Diapositives de la UD06 'Circuits Industrials. Electropneumàtica' de Tecnologia Industrial de 2n de Batxillerat. Llibre McGraw Hill

1. UD 06. Circuits industrials.
Electropneumàtica
Introducció
Objectius Didàctics
Abans de començar...
Continguts
Quadres de comandament i protecció
Dispositius de comandament
Dispositius de protecció
Dispositius de maniobra de màquines
El contactor

2. UD 06. Circuits industrials.
Electropneumàtica
Continguts (II)
Dispositius de maniobra de màquines (II)
Relés de comandament
Temporitzadors
Dispositius auxiliars de control
Dispositius òptics
Dispositius acústics
Circuits de comandament de motors
Simbologia, signes d'identificació i marcatge de borns
Arrencada directa d'un motor mitjançant contactor o disjunctor

3. UD 06. Circuits industrials.
Electropneumàtica
Continguts (III)
Circuits de comandament de motors (II)
Inversor de gir
Arrencador estrella triangle
Circuits temporitzats
Electropneumàtica
Sistema de transport de peces
Circuits electrònics industrials
Rectificadors
Circuits bàsics amb transistors
Reguladors de velocitat

4. UD 06. Introducció
Objectius didàctics
Adquirir els coneixements necessaris per a la comprensió i
anàlisi de màquines i sistemes tècnics
Conèixer i emprar de manera adequada la simbologia, les
formes d'expressió, els instruments i els mètodes dels
processos tecnològics elementals
Conèixer les normes específiques corresponents
Conèixer el paper de l'energia en els processos
tecnològics, les seves transformacions i aplicacions
Adoptar actituds d'estalvi i de valoració de l'eficiència
energètica

5. UD 06. Introducció
Abans de començar
Què recordem del curs passat?
Què és un relé?
Quina funció fa un interruptor diferencial?
Recordem què és i per a què serveix un transistor?
Recordem com canviar el sentit de gir d'un motor trifàsic?
Recordem què són les connexions en estrella i en triangle?
Podríem emprar un díode per rectificar corrent?

6. UD 06. Quadres de
comandament i protecció
Introducció
Els quadres agrupen parcial o totalment:
Dispositius o aparells de comandament, protecció, mesura i
senyalització de la instal·lació o circuit elèctric
Dispositius de comandament
Governen els circuits que parteixen del quadre
Executen les funcions per a les que han estat dissenyats
D'acord amb la voluntat de l'usuari
Els principals: interruptors, polsadors i commutadors
Alguns quadres estan units a la xarxa: seccionadors o
interruptor de càrrega

7. UD 06. Quadres de
comandament i protecció
Dispositius de comandament (II)
Seccionador
Permet obrir i tancar el circuit en buit (sense càrrega)
Manté el circuit separat de la font d'alimentació
Per fer reparacions, manteniment...
La posició de desconnexió ha de ser clarament visible
Interruptor de càrrega
Permet obrir i tancar el circuit amb càrrega
Si la intensitat nominal és elevada
Sistema d'obertura brusca i extinció de l'arc

8. UD 06. Quadres de
comandament i protecció
Dispositius de protecció
Detecten i/o eliminen pertorbacions per mal
funcionament
Tant de la instal·lació com del circuit elèctric
Potencialment perilloses: per a la instal·lació o l'usuari
Anomalies més freqüents:
Sobreintensitats
Per sobrecàrregues o curtcircuits
Es considera curtcircuit si la intensitat és superior a 3IN
Recordem que el circuit està dissenyat per IN

9. UD 06. Quadres de
comandament i protecció
Dispositius de protecció (II)
Anomalies més freqüents (II)
Contactes elèctrics
De persones o animals amb la instal·lació
Provoca que passi corrent a través seu
Poden ser directes o indirectes
Directes
Contacte amb elements de la instal·lació
Com ara: borns de màquina o dispositiu
Indirectes
Quan una massa entra en contacte amb tensió (defecte d'aïllament)
Ex: el xassís d'una rentadora

10. UD 06. Quadres de
comandament i protecció
Dispositius de protecció (III)
Anomalies més freqüents (III)
Sobretensions
Augment de la tensió nominal de servei
Pot provocar avaries, accidents...
Sobretensions permanents
Augment de desenes de volts per descompensació del neutre
Trencament del neutre, per exemple
Borns amb connexió deficient
Provoca escalfaments excessius, deteriorament de la xarxa
Sobretensions transitòries
Augments molt elevats i momentanis de la tensió
Pot ser per causes internes o externes a la xarxa

