de climatización no se utilizan elementos activos para extraer el calor del panel. Para
esto por ejemplo se construye el panel con ciertas ranuras para que haya una circulación continua de
aire del exterior.

Armarios con ranuras para climatización natural
15.6.2- Climatización forzada
Para paneles que generan temperaturas más elevadas. Se instalan ventiladores, por lo que se aumenta
el flujo de aire.

220. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

220
Climatización forzada utilizando ventiladores










15.7- Pasos para el armado del armario eléctrico
Lectura e interpretación de Plano eléctrico del proyecto
Con el esquema eléctrico se determinará los componentes que se utilizarán en el tablero. Así como el número
de puntos para utilizar borneras.
Distribución de componentes en panel eléctrico
En la parte superior se colocan todos los dispositivos de protección tales como: disyuntores, fusibles. También
se coloca el transformador de control o fuente de alimentación en dado caso de que sea necesario.
Los contactores con su respetivo relé térmico se colocan en la parte central, seguido de temporizadores y
relays necesarios. Finalmente se ubican los bornes de alimentación principal y los de control (para la conexión
de pulsadores, luces, sensores, etc.).

221. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Distribución de componentes en panel eléctrico.
El bornero de un cuadro, lo podremos encontrar situado, en varios sitios, generalmente en la parte inferior,
pero también en la parte superior, en módulos laterales, y dispuesto en variadas formas.
Tanto si el bornero, se encuentra en la parte superior como inferior del cuadro, colocaremos la etiqueta,
situando nuestra visibilidad en el lado derecho del cuadro.
Si el bornero está situado en la parte superior, colocaremos la etiqueta, en la utilización de la borna.
Si el bornero está situado en la parte inferior, colocaremos la etiqueta, en la conexión de cuadro de la borna.
Para una distribución más profesional de los componentes se puede utilizar e-Plan o Autocad-Electrical.



Montaje de riel y canaletas en tapa
Conocida la distribución de los componentes se debe medir la canaleta y riel DIN a utilizar.

222. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

222
Medir canaleta y riel DIN a utilizar
Luego se cortan las canaletas y riel DIN ya sea con una segueta o una pulidora con disco de corte.

Corte de canaleta ranurada
Luego se realiza el montaje de las canaletas y riel DIN en la tapa utilizando remachadora o perjurándola con un
taladro y tornillos para fijarlos.

Montaje de canaleta ranurada y riel DIN
Montaje y cableado de componentes
Se debe disponer de todos los materiales, y componentes eléctricos, cables terminales, y herramientas (prensa
terminales, destornilladores, pinza, alicate…), paneles, puertas, placas, cables, aparatos, etc.
Se distribuye todos los componentes en el riel DIN.

223. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Distribución de componentes en el riel DIN.
En el cableado se tiene por norma utilizar el cable verde-amarillo como tierra. Los demás conductores de
control se pueden elegir (rojo, blanco, negro…).

Montaje de terminal eléctrico
Para el prensado de los terminales se utiliza una punzadora de terminales

Prensado de terminal con punzadora

Se identifican los cables según la numeración referenciada en el plano eléctrico del proyecto.

224. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Identificación de cables con anillos identificadores
Etiqueta adecuadamente cada una de los bornes.

Etiquetado de bornes
Finalmente se realiza todo el conexionado de los componentes eléctricos

Panel eléctrico de control terminado

225. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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15.8- Numeración de bornera y cables
El primer paso es colocar números de cable en el esquema. Los números de cable se agregan solo al circuito de
control, ver siguiente figura. El lado de fuerza del circuito no está numerado.

Los componentes del circuito se muestran en la siguiente figura. Los componentes ubicados dentro de las
líneas discontinuas se encuentran dentro del armario de control. Tenga en cuenta que los números de cable
que corresponden al esquema de la figura anterior se agregaron a los componentes del circuito.

Componentes del circuito

226. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Un método para conectar este circuito es el método punto a punto. Los componentes están conectados de un
punto a otro dependiendo de la proximidad de un componente a otro. Este método generalmente resulta en
un ahorro de alambre. Algunas de las conexiones se realizan dentro del armario, y otras deben hacerse fuera
de este. Las conexiones hechas dentro del armario se muestran con líneas discontinuas, y las que están fuera
del armario se hacen con líneas continuas. Al hacer conexiones, los números de cable deben colocarse en el
cable en cualquier punto de terminación. Esto ayuda en gran medida a solucionar problemas del circuito. Cada
componente también debe etiquetarse con una etiqueta para identificar el componente. La conexión punto a
punto de este circuito se muestra en la siguiente figura. Tenga en cuenta que la notación se usa para identificar
el número de cable.

Cableado de panel eléctrico

227. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Un segundo método para instalar sistemas de control se muestra en la siguiente figura. Este método implica el
uso borneras para enlazar el panel eléctrico con los componentes de control (pulsadores, selector y sensores).
El regletero o bornera se encuentran dentro de un gabinete que contiene otros componentes de control. Al
igual que con el sistema punto a punto, los cables aún deben estar numerados en cualquier punto de
terminación, y los componentes deben estar etiquetados para una fácil identificación. La principal diferencia
entre los dos métodos es que los cables de los diferentes componentes se llevan a la regleta o bornera de
terminales y la conexión se realiza en esa ubicación. Tenga en cuenta que parte del cableado todavía se realiza
de punto a punto dentro del panel eléctrico. Si bien la conexión de componentes a una regleta de terminales
generalmente implica el uso de una mayor cantidad de cable, puede ser el método menos costoso cuando es
necesario solucionar problemas del circuito. Si el electricista necesita saber si el interruptor normalmente
abierto en el interruptor de flotador FS1 está abierto o cerrado, puede probarlo desde la regleta de terminales
sin tener que encontrar FS1, quitar la cubierta y verificar el estado de los contactos.

Numeración de bornera

228. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

228
Capítulo 16- Sistemas de transferencia
automática



Son un conjunto de dispositivos que tienen como función la transferencia de la energía desde dos
puntos diferentes con les mismas características de frecuencia y voltaje para alimentar un mismo centro
de carga. Los interruptores de transferencias se clasifican en:

16.1- Interruptores de transferencia manual

Son aquellos en los que la operación de transferencia de energía se realiza totalmente con intervención
del operador

En algunos sistemas este tipo de transferencia se realiza con uso de dos interruptores termomagnéticos
(breaker) o con el uso de un interruptor de doble tiro, este último es el más utilizado ya que no existe la
posibilidad del choque de energía como podría ocurrir por el uso de dos breaker de dos puntos
diferentes y además ofrece gran seguridad al realizar la transferencia.

Cuando se utiliza este tipo de interruptores es recomendable que la transferencia se realice con la carga
desconectada para evitar que se produzca un arco eléctrico que pueda causar daños al operador o al
equipo mismo.

La figura número 48 muestra el interruptor de transferencia manual.

229. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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16.2- Sistemas de transferencia automático

En este tipo de interruptores la transferencia de energía se realiza sin la intervensión del operador.

Los dispositivos que componen un sistema de transferencia automática son los siguientes:

16.2.1- Los dispositivos de fuerza

Los cuales están compuesto por contactores de normal (CN) y contactores de emergencia (CE) para
aquellos interruptores de transferencia que operen con corriente menor o igual a los 400 amperes o
breaker de normal (BN) y breaker de emergencia (BE) para aquellos interruptores que operen con
corriente mayor a los 400 amperes, estos breakers para su operación automática requieren la
instalación de un servomotor que es quien lo hace cambiar de posición. La figura 49 muestra de forma
esquemática estos dispositivos.

230. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

230
16.2.2- Los dispositivos de control de un interruptor de transferencia automático:


Estos son los que ejecutan de forma automática tanto el encendido como el apagado de la planta así
como también la transferencia y retransferencia de la energía a los centros de carga, dentro de los
dispositivos de control de un interruptor de transferencia automática tenemos:

a) Relays (relés) de control: Estos son dispositivos que tienen la mision de controlar la
energización o desenergización de los dispositivos de fuerza del interruptor, en un interruptor
de transferencia automático consta de dos relé de control, uno para el lado normal (RN) y otro
para el lado de emergencia (RE).
b) Temporizador de emergencia (TDES): este es un temporizador OFF delay que controla el
retardo de tiempo de encendido de la planta, después que la energía del sistema normal ha
fallado.
c) Temporizador de retransferencia (TDEN): este es un temporizador ON delay que se encarga de
controlar el retardo de tiempo de paso del sistema de emergencia al sistema normal cuando la
energía del sistema normal se restablece.
d) Temporizador de transferencia (TDNE): este es un temporizador ON delay encargado de
controlar el retardo del tiempo de paso de la carga a la planta de emergencia cuando falla la
energía del sistema normal.
e) Temporizador de apagado de planta (TDEC): Como su nombre lo indica es el temporizador que
se encarga de controlar el retardo del tiempo de apagado de la planta de emergencia después
que el sistema normal ha tomado la carga.
f) Sensor o monitor de fase: Este es un dispositivo que se encarga de monitorear el voltaje de las
líneas del sistema normal para detectar cualquier variación en el mismo que sobrepase los
limites establecido enviando una señal que saca de servicio el sistema normal y pone en
funcionamiento el sistema de emergencia. En el monitor siguiente, las fases o líneas son
alimentadas por 3, 4 y 5. Si existe una falla de las fases, o inversión el contacto 1-2 se abre y el
contacto 1-8 se cierra, esta señal se utiliza para activar la transferencia de normal a emergencia.

Luces piloto LN
y EN
Contactores
fuerza CE y C N
Rel é de control
RN y RE
Monitor de fase
Switch Selector
Temporizadores

231. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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g) Otros dispositivos auxiliares: estos son un conjunto de dispositivos que permiten tener control
de los sistemas ya sea mediante señalización o control manual dentro de estos podemos
mencionar las luces piloto indicadoras de que el sistema está en servicio (LN luz normal y LE luz
de emergencia), el interruptor de prueba SP y el interruptor de corte de transferencia. A
continuación se exponen a modo de ejemplo algunos circuitos de control de sistema de
transferencia automática.

232. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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233. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

233

234. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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16.4- Detección y localización de averías en interruptores de transferencia
automáticos

Las averías o fallas que se presentan en los sistemas de transferencia automática se pueden localizar
analizando y siguiendo diferentes etapas que constituyen el circuito de control debido a que estas
averías generalmente se deben fallas de un dispositivo de protección o al no cierre correcto de algún
contacto de los dispositivos auxiliares coma podría ser un contacto de un relé auxiliar, un contacto de un
temporizador o en alguna circunstancia una bobina que ha fallado por lo tanto es necesario realizar un
chequeo riguroso de estos dispositivos concentrándose siempre en la característica de la falla que se
haya presentado. Por ejemplo:

Un tipo de avería que se presenta con mucha frecuencia es que falle la energía del sistema normal y que
la planta de emergencia arranque pero esta no toma la carga, es decir no realiza la retransferencia.

