- El
contactor - Elementos de
protección - Motor
trifásico - Circuito integrado lm
555 - Flip-flops
- Conclusiones
MARCO TEORICO
El contactor es un interruptor accionado a distancia por
medio de un electroimán.
Partes del contactor:
Carcaza:
Es el soporte fabricado en material no conductor, con un
alto grado de rigidez y rigidez al calor, sobre
el cual se fijan todos los componentes conductores del
contactor.
Electroimán:
Es el elemento motor del
contactor. Esta compuesto por una serie de elementos cuya
finalidad es transformar la energía
eléctrica en magnetismo,
generando un campo
magnético muy intenso, el cual a su vez
producirá un movimiento
mecánico.
Bobina:
Es un arrollamiento de alambre de cobre muy
delgado y un gran numero de espiras, que al aplicársele
tensión genera un campo
magnético.
El flujo magnético produce un
electromagnético, superior al par resistente de los
muelles (resortes) que separan la armadura del núcleo, de
manera que estas dos partes pueden juntarse
estrechamente.
Cuando una bobina se energía con A.C la
intensidad absorbida por esta, denominada corriente de llamada,
es relativamente elevada, debido a que en el circuito
prácticamente solo se tiene la resistencia del
conductor. Esta corriente elevada genera un campo
magnético intenso, de manera que el núcleo puede
atraer a la armadura, a pesar del gran entrehierro y la resistencia
mecánica del resorte o muelle que los
mantiene separados en estado de
reposo. Una vez que se cierra el circuito magnético, al
juntarse el núcleo con la armadura, aumenta la impedancia
de la bobina, de tal manera que la corriente de llamada se reduce
considerablemente, obteniendo de esta manera una corriente de
mantenimiento
o trabajo mucho más baja.
Núcleo:
Es una parte metálica, de material
ferromagnetico, generalmente en forma de E, que va fijo en la
carcaza. Su función es
concentrar y aumentar el flujo magnético que genera la
bobina (colocada en la columna central del núcleo), para
atraer con mayor eficiencia la
armadura.
Armadura:
Elemento móvil, cuya construcción se parece a la del
núcleo, pero sin espiras de sombra, Su función es
cerrar el circuito magnético una vez energizada la bobina,
ya que en este estado de
reposo debe estar separado del núcleo, por acción
de un muelle. Este espacio de separación se denomina entre
hierro o cota
de llamada.
Las características del muelle permiten que,
tanto el cierre como la apertura del circuito magnético,
se realizan en forma muy rápida (solo unos 10
milisegundos). Cuando el par resistente del muelle es mayor que
el par electromagnético, el núcleo no lograra
atraer la armadura o lo hará con mucha dificultad. Por el
contrario, si el par resistente del muelle es demasiado
débil, la separación de la armadura no se
producirá con la rapidez necesaria.
Contactos:
Son elementos conductores que tienen por objeto
establecer o interrumpir el paso de corriente, tanto en el
circuito de potencia como en
circuito de mando, tan pronto se energice la bobina, por lo que
se denominan contactos instantáneos.
Todo contacto esta compuesto por tres elementos: dos
partes fijas ubicadas en la coraza y una parte móvil
colocada en la armadura, para establecer o interrumpir el de la
corriente entre las partes fijas. El contacto móvil lleva
un resorte que grantiza la presión y
por consiguiente la unión de las tres partes.
Contactos principales: Su función especifica es
establecer o interrumpir el circuito principal, permitiendo o no
que la corriente se transporte
desde la red a la
carga.
Contactos auxiliares. Contactos cuya función
especifica es permitir o interrumpir el paso de la corriente a
las bobinas de los contactares o los elementos de
señalización, por lo cual están
dimencionados únicamente para intensidades muy
pequeñas.
Son dispositivos cuya finalidad es proteger una carga.
Se dice que un conductor o un motor
están sobrecargados cuando la corriente que circula por
ellos es superior al valor para el
cual fueron diseñados.
