Apuntes Mando Regulacion

8/17/2019 Apuntes Mando Regulacion

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Mando y regulación de maquinas eléctricas. Bloque

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BLOQUE 1: Esquemas de mando y maniobra

1 Control de potencia: La conmutación

1.1 Introducción

A los equipos que realizar las funciones de control y protección en los circuitos de potencia se les denomina arrancadores.Estos equipos deben disponer de los elementos necesarios para realizar las siguientes funciones:

1.- Seccionamiento:Seccionadores

Aíslan eléctricamente los equipos de potencia y control de la red. Su misión es permitir manipular las instalaciones

eléctricas con total seguridad.La maniobra se realiza manualmente, por lo que la apertura de los contactos depende de la rapidez deaccionamiento del operario, siendo una apertura normalmente lenta. Estos aparatos no deben utilizarse nunca encarga.Deben incluir una señalización visible que garantice la posición de apertura.

2.- ProtecciónGarantizan que ante un accidente eléctrico (cortocircuito o sobrecarga), no se dañen los componentes ni seperturbe la red de alimentación. Garantizan la apertura y cierre brusco de los contactos, pudiendo ser manejadosen carga. No proporcionan aislamiento eléctrico.Protección contra cortocircuitos:

Fusibles: Poder de corte elevado

Distribución (gG)Motor (aM): “dejan” pasar los picos de arranque pero no protegen contra sobrecargasDisyuntor magnético: Poder de corte elevado, número y frecuencia de ciclos de maniobra limitado

Protección contra sobrecargas:Relé térmicoRelés con sondas de termistanciasRelés electrónicos de máxima corriente

3.- Conmutación:La conmutación consiste en establecer, cortar y, en el caso de la variación de velocidad, ajustar el valor de lacorriente absorbida por un motor. Según las necesidades, esta función puede realizarse con aparatos, electromecánicos: contactores, contactores disyuntores y disyuntores motores, electrónicos: relés y contactores estáticos, arrancadores ralentizadores progresivos, variadores y reguladoresde velocidad.

Estos aparatos admiten elevados ciclos de maniobra con un poder de corte limitado, es decir no pueden cortarcorrientes de cortocircuito.La función conmutación todo o nada establece e interrumpe la alimentación de los receptores. En la mayoría de loscasos, el control a distancia resulta imprescindible para facilitar la utilización así como la tarea del operario, quesuele estar alejado de los mandos de control de potencia. Como norma general, dicho control ofrece informaciónsobre la acción desarrollada que se puede visualizar a través de los pilotos luminosos o de un segundo dispositivo.Estos circuitos eléctricos complementarios llamados “circuitos de esclavización y de señalización” se realizanmediante contactos auxiliares que se incorporan a los contactores, a los contactores auxiliares o a los relés deautomatismo, o que ya están incluidos en los bloques aditivos que se montan en los contactores y los contactoresauxiliares.


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1.2 El contactor

Según la norma DIN (0660/52), el contactor “es un interruptor mandado a distancia que vuelve a la posición de reposocuando la fuerza de accionamiento deja de actuar sobre él”.

Dentro de los contactores podemos distinguir dos grandes grupos: Contactores mecánicos Contactores estáticos

CONTACTORES MECÁNICOS:

Podemos definir un contactor mecánico como un aparato de conexión y desconexión eléctrica, accionado por cualquierforma de energía, menos manual, capaz de establecer, soportar e interrumpir corrientes en condiciones normales delcircuito, incluso las de sobrecarga.

Las energías utilizadas para accionar un contactor pueden ser muy diversas: mecánicas, magnéticas, neumáticas,fluídricas, etc..

El contactor electromagnético (el de mayor utilización en la industria) es un aparato mecánico de conexión controladomediante electroimán y con funcionamiento todo o nada. Cuando la bobina del electroimán está bajo tensión, el contactor secierra, estableciendo a través de los polos un circuito entre la red de alimentación y el receptor. El desplazamiento de laparte móvil del electroimán que arrastra las partes móviles de los polos y de los contactos auxiliares o, en determinados

casos, del dispositivo de control de éstos, puede ser: rotativo, girando sobre un eje, lineal, deslizándose en paralelo a las partes fijas, una combinación de ambos.

Cuando se interrumpe la alimentación de la bobina, el circuito magnético se desmagnetiza y el contactor se abre por efectode:

los resortes de presión de los polos y del resorte de retorno de la armadura móvil, la fuerza de gravedad, en determinados aparatos (las partes móviles recuperan su posición de partida).

El contactor ofrece numerosas ventajas, entre las que destacan la posibilidad de: interrumpir las corrientes monofásicas o polifásicas elevadas accionando un auxiliar de mando recorrido por una

corriente de baja intensidad, realizar el control y automatización de equipos y máquinas con procesos complejos, con la ayuda de los aparatos

auxiliares de mando como los interruptores de posición, detectores, presostatos, etc. controlar a distancia de forma manual o automática, utilizando hilos de sección pequeña o acortando

significativamente los cables de potencia, aumentar los puestos de control y situarlos cerca del operario.

A estas características hay que añadir que el contactor: es muy robusto y fiable, ya que no incluye mecanismos delicados, se adapta con rapidez y facilidad a la tensión de alimentación del circuito de control (cambio de bobina), garantiza la seguridad del personal contra arranques inesperados en caso de interrupción de corriente

momentánea (mediante pulsadores de control),


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facilita la distribución de los puestos de paro de emergencia y de los puestos esclavos, impidiendo que la máquinase ponga en marcha sin que se hayan tomado todas las precauciones necesarias,

protege el receptor contra las caídas de tensión importantes (apertura instantánea por debajo de una tensiónmínima),

puede incluirse en equipos de automatismos sencillos o complejos.


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ELECTROIMÁN

El electroimán es el elemento motor del contactor. Sus elementos más importantes son el circuito magnético y la bobina. Sepresenta bajo distintas formas en función del tipo de contactor e incluso del tipo de corriente de alimentación, alterna ocontinua.

El circuito magnético se construye con una serie de láminas delgadas, de acero al silicio con la finalidad de reducir almáximo las corrientes parásitas, aisladas entre sí pero unidas fuertemente por remaches. El magnetismo remanente seelimina completamente por medio de la inserción de un material paramagnético, complementando al pequeño entrehierro.

