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Le principali apparecchiature per impianti
uffici, alberghi ecc.) sono le seguenti:
•
in
edifici
(case,
scuole,
ospedali,
INTERRUTTORE: serve per interrompere la continuità metallica, quindi elettrica, in un
circuito percorso da corrente. L’interruttore unipolare ha due morsetti : uno per
l’entrata del cavo, l’altro per l’uscita. In commercio esistono moltissimi tipi di
interruttori (a levetta, rotativi, a tenuta stagna, antideflagranti ecc.) ognuno dei
quali è adatto ad un uso specifico ma la cui funzione principale è sempre la stessa,
quella, cioè, di interrompere il passaggio di corrente in un circuito. I simboli
dell’interruttore sono i seguenti:
Simbolo per schemi di
principio e di montaggio
•
civili
Simbolo per schema unifilare
COMMUTATORE: questa apparecchiatura serve per commutare la fase di entrata su diverse
vie. Nell’illuminazione civile il commutatore è sempre a due vie è cioè, praticamente, un
doppio interruttore. La funzione di questa apparecchiatura è quella di chiudere
alternativamente o contemporaneamente cuiti. I simboli del commutatore sono i seguenti:
Simbolo per schemi di
principio e di montaggio
Simbolo per schema unifilare
1
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•
DEVIATORE: serve per deviare la corrente. E’ formato da tre morsetti, uno comune, uno
normalmente aperto, uno normalmente chiuso. Questi ultimi due sono interscambiabili, nel
senso che se si preme il contatto quello che era chiuso si apre e viceversa. Il morsetto
comune è sempre o all’arrivo o alla partenza di fase, mentre l’NA o l’NC sono sempre
morsetti di collegamento. Il deviatore serve per comandare un carico da due punti,
naturalmente in questo caso occorrono due deviatori. Può essere usato anche come
interruttore nel qual caso si collegheranno solo il comune e uno qualsiasi degli altri
due contatti.
Simbolo per schemi di
principio e di montaggio
•
Simbolo per schema unifilare
INVERTITORE: questa apparecchiatura serve per comandare l’accensione di lampade da tre o
più punti, il numero dei punti di comando dipende dal numero di invertitori collegati in
cascata. Negli impianti con I. alla linea in entrata e a quella in uscita sono sempre
collegati due deviatori. Da ciò si deduce che per comandare un punto luce da tre
posizioni occorrono un I. e due deviatori; aumentando il numero degli I. aumenta il
numero delle posizioni da cui si può operare. L’I. è formato da quattro morsetti uguali a
coppie. Gli I. sono sempre apparecchiature di collegamento intermedio, sono sempre cioè
collegati o a deviatori iniziali e finali, o ad altri I.intermedi.
Simbolo per schemi di
montaggio e di principio
Simbolo per schema
unifilare
2
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•
PRESA: questa apparecchiatura serve per avere punti di tensione ubicati in diverse zone
di una stanza o di un appartamento. L’inserzione può essere diretta o interrotta.
Simbolo per schemi di
principio e di montaggio
•
Simbolo per schema unifilare
FUSIBILI: servono per la protezione dei circuiti elettrici da sovracorrenti molto elevate
o da corto circuiti. Sono di diversi tipi e le caratteristiche variano a seconda dell’uso
al quale sono destinati. Parametri fondamentali dei F. sono la tensione nominale e la
corrente nominale. Vengono inseriti in serie sul circuito e sono attraversati dalla
stessa corrente del carico o dell’intero circuito dipendentemente dall’uso al quale sono
destinati. Una corrente troppo elevata genera un forte riscaldamento dell’anima metallica
del F. portando quest’ultima alla fusione e interrompendo così la continuità elettrica
del circuito.
Simbolo per schemi di principio, di montaggio e unifilare
Nell’illuminazione civile si intendono impianti in B.T. quegli impianti la cui alimentazione
è derivata da trasformatori di tensione. Le norme indicano i valori massimi di queste
tensioni in 24V se alternati e 50V se continui. Gli impianti in B.T. sono quelli di
segnalazione ottica e acustica quali suonerie, richiesta di udienza, apriporta ecc. Siccome
la potenza in gioco è piuttosto limitata, per gli impianti in B.T. si possono usare
conduttori di sezione minima 0,5mmq. La simbologia e l’inserzione dei T.V. sono le seguenti:
Simbolo per schemi di
principio e di montaggio
Simbolo per schema unifilare
3
Ai carichi in b.t.
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I trasformatori sono formati da due circuiti: il primario e il secondario. Si considera
primario il circuito collegato alla linea da trasformare e secondario quello che andrà ad
alimentare gli utilizzatori. E’ bene, comunque, ricordare che i T. sono macchine
completamente reversibili, anche se in impianti, di solito, sono usati per abbassare la
tensione di linea non viceversa.
I relè si dividono in due categorie:
1)Relè per illuminazione civile
2)Relè per forza motrice
A loro volta queste due classi si suddividono in:
1)
Relè per illuminazione civile
Rele ausiliari
Relè a camme
2)
Relè per forza motrice
Relè ad eccitazione diretta
Sono costituiti da un elettromagnete che, se eccitato, provoca la rotazione di una ruota di
forma particolare, a seconda dei casi, la quale muove a sua volta dei contatti aprendo o
chiudendo uno o più circuiti. Il comando viene effettuato mediante la pressione su dei comuni
pulsanti da campanello. Tra i relè a camme ricordiamo:
1)il relè interruttore unipolare il cui ciclo di comando è a due impulsi: il primo di
chiusura, il secondo di apertura
2)il relè commutatore a due contatti il cui ciclo di comando è a quattro impulsi (00-01-1011). E’ adatto al comando dei lampadari.
