Comandos Elétricos, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

Baixe Comandos Elétricos e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity! CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS PRODUÇÃO DE C.A. TRIFÁSICA E ALTERNADORES TRIFÁSICOS Objetivo: Mostrar a necessidade do comando industrial; apresentação do painel de comando e enfocar como principal elemento de comando. Introdução: Uma indústria é constituída por uma infinidade de máquinas, desde um simples esmeril até enormes máquinas automáticas que realizam muitas operações diferentes. È comum encontrarmos máquinas totalmente automáticas que realizam uma série de operações com um simples toque de botão. Mas se faz necessário lembrar de que os responsáveis pelos movimentos que uma máquina efetua são os motores elétricos e que quanto mais operações diferentes uma máquina efetuar, mais motores existirão para acioná-la. Surge então a necessidade de se estabelecer qual a ordem de acionamentos de um determinado número de motores e para fazer esses acionamentos automaticamente se faz necessário um circuito elétrico chamado Circuito de Comando da Máquina. Este circuito deverá possuir características tais que possibilitem o acionamento de motores pequenos e grandes além de acioná-los a grande distância. O circuito de comando de uma máquina é constituído pôr uma variedade de componentes os quais vamos estudá-los um a um separadamente. Se como técnicos ou simplesmente como estudiosos da matéria fizermos a análise de uma instalação elétrica, encontramos uma série de equipamentos e dispositivos que numa seqüência lógica, dentro das atribuições do circuito, efetuam cada qual uma função elétrica definida. Portanto, cada equipamento, ou cada dispositivo por mais simples que seja, deve ter uma construção determinada, para realizar o que dele se espera . De um modo geral, podemos distinguir quatro grandes classes de dispositivos elétricos, que se destinam ao Comando, a Proteção, a Medida e a Regulação. Os dispositivos de comando, fundamentalmente, e de acordo com a terminologia oficial em vigor se subdividem em seccionadores, chaves e disjuntores, classificação baseada nas características próprias e que são inseridas nos circuitos em posição adequada. Os de proteção devem reagir em função dasgrandezas mais. Efetuam ainda a fiscalização das condições de circulação da corrente e da tensão elétrica. Quanto aos aparelhos de medição, permitem os mesmos em cada instante a verificação numérica das grandezas elétricas, pelos voltímetros, amperímetros, frequencímetros e outros mais, que, em última análise são o reflexo das condições de alimentação e de carga, própria do sistema. Com referência aos de regulação, como a própria denominação já esta explicando, são dispositivos que permitem uma regulagem. COMANDO A DISTÂNCIA Toda máquina possui um painel de controle onde se encontram os componentes de acionamento da máquina, tais como botoeiras, chaves seletoras, lâmpadas de sinalização,etc. Entretanto este painel normalmente fica distante dos motores que devem ser acionados. Portanto surge a necessidade de utilizarmos um elemento principal de chaveamento para a alimentação dos motores e que possa ser comandado á distância Sem esse elemento principal de chaveamento, precisaríamos levar os cabos alimentadores a partir da linha de alimentação, passa-los por um elemento de chaveamento e segui-los até o local onde estão os motores. CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS 1 PRODUÇÃO DE C.A. TRIFÁSICA E ALTERNADORES TRIFÁSICOS Porém, isso seria impraticável pelo fato de que se o(s) motor(es) foss(em) de grandes po- tências os cabos possuíram bitolas elevadas, além de que o elemento de chaveamento teria que possuir características especiais, fazendo com que o sistema ficasse com preço elevado. Geração e Distribuição de energia. O tipo de energia elétrica mais utilizado no mundo, e sobretudo no Brasil, é o da energia elétrica em corrente alternada no sistema trifásico. De fato, trata-se de um sistema em que a energia é facilmente gerada, transmitida e distribuída. Nesta lição, você vai aprender coisas importantes sobre os circuitos trifásicos. Você vai aprender. por exemplo, que eles podem ser ligados de duas maneiras: em estrela e cm triângulo. Estudará também o comportamento das tensões e correntes nesses dois tipos de ligação. Para estudar os conteúdos desse capítulo, é imprescindível que você conheça o que é corrente alternada. Usinas geradoras: Um dos modos de se produzir eletricidade é pela ação do magnetismo. Os geradores elétricos são os equipamentos que produzem eletricidade por meio desse processo. Para que isso aconteça. é necessário que eles sejam acionados por urna força mecânica. Para produzir eletricidade, as usinas utilizam grandes geradores que são acionados por alguma forma de energia. Existem vários tipos de usinas geradoras de eletricidade: • Usinas Hidroelétricas • Usinas Termoelétricas • Usinas Termonucleares • Usinas Eólicas CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS PRODUÇÃO DE C.A. TRIFÁSICA E ALTERNADORES TRIFÁSICOS Usinas Hidroelétricas: As usinas hidroelétricas empregam a força da água represada que passa por uma tubulação e faz girar à turbina. A turbina, então, faz girar o gerador que produz eletricidade. 