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César Chabrillard V.
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CIRCUITOS DE MANDO Y POTENCIA
DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS CON APLICACIONES
INDUSTRIALES
DOCENTE: CÉSAR CHABRILLARD VERGARA.
ÁREA: AUTOMATIZACIÓN Y CONTROL INDUSTRIAL

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CIRCUITOS Y ESQUEMAS ELÉCTRICOS
INTRODUCCIÓN
Las instalaciones y máquinas eléctricas
industriales están formadas por circuitos que
cumplen funciones específicas dentro de cada
sistema.
Para que una corriente eléctrica pueda realizar
un trabajo útil, por ejemplo energizar la bobina
de un contactor, accionar un motor o encender
una lámpara, necesita un camino cerrado para
su circulación, esta trayectoria continua se
denomina un circuito eléctrico. El estudio de los circuitos eléctricos, así como la adquisición de habilidades
para su representación y análisis a través de esquemas, son factores claves para comprender cómo
funcionan las instalaciones, máquinas, aparatos y demás sistemas eléctricos industriales.
En general, la finalidad de un circuito es hacer uso de la energía de los electrones en movimiento para
medirla o, lo que es más común, convertirla en otras formas de energía (Luz, calor, movimiento, etc.). Por
tanto, para que una máquina eléctrica cualquiera funcione, debe estar incorporada necesariamente a un
circuito eléctrico.

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CONCEPTOS BÁSICOS DE CIRCUITOS ELÉCTRICOS
Un circuito eléctrico es un camino cerrado para la circulación de la corriente, comprende el recorrido
completo que realiza la corriente desde que sale de la fuente de energía hasta que retorna a ella, pasando
por las cargas y los elementos de control y protección, a través de unos conductores.
Un circuito puede estar abierto o cerrado, dependiendo de si está o no interrumpido en algún punto.
FUENTE DE VOLTAJE: es la encargada de producir la fuerza electromotriz, voltaje o tensión necesaria para
impulsar los electrones a través de los conductores de manera análoga como una bomba hidráulica impulsa
un líquido de una tubería.
CONDUCTORES: proporcionan un camino de baja resistencia para la libre circulación de los electrones a
través del mismo. De manera análoga como las tuberías conducen el líquido a través de un circuito
hidráulico.
CARGA: está representada por elementos como motores, resistencias, bobinas, pilotos, solenoides, etc.,
que convierten la energía de los electrones en movimiento, en fuerza, calor, rotación, luz magnetismo,
sonido, y otras formas útiles de energía.
DISPOSITIVOS DE CONTROL O MANDO: regulan el paso de la corriente a través de un circuito, de manera
análoga como una válvula controla la cantidad de líquido que fluye a través de una tubería. Los dispositivos
de control más usuales en los sistemas eléctricos industriales con los interruptores electromecánicos,
representados por contactos normalmente abierto o cerrados de relés, contactores, pulsadores,
temporizadores, selectores, sensores, etc.
DISPOSITIVOS DE PROTECCIÓN: se encargan de interrumpir el paso de la corriente eléctrica a través de
un circuito en caso de sobrecargas o cortocircuitos, actuando como interruptores automáticos de protección.
Algunos de ellos pueden ser los fusibles, seccionadores, disyuntores, guarda-motores, relés térmicos y los
relés termo-magnéticos.

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ESQUEMAS ELÉCTRICOS
Con el fin de facilitar su ejecución, análisis y mantenimiento, los circuitos eléctricos industriales se
representan mediante esquemas, también llamados planos o diagramas.
Los esquemas eléctricos industriales se elaboran principalmente a partir de símbolos gráficos que
representan los componentes propiamente dichos, y de líneas o trazos que representan las conexiones
eléctricas o mecánicas entre ellos.
PRINCIPALES SÍMBOLOS UTILIZADOS EN LOS ESQUEMAS ELÉCTRICOS INDUSTRIALES