Relés térmicos:
Son elementos de protección únicamente
contra sobrecargas, cuyo principio de funcionamiento se basa en
la deformación de ciertos elementos (bimetales) bajo el
efecto del calor, para
accionar, cuando este alcanza ciertos valores, unos
contactos auxiliares que desenergicen todo el circuito y
energicen al mismo tiempo un
elemento de señalización.
El bimetal esta formado por dos metales de
diferente coeficiente debilitación y unidos firmemente
entre sí, regularmente mediante soldadura de
punto. El calor necesario para curvar o reflexionar la lamina
bimetalica es producida por una resistencia, arrollada alrededor
del bimetal, que esta cubierto con un material de asbesto, a
través de la cual circula la corriente que va de la
red al motor. Se
ubica en el circuito de potencia.
Los bimetales comienzan a curvarse cuando la corriente
sobrepasa el valor nominal
para el cual han sido dimencionados, empujando una placa de fibra
hasta que se produce el cambio de
estado de los contactos auxiliares que lleva. El tiempo de
desconexión depende de la intensidad de la corriente que
circule por las resistencias.
El motor trifasico se compone fundamentalmente de un
rotor y un estator. Ambas partes están formadas por un
gran numero de laminas ferromagneticas, que disponen de ranuras,
en las cuales se alojan los devanados estatoricos y rotoricos
respectivamente. Al alimentar el bobinado trifasico del estator,
con un sistema de
tensiones trifasicas, se crea un campo magnético
giratorio, el cual induce en las espiras del rotor una fuera
electromagnética, y como todas las espiras forman un
circuito cerrado, circula por ellas una corriente, obligando al
rotor a girar en el mismo sentido que el campo giratorio del
estator.
Partes del motor giratorio:
– Estator:
Es la parte fija del motor y se compone de:
Carcaza: Parte que sirve de soporte al
núcleo magnético. Se construye con hierro fundido
o acero
laminado.
Núcleo Magnético: Es un apilado de
laminas ferromagneticas de pequeño espesor, aisladas entre
si por medio de barnices.
Bobinado estatorico: Bobinas que tienen la
función de producir el campo magnético.
Están alojadas en las ranuras (abiertas o semicerradas)
que tienen el núcleo.
Barnera: Conjunto de bornes situado en la parte
frontal de la carcaza, que sirve para conectar la red a los
terminales del bobinado estatorico. Los bornes a los cuales se
conectan los principios de las
bobinas, se identifican en la actualidad normalmente con U1, V1,
W1 y los finales U2, V2 y W2.
- Rotor:
Básicamente esta formado por un eje y un paquete
de laminas ferromagneticas, que llevan en la periferia unas
ranuras para alojar las bobinas rotoricas.
Los extremos del eje se introducen en unos bujes o
rodamientos, que deben ofrecer el mínimo de rozamiento, de
modo que no influyan para producir un aumento de la corriente
absorbida por el motor.
Según se coloquen los conductores del rotor, en
cortocircuito coformando un bobinado, tenemos dos tipos de
motores
asincronos: motores con rotor
bobinado y el que utilizamos en nuestro laboratorio
motor con rotor en cortocircuito o jaula de ardilla.
Motores con rotor jaula de ardilla:
Son aquellos cuyo rotor esta integrado por un paquete de
laminas ferromagneticas de espesores muy pequeños,
aislados entre sí. Este conjunto se comprime y se encaja
en el eje, haciendo tope sobre unas hendiduras que lleva, de
forma que no pueden salirse.
El bobinado del rotor esta formado por un conjunto de
conductores desnudos, de cobre o
aluminio, y
puestos en cortocircuito, al soldarlos a dos anillos frontales
del mismo material. Por el parecido que tienen con una jaula de
ardilla recibe ese nombre.
Cuando se energizan estos motores absorben una corriente
muy grande, pudiendo provocar, si la línea de alimentación es
insuficiente, una caída de tensión apreciable,
capaz de producir perturbaciones en otros receptores y aparatos
de iluminación, por lo cual, cuando superen
cierta potencia, el arranque ya no debe ser directo.