Cuando se alimenta a la bobina con CA, el núcleo debe llevar un elemento adicional llamado espira de sombra o anillo dedesfasaje. Este elemento está constituido por una espira en cortocircuito que genera un campo desfasado respecto alprincipal y evitando la anulación periódica del flujo y por consiguiente de la fuerza de atracción. Esto evita ruidos yvibraciones, evitando la elevación de la corriente de mantenimiento.

Los circuitos magnéticos laminados se pueden utilizar en corriente continua con total normalidad. En tal caso, es necesarioemplear una bobina distinta a la que se utiliza con tensión alterna de igual intensidad. También es preciso intercalar unaresistencia de reducción de consumo en el circuito de control de la bobina en cuanto se cierra el contactor.

En el circuito magnético de los electroimanes alimentados en corriente continua no se forman corrientes de Foucault. Endeterminados casos, es preferible utilizar un electroimán específico para corriente continua de acero macizo en lugar deadaptar un circuito magnético laminado de corriente alterna.

La bobina genera el flujo magnético necesario para atraer la armadura móvil del electroimán.Puede estar montada en una rama del circuito magnético o, excepcionalmente, en dos, según el modelo de contactor. Estádiseñada para soportar los choques mecánicos que provocan el cierre y la apertura de los circuitos magnéticos y loschoques electromagnéticos que se producen cuando la corriente recorre las espiras.

POLOS

La función de los polos consiste en establecer o interrumpir la corriente dentro del circuito de potencia. Estándimensionados para que pase la corriente nominal del contactor en servicio permanente sin calentamientos anómalos.Consta de una parte fija y una parte móvil. Esta última incluye unos resortes que transmiten la presión correcta a loscontactos que están fabricados con una aleación de plata con una excepcional resistencia a la oxidación, mecánica y alarco. Por su función, son contactos únicamente abiertos.

CONTACTOS AUXILIARES:

Son aquellos contactos cuya función específica es permitir o interrumpir el paso de corriente a las bobinas de los contactoso a los elementos de señalización, por lo cual están diseñados para intensidades débiles.

Éstos actúan tan pronto se energiza la bobina a excepción de los retardados. Contactos NA: (normalmente abiertos) llamados también instantáneos de cierre, cuya función es cerrar un circuito

cuando se energiza la bobina del contactor al cual pertenecen. Contactos NC: (normalmente cerrados) llamados también de instantáneos apertura, cuya función es abrir un

circuito cuando se energiza la bobina del contactor al cual pertenecen.

Un contactor debe llevar necesariamente un contacto auxiliar instantáneo NA que debe cumplir la función de asegurar laautoalimentación de la bobina, por lo cual recibe el nombre específico de auxiliar de sostenimiento o retención.


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Existen contactores que tienen únicamente contactos auxiliares, ya sean NA, NC o NA y NC. Estos se los llama contactoresauxiliares o relés.Cuando un contactor no tiene el número suficiente de contactos auxiliares se puede optar por Bloques aditivos oContactores auxiliares

DIFERENCIAS EN EL COMPORTAMIENTO DEL CIRCUITO MAGNÉTICO CON CORRIENTE ALTERNA Y CORRIENTECONTINUA.

Se denomina corriente de llamada a la corriente que acciona el electroimán. La corriente absorbida por la bobina esrelativamente elevada debido a que prácticamente la única resistencia es el conductor de la bobina. En estas condiciones,el cosϕ es alto (0,8 a 0,9) y la reactancia inductiva muy baja por existir mucho entrehierro entre el núcleo y la armadura.Una vez cerrado el circuito magnético la impedancia de la bobina aumenta, de manera tal que la corriente de llamada sereduce considerablemente. La corriente formada se la denomina de mantenimiento o trabajo. Ésta es mucho más baja – de6 a 10 veces – con un cos ϕ más bajo, pero con capacidad para mantener el circuito cerrado. Con el núcleo magnéticocerrado, la reluctancia del núcleo se reduce considerablemente por lo que precisamos menos intensidad para conseguir elmismo campo.

En corriente alterna, al variar la reactancia del circuito en función del entrehierro, la impedancia del circuito se ajusta deforma automática al funcionamiento.En corriente continua, la impedancia que presenta la bobina es siempre la misma (resistencia del conductor), sin embargo laintensidad de mantenimiento podría ser muy inferior. Si no se realiza ninguna corrección la bobina debería estar diseñadapara soportar el valor de la intensidad de llamada de forma permanente. En la práctica se diseña para el valor de laintensidad de mantenimiento y se dota al circuito de una resistencia adicional que reduce el consumo de la bobina una vezse cierra el contactor.

Con los electroimanes diseñados especialmente para corriente continua no es necesario aplicar el sistema de reducción deconsumo. En tal caso, el circuito magnético y la bobina están sobredimensionadas (mayor volumen de acero y cobre) paraaumentar la superficie de enfriamiento y favorecer la disipación de las calorías. A igual calibre, un contactor equipado coneste tipo de circuito es mayor que un contactor con circuito magnético alterno alimentado en corriente continua conreducción de consumo, y la durabilidad mecánica es muy elevada. La corriente de llamada Ia es igual a la corriente demantenimiento If.


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CONTACTORES ESTÁTICOS

Los contactores de estado sólido están formados por unos semiconductores que permiten una conexión electrónica. Loscircuitos de salida y entrada están separados galvánicamente por un optoacoplador . La conmutación puede ser por mediode tiristores, triacs o alternistores. Por esto dentro estos contactores no hay ninguna pieza mecánica, garantizando nada dequemaduras y fallas de contactos.Las crecientes exigencias en los procesos de automatización de instalaciones industriales limitan los campos de aplicaciónde los contactores electromecánicos. Originalmente los contactores con semiconductores fueron creados para los vuelosespaciales, hoy en día son ampliamente usados en la industria. Algunas de sus características son:

- Una casi ilimitada vida de operación- Alta capacidad de maniobras- Tiempos de conmutación menor o iguales a 10 ms- Ningún ruido de conexión

• Resistentes a las vibraciones y golpes• Alta fiabilidad de conexión

Los contactores con semiconductores o de estado sólido son usados en todas aquellas áreas donde se requiera un altociclo de vida, fiabilidad de conexión gran frecuencia de conmutación y ambientes silenciosos.