En este caso se debe proceder de la siguiente manera:

1. Verificar si hay voltaje en las líneas que alimentan el circuito de control del lado de emergencia a
la entrada del fusible y si hay voltaje chequear las condiciones del fusible o breaker de
protección.

2. Si el fusible está bueno se procede a chequear si el contacto normalmente cerrado del relé (RN)
que sirve de enclavamiento eléctrico con el lado de emergencia está cerrado y si está cerrado
medir el voltaje en los terminales de la bobina del relé de emergencia (RE) y si hay voltaje, el
paso a seguir es chequear el estado de la bobina, la cual puede estar abierta

3. Si no hay voltaje en los terminales de la bobina del relé (RE) debe chequearse el temporizador
TDNE verificando el voltaje en los terminales de su bobina, si no hay voltaje es muy probable
que el contacto normalmente cerrado del relé (RE) se haya quedado abierto o está calzado, por
lo tanto se procede a verificarlo.

4. Si hay voltaje en los terminales de la bobina del temporizador TDNE, entonces se chequea a ver
si este está realizando el conteo o retardo de tiempo para que sus contactos cambien de
posición.

5. Si TDNE está contando bien y los contactos cambian de posición, entonces la bobina del relé (RE)
se energiza y todos los contactos del relé deben cambiar de posición.

6. Si la bobina del relé (RE) se energiza y en la bobina del contactar (CE) en el caso de transfer
switch hecho con contactares, o en los terminales del motor (ME) en caso de transfer hecho con
breaker no hay voltaje es muy probable que el contacto del relé (RE) que lleva la señal no esté
cerrando, pero si este cierra se procede a chequear el contacto normalmente cerrado del
contacto o breaker de normal que sirve de enclavamiento eléctrico y que está en serie con la
bobina del contactor (CE) o con los terminales del motor (NE) .

235. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

235
7. Por último si estos contactos están cerrados y a la bobina del contacto (CE) o a los terminales del
motor llega voltaje es muy probable que la bobina del contactor (CE) o del motor (ME) estén
defectuosa (abierta), que haya un falsó contacto o una línea abierta, por lo tanto se recomienda
reapretar los tornillos de las regletas y terminales, así como también, medir continuidad entre
los cables que llegan a cada uno de los terminales verificados.

Esto expuesto hasta aquí es solo un ejemplo de como localizar una falla o avería en un circuito de
control de un interruptor de transferencia automático, le corresponde a seguir el procedimiento que
menos tiempo le tome en localizar la avería pero debe tener en cuenta que siempre es necesario
auxiliarse del plano de control del equipo y de un instrumento de pruebas y medidor.

236. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

236
Capítulo 17- Control con dispositivos
electrónicos


Los sistemas y controles electrónicos han ganado una amplia aceptación en la industria del control de motores;
en consecuencia, se ha vuelto esencial estar familiarizado con los dispositivos electrónicos de potencia. Este
capítulo presenta una visión general de diodos, transistores y tiristores.

17.1- Diodos

Los diodos son dispositivos semiconductores que permiten hacer fluir la electricidad solo en un sentido. La
flecha del símbolo del diodo muestra la dirección en la cual puede fluir la corriente. Los diodos son la versión
eléctrica de la válvula o tubo de vacío y al principio los diodos fueron llamados realmente válvulas.
El diodo de unión PN, que se muestra en la siguiente figura, es el más básico de los dispositivos
semiconductores. Este diodo está formado por un proceso de dopaje, que crea materiales semiconductores
tipo P y tipo N en el mismo componente. Un material semiconductor de tipo N tiene electrones (representados
como cargas negativas) como portadores actuales, mientras que el tipo P tiene agujeros (representados como
cargas positivas) como portadores actuales. Los materiales de tipo N y tipo P intercambian cargas en la unión
de los dos materiales, creando una región de agotamiento delgada que actúa como un aislante. Los cables de
diodo se identifican como el cable de ánodo (conectado al material de tipo P) y el cable de cátodo (conectado
al material de tipo N).

Polarización directa (Vi > 0): En este caso, el diodo permite el paso de la corriente sin restricción. Los voltajes
de salida y de entrada son muy similares, la intensidad de la corriente puede calcularse mediante la ley
de ohm.
Polarización inversa (Vi < 0): En este caso, el diodo no conduce, quedando el circuito abierto. No
circula corriente por el circuito, y en la resistencia de carga RL no hay caída de tensión, esto supone que toda
la tensión de entrada estará en los extremos del diodo.

237. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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A diferencia de los diodos de baja potencia estos se caracterizan por ser capaces de soportar una alta
intensidad con una pequeña caída de tensión en estado de conducción y en sentido inverso, deben ser capaces
de soportar una fuerte tensión negativa de ánodo con una pequeña intensidad de fugas.

Diodo de potencia de 1600 V y 100A
Diodo de protección para relés
Los diodos de señal son también usados para proteger transistores y circuitos integrados del breve alto voltaje
producido cuando la bobina de un relé es desconectada. El diagrama muestra cómo un diodo de protección es
conectado “al revés” sobre la bobina del relé. La corriente que fluye a través de la bobina de un relé crea un
campo magnético el cual cae de repente cuando la corriente deja de circular por ella. Esta caída repentina del
campo magnético induce sobre la bobina un breve pero alto voltaje, el cual es muy probable que dañe
transistores y circuitos integrados.

Diodo de protección para relés
El diodo de protección permite al voltaje inducido conducir una breve corriente a través de la bobina (y el
diodo) así el campo magnético se desvanece rápidamente. Esto previene que el voltaje inducido se haga
suficientemente alto como para causar algún daño a los dispositivos.

238. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

238
17.2- Rectificadores
Los rectificadores eléctricos son los circuitos encargados de convertir la corriente alterna en corriente
continua. Los más habituales son los construidos con diodos o con tiristores, aunque existen otros que son
para casos especiales y algunos que ya no se utilizan.
17.2.1- Rectificadores de media onda
En la figura siguiente se representa esquemáticamente un rectificador de media onda en el cual un diodo se
interpone entre la fuente y la carga. Cuando la tensión de la fuente es positiva, el sentido de la corriente es
favorable y se produce la circulación por el circuito.

Cuando la polaridad de la fuente cambia, en este caso, el diodo no conduce, quedando el circuito abierto. No
existe corriente por el circuito, y en la resistencia de carga RL no hay caída de tensión, esto supone que toda la
tensión de entrada estará en los extremos del diodo:




El circuito rectificador de media onda tiene como ventaja su sencillez, pero adolece de dos defectos: 1) no
permite utilizar toda la energía disponible, ya que los semiciclos negativos son desaprovechados; 2) en el caso
típico en el que la fuente es el secundario de un transformador tiende a producirse una magnetización del
núcleo debido a que el campo magnético es unidireccional. Esta magnetización se traduce en que la saturación
magnética se alcanza con valores menores de corriente, produciéndose deformaciones en la onda.

239. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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17.2.2- Rectificadores de onda completa tipo puente
El rectificador de puente utiliza cuatro diodos conectados como ilustra la a continuación:

Rectificadores de onda completa tipo puente
Cuando el ciclo de entrada es positivo, los diodos D1 y D2 están polarizados en directa y conducen corriente en
la dirección mostrada. Se desarrolla un voltaje a través de la carga RL parecido al semiciclo positivo de entrada.
Durante este tiempo, los diodos D3 y D4 están polarizados en inversa.

Rectificadores de onda completa tipo puente
Cuando el semiciclo de entrada es negativo, los diodos D3 y D4 están polarizados en directa y conducen
corriente en la misma dirección a través de la carga RL que durante el semiciclo positivo. Durante el semiciclo
negativo, D1 y D2 están polarizados en inversa. A consecuencia de esta acción a través de RL aparece un
voltaje de salida rectificado de onda completa.

Rectificadores de onda completa tipo puente

240. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Modelos de circuitos integrado de puente rectificador
17.2.3- Rectificadores de onda completa con punto medio
Un inconveniente de los rectificadores tipo puente es que no existe una referencia común de tensión (masa
circuital) entre la fuente y la carga, resultando ambas flotantes entre sí. Una manera de resolver esto es utilizar
dos fuentes en contrafase en lugar de una sola, y colocar en cada una de ellas un rectificador de media onda.
Las fuentes en contrafase se logran con un transformador cuyo secundario está dividido en dos mitades,
tomándose el punto medio como masa común.

Rectificadores de onda completa con punto medio
Este utiliza dos diodos conectados al secundario de un transformador con derivación central. En estos ambos
diodos no pueden encontrarse simultáneamente en directa o en inversa, ya que las diferencias de potencial a
las que están sometidos son de signo contrario; por tanto uno se encontrará polarizado inversamente y el otro
directamente. La tensión de entrada (Vi) es, en este caso, la media de la tensión del secundario
del transformador.
El voltaje de entrada se acopla a través del transformador al secundario con derivación central. La mita del
voltaje secundario total aparece entre la derivación central y cada extremo del devanado secundario.

241. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Tensión de entrada positiva
El diodo 1 se encuentra en polarización directa(conduce), mientras que el 2 se encuentra en polarización
inversa (no conduce). La tensión de salida es igual a la de entrada. Nota:los diodos en posición directa
conducen altas corrientes,en posición inversa alta tensiones.


Rectificadores de onda completa con punto medio

Tensión de entrada negativa
El diodo 2 se encuentra en polarización directa (conduce), mientras que el diodo 1 se encuentra en
polarización inversa (no conduce). La tensión de salida es igual a la de entrada pero de signo contrario. El diodo
1 ha de soportar en inversa la tensión máxima del secundario .

Rectificadores de onda completa con punto medio

242. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

242
17.2.4- Principio del filtrado capacitivo
Durante el primer cuarto de ciclo el voltaje en el condensador aumenta hasta alcanzar el valor pico de la señal.

Filtrado capacitivo
Principio del filtrado capacitivo
• Cuando el voltaje de entrada comienza a bajar, el diodo deja de conducir.
• El condensador se descarga a través de la resistencia RL.
• Esto sigue ocurriendo hasta que el voltaje de entrada alcanza el valor de voltaje al cual está cargado el
condensador.
• La descarga es tan lenta que puede considerarse lineal.