11. UD 06. Quadres de
comandament i protecció
Dispositius de protecció (IV)
Anomalies més freqüents (IV)
Sobretensions (II)
Sobretensions transitòries (II)
Sobretensions d'origen intern
Maniobres brusques sobre elements inductius i capacitius
Provoquen sobretensió, ergo, sobrecàrrega
Sobretensions d'origen extern
Càrregues estàtiques produïdes a la línia i caiguda de llamps
Desenes de KA durant microsegons
Impedàncies elevades als elements inductius: V elevats
Fusible
Obren el circuit quan I>IN durant un temps
Protegeixen contra sobrecàrregues i curtcircuits

12. UD 06. Quadres de
comandament i protecció
Dispositius de protecció (V)
Relé tèrmic
Protegeix contra sobrecàrregues
Les detecta mitjançant dispositiu tèrmic
No té capacitat de desconnexió del circuit
Actua associat amb dispositiu que obre el circuit
Funcionament
Làmina bimetàl·lica que pot escalfar-se
Es corba per coeficients de dilatació diferents
Acciona mecanisme d'apertura
Pot tenir escalfament directe: el corrent hi circula o indirecte:
mitjançant resistència calefactora

13. UD 06. Quadres de
comandament i protecció
Dispositius de protecció (VI)
Relé tèrmic
Una variant: relé tèrmic diferencial
Emprat per protegir motors trifàsics
Detecta sobrecàrregues i si falla una de les fases
Provocaria sobreescalfament dels bobinatges
S'anomenen compensats: quan són insensibles a variacions de T
ambient
Interruptors automàtics o disjunctors
Detecten i eliminen sobrecàrregues i curtcircuits
També poden actuar com a dispositius de comandament

14. UD 06. Quadres de
comandament i protecció
Dispositius de protecció (VII)
Interruptors automàtics o disjunctors (II)
Control de sobrecàrregues: relé tèrmic
Format per bimetalls que actuen entre 1,2 i 2 IN
D'acord amb corba de resposta
Control de circuits: electroimant CORREGIR
Dispositiu electromagnètic: crea camp magnètic
Proporcional a corrent que hi circula
Camp prou intens: atreu l'armadura
Podem consignar el curtcircuit entre 1,2 i 13 IN
Poden tenir diferents contactes o pols
Unipolars, bipolars, tripolars o tetrapolars

15. UD 06. Quadres de
comandament i protecció
Dispositius de protecció (VIII)
Interruptors automàtics o disjunctors (III)
Poden tenir diferents contactes o pols (II)
Si un dels pols no disposa de protecció contra sobrecàrregues: neutre
A nivell industrial: es treballa amb marges donats pel fabricant
A nivell d'habitatge
ICP: Interruptor de control de potència
IGA: Interruptor general automàtic
PIA: petit interruptor automàtic
En cap cas podem regular la desconnexió per sobrecàrregues i curtcircuits

16. UD 06. Quadres de
comandament i protecció
Dispositius de protecció (IX)
Interruptors automàtics o disjunctors (IV)
1. Contacte fix. 2. Contacte mòbil 3. Accionament
4. Mecanisme de maniobra 5. Control sobrecàrregues
6. Control curtcircuits 7. Borns de connexió
8. Caixa protectora

17. UD 06. Quadres de
comandament i protecció
Dispositius de protecció (X)
Interruptors diferencials
Dispositius de protecció
Detecten i eliminen corrents de defecte
Defecte d'aïllament, contacte accidental d'una persona amb part activa o
massa conductora amb V
És obligat que tota instal·lació en tingui
Funcionament
Tenim un nucli toroïdal (amb un conductor al voltant d'una part: bobina)
Quan I1 no és igual a I2, creem flux al nucli
I FEM induïda a la bobina que acaba obrint un interruptor (mitjançant un
disparador)

18. UD 06. Quadres de
comandament i protecció
Dispositius de protecció (XI)
Interruptors diferencials (II)
Funcionament (II)
Si el circuit és trifàsic també funciona
Característica més important:
Sensibilitat o intensitat diferencial
nominal de desconnexió
És el corrent mínim que és capaç
de detectar
Valors normalitzats
10 mA (molt alta sensibilitat)...

