Motores eléctricos de corriente alterna: funcionamiento, conexionado, arranque y protección

1. Receptores eléctricos y motores

Un receptor transforma la energía eléctrica en otra forma de energía: calor (resistencias), luz (lámparas) o movimiento (motores). El motor eléctrico transforma energía eléctrica en energía mecánica de rotación en su eje. En la industria y en los edificios públicos el motor más utilizado es el motor asíncrono o de inducción trifásico con rotor de jaula de ardilla, por ser robusto, barato y casi sin mantenimiento. Los receptores de alterna del tipo motor son inductivos: absorben potencia reactiva y trabajan con un factor de potencia (cos φ) menor que 1.

2. Constitución del motor asíncrono trifásico

2.1. Estator (parte fija)

• Carcasa: envolvente exterior, normalmente de fundición o aluminio, con aletas de refrigeración, patas o brida de fijación.

• Núcleo magnético: paquete de chapas de acero al silicio apiladas y aisladas entre sí (para reducir las pérdidas por corrientes parásitas), con ranuras interiores.

• Devanado estatórico: tres bobinados (uno por fase) alojados en las ranuras y desplazados 120° eléctricos entre sí. Sus seis extremos salen a la caja de bornes.

2.2. Rotor (parte giratoria)

Es un cilindro de chapas magnéticas montado sobre el eje. Hay dos tipos:

• Rotor de jaula de ardilla (cortocircuito): barras de aluminio o cobre alojadas en las ranuras y unidas en sus extremos por dos anillos de cortocircuito. No tiene conexión eléctrica exterior. Es el más común.

• Rotor bobinado (de anillos rozantes): lleva un devanado trifásico cuyos extremos se conectan a tres anillos sobre los que rozan escobillas; así se pueden intercalar resistencias rotóricas (reóstato) para arrancar o regular. Se usa en máquinas de arranque muy duro; necesita más mantenimiento.

2.3. Otros elementos

Entrehierro (pequeño espacio de aire entre estator y rotor), rodamientos, escudos o tapas, ventilador de refrigeración con su tapa cubreventilador, caja de bornes y placa de características.

3. Principio de funcionamiento

3.1. Campo magnético giratorio

Al alimentar los tres devanados del estator, desplazados 120° en el espacio, con un sistema trifásico de corrientes desfasadas 120° en el tiempo, se crea un campo magnético giratorio de valor constante que gira a la velocidad de sincronismo.

3.2. Velocidad de sincronismo

n_s = 60 · f / p

• n_s en revoluciones por minuto (rpm); f, frecuencia de la red en Hz; p, número de pares de polos.

Con la red de 50 Hz:

3.3. Inducción y par

El campo giratorio corta los conductores del rotor e induce en ellos corrientes (por eso se llama motor de inducción). Esas corrientes, dentro del campo magnético, producen fuerzas que hacen girar el rotor en el mismo sentido que el campo.

3.4. Deslizamiento

El rotor nunca alcanza la velocidad de sincronismo: si girase a la misma velocidad que el campo, no habría movimiento relativo, no se inducirían corrientes y no habría par. Por eso se llama asíncrono. La diferencia relativa entre ambas velocidades es el deslizamiento:

s = (n_s − n) / n_s, que suele expresarse en tanto por ciento.

Ejemplo: un motor de 4 polos cuya placa indica 1.440 rpm tiene s = (1.500 − 1.440) / 1.500 = 0,04 = 4 %. El deslizamiento aumenta con la carga; en vacío es muy pequeño. La frecuencia de las corrientes del rotor es f₂ = s · f.

3.5. Inversión del sentido de giro

El sentido de giro depende del orden de sucesión de las fases. Para invertirlo basta con intercambiar dos de las tres fases de alimentación. En los automatismos se hace con un inversor de dos contactores enclavados entre sí para que nunca puedan cerrarse a la vez (eso provocaría un cortocircuito entre fases).

4. Placa de características y potencia

4.1. Datos de la placa

• Tensiones, por ejemplo 230/400 V Δ/Y: el motor funciona en triángulo a 230 V entre fases y en estrella a 400 V entre fases.