Filtrado capacitivo

El resultado es una señal con voltaje de rizado, La señal presenta mas o menos rizado dependiendo del valor del
condensador.

Filtrado capacitivo

243. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Señal de salida del filtrado capacitivo


17.2.5- Rectificadores trifásicos

La rectificación trifásica surge de la necesidad de alimentar con CC una carga cuyo consumo es elevado. Con los
rectificadores monofásicos se obtienen factores de rizado relativamente bajos con la adicción de condensadores
de filtro. Cuando esa carga consume valores de potencia más elevados, el sistema monofásico con filtros a
condensador presenta el inconveniente de precisar valores de capacidad de varias decenas de miles de
microfaradios. Este inconveniente queda solventado utilizando un sistema de alimentación trifásico que, como
veremos, no necesita filtros a condensador, ya que su propia característica aplicada a un sistema rectificador lleva
consigo la disminución del factor de rizado, pudiendo, además, manejar potenciales más elevados en la carga.

17.2.6- Rectificador trifásico de media onda

El circuito de la figura siguiente muestra un sistema rectificador que está alimentado por una fuente trifásica. En
los extremos de cada fuente se conectan tres diodos que pueden ir unidos por sus ánodos o sus cátodos
(rectificación en semiciclos positivos o semiciclos negativos).

Rectificador trifásico de media onda

Los diodos están conectados a través de la carga a la línea de neutro de la fuente trifásica, de manera que cada
uno de los tres tiene aplicada en sus extremos la tensión entre fase y neutro a través de la carga. Dado que las
corrientes y tensiones presentes en el circuito están desfasadas 120º, cada diodo conducirá 120º desde el

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instante en que la tensión aplicada a su ánodo sea más positiva respecto al cátodo que la de los restantes diodos.
El diodo D1 conducirá desde 30º a 150º, el diodo D2 conducirá desde 150º a 270º y el diodo D3 desde 250º a 30º,
tal y como queda representado en la gráfica siguiente.

Forma de onda en un rectificador trifásico de media onda

17.2.7- Rectificador trifásico de onda completa
El funcionamiento del rectificador trifásico de onda completa está basado en la conducción alternativa de cada
diodo con el ánodo a potencial más positivo y los otros dos de las ramas contrarias. Es decir, un diodo que
mantenga su ánodo positivo conducirá primero 60º con el diodo de la fase siguiente (cuyo cátodo sea
negativo) y otros 60º con el diodo que queda de la otra fase según la secuencia A, B, C.

Rectificador trifásico de onda completa

245. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

245

Forma de onda en un rectificador trifásico de onda completa



Modelo de circuito integrado de puente rectificador de onda completa


17.3- Diodo zener

Cuando la tensión inversa aplicada a un diodo de juntura PN excede cierto valor denominado tensión de ruptura
la corriente inversa crece muy rápidamente mientras que la tensión sobre el diodo permanece casi constante. Los
diodos denominados genéricamente diodos Zener trabajan específicamente en esta zona.

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La aplicación más habitual del diodo zener es utilizarle en circuitos donde se necesite mantener constante un
valor de tensión, en correspondencia con la tensión de ruptura del diodo.

Para el funcionamiento como diodo de ruptura o, simplemente, zener su polarización es en inversa. Si lo
polarizamos en directa, su comportamiento es similar a la de un diodo rectificador normal, con una tensión
directa similar a la de un diodo rectificador normal.

Regulador con Diodo Zener

El circuito regulador con diodo Zener mostrado en la Figura siguiente produce una tensión relativamente
constante sobre la carga RL. Generalmente se utilizan en aplicaciones para bajas corrientes de carga. El circuito
tiene un funcionamiento simple. Si el diodo se encuentra polarizado en la región de ruptura mantiene una tensión
prácticamente constante entre sus terminales, manteniendo la misma tensión sobre la carga, aunque varíe la
tensión aplicada a la entrada. A medida que varía la tensión de entrada, suponiendo una carga constante, varía la
corriente IZ por el diodo.

Circuito regulador con diodo Zener
Dos diodos zener consecutivos pueden suprimir transitorios de voltaje dañinos en una línea de CA. Un supresor
de sobretensiones de varistor de óxido de metal (MOV) funciona de la misma manera que los diodos zener
consecutivos. El circuito de la figura siguiente se usa para suprimir los transitorios de voltaje de CA. El módulo
varistor que se muestra está diseñado para montarse fácilmente directamente a través de los terminales de
bobina de contactores y arrancadores con bobinas de CA de 120 V o 240 V.

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Supresión de transitorios de voltaje de CA

El funcionamiento del circuito se puede resumir de la siguiente manera:
• Cada diodo zener actúa como un circuito abierto hasta que el voltaje zener inverso a través de él excede
su valor nominal.
• Cualquier pico de voltaje mayor al instante hace que el diodo zener actúe como un cortocircuito que evita
este voltaje del resto del circuito.

• Se recomienda que ubique el dispositivo de supresión lo más cerca posible del dispositivo de carga.
17.4- Transistor
Un transistor es un componente que tiene, básicamente, dos funciones:
• Deja pasar o corta señales eléctricas a partir de una pequeña señal de mando.
• Funciona como un elemento amplificador de señales.
El transistor es un componente que basa su funcionamiento, al igual que el diodo, en los cristales
semiconductores P y N, aunque para ser más exactos, emplea tres y no dos. Según las combinaciones que
podemos conseguir tenemos dos configuraciones básicas: PNP y NPN, según cómo coloquemos los cristales.

Cristales unidos en transistor
• Transistor NPN: en este caso un cristal P está situado entre dos cristales N. Son los más comunes.
• Transistor NPN: en este caso un cristal P está situado entre dos cristales N. Son los más comunes.
En cada uno de estos cristales se realiza un contacto metálico, lo que da origen a tres terminales:
• Emisor (E): Se encarga de proporcionar portadores de carga.

248. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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• Colector (C): Se encarga de recoger portadores de carga.
• Base (B): Controla el paso de corriente a través del transistor. Es el cristal de en medio.


Tipos de transistores BJT


Polarización del transistor

Se entiende por polarización del transistor las conexiones adecuadas que hay que realizar con corriente continua
para que pueda funcionar correctamente.

Si se conectan dos baterías al transistor como se ve en la figura, es decir, con la unión PN de la base-emisor
polarizada directamente y la unión PN de la base-colector polarizado inversamente. Siempre que la tensión de la
base-emisor supere 0,7 V, diremos que el transistor está polarizado, es decir, que funciona correctamente
dejando pasar corriente a través del colector, energizando la carga Rc (LED, Relay…).


Polarización del transistor

249. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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17.4.1- Transistor como interruptor
Cuando se usa un transistor como interruptor, solo tiene dos estados operativos, encendido y apagado. Los
transistores bipolares no pueden conmutar directamente las cargas de CA y generalmente no son una buena
opción para conmutar voltajes o corrientes más altas. En estos casos, a menudo se usa un relé junto con un
transistor de baja potencia. El transistor cambia la corriente a la bobina del relé mientras que los contactos de
la bobina cambian la corriente a la carga. El circuito que se muestra en la siguiente figura ilustra la forma en
que se usa un BJT para controlar una carga de CA.

Transistor como interruptor

El funcionamiento del circuito se puede resumir de la siguiente manera:
• Se utiliza un transistor de baja potencia para cambiar la corriente de la bobina del relé.
• Con sensor de presencia abierto, no fluye corriente de base o colector, por lo que el transistor está
apagado. La bobina del relé estará desactivada y el relé no activará la carga.
• Cuando el transistor está apagado, la corriente del colector es cero, la caída de voltaje a través del
colector y el emisor es de 12 V, y el voltaje a través de la bobina del relé es de 0 V.
• El sensor de proximidad, al cerrarse, establece una pequeña corriente de base que impulsa el colector
completamente al punto donde se dice que está saturado, ya que no puede pasar más corriente.
• La bobina del relé se energiza y sus contactos normalmente abiertos se cierran para encender la carga.
• Cuando el transistor está en el estado encendido, la corriente del colector está en su valor máximo y el
voltaje a través del colector y el emisor cae a casi cero mientras que a través de la bobina del relé
aumenta a aproximadamente 12 V.
• El diodo paralelo a la bobina del relé evita que el voltaje inducido en el apagado sea lo suficientemente
alto como para dañar el transistor.

250. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

250
17.5- Transistores de Efecto de Campo
A los transistores de efecto de campo se les conoce abreviadamente como FET (Field Effect Transistor) y entre
ellos podemos distinguir dos grandes tipos:
• Transistor de Efecto de Campo de Unión: JFET (Junction Field Effect Transistor)
• Transistor de Efecto de Campo Metal - Óxido - Semiconductor: MOSFET (Metal Oxide Semiconductor
Field Effect Transistor)
En primer lugar, la principal diferencia entre ambos radica en el hecho de que el transistor BJT es un dispositivo
controlado por corriente, mientras que los transistores FET son dispositivos controlados por tensión. En ambos
casos, la corriente del circuito de salida es controlada por un parámetro del circuito de entrada, en un caso el
nivel de corriente y en el otro el nivel de tensión aplicada.
En los transistores FET se crea un campo eléctrico que controla la anchura del camino de conducción del
circuito de salida sin que exista contacto directo entre la magnitud controlada (corriente) y la magnitud
controladora (tensión).
De forma análoga a como en los transistores bipolares existen dos tipos NPN y PNP, en los transistores de
efecto de campo se habla de transistores FETs de canal N y de canal P.
Una diferencia importante entre ambos tipos de transistores consiste en que mientras que los transistores BJT
son bipolares, es decir, en la corriente intervienen los dos tipos de portadores (electrones y huecos), los
transistores FET son unipolares, en los que el nivel de conducción dependerá únicamente de un único tipo de
portadores: de los electrones en los de canal n y de los huecos en los de canal p.
17.5.1- Transistores de Unión De Efecto De Campo (JFET)
Los JFET los podemos clasificar en dos grandes grupos:
• JFET de canal n
• JFET de canal p
En la siguiente figura se ha representado la construcción básica de un JEFT de canal n. Podemos observar como
la mayor parte de la estructura es de material tipo n ligeramente dopado formando un canal con contactos
óhmicos en ambos extremos (terminales de Drenador y Fuente). Este canal se encuentra inserto entre dos
regiones de compuerta tipo p+ (material tipo p fuertemente dopado) con sendos contactos óhmicos que
constituyen los terminales de puerta. En algunos casos los dos terminales de puerta están accesibles (JFET de
doble puerta) aunque lo más habitual es que ambos terminales estén cortocircuitados teniendo un único
terminal de puerta (dispositivo de tres terminales).
En ausencia de potencial aplicado, las dos uniones p-n que aparecen están sin polarizar. El resultado es una
región de vaciamiento o zona de deplexión (región carente de portadores libres) de forma similar a la que se
vio en su día al analizar en el diodo la unión p-n en ausencia de polarización.

251. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Estructura básica del JFET de canal n.
• D = Drenador: (Del inglés Drain). Es el terminal por al que salen los portadores del dispositivo (los
electrones en el JFET de canal n y los huecos en el de canal p)
• S = Fuente: (Del inglés Source). Es el terminal por el que entran los portadores.
• G = Puerta: (Del inglés Gate). Es el terminal mediante el que se controla la corriente de portadores a
través del canal.
Como ya se ha comentado con anterioridad se trata, en cualquier caso, de dispositivos con tres terminales
cuyos símbolos aparecen representados en la figura siguiente:

Como podemos observar, la diferencia en el símbolo entre ambos tipos reside en el sentido de la flecha del
terminal de puerta (G). En el JFET de canal n el terminal de puerta se representa con una flecha entrante al
dispositivo, mientras que en el de canal p es saliente. Recordar que el sentido de la flecha indica el sentido de
circulación de la corriente si la unión pn correspondiente estuviera polarizada en directa.
Para el funcionamiento más habitual, los transistores de canal n se polarizan aplicando una tensión positiva
entre drenador y fuente (VDS) y una tensión negativa entre puerta y fuente (VGS). De esta forma, la corriente
circulará en el sentido de drenador a fuente. En el caso del JFET de canal p la tensión VDS a aplicar debe ser
negativa y la tensión VGS positiva, de esta forma la corriente fluirá en el sentido de la fuente hacia el drenador.

252. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Polarización del JFET
17.5.1- MOSFET
Estos se conocen como Transistores de Efecto De Campo Metal Óxido Semiconductor (MOSFET)
Vamos a ver que existen dos tipos de transistores MOSFET.
• MOSFET de acumulación o de enriquecimiento
• MOSFET de deplexión o empobrecimiento
MOSFET de Acumulación

Como podemos ver en la siguiente figura en la que aparece representada la estructura básica para un MOSFET de
canal n, partimos de una zona de material semiconductor tipo p en la que aparecen dos zonas tipo n+ con
contactos metálicos a los terminales de drenador y fuente. La zona roja representada corresponde a una capa de
material aislante, en este caso óxido de silicio. Por tanto, si nos fijamos en el terminal de puerta, vemos como
tenemos una zona metálica (correspondiente al contacto óhmico) una zona de óxido y una zona de
semiconductor. Es precisamente debido a esta estructura de donde le viene el nombre al dispositivo de Metal –
Óxido – Semiconductor (MOS). Además, este dispositivo tendría un cuarto terminal, el terminal del Sustrato (SS),
aunque habitualmente éste se encuentra conectado a la fuente.

Es preciso que notemos una característica fundamental de este dispositivo y es que la puerta está aislada
eléctricamente del dispositivo, es decir, no hay conexión eléctrica entre la puerta y el sustrato.

253. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Estructura básica del MOSFET de acumulación canal n.

Símbolos del MOSFET de acumulación

Notar dos aspectos significativos del símbolo, en primer lugar que el terminal de puerta no tiene conexión con el
resto de terminales, ya que tal y como hemos visto anteriormente, está aislado eléctricamente del resto del
dispositivo. En segundo lugar que los terminales de drenador y fuente están unidos a través de una línea
discontinua, esta línea hace referencia al canal que se va a formar y que veremos más adelante. De nuevo, la
flecha indica el sentido en que circularía la corriente en el caso de que la unión pn estuviera polarizada en directa.

Para el funcionamiento más habitual, los transistores MOSFET de acumulación se polarizan tal y como aparece en
la Figura a continuación:

254. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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Polarización del MOSFET de acumulación

Los transistores MOSFET de acumulación de canal n se polarizan aplicando una tensión positiva entre drenador y
fuente (VDS) y una tensión positiva entre puerta y fuente (VGS). De esta forma, la corriente circulará en el sentido
de drenador a fuente. En el caso del MOSFET de acumulación de canal p la tensión VDS a aplicar debe ser
negativa y la tensión VGS negativa, de esta forma la corriente fluirá en el sentido de la fuente hacia el drenador.


La siguiente figura se muestra un MOSFET de acumulación utilizado como parte de un circuito de temporizador
de retardo a la desconexión (OFF-Delay). Debido a que el flujo de corriente de la compuerta es insignificante, es
posible una amplia gama de períodos de retraso de tiempo, desde minutos hasta horas.

Circuito de un temporizador OFF-Delay

255. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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El funcionamiento del circuito se puede resumir de la siguiente manera:

• Con el interruptor inicialmente abierto, se aplica un voltaje entre el drenaje (Drain) y la fuente (Source), pero
no se aplica voltaje entre la puerta (Gate) y la fuente (Source). Por lo tanto, no fluye corriente a través del
MOSFET y la bobina del relé estará desactivada.
• Al cerrar el interruptor, se aplica un voltaje positivo al Gate, lo que activa el MOSFET en la conducción para
energizar la bobina del relé y cambiar el estado de sus contactos.
• Al mismo tiempo, el condensador se carga a 12 V CC.
• El circuito permanece en este estado con la bobina del relé activada mientras el Switch permanezca cerrado.
• Cuando se abre el interruptor, comienza la acción de temporización.
• Se abre el circuito de puerta positiva a la fuente de 12 V.
• La carga positiva almacenada del condensador mantiene el MOSFET encendido.
• El capacitor comienza a descargar su energía almacenada a través de R1 y R2 mientras mantiene un voltaje
positivo en el Gate.
• El MOSFET y la bobina de relé continúan conduciendo una corriente durante el tiempo que tarda el
condensador en descargarse.
• La velocidad de descarga y, por lo tanto, el período de tiempo de retardo a la desconexión, se ajusta variando
la resistencia de R2. El aumento de la resistencia disminuirá la velocidad de descarga y aumentará el período
de tiempo. Disminuir la resistencia tendrá el efecto contrario.

MOSFET de Deplexión

Como podemos observar en la Figura siguiente la estructura básica para un MOSFET de deplexión es similar al
caso del de deplexión, con la importante diferencia de que en este caso disponemos de un canal inicial realizado
en el proceso de fabricación del dispositivo.

Funcionamiento del MOSFET de deplexión canal n.


En este caso, si aplicamos una tensión VGS > 0, se atraerán más electrones hacia la zona de la puerta y se
repelerán más huecos de dicha zona, por lo que el canal se ensanchará. Por lo tanto, el efecto que tenemos es el
mismo que en el caso del MOSFET de acumulación, es decir, para valores VGS > 0 el MOSFET de deplexión tiene
un comportamiento de acumulación. Si por el contrario damos valores VGS < 0 el efecto será el contrario,

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disminuyéndose la anchura del canal. En definitiva, volvemos a tener de nuevo un efecto de modulación de la
anchura de un canal en función de una tensión aplicada VGS . Sin embargo, si seguimos disminuyendo el valor de
VGS podrá llegar un momento en que el canal desaparezca por completo, esto sucederá cuando VGS disminuya
por debajo de un valor VGSoff .

Símbolos del MOSFET de deplexión.


17.5.2- Transistor IGBT

El transistor IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) es un semiconductor de característicascombinadas de los
transistores MOSFET y los BJT esto es: tiene la capacidad de excitarse como un MOSFET a la par que tiene las
propiedades de conducción de corriente de un BJT. Por elloson capaces de manejar altas tensiones de bloqueo,
conducir intensidades bastante elevadas yser controlado con facilidad mediante tensión.

Transistor IGBT
En el estado de bloqueo la tensión VGS es nula. Al aplicar un voltaje VGS en la puerta el transistor IGBT comienza a
conducir, la corriente ID es mayor cuanto mayor es la tensión aplicada a la puerta (G) siempre y cuando el

257. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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drenador (E) esté polarizado positivamente frente al surtidor (C). Si esto no es así, estaremos en la región de VDS
negativa y el transistor trabajará en la zona de corte. No conducirá ninguna corriente.

Los IBGT fueron inventados hace poco tiempo, pero su evolución ha sido rápida debido a que han demostrado
tener una resistencia en conducción muy baja y una elevada velocidad de conmutación (la transición desde el
estado de conducción al de bloqueo se puede considerar de unos dos microsegundos, y la frecuencia puede estar
en el rango de los 50KHz), además de una elevada tensión de ruptura. Los IGBT se fabrican desde una tensión de
1400V y una corriente de 300A, a una tensión de 600V y una corriente de 50A.

El control por tensión hace que el IGBT sea más rápido que el BJT, pero más lento que el Mosfet. La energía
aplicada a la puerta que activa el dispositivo es pequeña con una corriente del orden de los nanoamperios, esta
pequeña potencia necesaria para conmutar el dispositivo, hace que pueda ser controlado por circuitos
integrados.

La Figura siguiente ilustra cómo se usan los IGBT en un variador de frecuencia. Un variador de frecuencia controla
la velocidad del motor de CA variando la frecuencia suministrada al motor. Además, el variador también regula el
voltaje de salida en proporción a la frecuencia de salida para proporcionar una relación relativamente constante
de voltaje a frecuencia (V / Hz), según lo requieran las características del motor de CA para producir un par
adecuado. Los seis IGBT son capaces controlar velocidades de conmutación muy altas y pueden requerirse para
cambiar el voltaje al motor miles de veces por segundo.

Circuito de un variador de frecuencia con IGBTs

El funcionamiento del circuito se puede resumir de la siguiente manera:
• La sección de entrada del variador es el rectificador. Contiene seis diodos, dispuestos en un puente eléctrico.
Los diodos convierten la corriente alterna trifásica en corriente continua.
• La siguiente sección, es el bus de CC.
• El inductor (L) y el condensador (C) trabajan juntos para filtrar cualquier componente de CA de la forma de
onda de CC. Cuanto más suave sea la forma de onda de CC, más limpia será la forma de onda de salida del
variador.
• El bus de CC alimenta al inversor, la sección final del variador. Como su nombre lo indica, esta sección invierte
el voltaje de CC de nuevo a CA. Pero lo hace en una salida de voltaje y frecuencia variable.

258. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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• Los circuitos de control involucrados coordinan la conmutación de los dispositivos IGBT, generalmente a
través de una placa de control lógico que dicta el disparo de los componentes de potencia en la secuencia
adecuada.