• Procesos de automatización• Control de temperatura• Máquinas de refrescos• Equipos de electromedicina• Iluminación

1.3 Definiciones

Altitud : El hecho de que la densidad del aire disminuya con la altitud influye sobre la tensión disruptiva del aire y, portanto, sobre la tensión asignada de empleo del contactor y su poder refrigerante y, en consecuencia, sobre la corrienteasignada de empleo (siempre que la temperatura no baje simultáneamente).Sin desclasificación hasta los 3.000 m. Si la altitud es mayor, aplicar a la tensión y a la corriente en los polos depotencia (corriente alterna) los siguientes coeficientes de empleo.

Altitud 3.500m 4.000m 4.500m 5.000mTensión asignada de empleo 0,90 0,80 0,70 0,60Corriente asignada de empleo 0,92 0,90 0,88 0,86

Temperatura ambiente: Temperatura del aire en el recinto donde está ubicado el aparato y medida en el entorno de

éste. Las características de funcionamiento se indican: – sin restricción para las temperaturas comprendidas entre –5 y +55 °C, – con posibles restricciones para las temperaturas comprendidas entre –50 y +70 °C.

Corriente asignada de empleo (Ie) Se define en función de la tensión asignada de empleo, la frecuencia y el servicioasignados, la categoría de empleo y la temperatura ambiente en el entorno del aparato.

Corriente térmica convencional (Ith) Un contactor en posición cerrada tolera esta corriente Ith durante al menos 8 horassin calentarse más allá de los límites prescritos en las normas.

Corriente temporal admisible: Un contactor en posición cerrada tolera esta corriente durante un tiempo límite despuésde un tiempo de reposo sin alcanzar un calentamiento peligroso.


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Tensión asignada de empleo (Ue) : Valor de la tensión que, combinada con la corriente asignada de empleo, determinael uso de un contactor o un arrancador y que sirve de referencia a las pruebas correspondientes y a la categoría deempleo. Para los circuitos trifásicos, se expresa con la tensión entre fases. Excepto en casos particulares como loscortocircuitadores rotóricos, la tensión asignada de empleo Ue es como máximo igual a la tensión asignada deaislamiento Ui.

Tensión asignada del circuito de control (Uc) Valor asignado de la tensión de control sobre la que se basan lascaracterísticas de funcionamiento. En caso de tensión alterna, se especifican para una forma de onda casi senoidal(menos del 5 % de distorsión armónica total).

Tensión asignada de aislamiento (Ui) La tensión asignada de aislamiento de un aparato corresponde al valor de latensión que sirve para designar dicho ais lamiento y a la cual se refieren las pruebas dieléctricas, las líneas de fuga ylas distancias en el aire. Las prescripciones no son las mismas para todas las normas, por lo que el valor indicado paracada una de ellas puede ser diferente.

Tensión asignada soportada al impulso (Uimp) Valor de cresta de una tensión de choque que el material puede tolerarsin fallo.

Potencia asignada de empleo Potencia del motor normalizado para la que está prevista la tensión asignada de empleodel contactor. (se expresa en kW)

Poder asignado de corte Corresponde al valor de la corriente que el contactor puede cortar en las condiciones de corteespecificadas en la norma IEC.

Poder asignado de cierre Corresponde al valor de la corriente que el contactor puede establecer en las condiciones decierre especificadas en la norma IEC.

Factor de marcha (m) Relación entre la duración de paso t de la corriente y la duración del cicloTm =Duración del ciclo: suma de las duraciones de paso de la corriente y del período de reposo.

Impedancia de los polos La impedancia de un polo es la suma de las impedancias de los distintos elementos queconstituyen y caracterizan el circuito, desde la borna de entrada hasta la borna de salida. La impedancia consta de unaparte resistiva (R) y una parte inductiva (X = Lw). La impedancia total depende por tanto de la frecuencia y se expresapara 50 Hz. Este valor medio se indica para la corriente asignada de empleo de cada polo.

Durabilidad eléctrica Se define por el número medio de ciclos de maniobras en carga que pueden realizar los contactosde los polos sin mantenimiento. Depende de la categoría de empleo, de la corriente y de la tensión asignada deempleo.

Durabilidad mecánica Se define por el número medio de ciclos de maniobras en vacío, es decir, sin que ningunacorriente atraviese los polos, que el contactor puede realizar sin fallos mecánicos.

Nota: estas definiciones se han extraído de la norma IEC 947-1.

1.3.1 Servicios nominales

Los servicios considerados normales son los siguientes:

Servicio de 8 horas: Servicio en el cual los contactos principales permanecen cerrados a lo sumo 8 horasconsecutivas, circulando por ellos durante ese tiempo una corriente constante de valor suficiente para alcanzar elequilibrio térmico. Este es el servicio básico por el cual se determina la corriente nominal térmica del aparato.


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Servicio continuo: Servicio en el cual los contactos principales del contactor permanecen cerrados, conduciendouna corriente constante sin interrupción, por períodos de mas de 8 horas (semanas, meses o inclusive años). Estetipo de servicio se diferencia del servicio de 8 horas, debido a que pueden acumularse óxidos y suciedad en loscontactos y dar lugar a calentamiento progresivo.

Servicio de período intermitente o servicio intermitente: Servicio en el cual los contactos principales delcontactor permanecen cerrados por períodos de carga que guardan una relación definida con los períodos sincarga, siendo ambos períodos demasiado cortos para que el aparato alcance su equilibrio térmico. El serviciointermitente se caracteriza por la intensidad de la corriente, el lapso de circulación de la misma y por el factor deutilización (relación entre el lapso de circulación de la corriente y la duración del período, frecuentementeexpresado en por ciento).

Servicio temporario: Servicio en el cual los contactos principales permanecen cerrados por períodos de duracióninsuficientemente largos como para que el contactor llegue al equilibrio térmico, siendo los intervalos sin corrienteentre los de carga suficientemente largos como para que el contactor llegue a la temperatura del medio

refrigerante.