2 Os dois lados da espira não estão cortando as linhas de força: portanto. não há produção de tensão elétrica e, por isso, fluxo da corrente. O ponteiro do galvanômetro está na posição zero. Posição 2: A espira se deslocou 45° a partir do ponto inicial. Os condutores da espira estão começando a interferir nas linhas de força do campo magnético. O ponteiro do galvanômetro esta indicando o surgimento de uma tensão induzida nos condutores da espira. CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS PRODUÇÃO DE C.A. TRIFÁSICA E ALTERNADORES TRIFÁSICOS Posição 2: A espira se deslocou 45° a partir do ponto inicial. Posição 3: A espira se deslocou 90° a partir do ponto inicial. A medida que a espira se aproxima do ponto “A”, o ponteiro do galvanômetro desloca-se mais do que na posição anterior. Na posição “A’. as secções transversais dos condutores estão cortando perpendicularmente as linhas de força magnética. (ângulo de 90°).Quanto maior a quantidade de linhas de força cortadas pela espira, maior a tensão nela induzida. Portanto, o ponteiro do galvanômetro está marcando a máxima quantidade de tensão produzida na espira e. respectivamente, a máxima quantidade de corrente. 5 Posição 4: A espira se deslocou 135°. Agora, o ponteiro do galvanômetro está indicando valor menor que o valor marcado anteriormente. Os dois lados da espira estão, neste momento, em posição inclinada entre as peças polares. Nesta posição, apenas parte do fluxo magnético está sendo interrompido pela espira, produzindo nesta uma tensão cada vez menor. CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS PRODUÇÃO DE C.A. TRIFÁSICA E ALTERNADORES TRIFÁSICOS Posição 4: A espira se deslocou 135°. A proporção que a espira se afasta do ponto da maior convergência do fluxo magnético (ponto “A”), o galvanômetro registra menor tensão induzida e, respectivamente, menor corrente elétrica. Posição 5: A espira se deslocou 180°. O ponteiro do galvanômetro retornou novamente para a posição zero. Aqui, os dois lados da espira não estão cortando as linhas de força. Não há indução de tensão nos condutores da espira. Posição 6: A espira se deslocou 225°. Agora, o ponteiro do galvanômetro está se deslocando para a esquerda. Lembre-se de que, até posição 5, a parte escura da espira estava cortando o fluxo magnético de cima para baixo e, a parte clara, de baixo para cima. 6 CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS PRODUÇÃO DE C.A. TRIFÁSICA E ALTERNADORES TRIFÁSICOS Posição 6: A espira se deslocou 225°. A partir da posição 6, a parte escura começou a deslocar-se dentro do campo magnético de baixo para cima, e. a parte clara, de cima para baixo. Como o sentido de deslocamento dos lados da espira ficou invertido, inverteu-se também o sentido de deslocamento da corrente elétrica. Por este motivo é que o ponteiro do galvanômetro mudou de sentido, ou seja. agora ele está se deslocando para a esquerda. Posição 7: A espira se deslocou 27O° Nesse momento, o ponteiro do galvanônetro está marcando indução máxima de corrente elétrica na espira. Nesta posição novamente as secções transversais dos condutores estão cortando perpendicularmente as linhas de força, logo, o máximo corte de linhas de força e, consequentemente, a máxima tensão induzida. 7 Exemplo: Durante 0,5 segundos, a corrente circula no sentido conforme desenho abaixo: De 0,5 segundo até 1 segundo, a corrente muda de sentido. CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS PRODUÇÃO DE C.A. TRIFÁSICA E ALTERNADORES TRIFÁSICOS Corrente Alternada Quando um gerador de corrente alternada com dois pólos completa uma rotação, a tensão completa um ciclo. Se essa rotação for completada no tempo de 1 segundo, temos,então,1 ciclo/s. 10 Na realidade, podem ser gerados mais ciclos por segundo; o número de ciclos depende de dois fatores: Rotação por segundo; Número de pólos do gerador; O número de ciclo/s é denominado “freqüência”, que tem como unidade de medida o “Hertz”. CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS PRODUÇÃO DE C.A. TRIFÁSICA E ALTERNADORES TRIFÁSICOS Definição: Freqüência é o número de oscilações por segundo ou, simplesmente, ciclos por segundo (ciclos/ seg.) Exemplo: Na sua casa, a freqüência da corrente elétrica é de 60 hertz. Isto significa que a corrente elétrica completa 60 ciclos em 1 segundo. Gerador Trifásico: O gerador abaixo apresenta uma bobina e é, portanto. monofásico. E, como tem coletor de anéis, produz CA monofásica. 