17.6- Tiristores

Un tiristor es un semiconductor con una configuración de cuatro capas (p y n) con conexiones externas en tres o
dos de sus capas. Un ejemplo de tiristores son el SCR, TRIAC y DIAC entre otros [7]; Su estructura se asemeja a un
arreglo de un transistor PNP con un NPN como se muestra en la Figura. 2

El tiristor básico es un dispositivo de 4 capas con dos terminales: ánodo y cátodo. Está construido con cuatro
capas semiconductoras que forman una estructura pnpn. El dispositivo actúa como un interruptor y permanece
apagado hasta que el voltaje en directa alcanza cierto valor; luego se enciende y conduce. La conducción continúa
hasta que la corriente se reduce por debajo de un valor específico. Aun cuando el diodo de 4 capas rara vez se
utiliza en diseños nuevos, los principios forman la base de otros tiristores mencionados a continuación.

17.6.1- SCR

El SCR es un tiristor, que se encuentra ubicado en diferentes proyectos de las aplicaciones eléctricas y electrónica
de potencia. Realizando la función de una llave interruptora gobernado por tensión o voltaje, que trabaja en los
sistemas de controles de lámparas y relés, conmutándose a una alta frecuencia en los motores y máquinas
industriales.

Está formado por cuatro capas PNPN y tiene tres terminales: El ánodo (A), el cátodo (K) y la puerta(G).

El SCR conocido también como diodo controlado de silicio es un componente tiristor activo, gobernado por
tensión a partir de la puerta de control (G), a fin de que realice el disparo del dispositivo y entre en
funcionamiento; para ser aplicado de manera conmutada múltiple en los sistemas de control de iluminación,
relés, motores y máquinas industriales entre otras.


SCR

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Podemos decir que es un interruptor unidireccional que se cierra con un pulso de corriente de puerta (disparo) y
se abre cuando la corriente pasa por cero.

SCR de potencia
El esquema de un circuito de conmutación SCR que funciona desde una fuente de CC se muestra en la siguiente
figura.

Operación de SCR en un circuito DC

El funcionamiento del circuito se puede resumir de la siguiente manera:

• El ánodo está conectado de modo que sea positivo con respecto al cátodo.
• El pulsador normalmente abierto PB1 aplica un voltaje positivo limitado por la corriente a la puerta del SCR,
que activa el circuito del ánodo (A) al cátodo (K) en la conducción y enciende la lámpara.
• Una vez que el SCR está encendido, permanece encendido, incluso después de que se haya eliminado el
voltaje de la puerta. La única forma de apagar el SCR es reducir la corriente del cátodo anódico a cero
eliminando el voltaje de la fuente del circuito anódico.
• Al presionar momentáneamente el pulsador PB2, se abre el circuito de ánodo a cátodo para apagar la
lámpara.

260. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

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• Es importante tener en cuenta que el circuito de ánodo a cátodo se encenderá en una sola dirección. Esto
ocurre solo cuando está polarizado de ánodo positivo con respecto al cátodo y se aplica un voltaje positivo a
la puerta.

El esquema de un circuito de conmutación SCR que funciona desde una fuente de CA se muestra en la siguiente
figura. Debido a que el SCR es un rectificador, solo puede conducir la mitad de la onda de entrada de CA. La salida
máxima entregada a la carga, por lo tanto, es del 50 por ciento; su forma es la de una onda de CC pulsante de
media onda.


Operación de SCR en un circuito AC


El funcionamiento del circuito se puede resumir de la siguiente manera:

• El circuito del ánodo-cátodo solo se puede encender durante el medio ciclo cuando el ánodo es positivo.
• Con el botón PB abierto, no fluye corriente a la compuerta, por lo que el circuito ánodo-cátodo
permanece apagado.
• Al presionar el botón este se cierra, los circuitos del cátodo de la compuerta y del ánodo-cátodo se
desvían. Esto produce una corriente continua pulsante de media onda a través de la carga de la lámpara.
• Cuando se suelta el botón, la corriente del ánodo-cátodo se apaga automáticamente cuando el voltaje de
CA cae a cero en la onda sinusoidal.

Forma de onda de un SCR en AC

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17.6.2- TRIAC

El triac (triodo de corriente alterna) es un componente con tres terminales y derivado del tiristor, que puede
considerarse eléctricamente como dos tiristores en antiparalelo. Presenta, sin embargo, dos ventajas
fundamentales sobre este circuito equivalente:
• El circuito de control resulta mucho más sencillo al no existir más que un electrodo de mando.
• Puede bascular al estado conductor independientemente de la polaridad de la tensión aplicada al
terminal de control.

Al igual que ocurría en el tiristor, el paso del estado de bloqueo al estado conductor sólo se realiza por aplicación
de un impulso de corriente en el electrodo de mando; y el paso del estado conductor al estado de bloqueo se
produce por aplicación de una tensión de polaridad inversa, o por la disminución de la corriente por debajo del
valor de mantenimiento IH, siendo este último el caso más utilizado.

Su estructura básica, símbolo y curva característica, aparece a continuación.


Tiene unas fugas en bloqueo y una caída de tensión en conducción prácticamente igual a la de un tiristor y el
hecho de que entre en conducción, si se supera la tensión de ruptura en cualquier sentido, lo hace inmune a
destrucción por sobretensión.

Se fabrican para intensidades desde algunos amperes hasta unos 200 A eficaces y desde 400 a 1.000 V de tensión
de pico repetitivo.

El TRIAC puede ser activado en la conducción por un voltaje positivo o negativo aplicado a su compuerta (Gate).
Una vez que se activa, el dispositivo continúa conduciendo hasta que la corriente a través de él cae por debajo de
un cierto valor umbral, como al final de un medio ciclo de la corriente de alimentación de corriente alterna (CA).
Esto hace que el TRIAC sea muy conveniente para cambiar cargas de CA. El TRIAC es un componente casi ideal
para controlar las cargas de alimentación de CA con un ciclo de trabajo alto (encendido / apagado). El uso de un
TRIAC elimina por completo el contacto, el rebote y el desgaste asociados con los relés electromecánicos
convencionales. El esquema de un circuito de conmutación TRIAC se muestra en la figura siguiente. La salida
máxima se obtiene utilizando ambas medias ondas del voltaje de entrada de CA.

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Circuito de control de carga con un TRIAC


El funcionamiento del circuito se puede resumir de la siguiente manera:

• El circuito proporciona un encendido rápido (en cualquier parte del medio ciclo) de las cargas de CA.
• Cuando el interruptor está cerrado, una pequeña corriente de control activará la conducción del TRIAC. La
resistencia R1 se proporciona para limitar la corriente de la compuerta a un valor de corriente de control
pequeño.
• Cuando se abre el interruptor, el TRIAC se apaga cuando el voltaje de suministro de CA y la corriente de
mantenimiento caen a cero, o invierten la polaridad.
• De esta manera, se pueden controlar grandes corrientes incluso con un interruptor pequeño, porque el
interruptor tendrá que manejar solo la pequeña corriente de control necesaria para encender el TRIAC.

17.6.3- DIAC
El DIAC (Diodo para Corriente Alterna) es un dispositivo semiconductor doble de dos conexiones. Es
un diodo bidireccional autodisparable que conduce la corriente sólo tras haberse superado su tensión de
disparo alternativa, y mientras la corriente circulante no sea inferior al valor triple de voltios característico
para ese dispositivo. El comportamiento es variable para ambas direcciones de la corriente. La mayoría de los
DIAC tienen una tensión de disparo doble variable de alrededor de 30 V.

DIAC

263. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

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Los DIAC son una denominación de tiristor, y se usan normalmente para autocompletar el ritmo variado del
disparo de un triac, otra clase de tiristor.
Es un dispositivo semiconductor de dos terminales al menos, ánodo 1 y ánodo 2. Actúa como una llave
semicircular interruptora bidireccional la cual se activa cuando el voltaje entre sus terminales variables alcanza
el voltaje de quema o accionado, dicho voltaje puede estar entre 20 y 36 volts según la potencia del proceso
de fabricación.
Por lo general, los atenuadores o dimmer para lámparas se fabrican con un TRIAC como dispositivo de control de
potencia. Un atenuador de luz funciona esencialmente cortando parte del voltaje de CA. Esto permite que solo
parte de la forma de onda pasen a la lámpara. El brillo de la lámpara está determinado por la potencia que se le
transfiere, por lo que cuanto más se corta la forma de onda, más se atenúa. En la figura siguiente se muestra un
circuito simplificado de atenuación de lámpara incandescente utilizando el TRIAC / DIAC.

Circuito de dimmer o atenuador de luz

El funcionamiento del circuito se puede resumir de la siguiente manera:

• Con el potenciómetro en su valor más bajo (resistencia mínima), el capacitor se cargará rápidamente al
comienzo de cada medio ciclo del voltaje de CA.
• Cuando el voltaje a través del condensador alcanza el voltaje de ruptura del diac, el voltaje del
condensador se descarga a través de la puerta del TRIAC.
• Por lo tanto, el TRIAC conduce rápidamente en cada medio ciclo y permanece al final de cada medio ciclo.
• Como resultado, la corriente fluirá a través de la lámpara durante la mayor parte de cada medio ciclo y
producirá el brillo máximo de la lámpara.
• Si aumenta la resistencia de la resistencia variable, aumenta el tiempo requerido para cargar el
condensador al voltaje de ruptura del diac.
• Esto hace que el triac se dispare más tarde en cada medio ciclo. Por lo tanto, la cantidad de tiempo que la
corriente fluye a través de la lámpara se reduce y se emite menos luz.
• El DIAC previene cualquier corriente de puerta hasta que el voltaje de activación haya alcanzado un cierto
nivel repetible en cualquier dirección.

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Capítulo 18- Mantenimiento y
reparación de instalaciones eléctricas
automatizadas


Una de las condiciones o reglas indispensables en todo sistema de mantenimiento es ser
cuidadoso en la realización de las inspecciones y trabajos de mantenimiento. La falta de sentido
común y negligencia al no tener en cuenta las precauciones y reglas de seguridad son dos
factores impermisibles durante la ejecución de estas tareas, ya que podrían conducr a
perjuicios o daños tanto a los equipos o sistemas como al personal que ejecuta los trabajos.

18.1- Procedimiento general para el mantenimiento de sistemas de control
Un buen sistema de mantenimiento tiene como requisito principal, el establecimiento de un
plan de inspección periódica y organizada, ya que esto evitaría que se produzcan averías en los
equipos y como consecuencia de esto, paros imprevistos.