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Un esquema eléctrico debe ser realizado de tal forma que muestre las condiciones del circuito al que
se refiere en condiciones de reposo y sea fácil de interpretar por otros. En particular, deben minimizarse los
cruces entre líneas y especificarse claramente cuándo dos líneas que se cruzan están o no conectadas entre
sí.
Asimismo, deben diferenciarse claramente las uniones eléctricas de las uniones mecánicas,
utilizándose líneas continuas para el primer caso y líneas punteadas para el segundo.
Igualmente, todos los elementos de un esquema deben estar claramente identificados, así como sus
respectivas entradas y salidas. Por razones obvias, los símbolos de elementos pertenecientes a un mismo
dispositivo, digamos la bobina y los contactos de un contactor, se identifican con la misma marca por
ejemplo –KM3.
NO obstante, en un mismo esquema no pueden existir clones, es decir varios símbolos con las
mismas marcas y los mismos índices, porque es físicamente imposible que un mismo dispositivo pueda estar
en dos o más partes diferentes de un circuito realizando simultáneamente varias funciones distintas.

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TIPOS DE ESQUEMAS
Dependiendo de los niveles de corriente manejados, los circuitos
eléctricos industriales se clasifican en circuitos de potencia y
circuitos de mando.
CIRCUITOS DE POTENCIA: en particular, se representan
mediante esquemas multifilares que muestran la forma como se
conectan las cargas de potencia o la red o fuente principal de
energía. En los mismos se especifican todos los elementos, con
sus correspondientes símbolos, marcas e índices, así como todos
los conductores o conexiones entre ellos.
Un ejemplo de diagrama multifilar, correspondiente a la etapa de
potencia de un circuito inversor de giro para un motor trifásico, se
muestra en la figura, en este caso L1 L2 L3 designan las tres
fases RST del suministro, -F1 es la caja de fusibles para la
protección trifásica, -KM1 y -KM2 los contactos principales de los
contactores de giro directo e inverso, respectivamente, -F2 relé
térmico de protección del motor, U1 V1 W1 los terminales de
acceso del motor, y PE tierra de protección.
El motor gira en sentido directo o CW (horario) cuando sus terminales U, V, W se alimentan con las fases
RST o L1 L2 L3. Esto se consigue cerrando los contactos principales de –KM1 y por ningún motivo debe
estar cerrado o alimentado –KM2.
Asimismo, el motor gira en sentido inverso o CCW (antihorario) cuando los terminales U,V,W se alimentan
con las fases en la secuencia SRT ó RTS ó L2 L1 L3 ó L1 L3 L2, es decir dos de las tres fases permutadas,
esto se consigue cerrando los contactos principales de –KM2 abriendo los de –KM1.

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CIRCUITO DE MANDO O DE CONTROL: Por su
parte, se representan mediante esquemas
monofásicos o de funcionamiento bifilar. Este
tipo de esquemas muestran la forma como se
conectan y gobiernan las bobinas de los
contactores y demás elementos de control y
señalización. Están compuestos básicamente
por dos trazos horizontales separados,
correspondientes a las líneas de alimentación, y
una serie de trazos verticales entre ellos, que
representan los circuitos parciales, y en los
cuales se ubican los símbolos de los distintos
elementos involucrados. La interconexión de los
circuitos parciales se realiza mediante trazos
horizontales. En estos últimos no deben ubicarse
elementos de control ni de otro tipo.
Un ejemplo de diagrama de control es el mostrado en la figura, correspondiente al circuito de mando de un
inversor de giro como el descrito anteriormente. En este caso L y N son las líneas de alimentación (fase y
neutro), -F1 el fusible de protección, -S1 es un pulsador NC para detener la marcha del motor, -S2 y –S3
pulsadores NA para poner en marcha el giro horario y antihorario respectivamente, cada uno de estos
pulsadores son conectados en paralelo con contactos de cada contactor que alimenta –KM1 y –KM2
respectivamente, esto es llamado sello o retención de contactor. Conectados en serie a cada rama,
contactos NC de cada contactor contrario, esto es llamado enclavamiento de protección, y este contacto es
el encargado de no permitir el accionamiento de la bobina contraria cuando esté activo uno de los
contactores de giro.