Generalmente l’alimentazione della bobina viene fatta a bassa tensione in a.c., tramite
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l’ausilio di un trasformatore, per ragioni di sicurezza. Si hanno così due circuiti distinti:
quello di comando a tensione ridotta, quello luce a tensione di rete (220V).
I vantaggi dell’uso dei relè sono i seguenti:
si può aumentare a piacere il numero dei punti di comando variando semplicemente il numero
dei pulsanti di comando in parallelo fra loro. Se l’alimentazione è fatta a bassa tensione
non esiste alcun pericolo di fulminazione nel circuito di comando (è quindi consigliabile per
impianti nei bagni e nei locali umidi). I conduttori possono avere sezione di 0,5mmq per cui
c’è un notevole risparmio nel loro acquisto. Gli organi di comando sono tutti uguali fra di
loro (semplici pulsanti da campanello).
Gli unici svantaggi possono essere che:
il relè potrebbe incepparsi, il rumore prodotto potrebbe dar fastidio.
I relè a camme possono sostituire qualsiasi tipo di impianto a comando tradizionale e dai tre
punti di comando in su è ormai preferibile il loro uso a quello delle normali apparecchiature
con comando a levetta.
Relè interruttore con
bobina in B.T.
Relè commutatore con
bobina in B.T.
In questo tipo di relè non esiste la camme per cui il movimento dei contatti ausiliari è
comandato esclusivamente dalla eccitazione, e dal permanere in questa condizione, della
bobina. Applicando la tensione nominale ai capi della bobina, per i noti fenomeni
dell’elettromagnetismo, la stessa attrae una leva che fa cambiare stato ai contatti
elettrici ad essa collegati. In questa fase i contatti N.A. (aperti a riposo) si
chiudono, mentre i contatti N.C. (chiusi a riposo) si aprono. Togliendo tensione alla
bobina tutto torna nelle condizioni iniziali per cui è ovviamente necessario mantenere
alimentata la bobina stessa se si vuole far lavorare il relè (al contrario di quanto
avveniva nei relè a camme dove è sufficente un solo impulso per fare cambiare stato ai
contatti, i quali vengono mantenuti nella nuova posizione dalla camme meccanica grazie
alla sua particolare forma e nei quali, anzi, la tensione applicata per lungo tempo porta
la bobina alla distruzione).
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In commercio esistono due tipi di relè a eccitazione diretta :
1)Relè octal (8 morsetti)
2)Relè undecal (11 morsetti)
L’unica differenza tra i due tipi sta nel numero dei contatti ausiliari a disposizione:
•
OCTAL = 2 morsetti per la bobina 2-7
3 morsetti C. N.C. N.A. 1-4-3
3 morsetti C. N.C. N.A. 8-5-6
•
UNDECAL = 2 morsetti per la bobina 2-10
3 morsetti C. N.C. N.A. 1-4-3
3 morsetti C. N.C. N.A. 6-5-7
3 morsetti C. N.C. N.A. 11-8-9
I relè a E.D. sono zoccolati, ciò vuol dire che i collegamenti dei fili non si fanno sui
relè ma sui morsetti dello zoccolo (octal o undecal) che ospiterà il relè. I relè sono
provvisti di terminali ad incastro, senza possibilità di sbagliare, che corrispondono
esattamente ai numeri dello zoccolo.
Schema del relè octal
MK2P 24Va.c.
Schema del rele undecal
MK3P 24Va.c.
Come già detto la caratteristica di questi relè è quella di aprire o chiudere i propri
contatti tramite comando vario; se si “rilascia” la bobina tutti gli ausiliari in movimento
tornano in posizione di riposo. Se vogliamo, di conseguenza, permettere agli ausiliari di
lavorare è necessario che la bobina rimanga eccitata anche senza l’intervento continuo
dell’operatore. Questa condizione si ottiene “autoalimentando” la bobina tramite un N.A. del
relè stesso posto in parallelo al comando (pulsante N.A., fine corsa N.A., altro contatto
N.A. di qualsiasi apparecchiatura ecc.) che da il primo impulso alla bobina; i due N.A. sono
a loro volta in serie con la bobina. Per far tornare i contatti del relè in posizione di
riposo è necessario far mancare la corrente alla bobina, aprendo il circuito di alimentazione
della stessa, tramite un contatto N.C. (pulsante, finecorsa, altro contatto N.C. di qualsiasi
apparecchiatura ecc.) posto in serie al circuito.
PALT
PM
K1A
Schema
funzionale
dell’autoalimentazi
one
di
un
relè
zoccolato
K1A
6
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E’ necessario, a questo punto, introdurre un nuovo tipo di schema detto “funzionale”. Negli
schemi funzionali vengono messe in evidenza le funzioni dei vari elementi del circuito.
Infatti in tali schemi le singole apparecchiature vengono scomposte nei loro componenti
elementari e di dove esso esplica tale funzione.