• Potencia nominal en kW: es la potencia mecánica útil en el eje, no la que absorbe de la red.

• Intensidades nominales para cada tensión.

• Velocidad nominal (rpm) y frecuencia (Hz).

• Factor de potencia (cos φ) y, a menudo, rendimiento (η).

• Grado de protección IP, clase de aislamiento (por ejemplo F) y tipo de servicio (S1, servicio continuo).

4.2. Potencia absorbida, rendimiento e intensidad

• Potencia absorbida de la red: P_abs = √3 · U · I · cos φ (trifásico).

• Rendimiento: η = P_útil / P_abs (siempre menor que 1, por las pérdidas en el cobre, en el hierro y mecánicas).

• Intensidad: I = P_útil / (√3 · U · cos φ · η).

Ejemplo: motor de 5,5 kW, 400 V, cos φ = 0,85, η = 0,88.

I = 5.500 / (1,732 · 400 · 0,85 · 0,88) ≈ 5.500 / 518 ≈ 10,6 A.

5. Conexionado: estrella y triángulo

5.1. Marcado de bornes

Según la normativa internacional (IEC 60034-8), los principios de los tres devanados se marcan U1, V1, W1 y sus finales U2, V2, W2. En la caja de bornes se colocan en dos filas: la inferior U1 – V1 – W1 y la superior desplazada W2 – U2 – V2. Esta disposición permite hacer las dos conexiones con tres puentes (pletinas). La red (L1, L2, L3) se conecta siempre a U1, V1 y W1.

5.2. Conexión en estrella (Y)

Se unen los tres finales W2, U2 y V2 entre sí con puentes horizontales. Cada devanado queda sometido a la tensión de fase: U_devanado = U_red / √3. Un motor 230/400 V conectado en estrella a una red de 400 V recibe 230 V en cada bobinado.

5.3. Conexión en triángulo (Δ)

Se unen con puentes verticales: U1 con W2, V1 con U2 y W1 con V2. Cada devanado queda sometido a la tensión de línea. Un motor 230/400 V solo puede conectarse en triángulo a una red de 230 V entre fases.

5.4. Regla práctica

La tensión menor de la placa es la que soporta cada devanado. En una red de 230/400 V:

• Motor 230/400 V → se conecta en estrella (y no admite arranque estrella-triángulo).

• Motor 400/690 V → se conecta en triángulo y sí admite arranque estrella-triángulo.

Conectar en triángulo a 400 V un motor de 230/400 V somete sus devanados a √3 veces su tensión y lo quema.

6. Motores monofásicos

6.1. Problema del arranque

Un único devanado alimentado con corriente monofásica crea un campo pulsante, no giratorio, por lo que el motor no tiene par de arranque: una vez lanzado sigue girando, pero no arranca solo. Para arrancarlo se crea un campo giratorio con un devanado auxiliar desplazado 90° eléctricos respecto al principal, cuya corriente se desfasa con un condensador.

6.2. Tipos

• Con condensador de arranque: el condensador y el devanado auxiliar solo actúan durante el arranque y luego se desconectan mediante un interruptor centrífugo (o relé). Buen par de arranque (compresores, bombas).

• Con condensador permanente: el condensador queda siempre conectado. Funcionamiento suave y par de arranque moderado (ventiladores, bombas de circulación).

• Con dos condensadores: uno de arranque y otro permanente.

• De espira de sombra (polos sombreados): muy sencillo y de poca potencia y rendimiento (pequeños ventiladores, extractores).

• Universal: con colector y escobillas, funciona en continua y en alterna, alcanza altas velocidades (taladros, amoladoras, aspiradoras).

6.3. Inversión de giro

En un motor monofásico de condensador se invierte el giro intercambiando los extremos de uno de los dos devanados (principal o auxiliar) respecto al otro.

