Quadri

• Distribuzione AC in BT
• fase, neutro, PE
• interruttori automatici
• sistema trifase e definizioni
• carichi trifase con collegamento a stella e triangolo, presenza o meno neutro

• marcia arresto
• teleinversione
• timer (avviamento ritardato) con relè ausiliario

Le esercitazioni sugli impianti industriali si realizzano utilizzando dei quadri come quello in figura.

All'interno del quadro si realizzano i circuiti delle esercitazioni cablando correttamente altri dispositivi (teleruttori, relè, temporizzatori)¹⁾ poi si procede al collaudo collegando:

• alimentazione trifase
• motore asincrono trifase
• pulsantiera di comando

Il quadro per le esercitazioni può essere rappresentato schematicamente così:

Come si vede sono già installati alcuni componenti essenziali che non vanno mai smontati, cioè:

• connettore a baionetta per l'alimentazione (in alto)
• connettore a baionetta per il motore (in mezzo)
• connettore per pulsantiera (verde, in alto)
• morsettiera motore e alimentazione (a sinistra)
• morsettiera comando (a destra)
• interruttore rotativo generale con blocco porta ²⁾
• trasformatore 380V/24V

All'interno del quadro troviamo anche:

• le barre omega, sulle quali si innestano dispositivi e morsettiere
• canaline per la posa dei cavi
• messa a terra (PE collegato telaio del quadro)

Nello schema le sigle utilizzate per i conduttori e le morsettiere sono:

Negli impianti industriali, insieme alla bassa tensione industriale (380/400V trifase) destinata ai circuiti di potenza è presente un secondo sistema di alimentazione, a tensione più bassa, per l'alimentazione dei circuiti ausiliari. I principali utilizzi sono:

• circuiti di comando
• segnalazione (lampade, suonerie)
• consenso
• apriporta

Un valore tipico per la tensione di alimentazione dei circuiti ausiliari è 24V AC⁴⁾(non pericolosa perché inferiore a 50V). Naturalmente i dispositivi da installare nel quadro (contattori, relè ausiliari, temporizzatori) vanno scelti tenendo conto di questo valore. I circuiti ausiliari possono essere realizzati con conduttori di piccola sezione (fino a 0,5 mm²).

Per ottenere la tensione di 24V AC dalla tensione di rete (trifase o monofase) si usa un trasformatore con:

• circuito primario (ingresso) a 400V (può essere presente una presa intermedia per la 230V)
• circuito secondario (uscita) a 24V (può essere presente una presa intermedia per ottenere 12V + 12V)

Il trasformatore presente nel quadro ha una potenza apparente di 30VA sufficiente ad alimentare i vari dispositivi montati nei circuiti ausiliari.

Particolarità:

• affidabile ed economico
• funziona solo in AC
• garantisce l'isolamento galvanico tra i circuiti di potenza e ausiliari
• non spreca energia

I contattori funzionano come i relé ma per tensioni/correnti/potenze elevate. Sono sempre NA (normalmente aperti, NO in inglese) e hanno bisogno di un circuito di autoritenuta per mantenere la bobina alimentata dopo la pressione del pulsante.

I relè industriali sono utilizzati nei circuiti ausiliari e svolgono le stesse funzioni dei contatti ausiliari dei contattori - autoritenuta, interblocchi, segnalazione e in generale le varie funzioni di comando - ma su un apparecchio separato.

Sono disponibili anche per installazione su zoccolo - che facilità l'installazione e la sostituzione - in due tipologie:

• octal con 8 morsetti (2 per la bobina e 2 ausiliari con comune|NO|NC)
• undecal con 11 morsetti (2 per la bobina e 3 ausiliari con comune|NO|NC)

Prendendo ad esempio il relè finder (modello 60.12.8.024.0040) in dotazione al nostro laboratorio, ed esaminando il suo fascicolo tecnico osserviamo che:

• si tratta di un relè octal con 2 contatti di scambio (NA e NC con un morsetto in comune)
• i contatti di scambio sono individuati dal morsetti 1-3-4 (a cui corrispondono le sigle 11-12-14) e 8-5-6 (sigle 21-22-24)
• i due contatti si muovono insieme quando è alimentata la bobina tramite i morsetti 2-7 (sigle A1-A2)
• la bobina è in AC a 24V
• i contatti sono a 240V e sopportano 10A

La figura seguente mostra la piedinatura e lo schema interno del relè.