Moltissimi sono i vantaggi rappresentati dall’uso degli S.F.:
•
•
•
•
l’esecuzione grafica è molto semplice perchè lo schema si sviluppa in due o più linee
orizzontali, che rappresentano l’alimentazione, e in una serie di linee verticali che
rappresentano ciascuna un circuito completo e ordinato a seconda della successione
delle manovre.
risultano più evidenti situazioni di incompatibilità.si semplificano le operazioni di
controllo.
completando lo schema con altre indicazioni, come l’idicazione dei morsetti, dei cavi
di collegamento, ecc. si facilita l’esecuzione degli impianti.
si semplifica enormemente la realizzazione di eventuali varianti
Supponiamo di dover realizzare lo schema per l’alimentazione di un relè octal per il
comando di due lampade di segnalazione:
1. I circuiti di potenza vanno disegnati in forma ordinaria mentre i circuiti di
comando,segnalazione,protezione
e
regolazione
si
possono
disegnare
in
forma
funzionale.
2. I circuiti di alimentazione vanno rappresentati con rette orizzontali.
3. Ogni circuito
di comando,segnalazione,protezione e regolazione viene rappresentato
con una retta verticale che, partendo da quella orizzontale superiore corrispondente
all’alimentazione del circuito, termina sulla corrispondente retta orizzontale
inferiore.
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4. Su
ciascuna
retta
verticale
vengono
indicate
tutte
le
(contatti,pulsanti,bobine,lampade ecc.) che fanno parte del circuito.
apparecchiature
5. Queste rette verticali devono essere tracciate secondo l’ordine in cui i
corrispondenti circuiti rappresentati intervengono nella sequenza normale delle
manovre partendo da sinistra verso destra: prima i circuiti di comando principale, poi
quelli dei relè o dei contattori ausiliari e per ultimi quelli di segnalazione e di
allarme.
6. Il segno grafico usato per le varie apparecchiature ne precisa la natura (per esempio
contatto di un relè, di un pulsante ecc. o bobina di comando).
7. Ciascun segno grafico va accompagnato da una sigla convenzionale che
identifica il
tipo di apparecchio e la sua funzione generale. Questa sigla viene posta a sinistra
del segno grafico se questo è disegnato in posizione verticale, o al di sopra se è
disegnato in posizione orizzontale.
8. Tutti gli elementi appartenenti ad uno stesso apparecchio vanno indicati con la stessa
sigla in modo da mettere ben in evidenza che il loro funzionamento è simultaneo. Tutti
gli elementi aventi la stessa sigla, cioè, cambiano di posizione contemporaneamente,
ad eccezione dei contatti a tempo per i quali deve essere indicato sullo schema il
ritardo all’apertura o alla chiusura.
9. I contatti dei vari organi (pulsanti,relè,finecorsa
rappresentati in assenza di alimentazione.
ecc.)devono
essere
sempre
LETTERE DI RIFERIMENTO PER LA DESIGNAZIONE DEI COMPONENTI
F
=
dispositivi
di
protezione
(fusibili,scaricatori,relè
di
protezione
ecc.)
H = dispositivi di segnalazione ( lampade di segnalazione, suonerie, sirene ecc.)
K = relè, contattori
(contattori,relè ausiliari e a tempo)
M = motori
Q = apparecchi di manovra (interruttori di manovra,sezionatori)
S = apparecchi di comando (pulsanti,fine corsa,interruttori di comando ecc.)
8
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Lettere ausiliarie
Questa seconda lettera ausiliaria è richiesta perchè la prima ha solo carattere generico
e perciò si verifica talvolta che due o più apparecchi facenti parte di uno stesso
impianto siano caratterizzati dalla stessa lettera di riferimento.
Siccome, però, in uno stesso impianto ci possono essere più apparecchi uguali, si deve
usare un numero cardinale fra la prima e la seconda lettera per poterli distinguere.
A
B
C
F
G
H
K
M
Q
T
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
funzioni ausiliarie
direzione o senso del movimento
conteggio
protezione
prova
segnalazione
comando ad impulso
funzioni principali
stato,condizione(partenza,fermo)
misura del tempo,ritardo
ESEMPI DI SIGLATURA
Apparecchiature di protezione
FnF =
fusibili sul circuito di potenza
fusibili sul circuito dei comandi
bobina e contatti del relè termico
Apparecchiature di segnalazione
HnH =
HnB =
lampada di segnalazine di contattore aperto o di motore fermo (verde)
lampada di segnalazione di contattore chiuso o di motore in marcia (rossa)
suoneria, ronzatore
lampada di segnalazione di motore in marcia avanti (rossa)
o in marcia indietro (rossa)
Pulsanti o contatti di comando
S0Q
SnQ
SnB
SnA
=
=
=
=
pulsante
pulsante
pulsante
contatti
di
di
di
di
apertura (o di arresto)
chiusura (o di marcia)
marcia avanti o di marcia indietro
apparecchiatura ausiliaria (es. fine corsa)
Bobina e contatti di contattore
KnM =
KnB =
KnA =
bobina e contatti del contattore principale
bobina e contatti del contattore di marcia avanti o di marcia indietro di un motore
bobina e contatti di un contattore ausiliario
Motori
MnM =
MnA =
motore principale
motore ausiliario
9
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MORSETTIERE UNIFICATE
Quando si deve cablare un quadro per F.M. bisogna tenere presente che alcune delle
apparecchiature (sia di comando che di potenza) non verranno montate direttamente sul
quadro, ma saranno ad esso collegate tramite cavo elettrico che permette il comando a distanza delle manovre. Il cavo elettrico che collega, ad esempio, la pulsantiera per il
comando di un motore, viene collegato al quadro tramite una morsettiera numerata alla
quale è collegato, a sua volta, il motore. Per permettere un buon collegamento tra
pulsantiera, quadro e motore, o motori, è necessario rispettare alcune norme, norme che
vengono unificate per tutti i quadri. La morsettiera viene così divisa:
1^parte
2^parte
3^parte
4^parte
=
=
=
=
linea in entrata
carichi
comandi
segnalazioni
Si deve tenere presente, inoltre, che la sezione del cavo che contraddistingue una
morsettiera è decrescente andando dalla linea alle segnalazioni (per ovvi motivi di diverso
assorbimento), così come decrescente può essere la sezione dei morsetti.
