Actuadores en Sistemas de Control

El actuador puede funcionar directamente bajo el control directo de la parte de mando, pero en muchas ocasiones es necesario algún preaccionamiento (en algunos casos llamados Drivers) para amplificar la señal de mando.

Hay una gran variedad de actuadores pero los más usados son los destinados a producir movimiento (motores y cilindros), los destinados a trasiego de fluidos (bombas) y los de tipo térmico (hornos, intercambiadores, etc.).

CLASIFICACIÓN Según el tipo de energía empleada se pueden distinguir en: Accionamientos eléctricos. Accionamientos neumáticos. Accionamientos hidráulicos. Accionamientos térmicos.

A su vez, dentro de cada una de estas tecnologías encontramos accionamientos de dos tipos: Accionamientos todo o nada. Accionamientos de tipo continuo.

ACCIONAMIENTOS ELECTRICOS De alguna manera, todos los accionamientos y preaccionamientos que se conectan a los autómatas suelen tener mando eléctrico. Pero dentro de este apartado nos referiremos únicamente a los puramente eléctricos.

Tipos de actuadores eléctricos: Relés y contactores. Motores de corriente continua (DC). Motores de corriente continua sin escobillas o motores brushless. Motores de corriente alterna (AC). Asíncronos. Síncronos. Motores paso a paso.

ACCIONAMIENTOS ELECTRICOS Los motores eléctricos son los más utilizados y presentan las siguientes características generales:

Fáciles de controlar. Precisos y de alta repetitividad. Sencillos, pero de construcción delicada. Más pesados que los neumáticos e hidráulicos a igualdad de potencia. Amplia variedad de cargas y velocidades, con variada precisión.

RELÉS Y CONTACTORES Son dispositivos electromagnéticos que conectan o desconectan un circuito eléctrico de potencia al excitar un electroimán o bobina de mando.

Los relés se suelen utilizar para accionar potencias del orden del kW, mientras que los contactores pueden accionar potencias del orden de cientos de kW.

La principal ventaja que proporcionan estos dispositivos es que separan la parte de mando (baja potencia) de la parte de potencia (motores, etc.). De esta forma el autómata está aislado y, por lo tanto protegido de las posibles sobrecargas y sobretensiones.

RELÉS Y CONTACTORES Principio de funcionamiento: en la figura se puede observar el funcionamiento interno de un relé, donde un electroimán es activado eléctricamente produciendo por atracción la conexión de un par de contactos normalmente abiertos (NA) y la desconexión del otro par de contactos normalmente cerrados (NC).

RELÉS Y CONTACTORES En el contactor, el principio de funcionamiento es el mismo pero principalmente varía la estructura mecánica y la capacidad eléctrica para manejar grandes potencias.

Estos dispositivos son utilizados para realizar un control a distancia de los dispositivos a controlar ya que su mando es eléctrico y no manual.

RELÉS Y CONTACTORES Características: cuando se va a seleccionar un relé o un contactor habrá que tener en cuenta algunas características. Entre las más importantes vamos a destacar las siguientes.

Tensión de mando: tensión de alimentación de la bobina de mando. Puede ser continua o alterna, siendo esta la más habitual, y con tensiones de 12 V, 24 V, 48V o 220 V. Tensión de empleo: tensión de trabajo que tendrán que bloquear los contactos cuando estén abiertos. Corriente de empleo o de servicio (Ie): es la corriente que el dispositivo es capaz de accionar e interrumpir para cada tensión de empleo y con carga resistiva. Corriente térmica (Ith): es la corriente que el contactor puede soportar en condición cerrado por un mínimo de horas, sin que su temperatura exceda los límites dados por las normas.

RELÉS Y CONTACTORES -Características:

Vida eléctrica: expresada en ciclos de maniobra, es una condición adicional para la elección de un contactor y permite prever su mantenimiento. En los catálogos de contactores se incluyen curvas de vida eléctrica en función de la categoría de utilización. Podemos necesitar un contactor que cierre una o dos veces al día, o quizás otro que esté continuamente abriendo y cerrando sus contactos. Hay que tener en cuenta el arco eléctrico que se produce cada vez que esto ocurre y el consiguiente deterioro. Tiempos de accionamiento: tiempos que tarda en abrir y cerrar el circuito. Los valores suelen ser del orden de ms.

RELÉS Y CONTACTORES Los tipos de servicio más frecuentes según normas IEC (International Electrotechnical Commission) son:

Categoría AC1. Se aplica a todos los aparatos de utilización en corriente alterna (receptores), cuyo factor de potencia es al menos igual a 0,95. Ejemplos: calefacción, distribución, iluminación. Categoría AC2. Se refiere al arranque, al frenado en contracorriente y a la marcha por impulso de los motores de anillos. Al cierre, el contactor establece la intensidad de arranque del orden de 5 veces la intensidad nominal del motor. A la apertura el contactor debe cortar la intensidad de arranque con una tensión menor o igual a la tensión de la red. Ejemplos: puentes grúa, grúas pórtico con motores de rotor bobinado. Categoría AC3. Se refiere a los motores de jaula, y el corte se realiza a motor lanzado. Al cierre, el contactor establece la intensidad de arranque con 5 a 7 veces la intensidad nominal del motor. A la apertura, corta la intensidad nominal absorbida por el motor. En este momento la tensión en los bornes de sus polos es del orden del 20% de la tensión de la red, por lo que el corte es fácil. Ejemplos: todos los motores de jaula, ascensores, escaleras mecánicas, compresores, bombas, ventiladores, etc. Categoría AC4. Esta categoría se refiere a las aplicaciones con frenado a contracorriente y marcha por impulso utilizando motores de jaula o de anillos. El contactor se cierra con un pico de corriente que puede alcanzar 5, incluso 7 veces, la intensidad nominal del motor. La tensión puede ser igual a la de la red. El corte es severo. Ejemplos: metalurgia, elevación, ascensores, etc.