El 555 es un circuito integrado que incorpora dentro de
si dos comparadores de voltaje, un flip flop, una etapa de salida
de corriente, divisor de voltaje resistor y un transistor de
descarga. Dependiendo de como se interconecten estas funciones
utilizando componentes externos es posible conseguir que dicho
circuito realiza un gran numero de funciones tales
como la del multivibrador astable y la del circuito
monoestable.
Este integrado se puede aplicar a diversas aplicaciones,
tales como:
· Control de
sistemas
secuenciales
· Generación de tiempos de
retraso
· Divisor de frecuencias
· Modulación
por anchura de pulsos
· Repetición de pulsos
· Generación de pulsos controlados por
tensión, etc.
Algunas especificaciones que se deben de considerar
cuando se use el 555 son:
· El valor del capacitor externo contiene
únicamente las limitaciones proporcionadas por su
fabricante.
· La temperatura
máxima que soporta cuando se están soldando sus
terminales es de 330 centígrados durante 19
segundos.
· La disipación de potencia o
transferencia de energía que se pierde en la terminal de
salida por medio de calor es de 600 mW.
Diagrama interno del CI 555 y
funcionamiento:
Se alimenta de una fuente externa conectada entre sus
terminales (8) positiva y (1) tierra; el
valor de la fuente de alimentación se
extiende desde 4.5 Volts hasta 16.0 Volts de corriente continua,
la misma fuente exterior se conecta a un circuito pasivo RC
exterior, que proporciona por medio de la descarga de su
capacitor una señal de voltaje que esta en función
del tiempo, esta señal de tensión es de 1/3 de Vcc
y se compara contra el voltaje aplicado externamente sobre la
terminal (2) que es la entrada de un comparador.
La terminal (6) se ofrece como la entrada de otro
comparador, en la cual se compara a 2/3 de la Vcc contra la
amplitud de señal externa que le sirve de
disparo.
La terminal (5) se dispone para producir modulación
por anchura de pulsos, la descarga del condensador exterior se
hace por medio de la terminal (7), se descarga cuando el transistor (NPN)
T1, se encuentra en saturación, se puede descargar
prematuramente el capacitor por medio de la polarización
del transistor (PNP) T2.
Se dispone de la base de T2 en la terminal (4) del
circuito integrado 555, si no se desea descargar antes de que se
termine el periodo, esta terminal debe conectarse directamente a
Vcc, con esto se logra mantener cortado al transistor T2 de otro
modo se puede poner a cero la salida involuntariamente, aun
cuando no se desee.
La salida esta provista en la terminal (3) del
microcircuito y es además la salida de un amplificador de
corriente (buffer), este hecho le da más versatilidad al
circuito de tiempo 555, ya que la corriente máxima que se
puede obtener cuando la terminal (3) sea conecta directamente al
nivel de tierra es de
200 mA.
La salida del comparador "A" y la salida del comparador
"B" están conectadas al Reset y Set del FF tipo SR
respectivamente, la salida del FF-SR actúa como
señal de entrada para el amplificador de corriente
(Buffer), mientras que en la terminal (6) el nivel de
tensión sea más pequeño que el nivel de
voltaje contra el que se compara la entrada Reset del FF-SR no se
activará, por otra parte mientras que el nivel de
tensión presente en la terminal 2 sea más grande
que el nivel de tensión contra el que se compara la
entrada Set del FF-SR no se activará.
Multivibrador astable: Este tipo de funcionamiento
se caracteriza por una salida con forma de onda cuadrada (o
rectangular) continua de ancho predefinido por el
diseñador del circuito. El esquema de conexión es
el que se muestra. La
señal, de salida tiene un nivel alto por un tiempo T1 y
en un nivel bajo un tiempo T2. Los tiempos de duración
dependen de los valores
de R1 y R2.
T1 = 0.693(R1+R2)C1 y T2 = 0.693 x R2 x
C1
La frecuencia con que la señal de salida oscila
está dada por la fórmula:
f = 1/(0.693 x C1 x (R1 + 2 x R2))
y el período es simplemente = 1 / f
Recuerda que el período es el tiempo que dura la
señal
hasta que ésta se vuelve a repetir.