Una buena inspección periódica no debe incluir solamente los dispositivos eléctricos, sino
también las partes de la máquina o equipos, así como la observación del desgaste y deterioro
de sus partes, lo que permitirá la planificación para su reposición antes de que ocurra una
avería.

Una de las principales causas de averías en los dispositivos de control es la presencia de:
• Humedad
• Grasa
• Polvo
• Aceite

Por lo estos deben eliminarse periódicamente para que los sistemas puedan funcionar
correctamente sin la posibilidad de paradas imprevistas.

Siempre que sea posible el polvo debe ser eliminado usando tropa o lanilla, pero esto no
siempre resulta efectivo para eliminar el aceite, la grasa y la humedad, las cuales se eliminan
con removedores especiales (desgrasantes dieléctrico), que se utilizan pare tales fines.

En algunas ocasiones estos contaminantes principalmente el polvo puede removerse soplando
con un chorro de aire seco a muy buja presión las partes del sistema de control, teniendo la
precaución de que no se vayan a flojar los cables, y se pueda producir averías posteriores.
También hay que tener la debida precaución de que al soplar con el chorro de aire los equipos y

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dispositivos no vayan caer particular en los ojos a quien realice esta operación de remoción y
limpieza, por lo que se recomienda utilizar lentes de seguridad.

Luego que se ha terminado la operación de limpieza y remoción por medio chorro de aire es
recomendable rociar los dispositivos de control con un removedor de humedad y por ultimo
retocar o reapretar todos los tomillos donde hay conexión de cables eléctricos, así como los
posibles empalmes con conectores y enchufes.

Aplicación de contact cleaner a contactor

Una inspección periódica debe incluir el chequeo de la temperatura el equipo, ya que la
continuidad de cualquiera de estas causas anormales puede resultar en deterioro del equipo y
podrían conducir a paros o averías.


Uso de cámara termográfica para detectar puntos sobrecalentados en el circuito

Durante la inspección periódica deben revisarse que todas las conexiones estén apretadas, ya
que la flojedad y falsos contactos en las conexiones eléctricas son causas potenciales de paros y
averías, o del mal funcionamiento de un equipo.

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Reapriete de los tornillos de los dispositivos de protección y control (disyuntores y contactores).
Advertencia: Recuerda trabajar sin energía.

Una buena inspección periódica a los sistemas de control debe prever que se produzcan
cortocircuito y contacto a masa o aterrizaje en los equipos, por lo tanto deben siempre
revisarse las condiciones de aislamiento en los equipos, mediante el uso de un megger.


Megado de instalación

Uso de megger para medir la resistencia de aislamiento del potencial (rojo) respecto a tierra
(verde). Advertencia: Esta prueba se hace sin energía eléctrica del circuito. Si el Megger indica
0 ohms, significa que el conductor bajo prueba tiene una falla, es decir, que puede tener
contacto con el conductor de puesta a tierra, o con alguna tubería o gabinete metálico que esté
puesto a tierra y en caso de que se energice podría causar un cortocircuito. Por lo tanto, este
conductor debe revisarse o reemplazarse antes de conducir energía eléctrica.

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Toda persona que se encargue del mantenimiento de un sistema debe tener en cuenta que:

- Debe familiarizarse con este equipo para lo cual debe tratar de conocer mecánicamente
y eléctricamente con la finalidad de poder detectar posibles causas de fallas y averías.
- Debe ser un buen observador a fin de que al pasar próximo al equipo pueda detectar
causas de posibles fallas como por ejemplo, ruidos y temperaturas anormales, entre
otras cosas.

En sentido general un buen procedimiento de mantenimiento a equipos y sistemas de control
se puede resumir en lo siguiente:

- Verificar los niveles de tensión y corriente para detector desbalance de voltaje o
corriente; sobrevoltajes o bajosvoltajes.
- Inspeccionar periódicamente los equipos
- Mantener los equipos libres de polvo, humedad y grasa de los dispositivos y motores, así
como la verificación de ruidos extraños
- Verificar que no hayan conexiones flojas
18.2- Mantenimiento a los arrancadores, contactores y relés magnéticos

Los contactos de estos dispositivos son una de las causas principaies de avería, por lo tanto
deben ser inspeccionados con cierta frecuencia para determinar el estado de deterioro en que
se encuentren, ya sea por picadura causada por el arco eléctrico que se forma durante el cierre
o apertura de los mismos o por desalineación de los mismos.

Si los contactos están picados es necesario esmerilarlos o limarlos suavemente usando papel de
esmeril de grano fino, pero teniendo la precaución de no arrancar mucho material de la
superficie de contacto o deformarlo, ya que esto provocaría que no haya suficiente presión en
los mismos y por lo tanto su cierre sería inadecuado, dando como resultado deterioro
posteriores.


Contactos de contactor con picaduras. El mantenimiento consiste en el esmerilado leve de sus
contactos.

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Cuando los contactos están hecho de cobre generalmente a causa del arco eléctrico producido
por el cierre y apertura se crean capas de óxido de cobre la cual se convierte en un aislante que
debe ser eliminado.

Si los contactos son de aleación de plata no es recomendable que sean esmerilados o limados a
menos que la picadura que presenten sea muy pronunciada.

Además de inspeccionar la picadura y desalineación de los contactos es muy importante
chequear la tensión o presión de sus resortes, ya que la falta de presión de sus resortes
provocaría arcos excesivos y por consiguiente picaduras en dichos contactos.

Durante la inspección debe chequear si hay ruidos excesivos en los contactores y arrancadores
ya que ruidos magnéticos excesivos pueden ser causados por suciedad, y óxido entre las partes
que componen núcieo magnético, ota causa de ruido puede ser debida a bobina o polo de
sombra rota o en mal estado.

Otras de las partes que periódicamente deben ser inspeccionadas en los arrancadores
magnéticos, son los elevadores de sobrecaga, ya que como estos funcionan muy poco pueden
acumuiar suciedad, polvo y corrosión, las cuales deben eiiminarse durante la inspección.

También estos deben ser sometidos a la acción de disparo o trip, comprobando a la vez su sus
contactos que son de accionamiento mecánico, cambiar de posición. Además si se dispone de
equipo apropiado de prueba los relevadores deben someterse a la acción de una alta corriente
para determinar si su rango de disparo o trip está dentro de lo especificado por el fabricante.

18.2.1- Causas de averías

Una de las causas principales averías en estos dispositivos se debe especialmente a un asiento o
cierre incorrecto de sus contactos, por Io tanto el responsable del mantenimiento debe
disponer de los datos que proporciona el fabricante acerca de la correcta separación o distancia
entre sus contactos cuando están abiertos, ya que una separación mayor que la correcta no
permitirá que los contactos cierren bien cuando el dispositivo es energizado lo que puede
provocar arco o flameo de los mismos así como calentamiento en el dispositivo (contactor o
arrancador magnético.)

Otra de les causas de averías es debida a la bobina quemada, una bobina puede quemarse
cuando el entrehierro en el dispositivo es mayor que el previsto por el fabricante, lo que
provocara que la bobina demande una corriente a la que esta bobina es capaz de soportar y por
lo tanto se queme.

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También una bobina puede quemarse cuando se haya sometido a un voltaje diferente a su
voltaje nominal de funcionamiento. Una bobina sometida a un voltaje superior a su voltaje
nominal la corriente que circulara por ella será excesivamente alta y se quemará. Pero si el
voltaje aplicado es inferior que su voltaje de funcionamiento su circuito magnetice no cerrara
completamente y su entrehierro será mayor que el provisto lo que hará que la bobina demande
una alta corriente y esta se queme.
En Ios contactores y arrancadores magnéticos también pueden presentarse fallas de tipo
mecánico que pueden concluir a mal funcionamiento, entre estas fallas podemos mencionar
rotura de la armadura móvil, desperfecto en los resortes amortiguadores, cable roto, etc, fallas
estas que pueden detectarse durane la inspección.


18.3- Mantenimiento a dispositivos auxiliares de los circuitos de control
El mantenimiento a los dispositivos auxiliares o pilotos de los circuitos de control, tales como:
interruptores de presión, flotador, interruptores de temperatura, de final de carrera, etc,
consiste básicamente en la comprobación del cambio de posición de sus contactos y en la
comprobación de las condiciones de los mecanismos de accionamiento de dichos contactos,
comprobación esta que puede realizarse mediante la inspección periódica y en caso necesario
de que su funcionamiento no sea el correcto, entonces se procede a su reparación o
reemplazo.

Otros dispositivos auxiliares que requieren una exhaustiva inspección son los temporizadores o
relé temporizados, en los cuales se debe verificar si están realizado el retardo de tiempo
prefijado y si en realidad lo está realizando debe comprobarse que luego de su conteo o
retardo de tiempo sus contactos cambian de posición.

Si el temporizador no realiza el conteo o si no cambia de posición los contactos cualesquiera de
las dos averías que se requiere que este sea sustituido.

Existen otros dispositivos auxiliares tales como, pulsadores, interruptores selectores, luces,
indicadores, cuyo mantenimiento consiste en comprobación e inspección visual para verificar
su estado de funcionamiento y proceder al correctivo de lugar en el caso que lo amerite.

18.4- Detección y localización de averías en circuitos de control
Para detectar y localizar averías en circuitos de control es necesario tener claro la función del
circuito y el funcionamiento de cada uno de los dispositivos que la forman. Además se requiere
de una buena experiencia ya que esto ayuda a reducir el tiempo para la detección, localización
y corrección de la averías.

La eficiencia y seguridad para detectar y localizar una avería radica en localizar la sección de
circuito de control que contiene el dispositivo defectuoso y luego determinar con precisión el

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dispositivo defectuoso, para ver verificado. Esto puede lograrse analizando de manera lógica el
circuito y no tantendo en puntos diferentes del circuito o probando al azar los componentes del
sistema.

Un buen técnico en controles eléctricos no es aquel que puede cablear o alambrar
perfectamente un sistema de control siguiendo un esquema o plano del circuito, sino aquel que
además al poner el funcionamiento, si este no funciona como estaba previsto, pueda
determinar la causa por la cual el sistema no funcionó.

Debido a que existe una gran diversidad de tipos y marcas de dispositivos que intervienen en
los circuitos de control se expone a continuación una orientación general para poder detectar y
localizar averías o defectos en función de los síntomas que presente el circuito:

18.5- Averías en contactores
Son diversas las averías que pueden aparecer en los contactores. Cuánto más grandes son éstos
más potencia pueden soportar y normalmente se dispone de recambios para;
- Contactos principales.
- Contactos auxiliares.
- Bobinas.
- Diversos elementos mecánicos, muelles, vástagos, etc.
Los contactores de tamaños más pequeños normalmente suelen tener la bobina de recambio,
aunque en muchas ocasiones se cambia el contactor entero, aunque todo eso dependerá de la
industria que se trate y del plan de mantenimiento correctivo, preventivo y predictivo que
exista.