1.3.2 Categorías de empleo

Categorías de empleo para contactores según IEC 947-4

Las categorías de empleo normalizadas fijan los valores de la corriente que el contactor debe establecer o cortar.

Dependen de: el tipo de receptor controlado: motor de jaula o de anillos, resistencias, las condiciones en las que se realizan los cierres y aperturas: motor lanzado, calado o en proceso de arranque,

inversión del sentido de marcha, frenado a contracorriente.

Utilización en corr iente alterna

CategoríaDe empleo e

cI

I ϕ cos Aplicaciones

AC-1 1 0.95 Se aplica a todos los aparatos que funcionan con corriente alterna (receptores), cuyo factor depotencia es mayor o igual a 0,95 (cos ϕ 0,95). Ejemplos de utilización: calefacción,distribución.

AC-2 2.5 0.65 Esta categoría rige el arranque, el frenado a contracorriente y el funcionamiento por “impulsos”de los motores de anillos.Cuando se cierra, el contactor establece la corriente de arranque, próxima a 2,5 veces lacorriente nominal del motor.Cuando se abre, debe cortar la corriente de arranque con una tensión como mucho igual a latensión de la red.

AC-3 1 0.35 Se aplica a los motores de jaula cuyo corte se realiza con el motor lanzado.Cuando se cierra, el contactor establece la corriente de arranque de 5 a 7 veces la corrientenominal del motor.Cuando se abre, el contactor corta la corriente nominal que absorbe el motor, momento en elque la tensión en las bornas de sus polos equivale aproximadamente al 20 % de la tensión dela red. Corte fácil.Ejemplos de utilización: todos los motores de jaula habituales: ascensores, escaleras


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mecánicas, cintas transportadoras, compresores, bombas, mezcladoras, climatizadores, etc. AC-4 6 0.35 Estas categorías se utilizan en las aplicaciones con frenado a contracorriente y marcha por

“impulsos” con motores de jaula o de anillos.El contactor se cierra produciéndose un pico de corriente que puede llegar a ser de 5 a 7 vecesla corriente nominal del motor. Al abrirse, corta dicha corriente a una tensión tanto más elevadacuanto menor sea la velocidad del motor. Dicha tensión puede ser igual a la de la red. Cortesevero.Ocasionalmente puede cerrar 12In y abrir 10In con una tensión de red de hasta un 10%superior a la nominalEjemplos de utilización: máquinas de imprenta, trefiladoras, elevación, metalurgia.

Utilización en cor riente continua

DC-1 Se aplica a todos los aparatos que funcionan en corriente continua (receptores), cuya constante de tiempo(L/R) es menor o igual a 1 ms.Ejemplos: cargas no inductivas: hornos, resistencias ...

DC-3 Esta categoría rige el arranque, el frenado a contracorriente y la marcha por “impulsos” de los motores shunt.Constante de tiempo≤ 2 ms.Cuando se cierra, el contactor establece la corriente de arranque, próxima a 2,5 veces la corriente nominaldel motor.Cuando se abre, debe cortar 2,5 veces la corriente de arranque con una tensión como mucho igual a latensión de la red.La tensión es tanto más elevada cuanto menor es la velocidad del motor, cuya fuerza contraelectromotriz es,por tanto, reducida. Corte difícil.

DC-5 Esta categoría se utiliza para el arranque, el frenado a contracorriente y la marcha por “impulsos” de motoresserie.Constante de tiempo≤ 7,5 ms.El contactor se cierra bajo una punta de corriente que puede llegar a ser 2,5 veces la corriente nominal delmotor. Cuando se abre, corta esta misma corriente con una tensión tanto mayor cuanto menor sea lavelocidad del motor.Dicha tensión puede ser igual a la de la red. Corte severo.

Categorías de empleo para contactos y contactores auxiliares según IEC 947-5

UTILIZACIÓN EN CORRIENTE ALTERNA AC-14 Se utiliza para controlar cargas electromagnéticas que absorban una potencia inferior a 72 VA con el

electroimán cerrado.Ejemplo de utilización: control de la bobina de contactores y relés.

AC-14 Se utiliza para controlar cargas electromagnéticas que absorban una potencia superior a 72 VA con elelectroimán cerrado.Ejemplo de utilización: control de la bobina de contactores

UTILIZACIÓN EN CORRIENTE CONTINUA

Se utiliza para controlar cargas electromagnéticas que tarden en alcanzar el 95 % de la corriente en régimen

establecido (T = 0,95) un tiempo igual a 6 veces la potencia P que absorbe la carga (con P ≤ 50 W).


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Ejemplo de utilización: control de la bobina de contactores sin resistencia de economía.

1.3.2.1 Condiciones de cierre y apertura para las diferentes categorías

No es necesario especificar separadamente las corrientes de cierre y apertura para servicio normal u ocasional ya que estas

dependen directamente de la categoría de empleo.


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1.4 Coordinación de los elementos de protección

El calibre de los aparatos que se asocian para formar un arrancador debe elegirse teniendo en cuenta la potencia delreceptor controlado y la coordinación de las protecciones cuando se produzca un cortocircuito.La coordinación de las protecciones consiste en asociar un dispositivo de protección contra los cortocircuitos (fusibles odisyuntor magnético) con un contactor y un dispositivo de protección contra las sobrecargas, con el fin de interrumpir lascorrientes de sobrecarga (1 a 10 veces la corriente nominal del motor) o de cortocircuito (> 10 veces la corriente nominal) lomás rápidamente posible y sin riesgo para las personas y las instalaciones.La norma IEC 947 exige que la coordinación sea ambivalente para:

– una corriente de cortocircuito asignada convencional “Iq”, que define el fabricante del material (por ejemplo 50 kA en400 V para un arrancador con fusibles + contactor + relé térmico),

– una corriente de cortocircuito presumible “r”, que depende del calibre de empleo AC-3 del aparato, donde r < Iq (porejemplo para 63 A, r = 3 kA).

1.4.1 Coordinación de tipo 1 y de tipo 2

Estos dos tipos de coordinación se definen en la norma IEC 947-4. Indican el grado de deterioro tolerable para el aparellajedespués de un cortocircuito.