7. Sistemas de arranque

7.1. La punta de arranque

En el arranque el motor absorbe una corriente muy superior a la nominal, del orden de 5 a 8 veces la intensidad nominal en arranque directo. Esta punta puede provocar caídas de tensión que afectan a otros receptores. La ITC-BT-47 obliga a limitar la corriente de arranque cuando pueda perjudicar a la instalación o perturbar a otros receptores, y para los motores de más de 0,75 kW fija una relación máxima entre la corriente de arranque y la de plena carga que disminuye con la potencia:

La empresa distribuidora puede prescindir de estos límites si las corrientes de arranque no perturban su red.

7.2. Arranque directo

El motor se conecta directamente a la red con un contactor (o un guardamotor). Es el más sencillo y barato y da el par de arranque máximo, pero también la punta de corriente máxima. Se reserva para motores de pequeña potencia o cuando la red lo admite.

7.3. Arranque estrella-triángulo

Se arranca el motor en estrella y, cuando se acerca a su velocidad nominal, se pasa a triángulo. Necesita un motor con los seis bornes accesibles y cuya tensión en triángulo sea la de la red (motor 400/690 V en red de 400 V). En estrella cada devanado recibe la tensión de red dividida por √3, de modo que la corriente y el par de arranque se reducen a un tercio de los del arranque directo. Inconvenientes: par de arranque bajo (no sirve para cargas que arrancan con mucho par) y una punta transitoria en el paso de estrella a triángulo. Se realiza con tres contactores (línea, estrella y triángulo, estos dos enclavados) y un temporizador.

7.4. Otros arranques clásicos

• Por resistencias o reactancias estatóricas: se intercalan en serie con el estator durante el arranque.

• Por autotransformador: se alimenta el motor a tensión reducida mediante un autotransformador.

• Por resistencias rotóricas: solo en motores de rotor bobinado; se eliminan escalonadamente según el motor acelera. Da par alto con corriente reducida.

7.5. Arrancador suave (electrónico)

Utiliza tiristores en antiparalelo que aumentan progresivamente la tensión aplicada al motor siguiendo una rampa ajustable, y permiten también la parada suave (útil en bombas para evitar el golpe de ariete). Reduce la punta de corriente y los esfuerzos mecánicos. No regula la velocidad en régimen permanente; al terminar el arranque suele puentearse con un contactor (bypass).

7.6. Variador de frecuencia

Convierte la red alterna en continua (rectificador), la filtra (bus de continua) y vuelve a generar alterna (ondulador o inversor con transistores IGBT) de frecuencia y tensión variables. Como la velocidad depende de la frecuencia (n_s = 60 · f / p), permite regular la velocidad de forma continua, arrancar con una corriente próxima a la nominal, frenar e invertir el giro, y ahorrar energía en bombas y ventiladores. Mantiene aproximadamente constante la relación tensión/frecuencia (U/f). Genera armónicos, que pueden requerir filtros.

8. Protección de los motores

8.1. Exigencias de la ITC-BT-47

• Los conductores que alimentan un solo motor se dimensionan para el 125 % de la intensidad a plena carga del motor.

• Si alimentan varios motores: 125 % de la intensidad del motor de mayor potencia más el 100 % de la de los demás.

• Los motores deben protegerse contra cortocircuitos y contra sobrecargas en todas sus fases; en los trifásicos, la protección contra sobrecargas debe cubrir también la falta de tensión en una fase.

• Con arranque estrella-triángulo, la protección debe quedar asegurada tanto en estrella como en triángulo.

• Deben protegerse contra la falta de tensión cuando el rearranque espontáneo al volver la tensión pueda provocar accidentes o dañar el motor.

8.2. Fusibles

Para motores se usan fusibles de tipo aM (acompañamiento de motor), que soportan la punta de arranque y protegen solo contra cortocircuitos; la sobrecarga la vigila el relé térmico.

8.3. Relé térmico

Protege contra sobrecargas y falta de fase. Lleva una lámina bimetálica por fase que se calienta con la corriente del motor y se curva; si la corriente supera el valor ajustado durante cierto tiempo, el relé abre su contacto auxiliar y desconecta la bobina del contactor.

• Se ajusta a la intensidad nominal del motor que indica la placa.