Los contactos no se cierran al apretar el pulsador de arranque
Puede ser debido a:
1. Bobina de retención interrumpida. Para cerciorarse de esto basta conectar una lámpara
de prueba a los terminales de la bobina. Si al accionar el pulsador de arranque la
lámpara se enciende y la bobina no se excita, es que esta última está interrumpida.
2. Los contactos del pulsador de arranque están sucios o no cierran el circuito.
3. Los contactos del pulsador de paro están sucios o no cierran bien. Si se utiliza más de
una estación de pulsadores para el mismo contactor, se comprobará dicho pulsador en
cada una de ellas por separado. Si las estaciones son de pulsadores directo- inverso-paro
con Interconexión eléctrica y mecánica, será preciso verificar todos contactos.
4. La conexión de los terminales está floja o éstos se hallan sueltos.
5. Contactos del relé de sobrecarga abiertos.
6. Tensión insuficiente en la red.
7. Le bobina de retención tiene cortocircuitos.

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8. Hay algún defecto mecánico. Soluciones:
1. Comprobar los esquemas de conexión, comprobar el voltaje que le llega a la bobina.
2. Comprobar las piezas mecánicas interiores.
3. Sustituir bobina por otra.
4. Rearmar relé térmico y averiguar la causa del disparo.
El contactor no queda realimentado después de soltar el pulsador de marcha
Puede ser debido a:
1. Ruptura de alguna conexión.
2. El contacto de retención no cierra bien por estar bien sucio, suelto o desgastado
3. La estación de pulsadores está conectada erróneamente al contactor.
4. En contactores de corriente continua; consumo elevado de la resistencia limitadora.
5. En contactores de corriente continua; resistencia limitadora interrumpida.
Soluciones:
1. Revisar esquemas de conexión y conectar correctamente las conexiones defectuosas.
2. Comprobar el estado del contacto auxiliar y cambiar si es necesario.
3. Aflojar el muelle de tracción del equipo móvil, comprobar resistencia y en caso
necesario sustituir.
4. Sustituir resistencia limitadora.
El contactor no abre al presionar el pulsador de paro
Puede ser debido a:
Conexionado incorrecto.
1. Fallo del pulsador.
2. Contactor agarrotado mecánicamente.
3. Contactos principales soldados.
4. Cables cruzados en el circuito de mando.
Soluciones:
1. Comprobar esquemas de conexionado y corregir los defectos.
Cambiar pulsador.
2. Comprobar las piezas internas del contactor, el equipo móvil, y que ninguna pieza esté
en posición anormal.
3. Estudiar la posibilidad de cortocircuitos o caídas de tensión y cambiar los contactos si es
necesario.
4. Seguir esquemas de conexión hasta encontrar los cables cruzados y conectar
correctamente.

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El motor no arranca a pesar de estar energizada la bobina del arrancador
Puede ser debido a:
1. Interrupción en los elementos calefactores de los relés de la sobrecarga o mala conexión
de los mismos.
2. Los contactos principales no cierran bien, por estar desgastados (causas más probable),
sucios o quemados.
3. La conexión de los términales está rota, floja o sucia.
4. Algún cable de conexión está roto o suelto.
5. Interrupción en los resostatos o en los transformadores
6. El núcleo de la bobina de reteción tiene el desplazamiento obstruido y no puede cerrar
por tanto los contactos principales.
7. Algún defecto mecánico como por ejemplo piezas agarrotadas, articulaciones mal
lubricadas, resortes con escasa tensión, etc.

El contactor una vez cerrado produce mucho ruido

Puede ser debido a:

1. Tensión por encima o por debajo de los valores nominales en la bobina.
2. En contactores de cc: resistencia limitadora excesivamente elevada.
3. Conexiones inadecuadas.
4. Suciedad u obstáculo en el entrehierro del contactor impidiendo el cierre completo del
contactor.
5. En contactores de ca: espira de sombra rota.
6. Superficie de atracción del electroimán en mal estado por rugosidades, deformidades,
desgastadas o aplastadas.
7. Piezas mecánicas internas en estado anormal.
Soluciones:
1. Comprobar tensión de la línea y procurar que le llegue la tensión nominal a la bobina.
2. O bien reducir el valor de la resistencia limitadora o sustituir la misma.
3. Revisar esquemas y conectar correctamente.
4. Lijar con la lija del 00 las superficies polares, nunca limar.
5. Cambiar espira de sombra.
6. Limpiar las superficies polares, comprobar que los muelles electroimán estén
correctamente, rectificar las superficies polares conservando la distancia del
entrehierro.
7. Comprobar el libre juego de todas las partes móviles.

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En los contactores con mando con contacto permanente, termostato, boya, etc., conecta y
desconecta a intervalos
Puede ser debido a:
1. Relé térmico no bloqueado. Solución:
1. Corregir el bloqueo del relé.

Los contactos principales se calientan demasiado
Puede ser debido a:

1. Oxidación de las superficies de los contactos, ya sea por ambientes oxidantes o por
pocas maniobras del contactor.
2. Sobrecarga prolongada.
3. Insuficiente presión en los contactos.
4. Puntos de contacto flojos.
Soluciones:
1. Si los contactos son de cobre pasarles la lija 00 o en su defecto lo recomendado por el
fabricante, si los contactos son de plata NO deben lijarse.
2. Primero de todo comprobar si el contactor está preparado para soportar esas cargas si
no es así sustituirlo por otro del calibre adecuado.
3. Restablecer la presión adecuada y sustituir los contactos desgastados.
4. Apretar los contactos flojos y limpiar.

Desgaste prematuro de los contactos
Puede ser debido a:

1. Interrupción con corrientes elevadas.
2. Los contactos han sido lijados muchas veces.
Solución:
1. Montar contactos especiales que aguanten esas corrientes elevadas, sustituir el
contactor por uno de calibre adecuado.
2. Sustituir los contactos desgastados. No lijar los contactos de plata.


Soldadura de los contactos
Puede ser debido a:
1. Punta anormal de intensidad en la conexión, superior a 12 veces la intensidad nominal
del contactor.
2. Rápido accionamiento por impulsos.
Soluciones:
1. Reducir la punta anormal, si no es posible cambiar calibre del contactor.
2. Sustituir el contactor por otro adecuado a la categoría de servicio.

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Calentamiento excesivo de la bobina (más de 80 º C sobre una temperatura ambiente de 35º C)
Puede ser debido a:
1. Temperatura superior a 35º C.
2. Bobina diseñada para servicio intermitente y utilizado para servicio continuo.
3. Arrollamiento con espiras en cortocircuito.
4. Sobretensión.
5. Superficies polares sucias.
6. Entrehierro excesivo, superior a 0,5 mm en servicio intermitente y a 0,2 mm en servicio
continuo.
Soluciones:
1. O bien utilizar algún medio de ventilación donde se encuentre el contactor o instalarlo
en otro lugar menos caluroso.
2. Sustituir la bobina por una adecuada al servicio continuo.
3. Sustituir la bobina.
4. Medir la tensión y comprobar que no excede de un 10% de la tensión nominal de la
bobina, si no se pudiera corregir la sobretensión cambiar la bobina por otra de mayor
tensión.
5. Limpiar las superficies polares.
6. O bien rectificar las superficies polares o cambiar el circuito magnético entero.

Rotura de la bobina por causas mecánicas
Puede ser debido a:
1. Vibraciones en el circuito magnético.
2. La bobina no se encuentra bien alojada en el núcleo. Soluciones:
1. Cambiar bobina y ajustar circuito magnético.
2. Cambiar bobina alojándola correctamente en el núcleo.

El circuito magnético no realiza correctamente la atracción
Puede ser debido a:
1. Subtensión de alimentación de la bobina.
2. Bobina interrumpida.
3. Excesiva abertura del circuito magnético.
4. Fricciones mecánicas entre piezas.
Soluciones:
1. Comprobar circuito de alimentación.
2. Cambiar la bobina e investigar la causa.
3. Corregir abertura del circuito.

Deficiencia en la desconexión
Puede ser debido a:

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1. Posibles sustancias pegajosas en las superficies polares.
2. Posición incorrecta del contactor.
3. Falta de desexcitación, pulsador de paro defectuoso.
4. Muelle de tracción débil o defectuoso. Soluciones:
1. Limpiar las superficies polares.
2. Instalar contactor como indica el fabricante.
3. Comprobar circuito de maniobra.
4. Tensar muelle, si no es recuperable sustituir por uno nuevo.
Al oprimir el pulsador de arranque salta un fusible
Causas posibles:
1. Algún contacto a mesa.
2. Bobina de retención con cortocircuitos.
3. Contactos de la bobina en cortocircuito.

18.6- Estrategia para la localización de fallas en circuitos de control
Estrategias para la localización de fallas en circuitos de control y circuitos lógicos de escalera.
1. Es importante disponer de los dibujos de los circuitos de control, su interconexión y bloqueos
durante el proceso de localización de fallas en los circuitos de control. Para localizar fallas en
una máquina o equipo es bueno tener el “Manual de operación y mantenimiento”, que
normalmente proporcionan los fabricantes, así como las instrucciones para la localización de
fallas, en caso de que se disponga de éstas.
2. Durante el proceso de localización de fallas se deben tener disponibles “El block de diagramas
de bloqueo” y el cuaderno de “secuencias de control” del equipo.
3. Los dibujos y detalles del circuito de fuerza del equipo o la máquina, dispositivos de control,
contactores, temporizadores, contadores, seguridad y dispositivos de protección, etc,. son
requeridos para determinar la causa raíz de las fallas.
4. Se deben tener disponibles los instrumentos de prueba y medición apropiados para probar los
circuitos de fuerza y de control del equipo, o debe estar disponible la máquina.
5. Desconectar la alimentación (switch en posición OFF) principal al equipo o máquina y poner en
posición ON (Dentro) la alimentación de control, para prevenir cualquier contratiempo o
accidente mientras se localiza la falla en los circuitos de control debido al arranque súbito de los
equipos.
6. Como los circuitos de control son diferentes de equipo a equipo y de máquina a máquina, no es
posible formular una estrategia simple y común para la localización de fallas en los circuitos de
control; sin embargo, las prácticas y ejemplos típicos de ingeniería, así como los procedimientos
prácticos se deben aplicar para la localización de fallas en los circuitos de control.
18.6.1- Análisis de fallas
Supongamos que se ha alambrado un nuevo sistema pero que al probarlo no funciona según lo
previsto, en este ceso antes de empezar a tantear y perder el tiempo se debe proceder de la
siguiente manera:

276. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

276

- El primer paso es analizar el circuito para determinar si fue proyectado para realizar las
funciones previstas.