11 CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS PRODUÇÃO DE C.A. TRIFÁSICA E ALTERNADORES TRIFÁSICOS Este gerador apresenta três bobinas fixas, com um imã móvel. Neste caso trata-se de um tipo de gerador que produz três CAs monofásicas. Esse tipo de gerador e denominado Gerador Trifásico. Princípio do Gerador Trifásico: Um Imã indutor girando no centro um sistema de três bobinas, colocadas 12O° uma da outra, constitui gerador de corrente trifásica. Cada vez que o pólo N passa em frente a uma bobina, produz-se uma CA; nessa bobina; em uma volta completa do pólo N produzem-se 3 CAs, deslocadas 120° uma das outras. As 3 correntes alternadas geradas em atraso de 1/3 do ciclo uma da outra chama-se corrente “trifásica”. Seguindo o giro do pólo N: → a fase I começa em 0° 12 Veja a seguir esquemática desta ligação: Ligação Triângulo ou Delta (∆); Analise a ilustração, abaixo: Note que neste caso, as pontas das bobinas foram unidas duas a duas, ou seja: → a ponta 1 com a ponta 6, → a ponta 2 com a ponta 4, e → a ponta 3 com a ponta 5. CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS PRODUÇÃO DE C.A. TRIFÁSICA E ALTERNADORES TRIFÁSICOS Ligação Triângulo ou Delta (Δ); Logo: Ligação Triângulo ou Delta Consiste em ligar as bobinas de forma que a Ponta 1 fique ligada a 6, a 2 fique ligada à 4 e a 3 fique ligada a 5, e retirar, de cada uma dessas uniões, uma derivação. Veja a representação esquemática desta ligação: 15 Tensão de Linha e Tensão de Fase; Denomina-se tensão de linha a tensão medida entre duas fases; CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS PRODUÇÃO DE C.A. TRIFÁSICA E ALTERNADORES TRIFÁSICOS Denomina-se tensão de fase a tensão medida entre uma fase e o neutro; Vamos verificar, agora, a tensão (E) e a corrente (I), nos fechamentos estrela e triângulo ou delta. Observe a tensão (E) nas ligações estrela e triângulo ou delta, abaixo: 16 A tensão (E), entre os dois extremos de cada bobina, é chamada de: Tensão de Fase CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS PRODUÇÃO DE C.A. TRIFÁSICA E ALTERNADORES TRIFÁSICOS A tensão de fase é representada, simbolicamente, pela letra maiúscula “E”, mais a letra minúscula f,ou seja, Ef , veja, nas ligações, a localização da tensão de fase: A tensão (E), entre duas fases, seja entre a fase I e A II e a III, ou, ainda, entre a II e a III, é chamada de: Tensão de Linha Esta tensão é representada, simbolicamente, pela letra maiúscula E, mais a letra L, ou seja, EL. Veja, nos fechamentos abaixo, a localização da tensão de linha: Prosseguindo, veja, agora, o que ocorre com relação a tensão de linha (EL), nas ligações estrela. Observe que, numa ligação estrela, a tensão de linha (EL), é igual à tensão de fase (Ef), multiplicada por 1,73. 17 IL = If, teremos: IL = 5 A. Acompanhe o calculo da corrente de linha, nesta situação: CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS PRODUÇÃO DE C.A. TRIFÁSICA E ALTERNADORES TRIFÁSICOS Corrente de Linha Sendo If = 10 A e aplicando a fórmula IL = If x 1,73, teremos: IL = 10 x 1,73 ► IL = 17,3 A → Numa ligação triângulo, a corrente de linha é igual: à corrente de fase, multiplicada por 1,73. Logo: IL = If x 1,73 20 CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS PRODUÇÃO DE C.A. TRIFÁSICA E ALTERNADORES TRIFÁSICOS Isso mostra que, em qualquer momento, uma CA trifásica defasada de 120° tem sempre duas correntes elétricas entrando e uma corrente saindo, ou uma corrente elétrica entrando e duas correntes saindo. O sentido da corrente elétrica pode ser representado graficamente da seguinte maneira: I corrente que circula em um sentido. I → corrente que circula em sentido contrário. Examinando o gráfico CA trifásico apresentado abaixo, é possível determinar o sentido das três correntes elétricas em cada momento, bem como seus valores. Momento A Momento B Momento C I1 ← I1 ← I1 ← I2 → I2 → I2 → I3 → I3 ← I3 ← FUSÍVEIS Fusíveis: Os fusíveis constituem a proteção mais tradicional dos circuitos elétricos. Sua operação consiste fusão do elemento fusível contido no fusível. O elemento fusível, o “ponto fraco” do circuito, é um condutor de pequena seção transversal, que sofre, devido a sua alta resistência, um aquecimento maior que o dos outros condutores à passagem da corrente. Para uma relação adequada entre seção do elemento fusível e a do condutor protegido, ocorrerá a fusão do metal do elemento quando o condutor atingir uma temperatura próxima da máxima admissível. Construção: O elemento fusível é um fio ou uma lâmina, geralmente de cobre ou liga, colocado no interior do corpo do fusível, em geral de porcelana. hermeticamente fechada. Um indicador permite verificar se o fusível atuou; ele é composto pôr um semicondutor ligado em paralelo com o elemento fusível que libera uma mola após o seu rompimento. Essa mola desloca uma plaqueta ou pino, antes preso na tampa do 21 corpo. Os fusíveis contém em seu interior, envolvendo por completo o elemento fusível, material granulado extintor — areia de quartzo — de granulometria adequada. FUSÍVEIS O elemento fusível pode ter diversas formas. Em função da corrente nominal do fusível, ele compõe-se de um ou mais fios ou lâminas em paralelo, com trecho (s) de seção reduzida. No elemento fusível num ponto adequado existe ainda um material adicional, cuja temperatura de fusão é bem menor que a do elemento, caracterizando um atraso, que permite atender a necessidade da corrente de partida dos motores trifásicos com rotor em curto-circuito. CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS FUSÍVEIS Fusíveis Diazed O dispositivo fusível compõe-se dos seguintes elementos: base (unipolar ou tripolar), parafuso de ajuste, fusível, anel de proteção ou cobertura (só para as bases unipolar) e tampa. Tampa É a peça na qual o fusível é encaixado, permitindo colocar e retirar o mesmo da base, mesmo com a instalação sob tensão, porém sem carga. Possui um visor que permite verificar a posição do indicador do fusível. 