• No corta el circuito de potencia él mismo: actúa a través del contactor. Sus contactos auxiliares se marcan 95-96 (cerrado) y 97-98 (abierto).

• No protege contra cortocircuitos: necesita aguas arriba fusibles o un interruptor automático.

• Puede rearmarse en modo manual o automático.

• La norma UNE-EN 60947-4-1 fija que, partiendo en frío, a 1,05 veces la corriente de ajuste no debe disparar en menos de 2 horas, y que al pasar a 1,2 veces debe disparar en menos de 2 horas.

• La clase de disparo indica el tiempo máximo de disparo a 7,2 veces la corriente de ajuste, partiendo en frío: clase 10A entre 2 y 10 s; clase 10 entre 4 y 10 s; clase 20 entre 6 y 20 s; clase 30 entre 9 y 30 s. Las clases altas se eligen para motores de arranque largo (gran inercia).

• En el arranque estrella-triángulo, el ajuste depende de dónde se coloque el relé: si lo recorre la corriente de línea, se ajusta a I_n; si lo recorre la corriente de cada devanado (en la rama del triángulo), se ajusta a I_n / √3 ≈ 0,58 · I_n.

8.4. Guardamotor

Es un interruptor automático específico para motores que reúne en un solo aparato:

• Protección térmica regulable contra sobrecargas (y sensible a la falta de fase), que se ajusta a la intensidad nominal del motor.

• Protección magnética contra cortocircuitos, con un umbral elevado para no disparar con la punta de arranque.

• Maniobra manual (marcha-paro) y función de seccionamiento.

Puede usarse solo, para arranque directo manual, o combinado con un contactor cuando se necesita mando a distancia o automático. Admite contactos auxiliares y bobinas de disparo (de mínima tensión, por ejemplo, para cumplir la protección contra la falta de tensión).

8.5. Otras protecciones

Sondas de temperatura (termistores PTC) en los devanados con su relé, para motores con riesgo de calentamiento aunque la corriente sea normal (ventilación deficiente, arranques frecuentes); relés de control de fases (falta, secuencia o asimetría); y protección diferencial contra contactos indirectos.

Lo esencial para el examen

• Motor asíncrono trifásico: estator con tres devanados a 120° y rotor de jaula de ardilla (barras y anillos de cortocircuito) o bobinado (anillos rozantes, escobillas y reóstato).

• Velocidad de sincronismo n_s = 60 · f / p; a 50 Hz: 2 polos 3.000 rpm, 4 polos 1.500 rpm, 6 polos 1.000 rpm, 8 polos 750 rpm.

• Deslizamiento s = (n_s − n) / n_s; el rotor nunca alcanza el sincronismo (por eso es asíncrono).

• Inversión de giro en trifásico: intercambiar dos fases.

• Bornes: principios U1 V1 W1 (a la red) y finales U2 V2 W2, colocados en la caja como W2 U2 V2 sobre U1 V1 W1.

• Estrella: puentes horizontales uniendo W2-U2-V2. Triángulo: puentes verticales U1-W2, V1-U2, W1-V2.

• Motor 230/400 V en red de 400 V → estrella; motor 400/690 V en red de 400 V → triángulo y admite arranque estrella-triángulo.

• La potencia de placa es la potencia útil en el eje; P_abs = √3 · U · I · cos φ; η = P_útil / P_abs.

• Arranque directo: punta de 5 a 8 veces I_n. Estrella-triángulo: corriente y par reducidos a un tercio.

• Arrancador suave: tiristores y rampa de tensión; variador de frecuencia: rectificador, bus de continua e inversor, regula la velocidad variando f (y U/f constante).

• Monofásico: sin par de arranque propio; se arranca con devanado auxiliar y condensador; interruptor centrífugo en el de condensador de arranque.

• ITC-BT-47: conductores al 125 % de la intensidad del motor; varios motores: 125 % del mayor + el resto; protección contra sobrecarga en todas las fases (incluida la falta de fase) y contra falta de tensión.