Per fare in modo che i collegamenti tra le varie apparecchiature dell’impianto avvengano in
modo corretto, è necessario numerare lo schema elettrico dell’impianto stesso tenendo conto
delle apparecchiature esterne al quadro; ad ogni numero corrisponderà un morsetto. La
numerazione va fatta in senso crescente.
Una volta numerato lo schema si può passare al cablaggio dell’impianto portando i conduttori
numerati alla corrispondente morsettiera unificata.
Esempio di numerazione di uno schema funzionale di un relè octal che comanda due lampade
di segnalazione. I
morsetti
1
e 2 sono quelli corrispondenti all’alimentazione, quelli
3,4,5 sono per i pulsanti, il 6 e il 7 per le lampade. Abbiamo così numerato sullo schema le
posizioni corrispondenti alle apparecchiature che non sono montate direttamente sul quadro di
comando.
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Avendo, ora, a disposizione il quadro, sul quale sono montati i morsetti, il fusibile e il
relè, e le apparecchiature esterne costituite da due lampade di segnalazione e due pulsanti,
è molto semplice procedere al cablaggio dell’impianto.
Le pulsantiere sono costituite da almeno due pulsanti, di solito uno nero (Pmarcia) e uno
rosso (Palt), ognuno dei quali ha a disposizione due contatti, cioè muove due contatti
contemporaneamente un N.A. e un N.C. senza comune tra i due.
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RELE’ RITARDATORI O TEMPORIZZATORI
Questa apparecchiatura ha la funzione di inserire o disinserire altre apparecchiature o
carichi. I tipi più comuni sono quelli con contatti N.A. o N.C. ritardati all’apertura o alla
chiusura. Ciò significa che possiamo avere due tipi di T., quello con contatti che si muovono
contemporaneamente all’eccitazione della bobina, per poi tornare a riposo dopo un tempo T
(normalmente regolabile), e quello con contatti che si muovono in ritardo (anche questo
regolabile) rispetto all’eccitazione della bobina. Alcuni tipi hanno
anche contatti
istantanei, come quelli di un normale octal, che possono servire all’autoalimentazione del T.
stesso. Oggigiorno i temporizzatori più usati sono di tipo elettronico, quindi con bobina
idonea al servizio continuo, mentre fino a qualche tempo fa erano molto usati T.
elettromeccanici che avevano la bobina non idonea al servizio continuo. La differenza tra i
due tipi consiste nel fatto che la bobina del primo (B.I.S.C.) può rimanere alimentata per un
tempo indeterminato mentre a quella del secondo (B.N.I.S.C.)
va assolutamente tolta
l’alimentazione, dopo che il contatto ha effettuato lo scambio, per evitare di bruciare il
relè stesso. In commercio si trovano T. zoccolati di tipo octal o undecal dipendentemente dal
numero di contatti ausiliari che si desidera avere. I contatti di alimentazione della bobina,
generalmente, hanno la stessa numerazione dei relè per cui saranno 2-7 se si tratta di un T.
octal e 2-10 se di un T. undecal; è buona norma, comunque, controllare sempre lo schema del
relè sul contenitore dello stesso, anche per verificare la numerazione dei contatti di
scambio.
Attualmente nei nostri laboratori sono presenti due tipi di timer, entrambi elettronici. Il
primo è autocostruito ed è zoccolato undecal con alimentazione della bobina ai morsetti 210, i contatti di scambio ritardati sono 8-5-6 per C-NC-NA rispettivamente; per attivarlo è
necessario che la bobina sia alimentata (tramite un qualsiasi contatto NA), per disattivarlo,
dopo che ha lavorato, è necessario togliere l’alimentazione alla bobina (ad esempio facendo
tornare in posizione di riposo il contatto NA di cui sopra).
Il secondo tipo è anch’esso undecal, di marca Omron tipo H3BA, con l’alimentazione della
bobina 2-10, ma ha due contatti di scambio: 1-4-3 e 11-8-9 per C-NC-NA rispettivamente. La
bobina può essere collegata direttamente alla linea di alimentazione, in questo caso il timer
comincerà a lavorare solo quando riceverà un impulso al SET (piedino n6 dello zoccolo). Per
fare ritornare in posizione di riposo i contatti ritardati dopo che hanno lavorato è
necessario che arrivi un impulso al RESET (piedino n7). Si può farlo funzionare anche come il
primo tipo di cui sopra, basta collegare il 6 (set) direttamente al 2 (bobina). In questo
caso la bobina andrà alimentata tramite un NA (pulsante, finecorsa, contatto di relè ecc.)
che dovrà rimanere in lavoro fino a che il timer non ha effettuato lo scambio.
Alla pagina seguente si vedono gli esempi di timer con bobina idonea e con bobina non idonea
al servizio continuo e dell’inserzione dei due tipi di temporizzatore in nostro possesso.