Coordinación de tipo 1 (antiguamente “a” según IEC 292-1) Cuando se produce un cortocircuito, esnecesario evitar que el material ocasione daños a las personas e instalaciones. Después del cortocircuito, esposible que dicho material no pueda seguir funcionando a menos que se repare o se reemplacen ciertaspiezas.

Coordinación de tipo 2 (antiguamente “c” según IEC 292-1) Cuando se produce un cortocircuito, esnecesario evitar que el material ocasione daños a las personas e instalaciones. Después del cortocircuito,dicho material no debe presentar desperfectos o desajustes de ningún tipo. Sólo se admite el riesgo desoldadura (1) de los contactos del contactor, a condición de que puedan separarse fácilmente. Durante laprueba no se podrá sustituir ninguna pieza, con excepción de los fusibles, que deben ser sustituidos en sutotalidad.

Coordinación total: Según la norma IEC 947-6-2, cuando se produce un cortocircuito debe evitarse que losaparatos que conforman el arrancador presenten daños o riesgo de soldadura


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Ejemplo1

Seccionador - Fusibles - Contactor - Relé térmico

Los circuitos con fusibles incorporados consiguen un poder de corte muy elevado; elseccionador realiza la función de seccionamiento y el relé térmico la protección del motor contralas sobrecargas. En cambio, la necesidad de cortar simultáneamente todas las fases cuando seproduce un cortocircuito, obliga a instalar un dispositivo de protección contra el funcionamientomonofásico (dpfm), que a través de un contacto auxiliar, hace que el contactor se abrainmediatamente, provocando el corte omnipolar. La siguiente tabla, extraída de un catálogo deTelemecanique, ejemplifica la elección del calibre de los fusibles, contactores y relés térmicosque se asocian en función de la potencia normalizada de los motores para formar una

coordinación de tipo 2, tal y como la define la norma IEC 947-4-1.


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Ejemplo2: (MANUAL HITACHI)En este ejemplo se recoge una tabla extraída del manual técnico de Hitachi en la que para cada motor se relaciona losequipos que forman el arrancador.


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La coordinación se puede realizar con equipos multifunción que integren las funciones que debe realizar el arrancador.

Disyuntor magnético Disyuntor motor Contactor disyuntorSeccionamiento Sí, con dispositivo de

enclavamiento añadidoSí, con dispositivo de

enclavamiento añadidoSí

Protección contracortocircuitos

Sí Sí Sí

Protección contrasobrecargas

Relé térmico asociado Sí Sí

Local manual Sí Sí SíConmutación Automática Contactor asociado Contactor asociado Sí


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ASOCIACIÓN DISYUNTOR- CONTACTOR


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1.5 Criterios para la elección de un contactor

Son muchas y variadas las aplicaciones que requieren contactores. La elección del contactor con el calibre más apropiadodepende directamente de las características de cada aplicación.Los fabricantes incluyen en sus catálogos tablas que permiten determinar el calibre de los contactores en función del tipogeneral de aplicación (distribución o control de motores) y de las tensiones y corrientes utilizadas.Dichas tablas se establecen para:

• cadencias de funcionamiento < a 30 ciclos de maniobras por hora (los motores estándar admiten 6 arranques porhora),

• una temperatura ambiente de 40 ° C,• una tensión≤ 440 V.

En estas condiciones, un contactor puede conmutar una corriente igual a su propia corriente asignada de empleo según lascategorías de empleo AC-1 o AC-3.En los demás casos puede ser necesaria una desclasificación, es decir, utilizar un contactor de calibre superior que sedetermina consultando las tablas o curvas correspondientes.

1.5.1 Criterios de elección de un contactor

Elegir un contactor para una aplicación concreta significa fijar la capacidad de un aparato para establecer, soportar einterrumpir la corriente en el receptor que se desea controlar, en unas condiciones de utilización establecidas, sin

recalentamientos ni desgaste excesivo de los contactos.Para elegir correctamente el contactor hay que tener en cuenta:

– el tipo y las características del circuito o del receptor que se desea controlar: intensidad y tipo de corriente, tensión,regímenes transitorios en la puesta bajo tensión, etc.,

– las condiciones de explotación: ciclos de maniobras/hora, factor de marcha, corte en vacío o en carga, categoría deempleo, tipo de coordinación, durabilidad eléctrica deseada, etc.,

– las condiciones del entorno: temperatura ambiente, altitud cuando sea necesario, etc.

La importancia de cada uno de estos criterios es distinta en cada aplicación. Por ejemplo: Control de un circuito resistivo:

⇒ Categoría de empleo AC-1, con un número de ciclos de maniobras reducido.

⇒ El calentamiento del contactor depende principalmente de la corriente nominal del receptor y del tiempo depaso de esta corriente.

Control de un motor asíncrono de jaula:⇒ AC-3 (cortes con motor lanzado) o AC-4 (cortes con motor calado).⇒ El calentamiento se debe tanto al paso de la corriente nominal del motor como al pico de corriente en el

arranque y a la energía de arco en el corte⇒ el calentamiento será mayor cuanto mayor sea la frecuencia deciclos de maniobras.

Control de receptores con un pico de corriente transitorio elevado en la puesta bajo tensión:⇒ Este es el caso de, por ejemplo, los primarios de un transformador o de las baterías de condensadores. La

corriente de cresta en la puesta bajo tensión de estos aparatos puede llegar a ser más de diez veces superior

a la corriente nominal. El poder de cierre asignado del contactor debe ser lo bastante alto como para que la


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fuerza de repulsión de la corriente transitoria no provoque la apertura no controlada ni la soldadura de loscontactos. Este es pues el criterio básico para la elección de un contactor en este tipo de aplicación.

Los fabricantes elaboran las tablas de elección teniendo en cuenta todos estos criterios, lo que permite elegir cómodamenteel contactor más apropiado para cada aplicación.

1.5.2 Ejemplos de elección en función de las aplicaciones

En los siguientes ejemplos los contactores se han elegido utilizando las tablas de elección que figuran en el catálogogeneral de Telemecanique. Para cada tipo de aplicación, dichas tablas se han elaborado teniendo en cuenta las condicionesde explotación y entorno más habituales.

Permiten elegir el contactor más apropiado rápidamente y sin necesidad de cálculos.