Circuito monoestable: En este caso
el circuito entrega a su salida un sólo pulso de un ancho
establecido por el diseñador (tiempo de duración).
El esquema de conexión es el que se muestra. La
Fórmula para calcular el tiempo de duración (tiempo
que la salida esta en nivel alto) es: T = 1.1 x R1 x C1 (en
segundos). Observa que es necesario que la señal de
disparo, sea de nivel bajo y de muy corta duración en el
PIN # 2 del C.I. para iniciar la señal de
salida.
Un circuito flip-flop puede mantener un estado binario
indefinidamente (Siempre y cuando se le este suministrando
potencia al circuito) hasta que se cambie por una señal de
entrada para cambiar estados. La principal diferencia entre
varios tipos de flip-flops es él numero de entradas que
poseen y la manera en la cual las entradas afecten el estado
binario.
Circuito básico de un flip-flop
Se menciono que un circuito flip-flop puede estar
formado por dos compuertas NAND o dos compuertas NOR. Estas
construcciones se muestran en los diagramas
lógicos de las figuras. Cada circuito forma un flip-flop
básico del cual se pueden construir uno mas complicado. La
conexión de acoplamiento intercruzado de la salida de una
compuerta a la entrada de la otra constituye un camino de
retroalimentación. Por esta razón,
los circuitos se
clasifican como circuitos
secuenciales asincrónicos. Cada flip-flop tiene dos
salidas, Q y Q´ y dos entradas S (set) y R (reset). Este
tipo de flip-flop se llama Flip-Flop RS acoplado directamente o
bloqueador SR (SR latch). Las letras R y S son las iniciales de
los nombres en inglés
de las entradas (reset, set).
Circuito flip-flop básico con compuertas
NAND
El circuito básico NAND de la figura anterior
opera con ambas entradas normalmente en 1 a no ser que el estado del
flip-flop tenga que cambiarse. La aplicación de un 0
momentáneo a la entrada de puesta a uno, causará
que Q vaya a 1 y Q´ vaya a 0, llevando el flip-flop al
estado de puesta a uno. Después que la entrada de puesta a
uno vuelva a 1, un 0 momentáneo en la entrada de puesta a
cero causará la transición al estado de borrado
(clear). Cuando ambas entradas vayan a 0, ambas salidas
irán a 1; esta condición se evita en la
operación normal de un flip-flop.
MATERIALES
- PROBLEMA
- Contactor
- Térmico
- Motor trifasico
- Relé
- CI 555
- Condensador varios valores
- Resistencias
- Pulsadores pequeños
2. PROBLEMA
- Contactor
- Térmico
- Motor trifasico
- Relé
- CI 555
- Condensador varios valores
- Resistencias
- Pulsadores pequeños
- Compuertas Nand
OBJETIVOS
Diseñar un circuito electrónico que pueda
manejar una carga de alta potencia (motor trifasico), utilizando
circuitos
integrados de baja potencia.
Implementar con flip-flops un circuito que reemplace los
pulsadores de pare y arranque que utilizamos en los
autómatas eléctricos.
Diseñar un circuito monoestable y un circuito
astable con el 555 para aplicaciones de potencia utilizando
relés mecánicos.
- El circuito monoestable es un circuito regatillable,
es decir, si el pin 2 permanece conectado a tierra el terminal
3 o cae a 0 voltios, cuando este terminal (el pin 2) se
desconecta de masa el ciclo de temporizacion
empieza. - Cuando el tiempo de On en un circuito astable es
más pequeño que el tiempo de Off, se hace
necesario colocar un diodo entre los pines de
comparación (6) y de descarga del condensador (7) para
independizar los tiempos. - Las cargas inductivas presentan problemas a
la hora de conectarlas con los circuitos electrónicos, y
si se tratan de motores trifasicos mucho más. Por esta
razón se hace necesario colocar en el pin 4 (reset del
555) un condensador a tierra de 10µF y un condensador de
2200µF de VCC a tierra. - Para que el circuito monoestable cumpla con el tiempo
diseñado en cada ciclo se hace necesario que el
condensador sea descargado.
jhon hurtado