Simboli per la bobina e
i contatti del timer
TIMER
TIME
NAT
NCT
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Esempio di temporizzatore con
bobina idonea al servizio
continuo
Esempio di temporizzatore
con bobina non idonea al
servizio continuo
Esempio di inserzione di
timer. Il finecorsa NA
deve essere mantenuto
premuto perchè sia
possibile lo scambio dei
contatti e il permanere
degli stessi in lavoro.
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Esempio di inserzione di
timer Omron H3BA. E’ necessario solo un impulso
al 6 per far partire la
temporizzazione. Fatto lo
scambio si fa tornare a
riposo il relè con un impulso al 7.
In questo caso il timer
Omron H3BA lavora esattamente
come quello del
primo esempio, allorchè
la bobina K1A viene alimentata attiva il timer
e dopo un tempo T i
suoi contatti scambiano.
Solo togliendo tensione
alla bobina K2T,tramite
S0Q il timer tornerà
a riposo.
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FINE CORSA
Hanno la stessa funzione dei pulsanti NA o NC, sono infatti dei contatti NA o NC, solo che
non sono azionati dall’operatore ma, essendo montati sull’impianto, saranno azionati dai
meccanismi dell’impianto stesso. Ricordiamo a tal proposito che si possono avere FC di
salita, FC di discesa, FC di sicurezza ecc. Esistono FC di diverse dimensioni e, come sempre,
da esse dipende anche il costo dell’apparecchiatura che va quindi scelta in modo appropriato.
Di solito un FC ha almeno due contatti di cui uno NA e uno NC che possono essere indipendenti
o avere un contatto comune. I FC possono lavorare in due maniere diverse:
1)a lavoro obbligato
2)a lavoro libero
Nel primo caso l’apertura o la chiusura dei contatti del FC disinseriscono o inseriscono il
carico sul cui montante di alimentazione sono inseriti i contatti stessi. Il contatto viene
mantenuto in lavoro dalla macchina durante le sue normali funzioni. Nel prosieguo delle
manovre i contatti del FC vengono rilasciati tornando a riposo.
In riposo
Simbolo per
finecorsa NA
In lavoro
Simbolo per
finecorsa NC
Nel secondo caso i contatti del FC lavorano solo per un breve tempo o, come si dice, fanno
uno scambio. Se la manovra successiva a tale scambio si deve protrarre nel tempo è necessario
alimentare una apparecchiatura che si autoalimenti (relè, teleruttore, timer ecc.).
La differenza tra i due tipi
funzionamento della macchina.
In riposo
è
data
solamente
In lavoro
dalle
caratteristiche
Finecorsa in riposo
carico
in lavoro
(autoalimentato)
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meccaniche
o
di
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INTERRUTTORI DI PROSSIMITA’
Detto anche prossimity o fine corsa di prossimità. Di solito ha forma cilindrica di
dimensioni varie (diametro da 6-8mm fino a 30 mm e oltre, lunghezza da pochi centimetri a una
decina di centimetri o più) e il suo utilizzo è assimilabile a quello di un normale fine
corsa, con la fondamentale differenza che per il suo funzionamento, per lo scambio cioè dei
suoi contatti, non è necessario il contatto meccanico, ma è sufficente l’avvicinamento con
parti metalliche, o anche di altro materiale, a seconda che il prossimity sia di tipo
induttivo o capacitivo. Attualmente nei nostri laboratori ne è presente uno di tipo induttivo
a due fili. L’avvicinamento di un oggetto metallico al prossimity provoca la chiusura del suo
contatto interno e con questa l’impulso all’apparecchiatura che si vuole comandare. Può
essere montato in serie alla bobina di un relè ausiliario, di un timer, di un contattore, sul
morsetto di conteggio di un contaimpulsi ecc,ecc.
Fe
Fe
Simbolo per contatto NA
di prossimity induttivo
K1A
Il prossimity
a due fili va inserito sul montante di
alimentazione, ad esempio, di
un
relè, la chiusura del suo contatto, provocata dall’avvicinamento con parti metalliche, causa
l’eccitazione del relè i cui contatti possono essere usati per qualsiasi scopo.
FOTOCOMANDI
Il compito al quale assolve un fotocomando è identico a quello visto per gli interruttori di
prossimità, nel senso che si sfrutterà la chiusura o l’apertura dei suoi contatti per
alimentare altre apparecchiature dell’impianto su cui è montato. Il suo funzionamento può
essere basato sull’interruzione di un fascio di luce o sull’interruzione del buio. Nel primo
caso basterà far passare un oggetto entro la distanza massima di azione della fotocellula per
avere lo scambio dei contatti, nel secondo caso si dovrà togliere la presenza di tale
oggetto. Nel tipo presente in laboratorio la distanza utile del fascio è regolabile da un
minimo di 40cm ad un massimo di 80cm ed il suo funzionamento è basato sull’interruzione del
fascio luminoso, cosa che può comunque essere cambiata visto che l’apparecchiatura in nostro
possesso offre questa possibilità. A questo proposito si ricorda la numerazione dei contatti
di tale fotocomando:
1
2
3
4
5
6
alimentazione comune
alimentazione light on
alimentazione dark on
contatto NA
contatto NC
comune
CF
CF
16
Simboli per contatto NA e
NC di cellula fotoelettrica
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La bobina della fotocellula
è sempre alimentata, quando
un oggetto “oscura” il suo
fascio di luce il contatto
NA si chiude alimentando
il relè K1A
CF
CF
K1A
CONTATTORI O TELERUTTORI
Il compito dei teleruttori è quello di inserire grossi carichi di potenza, costituiti nella
maggior parte dei casi da motori asincroni trifase. Il principio di funzionamento dei T. è
identico a quello visto per i relè ausiliari (octal e undecal) nel senso che essi sono dotati
di una bobina che, quando è attraversata da corrente, fa muovere una parte del T., detta
equipaggio mobile, che va a chiudere i contatti di potenza. Da ciò si deduce che tali
contatti di potenza sono N.A. e naturalmente saranno in numero di tre. Il T. non è dotato di
soli contatti di potenza ma ha anche contatti ausiliari, N.A. ed N.C., che servono per la
parte di impianto relativa al circuito di comando (ad esempio per l’autoalimentazione). I
contatti di potenza si distinguono da quelli ausiliari per le loro maggiori dimensioni. Le
dimensioni dei T., così come il costo, dipendono dalla corrente assorbita dal carico, dal
numero di manovre ora, dal numero di ausiliari, dalla tensione di alimentazione e
dall’ambiente in cui dovrà essere montato il T. stesso. Esistono contattori nei quali i
contatti ausiliari possono essere acquistati separatamente e aggiunti ad incastro in numero
che dipende dalle esigenze di ogni singolo impianto. E’ sempre possibile aumentare il numero
di ausiliari montando un relè (octal o undecal) in parallelo alla bobina del T., a questo
punto si darà alla bobina del relè e a tutti i suoi contatti lo stesso nome dato alla bobina
del T.