- El segundo paso es comprobar ordenadamente cada sección del sistema (Alimención,
circuito de fuerza, circuito de control…) hasta localizar la parte que no funciona según lo
previsto. Luego de localizada la sección del circuito que no funciona correctamente
entonces se verifican los empalmes y conexiones y el funcionamiento de sus
componentes para determinar cual es la causa de la avería. Según se puede notar este
procedimiento requiere del conocimiento de análisis del circuito y del funcionamiento
de sus dispositivos, para determinar su funcionan o no funcionan correctamente.

Supongamos ahora que tratamos de determinar una avería en un sistema de control que
estaba funcionando con anterioridad de forma correcta.

En este caso no se debe pensar en que existen conexiones erróneas, ya que el circuito estaba
funcionando bien originalmente, por Io tanto:

- El primer paso a seguir para localizar la avería producida es estudiar el circuito ya
existente y el funcionamiento del equipo controlado por el.

- El segundo paso es solicitar la ayuda del operador del sistema ya que nadie como el
conoce el funcionamiento del equipo, por lo tanto hay que seguir los ciclos de la
máquina hasta localizar el punto que no funciona, para luego verificar cuales son los
dispositivos conectados en este punto o sección del circuito, para determinar cuál o
cuáles son los dispositivos defectuosos. Supongamos que en esta sección hay un
contactor o relé y otros dispositivos que son activados en esta sección del control, por lo
tanto debe comprobarse que a los dispositivos le esta llegando su voltaje de
funcionamiento, en caso contrario verificar si existe algún fusible abierto o protección
disparada.

Si el voltaje es correcto y el contactor o relé no cierra, debe desconectarse el circuito de la
bobina para comprobar con un multímetro el voltaje, para lo cual se conectan a las puntas de
prueba del multímetro los términales que alimentan la bobina del contactor si hay voltaje es
probable que el problema esté en la bobina, entonces se procede a medir la resistencia del
arrollamiento de la bobina, una bobina en buen estado indica un valor de resistencia bajo, una
bobina en cortocircuito indica un valor de resistencia cero, y una bobina abierta no indica valor
de medida en el multímetro.

Si la bobina da indicio de que está en cortocircuito o abierta entonces se procede a cambiarla.
Si la bobina y los conductores que la alimentan están en buen estado entonces es muy
probable que algún contacto de un dispositivo piloto (interruptor de presión, interruptor de
límite, flotador, etc.) en serie con la bobina se está quedando abierto y por Io tanto la bobina

277. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

277
no se energice, por lo tanto hay que localizar cual es el dispositivo piloto cuyo contacto se está
quedando abierto para someter a una prueba mecánica el mecanismo que actúa dicho
contacto y si éste no funciona bien es muy probable que ahí radique la razón de la avería por lo
se procede a repararlo o sustituirlo.

Este procedimiento para detectar y localizar avería en circuitos de control se basa en la
experiencia técnica y en la consideración de que los circuitos de control están constituidos
esencialmente por dos cosas: contactos que cierran y abren, el circuito y bobinas que accionan
estos contactos. Si los contactos cierran y abren bien el circuito el voltaje debe llegar bien a las
bobinas, si esto es así el problema radica en la bobina pero si la bobina no se energiza el
problema debe estar en algún cable de los que alimenta la bobina abierto, en contactos que no
cierran bien o contactos sulfatados u oxidados.

Todo el técnico que de localizar y detectar avería en un sistema de control de auxiliarse siempre
de un buen instrumento de medición y tener habilidad para su manejo.

278. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

278
18.9- Ejemplos de diagnostico de fallas en circuitos de automatismos
Ejemplo 1. El contactor se activa pero el motor no arranca o arranca con dificultad
Lo que se puede descartar:
• Que el fallo esté en el circuito de mando, ya que se activa la bobina del contactor.
• Que no hay tensión en la alimentación del circuito.
Por dónde buscar:
• Ya que el circuito de mando funciona, se debe localizar la avería sobre el circuito de fuerza. Cómo
proceder:
• Con el contactor activado y utilizando un polímetro con el selector en la posición de medida de tensión
de corriente alterna, se comprueba si existe tensión entre las tres fases de salida de los diferentes
dispositivos que intervienen en el circuito de fuerza. En aquel que no se obtenga tensión y si en el
anterior, es muy posible que sea el elemento que tiene el problema. Lo que puede fallar:
• Uno o más contactos de la aparamenta que interviene en el circuito de fuerza.
• Alguno de los cables del circuito de fuerza.

Puntos de medición

279. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

279


Ejemplo 2. Al accionar el pulsador de macha el contactor no se activa

Lo que se puede descartar:
• Que el fallo esté el circuito de fuerza, ya que lo que no funciona el mando que alimenta la bobina del
contactor. No se descarta que también hubiera un problema en este circuito, pero ese sería otro tipo
de fallo (el del ejemplo1).
Por dónde buscar:
• Por el cableado, contactos auxiliares y elementos del circuito de mando.
• En la alimentación del circuito de mando.
Cómo proceder:
• Se conecta de forma fija uno de las puntas de prueba en el contacto A2 de la bobina del contactor y
con la otra, se toca, aguas arriba, cada uno de los bornes que intervienen en la alimentación de este
circuito (A1, 14 de KM1, 14 de S2, 22 de S1, etc). Si uno de ellos da tensión, el fallo está en elemento
que se encentra debajo de él en el esquema.
Lo que puede fallar:
• Cualquier contacto o cables que interviene en la activación de la bobina del contactor.
• El dispositivo de protección usado para el circuito de mando.

Seguir el voltaje en el circuito de control

280. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

280
Ejemplo 3: El contactor solamente se activa mientras se mantiene accionado el pulsador de marcha.
Cuando este se «suelta», el contactor se desactiva
Lo que se puede descartar:
• Que el fallo esté el circuito de fuerza Por dónde buscar:
• Ya que la bobina se alimenta cuando el pulsador es accionado, parece claro que el problema se
encuentra en el circuito de realimentación. Es decir, en el contacto auxiliar 13- 14 de KM1 y los cables
que lo conectan.
Cómo proceder:
• Con la alimentación desconectada, se comprueba manualmente si alguno de los cables del contacto se
ha soltado o hace mala conexión.
• Si la conexión de los cables es correcta, y siguiendo con la alimentación desconectada, se conmuta el
selector a la posición de ohmios y se comprueba la continuidad del contacto.
Lo que puede fallar:
• Los cables que unen el contacto auxiliar con el pulsador.
• El propio contacto de realimentación que esté sucio, deteriorado o bloqueado.


Comprobar continuidad en circuito

281. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

281
Apéndices
A- Símbolos de controles eléctricos (normas americana ANSI y NEMA)

Interruptor
trifásico de
potencia.

Pulsador cabeza de
hongo de
emergencia

Disyuntor o
breakers

Bobina de
contactor o relay

Disyuntor
magnético

Contactos de
control

Disyuntor
térmico

Contactos de
temporizador a la
conexión (ON
DELAY)

Interruptor de
presión

Contactos de
temporizador a la
desconexión (OFF
DELAY)

Interruptor de
nivel de
líquido

Contactos de
potencia de
contactor

Interruptor de
temperatura

Relé térmico

Interruptor
final de
carrera

Motor monofásico

Interruptor de
caudal

Motor trifásico

282. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

282

Interruptor de
pie

Autotransformador

Interruptor
selector de
dos
posiciones
Transformador

Interruptor
selector de
tres
posiciones

Fusible

Pulsador N.O

Alarma

Pulsador N.C

Medidor (indicar
letra inicial de
medidor)

Pulsador
doble
N.O/N.C

Luz piloto

Pulsador con
luz piloto

Enlace mecánico
entre contactos de
pulsador o selector


Línea de
fuerza
(Gruesa)


Línea de control
(Fina)



Terminal

283. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

283
B- Símbolos de controles eléctricos (norma europea IEC)

Corriente alterna
(CA)

Motor
monofásico
de corriente
alterna

Corriente
continua (CC)

Motor
trifásico de
inducción

Aparato que
opera en CA o CC

Motor
trifásico con
rotor
bobinado

Línea de
corriente
continua (CC)

Motor
trifásico de
inducción de
6 terminales

Línea de
corriente alterna
monofásica a 2
hilo (CA)

Motor de
corriente
continua con
excitación
independien
te

Línea de
corriente alterna
monofásica a 3
hilo (CA)

Motor de
corriente
continua con
excitación
en serie

284. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

284

Línea de
corriente alterna
trifásica a 3 hilo
(CA)

Motor de
corriente
continua con
excitación
en paralelo

Línea de
corriente alterna
trifásica a 4 hilo
(CA)

Conductores
que se
cruzan sin
contacto

Representación
unifilar de 2
conductores

Conductores
que se
cruzan con
contacto

Representación
unifilar de 3
conductores

Resistencia
óhmica

Representación
unifilar de 3
fases y neutro

Puesta a
tierra

Defecto de
aislamiento
(corriente
eléctrica)

Transformad
or
monofásico

Contacto
normalmente
abierto (NA)

Interruptor
bipolar

Contacto
normalmente
cerrado (NC)

Interruptor
de potencia
tripolar

Juego de
contacto
conmutable (NA
y NC)

Seccionador
tripolar

285. Roni Domínguez Instalaciones eléctricas automatizadas

285

Selector
conmutable de
tres posiciones

Disyuntor
tripolar





Pulsador
normalmente
abierto (NA)

Contactor
tripolar

Pulsador
normalmente
cerrado (NC)

Relé térmico
(Overload)

Pulsador con dos
contactos NA

Fusible

Pulsador con
contacto NA y
NC

Fusibles en
línea
trifásica con
neutro

Pulsador
accionado por
llave

Seccionador
tripolar con
fusibles


Autotransforma
dor trifásico

Guardamoto
r


Relé auxiliar

Contactos de
temporizado
r ON DELAY

286. Roni Domínguez Control de Motores Eléctricos

286

Contactor

Contactos de
temporizado
r OFF DELAY

Temporizador
ON DELAY

Contactos
NA y NC de
overload

Temporizador
OFF DELAY

Electroválvula