19. UD 06. Quadres de
comandament i protecció
Dispositius de protecció (XII)
Dispositius de protecció de sobretensions (DPS)
Protecció contra sobretensions permanents
Dispositius que, en detectar-ho, generen corrents de fuita
A través de conductor de terra
Provoca la desconnexió de l'ID de la instal·lació
També hi ha la possibilitat de connectar-lo a l'IGA
Protecció contra sobretensions transitòries
Desvien el pic de tensió a terra
No desconnecten els equips de la xarxa d'alimentació

20. UD 06. Dispositius de maniobra
de màquines
Introducció
A nivell industrial els motors no es poden connectar
directament
De vegades s'han de canviar les condicions de funcionament
automàticament, no de manera manual
Canvi de velocitat, inversió del gir
De vegades, la màquina forma part d'un procés complex
No es pot arrencar de manera independent
En aquests casos parlem de maniobra
Circuit de maniobra o automatisme elèctric
Governen el motor i satisfan condicions del procés
També governen els elements que donen energia a la màquina

21. UD 06. Dispositius de maniobra
de màquines
Introducció (II)
Circuits de maniobra, constituïts per
Circuit de potència
Connecta i desconnecta la màquina o el receptor
A partir de l'acció efectuada pel circuit de comandament i control
Dispositiu més emprat: contactor
Circuit de comandament i control
Governa el circuit de potència
Dispositius més emprats
Relés de comandament
Temporitzadors
Elements auxiliars de control

22. UD 06. Dispositius de maniobra
de màquines
El contactor
Dispositiu accionable a distància
I des de diferents punts
Pot obrir o tancar un circuit de potència de màquina o
receptor
Poden ser electromagnètics, pneumàtics i hidràulics
En baixa tensió: electromagnètic

23. UD 06. Dispositius de maniobra
de màquines
El contactor (II)
Excitem bobina: atraiem armadura
Desplacem contactes mòbils
Pols o contactes principals
De l'1 al 6
Estableixen o interrompen circuit de potència
Contactes auxiliars
11-12, 23-24
Seqüències de control
Senyalització, temporització...

24. UD 06. Dispositius de maniobra
de màquines
El contactor (III)
Permet interrompre corrents elevats amb circuit de
control de poca intensitat
Multiplicar punts de comandament per apropar-los a
l'usuari
Relés de comandament
Reben informació en forma de senyals elèctrics
D'elements auxiliars: polsadors, finals de cursa...
En funció d'això: ordres d'acció per l'automatisme

25. UD 06. Dispositius de maniobra
de màquines
Relés de comandament (II)
Relés electromagnètics
Igual funció que contactors electromagnètics
Contactes commutats per B d'un electroimant
Exemple: de làmines
Dins de tub buit làmines metàl·liques
Bobina que ho envolta
Relés d'estat sòlid
Sense parts mòbils o contactes
Tenen semiconductors: com ara un transistor

26. UD 06. Dispositius de maniobra
de màquines
Temporitzadors
Relés capaços de retardar i/o mantenir obert o tancat un
bloc de contactes durant t (determinat per l'usuari)
A partir de senyal de comandament
Poden ser pneumàtics, de rellotgeria, electrònics...
Podem escollir mode de temporització i temps
A la connexió
Retarda tancament de contacte en desconnectar el temporitzador
A la desconnexió
Contactes en posició de treball després de desconnectar-lo
A la connexió / desconnexió: totes dues opcions

27. UD 06. Dispositius de maniobra
de màquines
Dispositius auxiliars de control
Permeten intervenció humana tot i el govern elèctric
Exemple: aturades d'emergència
Això s'anomena diàleg home – màquina
Polsadors
Diposistius d'acció manual més emprats
Un o més contactes, oberts o tancats
Tornen a posició inicial quan la pressió cessa
Polsador d'aturada d'emergència
Atura immediatament el funcionament de la màquina
Per tornar a funcionar: desbloquejar el polsador

28. UD 06. Dispositius de maniobra
de màquines
Dispositius auxiliars de control (II)
Selectors
Accionament rotatius manual
Desviem corrent d'entrada cap alguna de les seves sortides
Detectors mecànics
Controlen desplaçaments d'elements mòbils
Actuador adequat a funció i bloc de contactes
El senyal: per iniciar o parar seqüència
Finals de cursa, micrforuptors (més petits)

29. UD 06. Dispositius de maniobra
de màquines
Dispositius auxiliars de control (III)
Dispositius de senyalització
Informen de l'estat de la màquina o circuit
Marxa, avaria, tensió a la xarxa
Dipositius òptics
Dispositius acústics
Circuits de comandament de motors
Aprendrem quines parts té un automatisme elèctric
Es representen amb dos esquemes
Esquema de potència i esquema de comadnament i control