Simboli per la bobina e per i
contatti di potenza di contattore
Schema di un contattore
con due contatti ausiliari
un N.A un N.C.
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IL RELE’ TERMICO
E’ così chiamato per il suo principio di funzionamento. Serve per la protezione dei carichi
(ad es. motori elettrici) dalle sovra correnti lievi, ma lungamente applicate, dovute a varie
cause, quali il sovraccarico meccanico, l’abbassamento della tensione di alimentazione,
l’interruzione di una fase, il mancato avviamento per il blocco del rotore ecc.. E’
costituito da una o più lamine bimetalliche a seconda che sia a uno o più poli. Le lamine
sono ottenute saldando opportunamente due metalli aventi diverso coefficente di dilatazione
termica: uno è chiamato attivo, l’altro passivo. Il calore prodotto per effetto Joule dalla
corrente da controllare investe il bimetallo riscaldandolo. All’aumentare della temperatura
la lamina bimetallica subisce una dilatazione e si incurva in senso concavo dal lato del
metallo avente minore coefficente di dilatazione. Si utilizza questo spostamento per aprire e
chiudere dei contatti. Il termico si monta direttamente ai morsetti di uscita
del
teleruttore che comanda il carico.
al contattore
Schema di relè termico. I contatti
ausiliari vanno inseriti sul
circuito di comando, N.C. in serie
alla linea di alimentazione,N.A. ad
un qualsiasi sistema di allarme.
al carico
CENNI SULLA PRODUZIONE E LA DISTRIBUZIONE DELL’ENERGIA ELETTRICA
L’energia elettrica, industrialmente, viene prodotta in forma trifase; immaginiamo di avere a
disposizione tre generatori di corrente alternata di uguale ampiezza. Come è noto dalla
teoria dell’elettrotecnica, la tensione presente ai capi di un generatore di corrente
alternata segue una legge sinusoidale ed è perciò rappresentabile con un vettore di ampiezza
V che ruota in senso antiorario seguendo l’andamento descritto dalla funzione seno.
Se colleghiamo in un unico punto un capo di ogni generatore e facciamo in modo che le
tensioni prodotte siano, istante per istante, sfasate tra di loro di 120°otterremo una terna
di tensioni simmetriche, rappresentate da tre vettori con un punto di applicazione comune N.
Il potenziale del punto N, equivalente alla somma dei tre vettori, vale 0. Avremo così a
disposizione tre tensioni RN, SN, TN di uguale valore massimo ottenibili con quattro fili: N
a potenziale 0, R,S,T a potenziale, ad esempio, 220 V rispetto ad N che vale appunto 0 ( ogni
generatore produce così una tensione di 220 V ).
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Rappresentazione vettoriale delle
tre tensioni sfasate tra loro
di 120°
Andamento nel tempo delle
tensioni (una delle fasi
nel grafico parte da 0
per cui il vettore che la
rappresenta sta sull’asse
delle x
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E’ possibile anche sfruttare la tensione esistente tra due fasi qualsiasi del sistema, ad
esempio S e T, anzichè quella tra fase e neutro. In questo caso si deve andare a vedere quale
è il valore di questa nuova tensione tra fase e fase.
I vettori rs, st,tr,
rappresentano le tre tensioni
esistenti tra le fasi, la cui
somma vale zero
Consideriamo il triangolo di vertici NHS; è un triangolo rettangolo in H con l’angolo NSH di
30°, l’ipotenusa NS vale 220. Dobbiamo trovare la lunghezza del cateto HS.