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PRÁCTICAS CON CIRCUITOS DE MANDO
El circuito de potencia
de la figura a su
derecha, indica como
se conectan las líneas
de alimentación a un
motor trifásico en
forma directa. En este
caso, al cerrarse los
contactos de –KM1, el
motor recibirá toda la
tensión de las líneas
de alimentación. Este
circuito de potencia
servirá para todos los
esquemas de mando
que se usen como un
arranque directo con
un solo sentido de giro.

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Un circuito de mando nos indica la manera de controlar los terminales del contactor principal (-KM) para que
pueda o no activarse la carga (motor).
DIFERENTES TIPOS DE CIRCUITOS DE MANDO
MANDO POR IMPULSO PERMANENTE
Un circuito se denomina de impulso permanente cuando el operario
debe mantener oprimido el pulsador NA (-S2) todo el tiempo que
desea que la bobina se mantenga energizada como lo indica la
figura a su izquierda.
Al pulsar –S2, se cierran los contactos 13,14 del mismo, cerrando
así el circuito eléctrico y alimentando los bornes A1,A2 de la bobina
del contactor –KM1. Se cierran sus contactos principales,
poniéndose inmediatamente en marcha el motor descrito en el
circuito de fuerza anterior. Si en un momento dado se deja de pulsar
–S2, el circuito se abre, desenergizándose la bobina de –KM1, con
lo cual se abren los contactos principales y se detiene el motor.

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MANDO POR IMPULSO INICIAL
Se dice que el circuito es de impulso inicial cuando el
operario debe oprimir el pulsador –S2, que es normalmente
abierto, hasta que se energice la bobina. Una vez
energizada ésta, cuando el operario deja de oprimir el
pulsador, la bobina se mantendrá energizada.
Activando –S2 se cierra el circuito, se energiza la bobina de
–KM1 y se activa el motor, adicionalmente los contactos
auxiliares 13,14 de –KM1 que están conectados en paralelo
con –S2 ayudan a que la corriente llegue ahora por medio
de sus mismos contactos hacia la bobina de –KM1, al dejar
de oprimir –S2, éste vuelve a su posición de reposo, pero la
bobina seguirá energizada (autosostenida, con sello o
retenida). Por esta razón, el contacto auxiliar que realiza
esta función se denomina contacto auxiliar de sello o
retención.
Solo oprimiendo el pulsador –S1 de parada, se
desenergizará la bobina, volviendo también a su estado de
reposo NA el contacto auxiliar de sello.

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MANDO POR IMPULSO INICIAL DESDE DOS ESTACIONES
Una estación de pulsadores es la agrupación de
todos los pulsadores que cumplen las diversas
funciones, de manera que, desde cualquier
estación, debe ser posible maniobrar
completamente el sistema o la máquina. En
estos casos se acostumbra que los contactos
cerrados de los pulsadores que cumplen la
misma función, se conecten en serie; y los
contactos abiertos, de los pulsadores que
cumplen la misma función, se conecten en
paralelo.
Hay que tratar de que los conductores se
dispongan en configuración de bus. Es decir,
que vayan de la bornera de entrada únicamente
a la primera estación, de ésta a la segunda y de
la segunda a la tercera. Para esta función se
deben ubicar en la primera estación aquellos
pulsadores que, según el esquema de
funcionamiento, necesariamente deben
conectarse con los contactores, o algún otro
elemento que se encuentre en el tablero.

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MANDO POR IMPULSO INICIAL TEMPORIZADO A LA CONEXIÓN
Al ir aumentando los requerimientos de la
automatización en las maquinarias,
también se requieren de control mas
especifico para ciertos propósitos. Como
es el caso de la temporización. En este
circuito, un temporizador con impulso
inicial a la conexión. Significa que una
vez accionado –S2 se energizará un
temporizador -KA, una vez llegado al
tiempo necesario de configuración se
activará el contacto auxiliar de –KA
haciendo las veces de pulsador para el
contactor –KM1 que alimenta al motor.
Utilizado regularmente en sistemas de
accionamiento para motores en cascada,
los podemos encontrar en minería para
correas de transporte, banco de
ventiladores, entre otros.