30. UD 06. Circuits de
comandament de motors
Simbologia, signes d'identificació i marcatge de borns
Segons normes UNE 20-004
Signes d'identificació
Bloc 1: Subdivisió fonamental
Situació i funció d'un equip complet
Bloc 2: Situació en el plànol
Amb coordenades o seqüència de números
Bloc 3: Bloc d'identificació
Classe, número i funció
C: condensadors, M: Motors /1-n/ F: Protecció, N: Mesura...
Bloc 4: Born
Impedància: A1-A2. Contactes principals: 1-2, 3-4 i 5-6
Borns xarxa: L1, L2, L3. Els que alimenten motors: U, V i W

31. UD 06. Circuits de
comandament de motors
Arrencada directa de motor amb contactor o
disjunctor
Accionem polsador S1A
NO
K1M s'acciona
Motor arrenca
Contacte 13-14 manté ON
S0A para el motor
NT
F2F amb contacte 95-96
Relé tèrmic
Protegeix de sobrecàrregues

32. UD 06. Circuits de
comandament de motors
Arrencada directa de motor amb contactor o disjunctor
(II)
Protector disjunctor o guardamotor
Comandament i protecció del motor permet
Seleccionar marge d'intensitats en funció de la nominal
Detectar manca de fase i aturar motor
Disparador de mínuma tensió: impedeix arrencada després de baixada V
...
Inversor de gir
De vegades és necessari: motor d'ascensor
Cal invertir dues fases
En l'esquema que veurem: un polsador atura el motor; dos: inversió

33. UD 06. Circuits de
comandament de motors
Inversor de gir (II)
Esquema de Potència
· Fusibles protegeixen de
curtcircuits
· Relé tèrmic: de sobrecàrregues
· Evitem connexió simultània de
K1M i K2M: s'uneixen dues fases:
curtcircuit
Esquema de control
· K1M connectat: s'obren contactes
61-62 (abans de K2M)
·

34. UD 06. Circuits de
comandament de motors
Arrencador estrella triangle
Motor rotor en curtcircuit: alta intensitat en arrencada
Provoca caiguda de tensió a la xarxa
Interereix en funcionament d'altres receptors
Engegada estrella triangle (λ-Δ)
Limita I a l'arrencada
Tot seguit veiem l'exemple

35. UD 06. Circuits de
comandament de motors
Arrencador λ-Δ (II)
Esquema de Potència
· S'activen K2M i K1M: estrella (fins
arribar a nominal d'n)
· Temps controlat per temporitzador
· Aleshores desactivem K2M i
connectem K3M (triangle)
· Parem amb polsador, o quan es
fon fusible F1F o salta el relé tèrmic
(F2F)

36. UD 06. Circuits de
comandament de motors
Circuits temporitzats
Normalment formen part de sistemes més complexos
Sistema de ventilació d'un aparcament
Turbina d'extracció de gasos
Es posa en funcionament cada cop que algú o alguna cosa hi entra
Quan s'acaba l'activitat: la turbina encara continua treballant un
cert temps
Veiem un exemple tot seguit

37. UD 06. Circuits de
comandament de motors
Arrencador λ-Δ (II)
Esquema de Control
· S2K: sensor de moviment
· Detecta moviment: dóna tensió a
K1T, qui activa el contactor K1M
· Donem tensió a un motor (M1M a
l'esquema de potència)
· Manca d'activitat: no hi donem
tensió, però està temporitzat
· Temporitzador a la desconnexió

38. UD 06. Electropneumàtica
Introducció
Fins ara: control pneumàtic tant de potència com de control
Si la distància és elevada: interessa control elèctric
Potència pneumàtica i control elèctric: electropneumàtica
Electrovàlvules
Transformen els senyals elèctrics en accions pneumàtiques a
la zona de treball
Normalment: 24V de CC

39. UD 06. Electropneumàtica
Màquina d'estampar
Automatitzem un cilindre de simple efecte
Circuit pneumàtic
· A: cilindre de simple efecte
· B: regulador de flux unidireccional
(regulació de velocitat)
· Y1: electrovàlvula monoestable. Tanca
en repòs
·C : Vàlvula de pas accionada
manualment (connexió i desconnexió del
circuit)
Esquema del circuit elèctric
· S1: activa el relé K1 (un dels contactes:
a la mateixa bobina, l'altra: Y1)
· K2: s'activa mitjançant el final de cursa
(A1) un cop la peça s'ha estampat. Talla
alimentació a K1: posició inicial

40. UD 06. Electropneumàtica
Màquina de transport de peces
Les pugem a un nivell superior i les desplacem
horitzontalment
Dos cilindres de doble efecte
Vertical: amb electrovàlvula biestable
Horitzontal: monestable
Cada cilindre: detector magnètic de posició
Esquema pneumàtic de potència:

41. UD 06. Electropneumàtica
Màquina de transport de peces (II)
Components
S1: polsador de marxa
A1 i b1: detectors B
FC1: final de cursa
K1: relé
Bobines: Y1, Y2 (biestable) Y3 (monoestable)
Funcionament
S1: es connecta Y1 de la biestable (puja)
Final: detectat per a1. Alimenta K1 (relé)→ bobina Y3 (horitz.)
Final: b1 fa retrocedir A (vert.) i acciona FC1: talla Y3 (molla)

42. UD 06. Circuits electrònics indust.
Rectificadors
Converteixen CA en corrent continu polsant
Estan composats del que s'explica tot seguit
Díode
Semiconductors dopats
Corrent: ànode a càtode
No a l'inrevés
Rectificador de mitja ona
Només mitja ona passa del Díode (polarització directa)

43. UD 06. Circuits electrònics indust.
Rectificadors (II)
Rectificador de mitja ona (II)
Veiem la V que tindrà
el receptor
Hi hem de restar la
caiguda al díode
Rectificador d'ona completa
Sempre circula corrent per la càrrega
Dues possibilitats:
Transformador amb presa intermèdia de corrent
Pont de Graetz

44. UD 06. Circuits electrònics indust.
Rectificadors (III)
Rectificador d'ona completa (II)
Rectificador de presa intermèdia
Tenim dues fases oposades envers el punt central
Tres punts: dos circuits amb punt comú
Voltatges oposats (sempre hi haurà V a la càrrega)

45. UD 06. Circuits electrònics indust.
Rectificadors (III)
Rectificador de pont de Graetz
Més simplificat, econòmic. És el més emprat

46. UD 06. Circuits electrònics indust.
Circuits bàsics amb transistors
Introducció
Fonamental en circuit electrònic
Amplificador o commutador
Tres capes de semiconductor
Dos tipus bàsics: npn i pnp (diferents sentit de circulació)
Tres terminals
Emissor, col·lector i base
Base: punt de control

47. UD 06. Circuits electrònics indust.
Circuits bàsics amb transistors (II)
Polarització del transistor
Diferents zones de treball
Zona activa
Zona de saturació o de conducció màxima
Zona de tall o de bloqueig
Polarització per emissor comú
Borns negatius: units amb emissor
En general VBB<VCC
β = Ic/Ib
Petits canvis a la base
Grans canvis col·lector

48. UD 06. Circuits electrònics indust.
Circuits bàsics amb transistors (III)
Polarització del transistor (II)
Polarització per emissor comú (II)
Control IB: amb RB o VBB
VCC es distribueix
Entre RC i VCE
VCE varia en funció de la zona del transistor
Saturació: Proper a 0V
Bloqueig: Proper a VCC
En tots dos casos: potència dissipada és virtualment nul·la

49. UD 06. Circuits electrònics indust.
Circuits bàsics amb transistors (IV)
Polarització del transistor (III)
Polarització per divisió de tensió
Permet treballar amb una sola font
Divisor de tensió: R1 i R2
R1 i R2 es calculen de manera que IB
sigui baixa
Tot seguit veiem un exemple

50. UD 06. Circuits electrònics indust.
Circuits bàsics amb transistors (V)
Polarització del transistor (IV)
Polarització per divisió de tensió. Exemple
Quan es fa fosc: R de la LDR augmenta i T1 no supera 0,7V
En canvi, a T2 sí hi ha arriba: interruptor pel relé
R2: punt d'ajust
Reòstat
Explicació amb simulador
Crocodrile Clips

51. UD 06. Circuits electrònics indust.
Circuits bàsics amb transistors (V)
Reguladors de velocitat
Tiristor
Treballa en commutació: tot o res
Corrent: només en un sentit (com díode)
Té un tercer terminal: porta
Hi enviem impulsos
Si ànode i càtode estan ben polaritzats: conducció
Per eliminar conducció: disminuïm corrent per sota d'un valor
Tornar a conduir: un altre impuls

52. UD 06. Circuits electrònics indust.
Circuits bàsics amb transistors (VI)
Reguladors de velocitat (II)
Diac
Per fer conduir tiristors i triacs
Dos terminals sense polaritat
Si V=32V (aprox) condueix i V baixa
Bloqueig: corrent per sota de valor de manteniment
Triac
Controla corrent en qualsevol direcció
Per encebar-lo: un impuls de corrent
Quan V altern d'alimentació =0: bloqueig
Hem de tornar a donar un impuls si volem que condueixi més
Dos terminals i gate