Dalla trigonometria è noto che :
HS = NScos30°
dove il cos30° vale
√3/2
HS = 220 * = √3/2 110 * √3
Essendo HS la metà del segmento ST, corrispondente alla lunghezza del vettore che rappresenta
la tensione tra fase e fase, si deduce che la tensione ST vale :
ST = 2 HS = 2 * 110 * √3 = 220 * √3 » 380V
I sistemi di distribuzione dell’energia elettrica, in Italia, sono due:
1) sistema trifase 220V + neutro (che va scomparendo)
2) sistema trifase 380V + neutro
SISTEMA TRIFASE 220V + NEUTRO
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Nella figura le tre tensioni fornite dai generatori valgono:
RN =
SN =
TN =
dove
V1 = 127V sen wt
V2 = 127V sen (wt+120°)
V3 = 127V sen (wt+240°)
w = 2πf con f=50Hz
Come abbiamo già visto, nei sistemi trifase la tensione esistente tra due fasi è data dal
valore della tensione di un singolo generatore moltiplicato per √3. In questo caso perciò
VL(1-2) = 127 √3 ≈ 220V. La maggior parte degli elettrodomestici e delle apparecchiature per
impianti civili funziona con questa tensione come si vede dai collegamenti di figura per i
primi due carichi.
Un ipotetico carico che fosse collegato tra una qualsiasi delle fasi e il neutro si
troverebbe, come è facilmente intuibile, sottoposto ad una tensione pari a quella del
generatore al quale fa capo la fase stessa, cioè 127V. I carichi funzionanti esclusivamente
con questa tensione sono oggigiorno praticamente estinti, dato che in tutti gli edifici
civili la tensione fornita vale 220V. Detto questo è chiaro che, nel caso in cui il sistema
di distribuzione sia quello sopracitato, cioè trifase 220V con neutro, l’allacciamento di
ogni singola utenza civile è fatto tra due fasi qualsiasi del sistema.
E’ anche possibile alimentare carichi trifase, dove previsto, (officine, laboratori, scuole,
ospedali ecc.) nel qual caso il carico andrà collegato alle tre fasi come in figura.
SISTEMA TRIFASE 380V + NEUTRO
Nella figura le tre tensioni fornite dai generatori valgono:
RN =
SN =
TN =
dove
V1 = 220V sen wt
V2 = 220V sen (wt+120°)
V3 = 220V sen (wt+240°)
w = 2πf con f=50Hz
Abbiamo già visto come, con tre generatori dei valori sopra citati, sia possibile ottenere un
sistema trifase 380V + neutro; resta da precisare che negli edifici civili, dovendo essere di
220V massimi la tensione utilizzabile, è necessario derivare una qualsiasi delle tre fasi ed
il neutro per ottenere tale alimentazione. Detto questo è chiaro come non possano esistere,
per legge, carichi bifase alimentati a 380V. Dalla figura si può notare che i primi due
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carichi, rappresentanti dei generici elettrodomestici, sono collegati tra fase e neutro per
cui sono sottoposti appunto ad una d.d.p. di 220V.
Il motore, essendo un carico trifase, ha i suoi morsetti collegati alle tre fasi.
CARICHI TRIFASE
Un generico carico
rappresentati:
trifase
Carico trifase generico
è
costituito
da
tre
avvolgimenti
Collegato a stella
Dovendo alimentare il carico in questione
alimentazione trifase ai morsetti U1, V1, W1.
che
possono
essere
così
Collegato a triangolo
si
porteranno
le
tre
fasi
del
sistema
di
E’ necessario, a questo punto, chiudere i tre morsetti rimasti liberi nel modo opportuno. I
metodi usati per chiudere gli avvolgimenti di un carico trifase sono due e sono denominati
collegamento “a stella” e collegamento “a triangolo”.
Per realizzare il collegamento a stella si devono cortocircuitare i tre morsetti rimasti
liberi del carico, U2, V2, W2, in un unico punto chiamato centro stella; per realizzare il
collegamento a triangolo si collega la fine del primo avvolgimento, U2, con l’inizio del
secondo, V1, la fine del secondo, V2, con l’inizio del terzo, W1, la fine del terzo, W2, con
l’inizio del primo, U1.
Si deve fare attenzione in questa fase delle operazioni a chiudere correttamente il triangolo
affinchè le correnti percorrano le tre fasi nello stesso verso.
E’interessante, a questo punto, andare a vedere quanto vale la tensione ai capi di ogni
singolo avvolgimento del nostro carico trifase.
Supponiamo che il sistema di alimentazione sia 380V; è facilmente intuibile che nel caso di
collegamento a triangolo, essendo ogni avvolgimento collegato direttamente tra due fasi, tale
tensione valga 380V.
Nel caso di collegamento a stella
tensione ai capi degli avvolgimenti.
invece
non
è
altrettanto
intuibile
il
valore
della
Ricorriamo ancora una volta allo schema del carico collegato a stella.
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Se i tre avvolgimenti del carico sono identici le correnti che li percorrono
volta identiche e sfasate di 120° tra di loro; le tre tensioni ai capi degli
sono anch’esse sfasate di 120° tra loro, per cui è possibile rappresentare tali
lo schema già usato in precedenza e fare il ragionamento inverso per scoprire il
tensione sulla fase del carico.
sono a loro
avvolgimenti
tensioni con
valore della
Consideriamo il triangolo NHL3; esso è rettangolo in H ed ha l’angolo in L3 di 30°.
Avendo supposto un sistema di alimentazione di 380V la lunghezza del segmento L2-L3 vale
appunto 380V, la lunghezza del segmento H-L3 vale 190V.
Si deve trovare la lunghezza del segmento N-L3 che rappresenta l’ipotenusa del triangolo
considerato.
Dalla trigonometria è noto che:
N-L3 = H-L3 : cos30°
N-L3 = 190 : cos30°
dove cos30° vale √3/2
N-L3 = 190 * 2/√3 = 380/√3 » 220V
Riassumendo: in un sistema trifase con tensione V tra le fasi di alimentazione, se il carico
è collegato a triangolo la tensione su ogni avvolgimento del carico stesso
vale V;
se,
invece, il carico è collegato a stella, la tensione ai capi di ogni avvolgimento vale V/√3.