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INVERSORES DE GIRO PARA MOTORES TRIFÁSICOS
Existen dos clases de inversores de giro, los que predominan en la detención del motor y los que
predominan la marcha del motor. Esto quiere decir, que en el primer caso, necesariamente se debe
presionar la botonera de stop para cambiar el giro del motor, en el segundo caso, la inversión de giro se
realiza sobre la marcha. Cabe señalar que este último requiere de elementos especiales como pulsadores
con dos efectos (NA, NC).
CIRCUITO DE FUERZA PARA INVERSORES DE GIRO
En este circuito de fuerza o también llamado circuito de potencia, se
deben tener dos contactores principales, -KM1 y –KM2 los cuales
realizaran el cambio de fase para producir la inversión de giro.
Para cualquiera de los dos circuitos de mando o control el circuito de
potencia será el mismo.

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MANDO PARA INVERSORES CON PREDOMINANCIA AL STOP
Explicado anteriormente como ejemplo, en este
caso –S2 y –S3 realizan la conexión de los
contactores que energizan al motor con los
sentidos correspondientes de fase para los dos
sentidos de giro. Nótese que independiente del
sentido de giro, una vez activado uno de ellos, no
es posible cambiar el giro sino antes haber
activado –S1 (stop).

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MANDO PARA INVERSORES CON PREDOMINANCIA AL GIRO
En este circuito de mando, la diferencia radica
en los pulsadores –S2 y –S3, ellos realizan dos
trabajos. En realidad es imposible cambiar el
sentido de giro sin haber desenergizado primero
el giro opuesto. Por esto mismo, los pulsadores
realizan las dos tareas, de forma intrínseca son
los stop´s de los contactores opuestos, pero a la
vez realizan la conexión de los contactores de
marcha. En otras palabras, al presionar el
pulsador –S2, inmediatamente se abre la rama
que energiza al contactor –KM2 dejándolo
inutilizable, pero a la vez energizando al
contactor –KM1.
Asimismo, una vez pulsado –S3 inmediatamente
desenergiza con los contactos 11,12 a la bobina
del contactor –KM1, pero también energiza con
los contactos 13,14 la bobina del contactor –KM2
Esto nos brinda un cambio de giro rápido, sin
tener que pasar por un pulsador de stop, uno de
los ejemplos utilizados para este propósito son
los tornos automáticos que deben realizar
cambios de giros bruscos cuando realizan hilos
para tornillos.

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ARRANCADOR ESTRELLA-TRIANGULO
Los sistemas y equipos que se han diseñado para efectuar el arranque de los motores de corriente alterna
tienen el mismo propósito de aquellos que se usan con los de corriente continua y es en esencia, limitar la
corriente consumida por el motor durante su arranque, que puede alcanzar entre 7 y 10 veces su valor
nominal por períodos relativamente prolongados. Dependiendo del tipo y las características del motor, la
potencia instalada y los requerimientos del par (torque) y la velocidad en la carga, se debe estudiar y elegir
la técnica de arranque más apropiada para cada caso; dentro de las técnicas más utilizadas se pueden
nombrar las siguientes: arranque por autotransformador, arranque por resistencias del estator y arranque
estrella-triángulo entre otras menos populares.
El arrancador estrella-triángulo es uno de los métodos por tensión reducida más usados en la industria para
la puesta en marcha de motores de inducción de mediana potencia (entre 10 y 25kVA), por su fácil
construcción, bajo costo y alta confiabilidad. Para su aplicación, se requiere que el motor esté diseñado para
tal propósito; esto implica que éste pueda funcionar en régimen permanente con sus bobinas conectadas en
triángulo y sometidas a la tensión de línea (308/660Vac) y que además los seis terminales de sus bobinas
sean accesibles (U1,U2,V1,V2,W1,W2).
El método de arranque estrella-triángulo aprovecha la relación que existe entre las tensiones de línea y de
fase en una red trifásica y puesto que la influencia en la tensión es doble, la corriente y el par de arranque
del motor se ven reducidos por un factor de tres. Como durante el proceso de arranque el motor se conecta
en estrella, la tensión por cada bobina del estator se verá reducida en 3, o sea en un 58% de la tensión de
línea y esto significa, que la intensidad que absorbe el motor es también 3 veces menor. De esta forma,
obtendremos un 30% del valor que tendría durante un arranque directo.