Quando è necessario ritardare l'inserzione o la disinserzione di un carico si usa un temporizzatore o timer. Il suo funzionamento è simile a quello di un relè ma l'apertura (o chiusura) dei contatti non avviene appena si alimenta il timer ma solo dopo che è trascorso un tempo impostato. In commercio esistono diverse tipologie di temporizzatori:

• elettronici o elettromeccanici
• con ritardo alla eccitazione o alla diseccitazione
• con o senza contatti istantanei (come quelli di un normale relè)
• su zoccolo octal o undecal

Le caratteristiche del temporizzatore finder che utilizziamo in laboratorio (modello 88.12) sono riportate nel relativo fascicolo tecnico. Come si vede si tratta di un temporizzatore:

• su zoccolo octal
• con due contatti ritardati o uno ritardato e uno istantaneo (utilizzabile ad esempio per l'autoritenuta); il modo di funzionamento è impostabile con un selettore
• tempo ritardo impostabile da 0,05s a 100 ore
• contatti da 250V e 8A
• quadro frontale con segnalazione (alimentazione e temporizzazione in corso) ghiera e selettori per la regolazione

La figura seguente mostra la piedinatura e i contatti, simile a quella di un relè.

La temporizzazione nella modalità AIb (un contatto ritardato e uno istantaneo) è invece illustrata da questa figura.

Spesso negli schemi il circuito di comando e quello di potenza sono disegnati separatamente. Il circuito di potenza è rappresentato con uno schema ordinario, quello di comando e segnalazione con uno schema funzionale.

Si ricorda che negli schemi funzionali:

• l'alimentazione è indicata da due linee orizzontali, una in alto (24V) e una in basso
• i dispositivi si inseriscono in segmenti verticali tra le linee dell'alimentazione
• l'ordine con cui si rappresentano i vari segmenti da sinistra a destra è: comando → ausiliari → segnalazione
• le sigle identificative vanno poste a sinistra o sopra i simboli dei dispositivi

Nelle sigle dei dispositivi la prima lettera indica:

• F protezione
• H segnalazione
• K relè/contattore
• M motore
• Q manovra
• S comando

seguita da un numero che serve a distinguere dispositivi dello stesso tipo.

Negli schemi possono comparire altre sigle per facilitare il montaggio del circuito, ad esempio:

• numeri progressivo o sigle dei morsetti dei componenti
• numero o sigle che identificano i conduttori

Premessa: una breve introduzione al motore asincrono è disponibile negli appunti di quinta di elettronica.

I circuiti delle varie prove azionano motori asincroni trifase⁵⁾. Questi motori sono i più utilizzati in campo industriale perché:

• sono semplici ed economici
• si collegano direttamente alla rete
• vanno a velocità quasi costante

tuttavia presentano alcuni difetti:

• assorbono correnti molto elevate allo spunto (cioè in partenza)
• hanno prestazioni scadenti allo spunto (coppia bassa)
• sono difficili da controllare (per regolare la velocità serve un inverter)

Nell'industria vengono utilizzati per le movimentazioni più semplici, dove non servono prestazioni elevate allo spunto o non è richiesto un controllo preciso della velocità.

L'alimentazione del motore trifase avviene con un cavo multipolare con i tre conduttori di fase e il PE (il neutro non serve perché è un carico equilibrato). I tre conduttori di fase sono collegati alla morsettiera del motore opportunamente predisposta in base alla tensione disponibile e alla tipologia del motore. Con dei ponti metallici è possibile collegare i sei morsetti (dei avvolgimenti del motore) a stella o a triangolo, come mostrato in figura.

Il collegamento va scelto in base alle indicazioni presenti sulla targa (ad esempio se è previsto il collegamento a triangolo con una tensione concatenata di 400V sarà indicato Δ 400V) e rispettando le sigle sui morsetti. Per l'inversione di marcia occorre scambiare due fasi.

La targa di un motore asincrono trifase riporta i dati principali del motore e le tensioni riferite ai due collegamenti a stella o triangolo.

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