Materiais e Equipamentos em Sistemas de Baixa Tensão

Materiais e Equipamentos em Sistemas de Baixa Tensão

(Parte 1 de 5)

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CPM - Programa de Certificação de Pessoal de Manutenção Elétrica

Materiais e Equipamentos em Sistemas de Baixa Tensão

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Materiais e Equipamentos em Sistemas de Baixa Tensão - I - Elétrica © SENAI - ES, 1997

Trabalho realizado em parceria SENAI / CST (Companhia Siderúrgica de Tubarão)

SENAI - Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial DAE - Divisão de Assistência às Empresas Departamento Regional do Espírito Santo Av. Nossa Senhora da Penha, 2053 - Vitória - ES. CEP 29045-401 - Caixa Postal 683 Tel: (27) 334-5774 Fax: (27) 334-5783

CST - Companhia Siderúrgica de Tubarão AHD - Divisão de Desenvolvimento de Recursos Humanos AV. Brigadeiro Eduardo Gomes, s/n, Jardim Limoeiro - Serra - ES. CEP 29160-972 Telefone: (027) 348-1322 Telefax: (027) 348-1077

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Máquinas Elétricas Rotativas05
• Noções Gerais Sobre Motores Elétricos05
• Motores de Corrente Alternada09
• Defeitos nas Ligações dos Motores de C.A19
• Defeitos Internos nos Motores Assíncronos20
Alternadores25
• Noções Sobre Alternadores25
• Alternadores com Indutor (rotor) de Pólos Salientes25
• Alternador com Indutor de Pólos não Salientes26
• Funcionamento do Alternador26
Motor Síncrono Trifásico29
Gerador de Corrente Contínua31
• Dínamo31
Motor de Corrente Contínua35
• Princípio de Funcionamento35
• Tipos de Motores de Corrente Contínua39
• Instalações de Motores de Corrente Contínua41

Sumário • Defeito nas Ligações dos Motores de Corrente Contínua.. 45

• Defeitos Internos nos Motores de Corrente Contínua46
Transformador49
• Princípio de Funcionamento49
• Transformadores com mais de um secundário52
• Relação de Transformação53

• Tipos de transformador quanto a relação de transformação 5

• Relação de Potência em Transformadores57

• Potência em transformadores com mais de um secundário 59

Transformador Trifásico61
• Acessórios do Transformador64
• Resfriamento dos transformadores65
• Transformadores a óleo6
• Ligação ziguezague73
Aterramento75
• Escolha do Condutor de Proteção78
• Conecção com Terminais84
• Solda de Cabo à Haste de Aterramento85
• Determinação do que aterrar86

• Utilização do Neutro como Condutor de Proteção ............. 89

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• Condições para Uso do Neutro no Aterramento91
• Classificação dos Sistemas92
• Sistema de Aterramento92
• Valor da Tensão em Sistemas de Baixa Tensão96
Pára-Raios Prediais97
• Eletricidade Atmosférica97
• O pára-raios e sua atuação9
• Classificação dos pára-raios100
• Pára-raios comum102
• Pára-raios Ionizantes106
• Resistência de Terra1
Quadro de Distribuição113
• Quadros de Luz113
• Quadros Gerais de Força113
• Quadros de Comando e Controle115
Disjuntores117
Capacitor121
• Capacidade de um Capacitor121
• Energia potencial no capacitor122
• Constante dielétrica122
• Capacitor plano123

• Capacidade equivalente a uma associação de capacitores126

• Associação em série de capacitores127
• Associação em paralelo de capacitores128

• Capacitores utilizados para correção de fator de potência. 132

• Fator de potência e seus efeitos133
Interruptor de Corrente de Fuga141
Relés de Tempo143
Lâmpadas145
• Classificação145
• Vida Útil e Rendimento Luminoso nas Lâmpadas166
• Emprego de Ignitores167
• Luminárias168
• Segurança Fusíveis Tipo NH e Diazed170
• As Características dos Fusíveis Tipo Diazed e NH173
• Chaves Auxiliares Tipo Botoeira177
• Relés Térmicos179
• Contatores183

Exercícios............................................................................... 186

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Máquinas Elétricas Rotativas

Noções Gerais Sobre Motores Elétricos

Os motores elétricos são máquinas que transformam energia elétrica em energia mecânica; assim, ao ligarmos um motor à rede, ele irá absorver uma dada quantidade de energia elétrica, e em troca aciona uma carga, por exemplo, um bonde.