22 Os fusíveis NH, tipo 3NA, têm as contatos (facas) prateados, o que proporciona perdas muito reduzidas no ponto de ligação, e o corpo de esteatita, para garantir segurança total. Base Possui contatos especiais prateados, que garantem contato perfeito e alta durabilidade. Uma vez retirado o fusível, a base constitui uma separação visível das fases, tornando dispensável, em muitos casos, a utilização de um seccionador adicional. CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS FUSÍVEIS Punho Destina-se a colocação ou retirada dos fusíveis NH de suas respectivas bases mesmo estando a instalação sob tensão, porém sem carga. 25 CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS Fusíveis 26 CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS 27 CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS Contatores Contatores são dispositivos de manobra mecânica, acionados eletromagnéticamente usado construídos para uma elevada freqüência de operação. De acordo com a potência (carga). o contator é um dispositivo de comando do motor e pode ser usado individualmente, acoplado a relês de sobrecarga. na proteção de sobrecorrente. Há certos tipos de contatores com capacidade de estabelecer e interromper correntes de curtos-circuitos. Tipos de contatores: Basicamente, existem dois tipos de contatores: * Contatores para motores; principal ou de potência. * Contatores Auxiliares. Esses dois tipos de contatores são semelhantes. O que os diferencia são algumas características mecânicas e elétricas. Contator Principal; Assim, os contatores para motores caracterizam-se por apresentar: º► dois tipos de contatos com, capacidade de carga diferentes chamados principais e auxiliares; ºmaior robustez de construção; º► possibilidade de receberem relês de proteção; º► câmara de extinção de arco voltaico; º► variação de. potência da bobina do eletroimã de acordo com o tipo do contator; º► tamanho físico de acordo com a potência a ser comandada; º► possibilidade de ter a bobina do eletroimã com secundário. Veja na ilustração a seguir de alguns contatores tripolares 30 Construção: Os principais elementos construtivos de um contator são: º► Acessórios; ► Sistema de Acionamento; º► Contato Principal; ► Carcaça º► Contato Auxiliar ► Câmara de Extinção de arco voltaico CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS Contatores Os contatos são construídos em formatos e tamanho determinados pelas características técnicas do contator. São classificados em Principal e Auxiliar. Contatos Principais O s contatos principais tem a função de estabelecer e interromper correntes de motores e chavear cargas resistivas ou capacitivas. O contato é realizado por meio de placas de prata cuja vida útil termina quando essas placas estão reduzidas a 1/3 de seu valor inicial. Contatos Auxiliares Os contatos auxiliares são dimensionados para comutação de circuitos auxiliares para comando, sinalização e intertravamento elétrico. São dimensionados apenas para a corrente de comando e podem ser de abertura retardada para evitar perturbações no comando. Eles podem ser do tipo NA (normalmente aberto) ou NF (normalmente fechado) de acordo com a sua função. Sistema de Acionamento O acionamento dos contatores pode ser feito com corrente alternada ou corrente continua. Acionamento CA Para esse sistema de acionamento existem anéis de curto-circuito que se situam sobre o núcleo fixo do contator e evitam o ruído por meio da passagem da CA por zero. Um entreferro reduz a remanescência após a interrupção da tensão de comando e evita o colamento do núcleo. Após a desenergização da bobina de acionamento, o retorno dos contatos principais (bem como dos auxiliares) para a posição original de repouso é garantido pelas molas de compressão. Carcaça. A carcaça dos contatares é constituída de 2 partes simétricas (tipo macho e fêmea), unidas por meio de grampos. Retirando-se os grampos de fechamento do contator e sua capa frontal é possível abri-lo e inspecionar o seu interior, bem como substituir os contatos principais e os da bobina. A substituição da bobina é feita pela parte superior do contator, através da retirada de 4 parafusos de fixação para suporte do núcleo. Câmara de extinção de arco voltaico. 