Detto questo si tenga ben presente che essendo la tensione un dato fondamentale ai fini del
progetto di un carico trifase, non si può, con uno stesso sistema di alimentazione, collegare
le fasi del carico indifferentemente a stella o a triangolo, ma le si dovranno collegare in
modo tale che su ogni avvolgimento del carico sia presente la tensione per la quale il carico
stesso è stato progettato. Naturalmente l’utilizzatore in esame dovrà riportare dei dati di
targa che facciano capire il tipo di collegamento adatto ad un certo sistema di alimentazione
trifase.
Con un breve ragionamento si giunge allora ad un’altra conclusione : se la tensione su ogni
avvolgimento deve essere sempre la stessa, per cui con un tipo di alimentazione si può fare
solo un
tipo di collegamento, è anche vero che cambiando il collegamento degli avvolgimenti
si può fare in modo che la tensione sugli stessi non cambi se si cambia il sistema di
alimentezione.
Ad esempio, se un carico è stato progettato con una tensione di fase di 220V lo si può
collegare a triangolo ed alimentarlo con un sistema trifase 220V in modo che ogni suo
avvolgimento sia alimentato direttamente tra due fasi del sistema.
Dello stesso carico, però, si possono collegare gli avvolgimenti anche a stella, in questo
caso per fare in modo che su ogni avvolgimento venga a trovarsi la tensione idonea ad un buon
funzionamento, cioè la tensione di progetto che nel nostro esempio vale 220V, si dovrà
alimentare il carico con una tensione trifase di 380V come si è visto nell’esempio svolto
poco sopra.
IL MOTORE ASINCRONO TRIFASE
Il motore asincrono trifase costituisce il tipo di motore più usato negli impianti
industriali per produrre forza motrice: aziona macchine utensili ed operatrici, pompe,
compressori, ventilatori, bruciatori, ascensori, montacarichi, nastri trasportatori, gru,
carriponte ecc.
La denominazione di asincrono sta ad indicare che la velocità del motore non segue
perfettamente quella sincrona del campo rotante, che è il campo prodotto dalla corrente
trifase di alimentazione, il quale è responsabile di mettere in rotazione il rotore, ma si
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discosta da questa di una quantità che varia da motore a motore e in relazione al carico
meccanico applicato all’albero motore: maggiore è lo sforzo che si fa compiere al motore
maggiore sarà la perdita di velocità rispetto al campo rotante; a sua volta il carico
meccanico influisce percentualmente più nei piccoli motori che nei grandi rispetto alla
perdita di velocità. Questa differenza di velocità viene indicata col termine scorrimento che
è espresso da:
n1 – n2
s%=---------*100
n1
La velocità sincrona del campo rotante è espressa dalla formula
50 * 60
giri/min = --------p
dove 50 è la frequenza di rete in Hz, 60 è il numero di secondi al minuto, p è il numero
delle coppie di poli del motore. Da ciò si deduce che, essendo 2 il minimo numero dei poli di
un motore la velocità sincrona massima ottenibile è di 3000 giri/min.
Se un motore con tale velocità sincrona presenta uno scorrimento del 2% significa che la
perdita di giri a pieno carico vale:
3000
2
= 60
100
La velocità del rotore sarà quindi di 2940giri/min.
Rispetto alla velocità sincrona la riduzione all’albero a pieno carico varia tra l’1% e il 6%
nei motori a due poli e tra il 2% e il 10% nei motori con molti poli.
Per quello che riguarda la tensione di alimentazione vale quanto detto per i carichi trifase
generici. Le possibilità di collegamento degli avvolgimenti sono due: stella o triangolo e ad
ogni tipo corrisponde una precisa alimentazione trifase.
Facendo riferimento al sistema attualmente più in uso, che è il 380V trifase, e dovendo
acquistare un motore asincrono si può scegliere un motore con Vf=380V ed effettuare il
collegamento a triangolo in morsettiera. Se si hanno a disposizione, nello stesso ambiente,
vecchi motori con Vf=220V non è assolutamente necessario disfarsene, basterà effettuare il
collegamento a stella alla morsettiera di tali motori.
Morsettiera Marelli
I tre avvolgimenti di un motore vengono collegati ai sei morsetti della morsettiera
(operazione fatta all’atto della costruzione del motore) in due modi differenti dal punto di
vista
meccanico
ma
assolutamenti
equivalenti
dal
punto
di
vista
elettrico.
Le
schematizzazioni sottostanti sono una esemplificazione di tali collegamenti.
Come è facilmente intuibile questi due
collegamenti facilitano la connessione a
stella
o
a
triangolo
del
motore.
E’sufficente infatti avere a disposizione
tre
barrette
metalliche
di
uguale
lunghezza (che sono in dotazione all’atto
dell’acquisto) per poter realizzare le due
connessioni.
Per realizzare il collegamento a stella si metteranno le barrette a cortocircuitare i
morsetti U2, V2, W2 (o anche U1, V1, W1) e si porterà l’alimentazione ai morsetti rimasti
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liberi.
Per realizzare il collegamento a triangolo le barrette dovranno cortocircuitare i morsetti
U1-W2, V1-U2, W1-V2 in un caso e U1-V2, V1-W2, W1-U2 nel secondo caso.
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