Este processo de conversão da forma de energia é análogo ao que se verifica num motor a gasolina. Neste motor, também dito motor a explosão, aproveita-se a energia proveniente da queima de combustível para movimentar o veículo. Num motor elétrico o combustível é a energia elétrica.

Os motores elétricos em geral se compõem de duas partes: o rotor que é a parte móvel e o estator ou carcaça que é a parte fixa.

Estator ou Carcaça Rotor

Podemos classificar os motores, quanto à energia elétrica absorvida, da seguinte maneira:

Motores eletricos de CA monofasico trifasico de C

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Os motores elétricos de corrente alternada funcionam quando ligados à uma rede de tensão alternada; são monofásicos ou trifásicos se necessitam de tensão monofásica ou de tensão trifásica.

Os motores elétricos de corrente contínua funcionam quando ligados à uma rede de tensão contínua.

Os motores de CA são hoje os mais utilizados; podemos encontrá-los em refrigeradores domésticos. em máquinas ferramentas etc. Os motores de C são de emprego mais restrito, sendo encontrados na tração elétrica, grandes laminadores etc.

Vamos estudar com maior profundidade os motores de CA. Eles podem se classificar, segundo o sistema elétrico de alimentação e o princípio de funcionamento ou arranque, em:

Motores trifásicos

Motores monofásicos

Existem outros tipos de motores de CA, que se encontram mais raramente. Os motores de indução (tanto trifásicos como monofásicos) possuem no estator um jogo de bobinas que produzem um campo magnético. No interior do motor, apoiandose sobre mancais, encontra-se a parte móvel, ou rotor. Este rotor dispõe de um enrolamento constituído por simples condutores ou barras postas em curto-circuito entre si (rotor em curto ou em gaiola de esquilo) ou podem também possuir um outro tipo de enrolamento, cujos extremos são levados a anéis coletores eletricamente isolados do eixo e entre si e sobre os quais se apoiam escovas de carvão, fixas ao estator, que nos permitem ligar o motor a um circuito externo.

de rotor emcurto ou gaiola de esquilo de rotor bobinado sincrono de indução ou assincrono série de arranque capacitativo e marcha indutiva (fase dividida) de arranque por repulsão de pólo dividido

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Rotor Gaiola Rotor Bobinado

O motor de indução possui velocidade praticamente constante. Os motores de indução de pequena potência são, na maioria das vezes, monofásicos, com rotor em curto; para a partida necessitam de dispositivos especiais, uma vez que não tem arranque próprio.

Já os motores trifásicos de indução são de maior potência e tem arranque próprio. Como exigem grande corrente da rede, no instante de partida, usam-se dispositivos especiais para diminuíla.

No motor monofásico série ou universal o enrolamento do rotor é levado às escovas, por intermédio de um comutador (coletor constituído por lâminas isoladas entre si), e ligado ao estator. Este tipo de motor funciona tanto com C como com CA. Possui velocidade variável. No motor à repulsão o enrolamento do rotor é levado às escovas que estão ligadas em curto circuito. Possui velocidade variável, sendo usualmente empregado como motor repulsão indução. Na partida funciona como motor de repulsão (que tem arranque próprio) e, posteriormente, por um dispositivo centrífugo, as lâminas do coletor são colocadas em curtocircuito, passando a funcionar como motor de indução monofásico.

Os motores de corrente contínua podem ser classificados segundo o modo de excitação em:

Motores de C auto excitados motores series motores paralelos motores mistos ou compound com excitaçao independente

Num motor de C distinguimos o estator com pólos indutores, o rotor com enrolamento induzido e o comutador.

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Eles são empregados em razão de terem suas velocidades variáveis, conforme a corrente no campo indutor. De acordo com as normas brasileiras de eletrotécnica NB-3, todos os motores elétricos devem possuir uma placa metálica firmemente presa ao estator, na qual são marcadas, de maneira legível, pelo menos as seguintes características:

• nome, marca comercial ou símbolo identificador do comerciante;

• tipo, série e número de fabricação;

• espécie de corrente (alternada ou contínua);

• Espécie de motor ( indução, paralelo, etc.);

• O número de fases ou freqüência em ciclos/seg

(motores de CA);

• tensão nominal ou tensões nominais de operação;

• corrente nominal à plena carga;

• velocidade angular nominal à plena carga (rotações p/min.);

• tensão e corrente do circuito secundário (motores de indução com rotor bobinado de anéis).

Todos os motores devem trazer, ainda, na mesma ou noutra placa, o esquema das ligações.