Los contactores también se pueden elegir según la durabilidad eléctrica deseada. En tal caso, se recomienda consultar lascurvas que indican el calibre del contactor que se debe utilizar en función de la corriente cortada, y que figuran igualmenteen el catálogo de Telemecanique. Dichas curvas se han utilizado en los ejemplos de elección para control de motores.

El entorno de los contactores en cada aplicación es el mismo: montaje en cofre y temperatura ambiente exterior ≤ 40 °C, esdecir, unos 55 °C en el entorno del aparato dentro del cofre. De este modo se aprecia mejor la diferencia del calibre elegidopara cada una de las aplicaciones. La potencia de los receptores es de 22 kW en 400 V/50 Hz (230 V para las lámparas).

1.5.2.1 Elección de un contactor para un circuito de distribución

Un circuito de distribución alimenta uno o varios cuadros de distribución o circuitos terminales, como motores, sistemas decalefacción, de alumbrado, etc.En un circuito de distribución, el contactor se puede utilizar de dos formas distintas:

Como contactor de línea

El contactor, que suele ser de gran calibre, debe asociarse con dispositivos de protección contra los cortocircuitos y lassobrecargas de las líneas de distribución.

El servicio tiene una duración prolongada y un número de ciclos de maniobras reducido. En la mayoría de los casos, elcierre se realiza en vacío y la apertura en carga normal. El poder de corte del conjunto debe ser elevado y el contactor debeestar coordinado con los demás dispositivos de protección para evitar cualquier accidente.

Como contactor de acoplamiento

En este caso, el contactor situado corriente abajo del dispositivo general de corte se utiliza para alimentar varios dispositivoslocales.Como en el caso anterior, el servicio tiene una duración prolongada y un número de ciclos de maniobras reducido.El cierre y la apertura suelen producirse cuando no hay corriente.Por lo tanto, el cosϕ no es relevante y sólo se tiene en cuenta la corriente térmica.Para determinar el calibre del contactor basta con consultar la tabla de elección teniendo en cuenta:

– la corriente térmica máxima admisible en categoría AC-1 (ver la tabla de la página 60), – la temperatura ambiente: si supera los 40 °C puede ser necesario un contactor de mayor calibre, – la sección de los cables de conexión, que debe ser igual o menor a la indicada.


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1.5.2.2 Elección de un contactor para un circuito de alumbrado

Los circuitos de alumbrado se calculan para un número determinado de puntos luminosos con potencias bien definidas.Durante la explotación pueden cambiar el número y la potencia de los puntos luminosos, pero nunca sobrepasan la potenciamáxima prevista en un principio. En estas condiciones no hay riesgo de que se produzcan sobreintensidades desobrecarga, y basta con proteger el circuito contra los cortocircuitos utilizando, por ejemplo, fusibles de distribución de claseGg.

La elección de los contactores depende tanto del factor de potencia y de la corriente absorbida en servicio normal como dela corriente transitoria en la puesta bajo tensión de ciertas lámparas.


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Lámparas de filamento

Esta aplicación requiere pocos ciclos de maniobras. Como el cos ϕ se aproxima a 1, sólo hay que tener en cuenta lacorriente térmica. En la puesta bajo tensión (cuando los filamentos están fríos y, por tanto, son poco resistentes) se produceun pico de corriente que puede variar entre 15 y 20 In, en función de la distribución de las lámparas en la línea. Esnecesario elegir un contactor capaz de establecer esta corriente de pico. Si el circuito es monofásico, se puede instalar uncontactor tetrapolar con los polos montados en paralelo de dos en dos. En tal caso, la corriente no se reparte por igual encada polo, por lo que conviene aplicar al valor de la corriente térmica convencional del contactor un coeficiente de 1,6 enlugar de 2. La suma de las corrientes asignadas no debe superar la del contactor en categoría AC1.

Tensión Potenciatotal

Intensidad asignada Poder de corte

5763218I18I np =⋅=⋅=

Lamparaincandescencia

Alimentación lámparaentre fase y neutro

230 V

22kW A32

2303

22000

U3

PI ≈

⋅=

⋅=

A408

2

II

pc ==

Se puede utilizar un contactor LC1 D25 de 40 A en AC-1 para una temperatura ambiente de 40 °C (32 A ) y un poderasignado de corte de 450 A.Los fabricantes ofrecen unas tablas que permiten seleccionar el contactor directamente en función del número, tipo y

potencia unitaria de las lámparas. Para este caso, se debe aplicar un coeficiente de 1.2


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Control y protección (1/32)

Tubos fluorescentes

Funcionan con un balastro que absorbe una potencia adicional de aproximadamente 10 W. El factor de potencia seaproxima a 0,4 sin compensación y equivale a 0,9 con compensación. Como el condensador de compensación suele serreducido (< 10μF), no se tiene en cuenta para determinar el contactor.Para elegir el contactor de control es necesario calcular la corriente IB que absorben las lámparas (conjuntos de tubo +balastro) según:

– el catálogo del fabricante de las lámparas,

– o la relación( )

ϕ cosU

pPnIB

⋅

+⋅=

n = número de lámparas

P = potencia de cada lámparap = potencia del ballasto, es decir 10 W para P = 20 a 65 Wcosϕ = 0,4 sin compensación o 0,9 con compensación

El contactor se elige para que: IAC-1 a 55 °C ≥ IB/0,8

Tensión Potenciaunitaria

Intensidad totalabsorbida

Intensidad deSelección

Tubofluorescente

Alimentación lámparaentre fase y neutro

230 V

65 WMás balastro

75 W

( )

A419.0230

)1065(

65

3

22000

cosU

pPnIB

≈⋅

+

=

=⋅

+⋅=

ϕ

A518.0/IBI º551 AC ==−

Selección:LC1 D40

Al igual que en el caso anterior los fabricantes facilitan tablas para seleccionar el contactor en función del número de tubos aconectar . Se observa en estas que sin compensación, el número de lámparas que se pueden conectar al mismo contactores sensiblemente inferior.