31 É um compartimento dos seccionadores que envolve os contatos principais. Sua função é extinguir a faisca ou arco voltaico que surge quando um circuito elétrico é interrompido. Funcionamento; A bobina eletromagnética quando alimentada por um circuito elétrico forma um campo magnético que se concentra no núcleo fixo e atrai o núcleo móvel. Como os contatos móveis estão acoplados mecanicamente com o núcleo móvel o deslocamento deste no sentido do núcleo fixo movimenta os contatos móveis. Quando o núcleo móvel se aproxima do fixo, os contatos móveis também devem se aproximar dos fixos, de tal forma que, no fim do curso do núcleo móvel, as peças fixas imóveis do sistema de comando elétrico estejam em contato e sob pressão suficiente. CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS Contatores O comando da bobina é efetuado por meio de uma botoeira ou chave-bóia com duas posições, cujos elementos de comando estão ligados em série com a bobina. A velocidade de fechamento dos contatores é resultado da força proveniente da bobina e da força mecânica das molas de separação que atuam em sentido contrário. As molas são também as únicas responsáveis pela velocidade de abertura do contator, o que ocorre quando a bobina maagnética não estiver sendo alimentada ou quando o valor da força magnética for inferior à força das molas. Vantagens do emprego de contatores; ► Comando à distância ► Elevado número de manobras ► Grande vida útil mecânica ► Pequeno espaço para montagem ► Garantia de contanto imediato ► Tensão de operação de 85 a 100% da tensão nominal prevista para o contator Montagem dos contatores; Os contatores devem ser montados de preferência verticalmente em local que não esteja sujeito a trepidação. Em geral, é permitido uma inclinação máxima do plano de montagem de 22,5 em relação à vertical que permite a instalação em navios. Na instalação de contatores abertos, o espaço livre em frente a câmara deve ser no máximo de 45 mm. Veja a seguir a ilustração de um contator principal: 32 Além da codificação normal de posição e função dos contatos auxiliares, existe ainda uma nomenclatura dependente da disposição mecânica destes: Para contatores com somente um contato auxiliar NF, é fixada a identificação 21 / 22 para este contato. Terminação “E”: Esta terminação, destinada à disposição preferencial, regulamenta que, em sequencia de dois contatos, 1 “NA” e 1 “NF, tem-se sempre por primeiro contato NA, seguido do NF. Nas seguencias com número de contatos superior a dois, tem-se um contato NA iniciando a sequencia, seguido de todos os NF e, após estes, os NA restantes. Assim, respeitadas as condições citadas, acrescente-se à especificação do contator a terminação “E”.Exemplo: (Ver figura abaixo) Contator Auxiliar CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS Contatores Terminação “Z”; Existem situações em que as características construtivas do contator não permitem a disposição preferencial “E”. Neste casos, opta-se pela variante “Z”, a qual regulamenta qualquer seqüência, que tenha-se em primeiro lugar todos os contatos NA, seguidos de todos os NF. Exemplo(Ver figura abaixo). 35 Identificação de um contator para motor (figura abaixo) CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS Contatores Bobinas: Os terminais de alimentação da bobina são identificados por “A1” e “A2” ou ainda “a” e “b”. Fases de uma manobra; O ciclo de manobra de um contator pode ser dividido em 4 fases: processos de ligação e desligamento; e estado ligado e desligado. As fases mais difíceis para o contator são no desligamento(de cargas indutivas, principalmente) e na ligação. Tensão de Comando; Critério empregado após a definição do tipo de contator a ser utilizado, juntamente com a freqüência da rede. Diferencia-se a principio pelo sistema utilizado, sendo usual a tensão em corrente alternada e com menor incidência em corrente contínua. Em corrente alternada as tensões padronizadas para contatores WEG são: Freqüência de Manobras; Ou seja, o número de manobras por hora que o contator deve realizar. Também é uma informação importante, pois, quanto maior este valor, menor será a vida dos contatos. Quantidades de Contatos Auxiliares; A quantidade depende das necessidades de comando intertravamento e sinalizações constantes do circuito. Defeitos e Causas; Contator não liga -Fusível de comando queimado; -Relê térmico desarmado; -Comando interrompido; -Bobina queimada: -Por sobretensão; 36 -Ligada em tensão errada; -Subtensão (principalmente CC); -Corpo estranho no entreferro. Contator não desliga -Linhas de comando longas (efeito de “colamento” capacitivo); -Contatos soldados: -Correntes de ligação elevadas (p. ex. comutação de transformadores a vazio); -Comando oscilante; -Ligação em curto circuito; -Comutação YΔ defeituosa. CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS Contatores Contator desliga involuntariamente; -Quedas de tensão fortes por oscilações da rede ou devido à operação de religadores. Faiscamento excessivo; -Instabilidade da tensão de comando: -Regulação pobre da fonte; -Linhas extensas e de pequena seção; -Correntes de partida muito altas; -Subdimensionamento do transformador de comando com diversos contatores operando simultânea- mente. Fornecimento irregular de comando: -Botoeiras com defeito; -Fins de curso com defeito; Contator Zumbe; -Corpo estranho no entreferro; -Bobina com tensão ou freqüência errada; -Anel de curto-circuito quebrado; -Superfície dos núcleos, móvel