As placas de características podem ainda indicar:

• fator de potência nominal à plena carga;

• espécie de serviço (contínuo, de pequena duração; quando falta esta indicação, o motor é de serviço contínuo);

• o aumento permissível da temperatura dos enrolamentos e partes adjacentes, em graus centígrados;

• O fator de serviço (sobrecarga que o motor pode suportar em serviço contínuo).

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Motores de Corrente Alternada

Motor Universal

O motor elétrico universal é um motor que permite ligação, tanto na corrente contínua como na corrente alternada, pois o seu rotor bem como seu estator são formados por chapas de ferrosilício, que reduzem ao mínimo os efeitos caloríficos originados pelas correntes induzidas nas massas metálicas, quando sob a ação de um campo magnético variável.

Nas ranhuras do estator são alojadas as bobinas de campo (geralmente duas), necessárias para a formação do campo indutor. Nas ranhuras do rotor são enroladas diretamente as bobinas induzidas, cujas pontas terminais são ligadas devidamente nas lâminas que formam o coletor.

O induzido I e o campo indutor C, são ligados em série, como mostra o diagrama. Para a mudança do sentido de rotação, basta inverter as ligações nos porta-escovas, ou as ligações das bobinas do campo indutor, quando a colagem de ligações ao coletor, são equivalentes aos dois sentidos.

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Os motores universais apresentam um alto conjugado de partida, desenvolvem alta velocidade, são construídos para tensões de 110V e 220V C ou CA e normalmente a sua potência não vai além de 300W, salvo em casos especiais.

Este tipo de motor é aplicado na maioria dos aparelhos portáteis eletrodomésticos e em algumas máquinas portáteis usadas na indústria.

Motor Monofásico de Anel em Curto

O motor monofásico de anel em curto é um motor de indução de rotor tipo gaiola de esquilo e seu estator é de pólos salientes com cavidades, onde são colocados anéis de cobre ou latão, que abraçam pouco menos da metade de cada pólo.

É criado pelos anéis, um fluxo, devido as correntes induzidas produzida pelo fluxo variável, defasado em atraso do fluxo originado pelas bobinas dos pólos indutores, surgindo com a resultante, um campo giratório. O rotor dentro dele é forçado a girar no mesmo sentido devido ao campo produzido pelas correntes induzidas nas barras alojadas nas ranhuras do rotor.

São construídos para tensões de 110V e 220V, 50 ou 60 Hz, 25W a 120W e normalmente para 2 - 4 e 6 pólos para velocidades de 900 a 2800 R.P.M. em 50 Hz e 1000 a 3400 R.P.M. para 60 Hz. tem velocidade constante não admite regulagem e nem reversibilidade.

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A aplicação desses motores se faz em pequenas máquinas tais como: toca-discos, relógios, servo-mecanismos, etc; porque é um motor de baixo conjugado de partida e baixo rendimento.

Motor Monofásico de Fase Auxiliar

O motor de fase auxiliar é um motor de indução constituído de um rotor tipo gaiola de esquilo e um estator formado por coroas de chapas isoladas de ferro-silício, com ranhuras na parte interna, fixadas numa carcaça.

Os enrolamentos, principal e auxiliar são alojados nas ranhuras isoladas, deslocadas de um ângulo de 90º elétricos um do outro.

Os motores monofásicos de indução sem dispositivos de partida, não tem arranque próprio, por não produzir campo rotativo, daí a necessidade, de se utilizar a fase auxiliar com características diferentes do principal, para que os campos magnéticos defasados entre si, produzam uma resultante rotativa, que por indução movimente o rotor tipo gaiola colocado dentro dele.

O enrolamento principal é calculado de modo preciso, mas o auxiliar é conseguido de maneira empírica, mas sempre em relação ao principal, isto é, o auxiliar vai de 34% a 80% do número de condutores do principal e a seção do condutor varia de 30% a 50% do condutor empregado no principal, calculado para 110V.

Para duas tensões, basta desdobrar o enrolamento do principal calculado inicialmente para 110V em duas vezes o número de condutores, com sua seção reduzida pela metade, dividido em dois circuitos, para que possibilite ligar em paralelo para 110V e em série para 220V.

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O enrolamento auxiliar não deve ser modificado para 220V, mas seus terminais deverão ser ligados um num dos extremos e o outro no centro da ligação série do principal, para que o condensador que fica ligado em série com o auxiliar, não receba uma tensão além de 110V.