• Relé térmico: bimetal, ajustado a I_n, actúa sobre el contactor (contactos 95-96 NC y 97-98 NA), no protege contra cortocircuito; clase 10 dispara entre 4 y 10 s a 7,2 · I_r.

• Guardamotor: protección térmica regulable + magnética y maniobra manual en un solo aparato.

• Fusibles para motor: tipo aM.

Automatismos eléctricos cableados

1. Concepto de automatismo cableado

1.1. Lógica cableada y lógica programada

Un automatismo es un conjunto de aparatos que gobierna una máquina o una instalación sin intervención continua de una persona: arranca y para motores, invierte su giro, enciende alumbrados, abre puertas, etc.

• En la lógica cableada, la función se consigue con aparatos electromecánicos (contactores, relés, temporizadores, pulsadores, finales de carrera) unidos por cables. Para cambiar el funcionamiento hay que cambiar el cableado.

• En la lógica programada, la función la realiza un autómata programable o un relé programable; para cambiarla basta con modificar el programa.

La lógica cableada sigue siendo la base de los cuadros de maniobra sencillos y de los circuitos de seguridad, y es la que hay que saber leer y montar.

1.2. Circuito de fuerza y circuito de mando

Todo automatismo tiene dos partes que se dibujan por separado:

2. Aparamenta de maniobra y protección

2.1. El contactor

El contactor es un aparato de maniobra accionado a distancia por un electroimán, capaz de establecer, soportar e interrumpir corrientes en condiciones normales, incluidas las de sobrecarga de servicio. Tiene una sola posición de reposo: mientras su bobina recibe tensión permanece cerrado (contactos abiertos se cierran y cerrados se abren); al quitarle tensión, un resorte lo devuelve al reposo.

Partes principales:

• Electroimán: bobina, núcleo fijo y armadura móvil. En los de corriente alterna el núcleo lleva una espira de sombra (de cortocircuito) que evita la vibración del electroimán en los pasos por cero de la corriente.

• Contactos principales (polos): conectan el receptor en el circuito de fuerza; están dimensionados para la corriente de la carga y disponen de cámaras apagachispas.

• Contactos auxiliares: de poco calibre, se usan en el circuito de mando (autoenclavamiento, enclavamientos, señalización). Pueden ir incorporados o en bloques aditivos acoplados al frontal o al lateral.

Categorías de empleo (UNE-EN 60947-4-1): indican el tipo de carga para la que se elige el contactor, porque la misma corriente es más o menos exigente según la carga.

Un contactor tiene una corriente asignada en AC-1 mayor que en AC-3; para mandar un motor debe elegirse por su valor en AC-3 (o AC-4 si trabaja a impulsos), nunca por el de AC-1.

2.2. Relés auxiliares

El relé auxiliar (contactor auxiliar) funciona igual que un contactor, pero solo tiene contactos de poco calibre y trabaja únicamente en el circuito de mando: multiplica contactos, separa circuitos de distinta tensión, memoriza órdenes o realiza funciones lógicas. Muchos relés llevan contactos conmutados (un común con un contacto cerrado y otro abierto).

2.3. Temporizadores

Un temporizador cambia el estado de sus contactos un tiempo regulable después de recibir (o de perder) la orden. Pueden ser bloques temporizados que se acoplan a un contactor, o relés temporizadores electrónicos independientes.

• Temporizador a la conexión (retardo a la excitación): al dar tensión a la bobina empieza a contar; cuando transcurre el tiempo, sus contactos temporizados cambian. Al quitar la tensión vuelven al reposo instantáneamente. Si se quita la tensión antes de cumplir el tiempo, no se produce ningún cambio.

• Temporizador a la desconexión (retardo a la desexcitación): al dar tensión, sus contactos cambian al instante; al quitarla empieza a contar y, cumplido el tiempo, vuelven al reposo.

• Otras funciones de los relés electrónicos: intermitente (abre y cierra cíclicamente), impulso a la conexión y estrella-triángulo (dos salidas con una pequeña pausa de unas decenas de milisegundos entre la desconexión de una y la conexión de la otra, para que no coincidan).