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Lámparas de descarga

Funcionan con un balastro, un cebador y un condensador de compensación. Aunque el valor del condensador no suelerebasar 120μF, hay que tenerlo en cuenta para determinar el contactor.Para elegir el contactor hay que calcular la corriente IB absorbida por las lámparas (conjuntos lámpara + balastocompensado) según:

– el catálogo del fabricante de las lámparas,

– o la relación( )

ϕ cosU

pPnIB

⋅

+⋅=

n = número de lámparasP = potencia de cada lámparap = potencia del balasto = 0,03 Pcosϕ = 0,9

El contactor se elige para que: IAC-1 a 55 °C ≥ IB/0,6Es necesario ratificar la elección comprobando que el valor del condensador de compensación es compatible con elcontactor. Por ejemplo, la siguiente tabla, donde figuran las capacidades máximas que admiten los contactores deTelemecanique serie D:

tamaño delcontactor

D09/D12 D18 D25 D32 D40/D50 D65/D80/D95

condensador μF 18 25 60 96 60 240

Tensión Potenciaunitaria

Intensidad totalabsorbida

Intensidad deSelección

Tubo

fluorescente

Alimentación lámpara

entre fase y neutro230 V

1 kW

Más balastro1.03 kWPotencia

total:21 kW

( )

A359.0230

)301000(

kW1

3

kW21

cosU

pPn

IB

≈⋅

+=

=⋅

+⋅

= ϕ

A586.0/IBI º551 AC ==−

Selección:LC1 D50

Las tablas se definen para cada tipo de lámpara.Por ejemplo, para vapor de sodio de alta presión, con compensación en paralelo:


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Elección de un contactor para un circuito de calefacción

Un circuito de calefacción es un circuito terminal que alimenta uno o más elementos de calefacción resistentes controladoscon un contactor.

La variación de la resistencia entre los estados frío y caliente origina un pico de corriente que nunca sobrepasa 2 o 3 In enla puesta bajo tensión.

Normalmente, en este circuito no se producen sobreintensidades de corriente, por lo que basta con protegerlo contra loscortocircuitos utilizando, por ejemplo, cortacircuitos fusibles de clase Gg.

Esta aplicación pertenece a la categoría de empleo AC-1: control de hornos, regulación, calefacción industrial, secado,calefacción doméstica, piscinas, cubetas, etc. Requierepocos ciclos de maniobras.

Como el cosϕ se aproxima a 1, sólo hay que tener en cuenta la corriente térmica convencional. (Circuitos resistivos no haytransitorio de conexión)

Como en el caso anterior, si el circuito es monofásico se puede utilizar un contactor tetrapolar con los polos conectados en

paralelo de dos en dos.EjemploU = 400 V trifásicoP = 22 kWLa corriente absorbida por las resistencias es de:

A32230·3

22000

U··3

PI ≈==

Elegiremos un contactor con una corriente térmica convencional de este valor como mínimo en categoría AC-1 a55 °C, es decir, un contactor LC1 D25.Si, por ejemplo, la alimentación fuera monofásica y la corriente térmica idéntica, podríamos utilizar un contactortetrapolar conectando los polos en paralelo de dos en dos.En tal caso, habría que tener en cuenta una corriente de 32/1,6 = 20 A, lo que permitiría utilizar en la misma

categoría AC-1 un contactor LC1 D12, es decir, un contactor de calibre inferior.


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(Control y protección pág 38)

Elección de un contactor para un primario de transformador

Independientemente de la carga conectada en el secundario, el pico de corriente magnetizante (valor de cresta) que seproduce cuando se pone bajo tensión el primario de un transformador puede llegar a ser, durante la primera mitad de laonda del orden de 25 a 30 veces la corriente nominal. Es necesario tenerla en cuenta para establecer el calibre de losfusibles de protección y del contactor.

EjemploU = 400 V trifásicoPotencia del transformador = 22 kVACorriente nominal absorbida por el primario deltransformador:

A32230·3

22000

U··3

SI ≈==

Valor de la corriente de cresta de la primera mitad de onda:In · pico = 32 · 30 = 960 A.La corriente obtenida al multiplicar el poder asignado de cierre del contactor por √2 debe ser igual o superior a estevalor. Por lo tanto, se necesita un contactor con un poderasignado de cierre≥ 960/√2 = 679 A, es decir, un contactor LC1 D40 con un poder de cierre de 800 A.


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Elección de un contactor para acoplamiento de condensadores

Los condensadores, junto con los circuitos a cuyas bornas están conectados, forman circuitos oscilantes que, en elmomento de la conexión, pueden generar corrientes transitorias de fuerte intensidad (> 180 In) y de frecuencias elevadas(de 1 a 15 kHz).El acoplamiento de los condensadores utilizados para elevar el factor de potencia de una instalación presenta las siguientesparticularidades:

⇒ en la puesta bajo tensión los condensadores se encuentran completamente descargados, por lo que el único límite delpico de corriente, que corresponde a la corriente de cortocircuito, es la impedancia de la línea y/o del transformador.Este pico de corriente, muy breve pero muy intenso, es aún mayor cuando los condensadores ya están acoplados acausa de la descarga parcial de estos últimos.

Esto sucede, en concreto, cuando el factor de potencia se regula en cascada de forma automática, especialmentepara el último contactor. Cuando existe el riesgo de que el pico de corriente perturbe la línea de alimentación o

sobrepase el valor de la corriente de cresta que tolera el contactor, es necesario limitarla introduciendo en elcircuito inductancias (algunas espiras de cable de sección apropiada) o resistencias que después del pico se dejanfuera de servicio,

⇒ en régimen permanente, además de la corriente nominal absorbida por la batería, las corrientes armónicas circulandentro del circuito. Como el efecto de estas corrientes es esencialmente térmico, es necesario tenerlas en cuenta paraelegir el calibre del contactor,

⇒ para favorecer la descarga de los condensadores al desconectarlas y evitar oposiciones de fase durante lasoperaciones posteriores, en el momento en que se abre el contactor de línea se insertan automáticamente unasresistencias en las bornas de la batería que, además, garantizan la seguridad del personal, por lo que es necesariocomprobar el circuito periódicamente.