Geralmente é usado o enrolamento auxiliar somente para o arranque, depois, por intermédio de um interruptor comandado por um dispositivo centrífugo o auxiliar é desligado, permanecendo o campo rotativo pela ação do sentido de rotação do rotor e pela componente de campo criada pelas correntes induzidas nas barras do tipo gaiola (rotor em curto).

Atualmente estes motores são fabricados para duas tensões. 110V e 220V, para as freqüências de 50 Hz ou 60 Hz, para as potências, de 1/6 a 2 c.v.

Sobre o motor é colocado um condensador eletrolítico com sua proteção conforme a figura abaixo.

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Nas tabelas abaixo temos as características principais dos motores monofásicos de fase auxiliar.

C.V. 110V (A) 220V (A)

1/6 1/4 1/2

3,2 4,6 7,4

1,6 2,3 3,7

3/4 1 1 1/2

10,2 13,0 18,4

5,1 6,5 9,2

2 24,0 12,0

Número de Velocidade aproximada em R.P.M. 50 Hertz 60 Hertz

Pólos Em vazio À plena carga Em vazio À plena carga 2 3.0 2.920 3.600 3.500 4 1.500 1.435 1.800 1.730 6 1.0 960 1.200 1.140

Para velocidade em vazio foi tomada a velocidade de sincronismo, embora, na prática, essa velocidade seja ligeiramente menor.

A velocidade marcada na placa dos motores refere-se àquela medida à plena carga.

Os motores monofásicos de indução tem os seguintes inconvenientes:

• Pequena capacidade para suportar sobrecarga; • Baixo rendimento;

• Baixo fator de potência;

• Manutenção de custo elevado.

Os motores monofásicos de indução de fase auxiliar são utilizados em máquinas de lavar roupas, em eletrobombas, em geladeiras, enceradeiras de potência elevadas, etc.

A tabela ao lado dá o valor da corrente em ampères dos motores monofásicos em geral, nas diversas potências relacionadas com a tensão de alimentação.

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O condensador aplicado nos motores de fase auxiliar tem dupla finalidade:

• dar maior conjugado no arranque;

• produzir maior defasamento entre os campos magnéticos principais e auxiliar.

A capacidade dos condensadores de partida, determinada experimentalmente pelos fabricantes de motores, varia ao variar a potência do motor, conforme a tabela abaixo com limite máximo até 1 c.v.

Condensadores de Partida

C.V. microfarads (µµµµF) 1/6 de 161 até 193 1/4 de 216 até 259 1/3 de 270 até 324 1/2 de 340 até 408 3/4 de 430 até 516 1 de 540 até 648

Motor Trifásico Assíncrono

O motor trifásico se compõe de um estator com ranhuras no seu interior, onde são alojadas várias bobinas perfeitamente isoladas da massa estatórica e entre si, devidamente distribuídas e ligadas formando três circuitos distintos e simétricos chamados fases.

Estas fases deverão estar ligadas em triângulo (∆) ou estrela (Υ) a uma rede trifásica para que suas bobinas produzam um campo resultante giratório de valor invariável.

O motor trifásico de aplicação mais comum tem seu rotor do tipo gaiola de esquilo, podendo também ser do tipo bobinado com anéis para controlar o arranque por intermédio de reostato.

O campo giratório ao passar pelas barras ou condutores produz nestes correntes induzidas, fazendo com que o rotor crie um campo magnético que acompanhe seu sentido de giro.

Pode-se enunciar o seguinte princípio de funcionamento: três enrolamentos idênticos A, B e C simetricamente colocados com os respectivos eixos a 120º entre si, percorridos por três correntes alternadas de igual freqüência e valor eficaz, mas defasadas uma da outra de 120º elétricos ou de 1/3 de período, produzem um campo magnético rotativo φ R com amplitude constante, igual a 1,5 vezes o valor máximo de cada um dos três campos componentes φA, φB e φC.

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Departamento Regional do Espírito Santo 17 φ R = 1,5 x φ B, onde φB = máximo no instante considerado.

O campo magnético rotativo gira com velocidade uniforme, fazendo uma rotação em cada período da corrente de alimentação.

O sentido de giro está subordinado à seqüência de fases das correntes nos três enrolamentos das fases do motor que para girar ao contrário é preciso inverter-se a corrente de dois enrolamentos. Em geral, os três enrolamentos são ligados em estrela ou triângulo, para receber ligação de uma linha trifásica com três fios. O sentido de giro do campo poderá ser invertido, trocando-se simplesmente dois fios da linha ligados aos terminais do motor.

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