2.4. Relé térmico

El relé térmico protege al motor contra sobrecargas. Sus elementos sensibles (bimetales) se calientan con la corriente del motor; si esta supera durante cierto tiempo la intensidad a la que está regulado, el relé dispara y abre su contacto auxiliar cerrado, que corta el circuito de mando y desconecta el contactor. No protege contra cortocircuitos, que corresponden a los fusibles o al interruptor automático. Su estudio detallado, junto con el guardamotor, corresponde al tema de motores.

2.5. Pulsadores

El pulsador es un aparato de mando manual que cambia el estado de su contacto mientras se presiona y vuelve al reposo por un resorte al soltarlo.

• Pulsador de marcha: contacto normalmente abierto (NA).

• Pulsador de paro: contacto normalmente cerrado (NC).

• Pulsador doble: lleva un contacto NA y otro NC accionados a la vez.

• Pulsador de parada de emergencia (de seta): contacto NC que queda enclavado al pulsarlo; solo se desenclava con una acción deliberada (girar, tirar o con llave).

Colores de los pulsadores según la UNE-EN 60204-1 (equipo eléctrico de las máquinas):

Si se usa el mismo color (blanco, gris o negro) para funciones distintas, deben distinguirse por otro medio: forma, posición o símbolo. En muchas instalaciones antiguas y en la práctica docente aún se ve verde para marcha y rojo para paro, combinación que la norma admite.

Para los pilotos de señalización se usan: rojo (emergencia), amarillo (situación anormal), azul (acción obligatoria del operador), verde (situación normal) y blanco (significado neutro).

2.6. Finales de carrera

El final de carrera (interruptor de posición) es un aparato de mando accionado mecánicamente por la propia máquina al llegar a una posición: un carro, una puerta, una leva. Su cabeza puede ser de palanca con roldana, de varilla o de pulsador, y suele llevar un contacto NA y otro NC. Se usa para detener un movimiento al final de su recorrido, invertirlo o confirmar una posición. Para funciones de seguridad se emplean finales de carrera de maniobra positiva de apertura, en los que el contacto NC se abre de forma forzada aunque esté soldado. Cuando no puede haber contacto físico se emplean detectores (inductivos, capacitivos, fotoeléctricos).

3. Marcado de bornes

El marcado de bornes de contactores y relés sigue la serie UNE-EN 60947.

3.1. Bobinas

La bobina se marca A1-A2 (en corriente continua, A1 es el positivo).

3.2. Contactos principales

Se marcan con una cifra: los impares son la entrada y los pares la salida: 1-2, 3-4, 5-6 (en algunos aparatos, 1/L1-2/T1, 3/L2-4/T2 y 5/L3-6/T3).

3.3. Contactos auxiliares

Se marcan con dos cifras:

• La cifra de las decenas es el número de orden del contacto en el aparato (1, 2, 3…).

• La cifra de las unidades es la cifra de función:

Ejemplos: 13-14 es el primer contacto, NA; 21-22 es el segundo, NC; 33-34 el tercero, NA; 41-42 el cuarto, NC.

3.4. Contactos temporizados y de protección

La norma fija la cifra de función (5-6 y 7-8 para los contactos temporizados); las decenas 5 y 6 de los bloques temporizados son la numeración habitual de los fabricantes:

• Bloque temporizado a la conexión: 55-56 (NC que se abre al cumplirse el tiempo) y 67-68 (NA que se cierra al cumplirse el tiempo).

• Bloque temporizado a la desconexión: 57-58 (NA) y 65-66 (NC).

• Relé temporizador electrónico con contacto conmutado: 15 (común), 16 (contacto cerrado en reposo) y 18 (contacto abierto en reposo).

• Relé térmico: 95-96 (NC, el que corta el mando) y 97-98 (NA, para señalizar el disparo). Sus bornes de potencia siguen el marcado de los principales (salida 2/T1, 4/T2, 6/T3).

• Relé de uso general con contacto conmutado: 11 (común), 12 (NC) y 14 (NA).