e fixo, sujas ou oxidadas, especialmente após longas paradas. -Fornecimento oscilante de contato no circuito de comando; -Quedas de tensão durante a partida de motores. Contator com relê térmico, relê atuou -Motor não atinge a rotação nominal porque o relê atua: -Relê inadequado ou mal regulado; -Tempo de partida muito longo; freqüência de ligações muito alta; -Sobrecarga no eixo. -Bimetais azulados, recozidos ou enrolamento de aquecimento queimado: -Sobrecarga muito elevada; -Fusíveis superdimensionados; 37 CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS Contatores auxiliares SIEMENS 40 CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS Categoria de Emprego 41 CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS Chaves Auxiliares Tipo Botoeira As chaves auxiliares tipo botoeira são chaves de comando manual que tem por finalidade interromper ou estabelecer momentaneamente, por pulso, um circuito de comando. para iniciar, interromper ou continuar um processo de automação. Podem ser montadas em caixas para sobreposição ou para montagem em painéis. As botoeiras podem ter diversos botões agrupados em painéis ou caixas, e cada botão pode acionar também diversos contatos, abridores ou fechadores. Externamente, são construídas com proteção contra ligação acidental (fig.3). sem proteção (fio.4) ou com chave tipo fechadura, denominada comutador de comando. As botoeiras protegidas possuem uma guarnição que impede a ligação acidental e possuem longo curso para a ligação. As com chave são do tipo comutadoras, que tem por finalidade impedir que qualquer pessoa ligue o circuito. As botoeiras ainda podem ser apresentadas no tipo pendente. Nesse caso. sua utilização destina-se ao comando de pontes rolantes, talhas elétricas ou. ainda, máquinas operatrizes em que o operador tem de liga-las em varias posições diferentes. Elas possuem formato anatômico. CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS 42 CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS Botoeiras e Sinalizadores Sinalização A sinalização é a forma visual ou sonora de se chamar a atenção para uma situação determinada em um circuito, em uma máquina ou em um conjunto de máquinas. É feita por buzinas (fig.1) ou campainhas, ou por sinalizador luminoso (fig.2) em cores determinadas por normas. Sinalizadores Luminosos (fig.3) Partes constituintes e montagem das peças de um sinalizador: 45 Sinalizadores Sinalização Luminosa A sinalização luminosa tem maior aplicação, e suas cores são estabelecidas por normas para as principais aplicações. CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS Botoeiras e Sinalizadores Sinalizadores Sinalização Luminosa Cores de sinalização para indicações de operação: Norma VDE Cores Condição de Operação Exemplos de Aplicação Vermelho Condições Anormais Indicação de que a máquina está paralisada, pela atuação de um dispositivo de proteção. Ex: Uma sobrecarga ou qualquer falha Aviso para a paralisação de máquina, Ex: Devido a uma sobrecarga. Amarelo Atenção ou Cuidado O valor de uma grandeza aproxima-se do seu valor-limite (corrente, temperatura). Sinal para o ciclo de operação automático. Verde Máquina pronta para operar Partida normal; todos os dispositivos auxiliares funcionam e estão prontos para operar. A pressão hidráulica ou a tensão estão nos valores específicos. O ciclo de operação está concluído, e a máquina está pronta para operar novamente. Branco (incolor) Circuitos sob tensão em operação (funcionamento normal) Chave principal na posição Liga. Escolha da velocidade ou do sentido de rotação. Acionamentos individuais e dispositivos auxiliares estão operando. Máquina em movimento. Azul Todas as funções para as quais não se aplicam as cores acima. 46 CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS Botoeiras e Sinalizadores Usa-se ainda a sinalização intermitente, quando é necessária uma atenção mais urgente. Sob cada sinalizador deve haver uma plaqueta de identificação. Além das plaquetas. os sinalizadores podem conter ainda, nas lentes, símbolos, números. letras ou textos, que indicam uma situação dos circuitos ou das máquinas. A lente do sinalizador deve propiciar bom brilho e apresentar-se completamente opaca em relação à luz ambiente, quando a lâmpada está apagada. Sinalização Sonora - Buzinas e Campainhas As buzinas são usadas para indicar o início de funcionamento de uma máquina. ou ficar á disposição do operador. quando for necessário; e usada, por exemplo, em pontes rolantes. O som deve estar entre 1 000 e 3 000 ciclos, e conter harmônicos que o tornarão distinto do ruído local. As campainhas são usadas para indicar anomalias em máquinas. Por exemplo, se um motor com sobrecarga não puder parar de imediato, o alarme chamará a atenção do operador para as providências necessárias; ou poderá indicar a sua parada anormal. Instalação de Sinalizadores Na instalação de sinalizadores para indicar abertura ou fechamento de contator, é importante verificar se a tensão produzida por auto-indução não virá a queimar a lâmpada. Nesse caso a lâmpada deverá ser instalada através de