De acuerdo con las normas IEC 70, NF C 54-100, VDE 0560, el contactor de control debe podersoportar una corriente permanente igual a 1,43 veces la corriente nominal del escalón controlado.En la selección del contactor se ha de tener en cuenta el valor máximo de la intensidad en elcircuito. En el caso de que esta intensidad supere la admisible por el contactor tendremos queutilizar bobinas de choque en cada fase que limiten esta intensidad transitoria. Si lacompensación se realiza con un único contactor, la propia inductancia de la línea y eltransformador será suficiente. En el caso de que tengamos varios escalones, o se eligencondensadores específicos, o es necesario colocar inductancias de choque.

Estos contactores específicos están equipados con un bloque de contactos de paso de cierreanticipado y con resistencias de amortiguación, que limitan el valor de la corriente en la conexión

a 60 In como máximo. Limitando la corriente en la conexión se aumenta la durabilidad de todoslos componentes de la instalación, especialmente la de los fusibles y los condensadores. (Controly protección. Pág 1/38)

Ejemplo:Tensión Potencia total Intensidad asignada Corriente termica Contactor

1 ÚNICOESCALÓN DE

22kVAr

400V 22kVAr A32

2303

22000

U3

QI ≈

⋅=

⋅= AC1 con

A46I43.1I n =⋅= LC1 D40

Comprobar A2160Ip =


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4 ESCALONESDE 22kVAr

400V 4·22kVAr LC1 DPK12Control y potencia

Pág 1/38

Contactos de cierre anticipados. Funcionan

antes que el resto de los del contactor

Elección de un contactor para un motor asíncrono de jaula

Corte con motor lanzado

Esta es la aplicación más frecuente.El funcionamiento pertenece a la categoría de empleo AC-3.Esta aplicación puede tener un número elevado de ciclos de maniobras (1).No es necesario tener en cuenta el pico de corriente en el arranque, ya siempre es inferior al poder asignado de cierre delcontactor (2).Los contactores elegidos para estos servicios toleran sin peligro un deterioro del 0,5 % de los ciclos de maniobras con cortede motor calado: golpeteo (3), régimen AC-4 accidental.

EjemploU = 400 V trifásico

P = 22 kWl empleo = 42 AI cortada = 42 AEl contactor será un LC1 D50. Según la tabla de durabilidad en AC-3, este contactor puede realizar 1,7 millones deciclos de maniobras.

(1) En caso de arranques largos y reiterados, será necesario tener en cuenta el calentamiento térmico de los polos.(2) Las normas sobre contactores determinan el poder asignado de corte y de cierre de cada contactor en función de lacorriente asignada de empleo. Lo mismo sucede con los circuitos de carga para establecer la durabilidad eléctrica. Graciasa esta normalización, el usuario puede elegir fácilmente el calibre del contactor para las condiciones de utilización máshabituales.(3) Alimentación muy rápida del motor para realizar, por ejemplo, breves desplazamientos. El motor se separa de la reddurante el arranque, por lo que la corriente que hay que cortar es mayor que durante un corte con motor lanzado.


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Elección de un contactor para un motor asíncrono de jaula o de anillos Corte durante el arranque o el frenado

Las categorías de empleo correspondientes a los motores de anillos y de jaula son, respectivamente, AC-2 y AC-4.

Esta aplicación tiene un número elevado de ciclos de maniobras.

La corriente que hay que cortar es muy elevada. Con cada corte, el arco que se origina entre los contactos destruye unamínima parte del metal noble con el que están fabricados. El desgaste es más rápido que en la categoría AC-3.Para conseguir una mayor durabilidad (1) en función de la potencia cortada, hay que elegir un contactor de mayorcalibre.

EjemploU = 400 V trifásicaP = 22 kW

l de empleo = 42 AI cortada = 2,5 Ie, es decir, 105 A en AC-2 = 6 Ie, es decir, 252 A en AC-4.

Motor de jaula

La tabla de durabilidad eléctrica en AC-2 y AC-4 establece, para 1 millón de ciclos de maniobras y una corriente cortadade 252 A, un contactor LC1 F265. (Control y protección: pag 161)

Motor de anillos

En este caso, para 1 millón de ciclos de maniobras y una corriente cortada de 105 A, la misma tabla establece uncontactor LC1 F115 .

En la práctica, los motores nunca se utilizan en las condiciones de la categoría AC-4 que define la norma. En efecto, lasprincipales utilizaciones en estas condiciones difíciles se pueden descomponer en cortes, con una corriente media de 4 Ie yel resto en AC-3. Por otra parte, con 1.000 conmutaciones diarias durante 300 días al año hay que prever que seránecesario inspeccionarlos o sustituirlos sistemáticamente cada 3 años solamente. Todas estas observaciones, basadas enlas condiciones de empleo reales, demuestran que las elecciones anteriormente indicadas se refieren a condicionesextremas.


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Elección de un contactor para cortocircuitar automáticamente las resistencias rotóricas

U = 400 V trifásicaP = 22 kWVelocidad nominal = 1.000 rpmCorriente estatórica = 42 ATensión rotórica = 245 VCorriente rotórica = 56 APico de arranque = 2 InServicio permanenteNúmero de arranques/hora = 4, entre ellos 2 consecutivosNúmero de tiempos de arranque = 4Duración del arranque = 15 sCorriente térmica equivalente al rotor durante el arranqueLa corriente varía entre 1 y 2 In, es decir:I media = 1,5 In = 56 2 1,5 = 84 A

Arrancador rotórico de 4 tiempos y contactores de cortocircuitadotripolares

CONTACTOR ESTATÓRICOCorriente nominal= 42 A, categoría AC3⇒ LC1 50

CONTACTORES ROTÓRICOS

Corriente térmica equivalente al rotor durante el arranqueLa corriente varía entre 1 y 2 In, es decir:I media = 1,5 In = 56 2 1,5 = 84 A

Conectando los contactores en triángulo la corriente se reduce√3 veces: aproximadamente resulta un coeficiente de 1.4:

I = 84/1.4≈ 60 A

Tiempo en el que estarán conectados:Duración arranque 15 sSe admiten dos arranques consecutivos:

T = 15⋅2 = 30 s⇒ LC1 09

El último en cerrar se podría calcular para la intensidadnominal. En este caso no compensa ya que el de menor calibre

es de 76 A.


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C. Rotórico: 60 A (30s)

C. Estatórico: 42A

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Apuntes Mando Regulacion