4. Identificación de los aparatos en los esquemas

Cada aparato se identifica con una o dos letras y un número de orden. La primera letra indica la clase de aparato y la segunda, si la hay, su función:

La letra K agrupa relés y contactores; S, los aparatos de mando manual o mecánico. Todos los contactos de un mismo aparato llevan su misma referencia (los contactos 13-14 y 21-22 de KM1 se rotulan KM1, aunque estén dibujados lejos de su bobina). La normativa más reciente de designación (UNE-EN IEC 81346-2) agrupa las letras de otra forma, pero las referencias de la tabla son las más extendidas en los esquemas de automatismos.

5. Esquemas de automatismos

5.1. Tipos de esquema

• Esquema de fuerza: dibuja el recorrido de la energía desde la red al receptor. Puede ser unifilar (un solo trazo representa varios conductores) o multifilar (cada conductor con su línea).

• Esquema de mando desarrollado: dibuja cada circuito de mando entre dos líneas horizontales o verticales que representan la alimentación (fase o L arriba, neutro o N abajo, o L1 y L2), con los contactos en la parte superior y las bobinas en la parte inferior, conectadas al conductor común.

• Esquema de conexiones o de cableado: muestra la posición real de los bornes y los cables, para montar el cuadro.

5.2. Reglas para leer un esquema

1. Los aparatos se dibujan en reposo: sin tensión en las bobinas y sin accionar los pulsadores ni los finales de carrera. Un contacto NA dibujado abierto se cerrará al excitarse su bobina o al pulsarlo.

2. Se sigue cada rama de arriba abajo (de la alimentación a la bobina) y las ramas de izquierda a derecha, numeradas para poder citarlas.

3. Para saber qué hace una bobina, se buscan todos sus contactos por su referencia, en el esquema de mando y en el de fuerza; muchos esquemas indican debajo de cada bobina en qué ramas están sus contactos (referencias cruzadas).

4. Contactos en serie equivalen a una función Y (todos deben estar cerrados); contactos en paralelo, a una función O (basta uno).

6. Circuitos básicos de mando

6.1. Marcha-paro con autoenclavamiento (realimentación)

Rama de mando, en serie desde la fase: contacto 95-96 del relé térmico → pulsador de paro SB1 (NC) → pulsador de marcha SB2 (NA) con el contacto 13-14 de KM1 en paralelo → bobina KM1 (A1-A2) → neutro.

Funcionamiento:

• Al pulsar SB2, la bobina KM1 se excita, se cierran sus contactos principales (arranca el motor) y su contacto auxiliar 13-14, que queda en paralelo con SB2.

• Al soltar SB2, la bobina sigue alimentada a través de 13-14: es el autoenclavamiento o realimentación (el contactor «se mantiene» por su propio contacto).

• Al pulsar SB1 (o al disparar el relé térmico, que abre 95-96), se corta la alimentación de la bobina, el contactor cae y se abre 13-14: el motor se para y no vuelve a arrancar aunque se suelte SB1.

• Si se pulsan a la vez marcha y paro, prevalece el paro, porque SB1 está en serie con todo el circuito. Tras un corte de la red, el motor no rearranca solo al volver la tensión, porque el autoenclavamiento se ha perdido.

Mando desde varios puntos: los pulsadores de paro (NC) se conectan en serie y los de marcha (NA) en paralelo.

6.2. Enclavamientos

Un enclavamiento impide que dos contactores funcionen a la vez cuando eso provocaría un cortocircuito o una maniobra peligrosa (por ejemplo, los dos sentidos de giro).

• Enclavamiento eléctrico: un contacto NC de cada contactor se coloca en serie con la bobina del otro (21-22 de KM2 en la rama de KM1 y 21-22 de KM1 en la de KM2). Mientras uno esté excitado, el otro no puede excitarse.

• Enclavamiento por pulsadores: con pulsadores dobles, el NC de cada pulsador de marcha se intercala en la rama del contactor contrario.