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Cuando se usa dicho sistema, se debe iniciar en conexión estrella tal como lo muestra la figura en “a”, para
que la corriente se reduzca en la misma proporción que la tensión, y una vez que el motor ha alcanzado
entre el 70 y 80% de su velocidad nominal o de régimen, se desconecta la estrella “b” para realizar la
conmutación a la conexión en triángulo “c” luego de un pequeño tiempo de transición y de forma tal que el
motor siga funcionando bajo esta conexión. Es en esta conexión en que el motor finalmente alcanzará sus
características nominales con una corriente pico de corta duración y magnitud muy inferior a la del arranque
directo, y de otro lado, el par de arranque se ve disminuido de 1.5 a 0.5 veces el valor nominal que se tiene
durante el arranque directo del motor, aumentando por lo tanto la duración del período de arranque, lo cual a
menudo es poco significativo ya que la velocidad nominal se alcanza en unos pocos segundos. Finalmente,
vale la pena considerar que en la práctica el tiempo que se toma un arranque normal debe ser inferior a 10
segundos y estará sujeto al par acelerante e inercia de la máquina y la carga.
a) La conexión en estrella se hace durante un tiempo definido.(<10seg)
b) Durante el tiempo de transición, las bobinas del motor quedan desconectadas (50-100mseg)
c) La conexión en triángulo es el modo normal de trabajo del motor.

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CIRCUITO DE POTENCIA PARA ACTUADOR ESTRELLA-TRIANGULO
El circuito de potencia se compone de dos protecciones
–F1 que es el seccionador o disyuntor trifásico, -F2 es la
protección térmica del motor. Se compone también de
tres contactores de fuerza que realizan el actuar estrella-
triángulo, -KM1 hace las veces de contactor principal
que siempre mantendrá energizada las bobinas
U1,V1,W1. Los contactores –KM2 y KM3 realizarán el
cambio de estrella a triángulo respectivamente. Nótese
que los contactos del contactor –KM2 tienen un puente
para producir el punto neutro de la estrella, una vez
pasado los segundos pertinentes se deberá
desenergizar –KM2 y accionar –KM3 para alimentar con
tensión los bornes del motor W2,U2,V2. Quedando
conectado en triángulo.
Es sumamente importante entender esta conexión ya
que algún error produciría un cortocircuito en la
alimentación trifásica, dañando los contactos de los
contactores de trabajo.

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CIRCUITO DE MANDO PARA ACTUADOR ESTRELLA-TRIÁNGULO
El circuito de mando para el actuador
estrella-triángulo no es más que un sistema
temporizado, donde conecta y desconecta en
un tiempo requerido dos contactores de
fuerza.
Al presionar –S2 se alimenta de inmediato –
KM1 que es el contactor principal que
alimenta al motor, a su vez, la bobina de -
KM2 queda en circuito cerrado pasando por
el NC de –KA y NC de –KM3 realizando con
sus contactos el puente de la estrella. La
bobina del temporizador –KA también queda
alimentada por estar en serie con el NC de –
KM3. Empieza el conteo y luego que haya
realizado el tiempo, los contactos
temporizados cambian su estado, quiere
decir que el NA de –KA que alimenta a –KM3
se cierra. Cambiando así los contactos de
estrella (-KM2) a triángulo. Para tener un
ahorro de energía, una vez utilizado el
temporizador, ya no es necesario, por lo
tanto, cuando se conecte el motor en triángulo, este se desenergiza por el contacto NC de –KM3.

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