• Enclavamiento mecánico: un dispositivo mecánico une los dos contactores e impide que ambos se cierren a la vez, aunque falle el eléctrico. En los inversores se recomienda usar el eléctrico y el mecánico juntos.

6.3. Inversor de giro de un motor trifásico

Para invertir el sentido de giro de un motor trifásico se intercambian dos fases de su alimentación.

• Fuerza: KM1 conecta L1-L2-L3 al motor en el orden normal; KM2 conecta las mismas fases con dos de ellas cruzadas (por ejemplo, L1 y L3). Un solo relé térmico protege al motor en ambos sentidos.

• Mando: dos ramas marcha-paro con autoenclavamiento (SB2 para un sentido con KM1, SB3 para el otro con KM2), un paro común SB1, y enclavamiento entre KM1 y KM2.

• Si el mando solo tiene enclavamiento eléctrico, para cambiar de sentido hay que pulsar paro antes; con pulsadores dobles puede pasarse de un sentido a otro directamente, aunque el motor sufre una inversión brusca (servicio AC-4).

6.4. Arranque estrella-triángulo automático

Sirve para reducir la corriente de arranque de un motor de jaula: se arranca en estrella y, pasado un tiempo, se pasa a triángulo. El motor debe poder funcionar en triángulo a la tensión de línea de la red (en una red de 400 V, un motor de 400/690 V). Sus fundamentos se estudian en el tema de motores; aquí interesa el automatismo.

• Fuerza: KM1 (contactor de línea) alimenta U1-V1-W1; KM2 (estrella) une entre sí W2-U2-V2; KM3 (triángulo) conecta W2-U2-V2 a las fases de modo que queden U1-W2, V1-U2 y W1-V2 unidos. El relé térmico va en la línea de KM1 o en el circuito de fases del motor.

• Mando: al pulsar marcha se excitan KM1 y KM2 (estrella) y el temporizador KT a la conexión. Cumplido el tiempo, un contacto temporizado NC (55-56) de KT desexcita KM2 y uno NA (67-68) excita KM3 (triángulo).

• Enclavamiento obligado entre KM2 y KM3 (eléctrico y, si es posible, mecánico): si se cerraran juntos habría un cortocircuito. Un relé temporizador específico de estrella-triángulo deja una pequeña pausa entre la apertura de la estrella y el cierre del triángulo.

Lo esencial para el examen

• Fuerza = receptor y contactos principales; mando = bobinas, pulsadores, contactos auxiliares.

• Bobina: A1-A2. Contactos principales: 1-2, 3-4, 5-6 (impar entrada, par salida).

• Auxiliares: decena = orden; unidad = función: 1-2 NC, 3-4 NA, 5-6 NC especial/temporizado, 7-8 NA especial/temporizado. 13-14 NA, 21-22 NC.

• Temporizado a la conexión: 55-56 NC y 67-68 NA; a la desconexión: 57-58 NA y 65-66 NC; relé conmutado 15-16-18.

• Relé térmico: 95-96 NC (corta el mando) y 97-98 NA (señaliza).

• AC-1 cargas resistivas; AC-3 motores de jaula (arranque y paro en marcha); AC-4 impulsos, contracorriente e inversión.

• Temporizador a la conexión: cuenta al excitarse; a la desconexión: cuenta al desexcitarse.

• Autoenclavamiento: contacto NA (13-14) del contactor en paralelo con el pulsador de marcha.

• Varios puntos de mando: paros en serie, marchas en paralelo; prevalece el paro.

• Enclavamiento eléctrico: NC de un contactor en serie con la bobina del otro.

• Inversión de giro: intercambiar dos fases.

• Estrella-triángulo: KM1 línea, KM2 estrella, KM3 triángulo, KT; KM2 y KM3 nunca a la vez.

• Letras: KM contactor, KA relé auxiliar, KT temporizador, SB pulsador, SQ final de carrera, F protección, Q aparato de potencia.

• Colores (UNE-EN 60204-1): marcha blanco preferente, nunca rojo; paro negro preferente, nunca verde; emergencia rojo sobre amarillo.

• Los esquemas se dibujan con los aparatos en reposo.