um contato auxiliar, evitando-se a elevada tensão produzida na bobina do contator. (fig. abaixo). CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS Diagramas de Comando Normas 47 CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS Simbologia 50 CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS Simbologia CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS 51 Diagrama de Comando O Diagrama de Comando faz a representação esquemática dos circuitos elétricos responsável pelo funcionamento seqüencial, ou seja, é o “cérebro elétrico” da máquina. Ele mostra os seguintes aspectos: funcionamento seqüencial dos circuitos; ► representação dos elementos, suas funções e as interligações, conforme as normas estabelecidas; ► visão analítica das partes ou do conjunto; ► possibilidade de rápida localização física dos componentes. Tipos de Diagramas Os diagramas podem ser multifilar completo (ou tradicional) e funcional. O diagrama multifilar completo ou tradicional representa o circuito elétrico como é montado. Esse tipo de diagrama é difícil de ser interpretado e elaborado, principalmente quando os circuitos são complexos. Veja a ilustração a seguir. Em razão das dificuldades de interpretação desse tipo de diagrama, os três elementos básicos dos diagramas, ou seja, os caminhos da corrente, os elementos e suas funções e a seqüência funcional são separados em duas partes representadas por diagramas diferentes. O diagrama simplificado no qual os aspectos básicos são representados de forma prática e de fácil compreensão é chamado de diagrama de comando. Veja a ilustração a seguir. CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS Diagrama de Comando Diagrama Principal 52 Motores elétricos de corrente contínua (CC). Os motores elétricos de CA são, hoje, os mais utilizados. Por essa razão, trataremos apenas desses motores. Os motores CA podem ser monofásicos ou trifásicos. Os motores monofásicos são alimentados nos sistemas fase neutro, quando trabalham em 110V, e nos sistemas de fase e fase, quando trabalham em 220V. Os motores monofásicos mais utilizados são: motor monofásico universal; motor monofásico de anel em curto; motor monofásico de fase auxiliar. CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS Motores Elétricos Motor Monofásico Universal. O motor elétrico universal permite ligações tanto em corrente contínua quanto em corrente alterna- da. São construídos para tensões 110V e 220V CC ou CA e normalmente a sua potência não vai além de 300W. Esse tipo de motor é aplicado na maioria dos aparelhos portáteis eletrodoméstios e algumas máquinas portáteis usadas na industria. A figura abaixo ilustra o rotor (parte que gira) e o estator (parte fixa) de um motor universal. O motor universal é o único motor monofásico cujas bobinas do estator são ligadas eletricamente ao rotor por meio de dois contatos deslizantes (escovas). Estes dois contatos, por sua vez, ligam em série o estator e rotor. Os motores universais apresentam elevado conjugado de partida e tendência a disparar, mas permitem variar a velocidade ao variar o valor da tensão de alimentação. Veja abaixo o esquema de ligação do motor universal. 55 È possível inverter o sentido do movimento de rotação deste tipo de motor invertendo apenas as ligações nas escovas. Ou seja, a bobina ligada à escova “A” deverá ser ligada à escova “B”, e vice-versa. CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS Motores Elétricos Motor Monofásico Universal. Os motores universais são motores de CA mais empregados. Normalmente, sua potência não ultrapassa a 5OOW ou O,75CV e permite velocidades de 1 500 à 15 000 rpm. Este tipo de motor é utilizado em máquinas de costura, liquidificadores, enceradeiras, aspiradores de pó, máquinas portáteis (furadeira, lixadeira, serras), etc. Motor Monofásico de anel em curto; Esses motores são construídos para tensões de 110V e 220V, 60Hz, 25W a 120W e, normalmente para velocidades de 1000 a 3400 rpm para 60Hz. Tem velocidade constante e não admite regulagem e reversibilidade. A aplicação desses motores se faz em pequenas máquinas, tais como: toca-discos, relógios, servo- mecanismo, secadores de cabelo etc., porque é um motor de baixo rendimento (fig. abaixo). Motor Monofásico de fase auxiliar. • motor monofásico de fase auxiliar é o de mais larga aplicação. Sua construção mecânica é igual a dos motores trifásicos de indução. • Suas características principais são: • no estator, há dois enrolamentos: um de fio mais grosso e com grande número de espiras (enrolamento principal ou de trabalho) e o outro de fio mais fino e com poucas espiras (enrolamento auxiliar ou de partida); • o enrolamento principal fica ligado durante todo o tempo de funcionamento do motor, mas o enrolamento auxiliar só atua durante a partida. Esse enrolamento é desligado ao ser acionado um dispositivo automático localizado parte na tampa do motor e parte no rotor; • geralmente um capacitor é ligado em série com o enrolamento auxiliar, melhorando desse modo o conjugado de partida do motor. CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS 56 Motores Elétricos Motor Monofásico de fase auxiliar. Ligação dos motores monofásicos. Os motores monofásicos de fase auxiliar podem ser construídos com dois, quatro ou seis terminais de saída. Os motores de dois terminais funcionam em uma tensão (110 ou 220V) e em um sentido de rotação. Os de quatro terminais são construídos para uma tensão (110 ou 220V) e dois sentidos de rotação, os quais são determinados, conforme a ligação efetuada entre o enrolamento principal e o auxiliar. De modo geral, os terminais do enrolamento principal são designados pelos números 1 e 2, e o auxiliar por 3 e 4. Para inverter o sentido de rotação, é necessário inverter o sentido da corrente no enrolamento auxiliar, isto é, trocar o 3 pelo 4. CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS Motores Elétricos Motor Monofásico de fase auxiliar. Os motores de seis terminais são construídos para duas tensões (110 e 220V) e para dois sentidos de rotação. Para a inversão do sentido de rotação, inverte-se o sentido da corrente no enrolamento auxiliar. O enrolamento principal é designado pelos números 1, 2. 3 e 4 e o auxiliar por 5 e 6. Para a inversão do sentido da rotação, troca-se o terminal 5 pelo 6. As bobinas do enrolamento principal são ligadas em paralelo, quando a tensão é 110V e em série, quando é de 220V. 57 Motor síncrono Não há variação. A velocidade é constante (síncrona) Nenhum, exceto em raros motores de duas velocidades fixas. Muito baixa Em serviços que exigem velocidade constante ou onde se deseja corrigir o fator de potência da rede elétrica. Os motores são encontrados padronizados para as tensões 220, 380 e 440V freqüências de 60Hz. A ligação dos motores trifásicos é a conexão elétrica dos terminais do motor, a fim de proporcionar ao mesmo condições de funcionamento. Pode-se encontrar motor trifásico com 3, 6, 9 ou 12 terminais. Os motores de 3 terminais são construídos para funcionar apenas em uma tensão, seja 220, 380, 440 ou 760V. CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS Motores Elétricos Motores de 3 terminais. A ligação de motor com 3 terminais à rede se faz conectando os terminais 1, 2, e 3 aos terminais da rede R, S e T, em qualquer ordem. Motores de 6 terminais. Atualmente, a disposição de bornes que mais se encontra nos motores trifásicos é de 6 terminais Com essa disposição, os motores trifásicos podem ser ligados em duas tensões, geralmente para 220V (triângulo Δ) e 380V.(estrela Y) para acoplamento à rede trifásica. Para isso, deve-se levar em conta a tensão na qual irá operar. 60 CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS Motores Elétricos Tensão de motores: Motores para funcionar com 220V e 440V. Na figura abaixo, temos duas bobinas de um motor ligadas em paralelo e alimentadas em 220V. Ligando-se essas bobinas em série, elas poderão ser alimentadas com 440V, produzindo o mesmo campo magnético. Veja esta ligação abaixo. A mudança de ligação das bobinas, de paralelo para série, é feita com a ligação adequada dos bornes na caixa de ligação do motor. Motores para funcionar com 220V e 380V. Na figura seguinte temos três bobinas de um motor formando uma ligação que é chamada triângulo O símbolo da ligação triângulo é ∆ . As bobinas estão alimentadas com 220V. Na ligação triângulo (220V), o início de uma fase é fechado com o final da outra e essa junção é ligada à rede. Este tipo de ligação exige seis terminais no motor e serve para quaisquer tensões nominais duplas 61 Exemplos: 220/380V – 380/660V – 440/760V. CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS Motores Elétricos Tensão de motores: Essas mesmas bobinas podem ser ligadas formando uma outra ligação, chamada estrela. O símbolo da ligação estrela é Y. Na ligação Y as bobina são alimentadas com 380V. Veja na figura abaixo a ligação estrela. Na ligação estrela (380V) os terminais 4,5 e 6 são interligados e os terminais 1,2 e 3 são ligados à rede. O valor 380V é obtido efetuando-se a multiplicação 220V x √3. (√3 é o fator da corrente trifásica). As ligações de 220V e 380V são mais comuns em motores pequenos e médios. Motores fabricados para funcionar com 220V, 380V e 440V. Esses motores são chamados de tripla tensão. Essas tres tensões são obtidas combinando-se as ligações em série, em paralelo, estrela e triângulo. Veja na figura seguinte o esquema de ligação entre as bobinas do motor para funcionamento com 220V. Esse tipo de ligação chama-se duplo triângulo. CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS Motores Elétricos Tensão de motores: Observe na figura a seguir o esquema para o motor funcionar com 380V Esse tipo de ligação é chama-se dupla estrela. 62 Ligação estrela série, valendo 3 vezes a terceira. Mas, como esta tensão seria maior que 600V,é indicada apenas como referência de ligação estrela-triângulo. Exemplo: 220 / 380 / 440 / (760)V Este tipo de ligação exige 12 terminais e a figura abaixo mostra a numeração normal dos terminais e o esquema de ligação para as três tensões nominais. CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS RELÉS DE SOBRECARGA Diferentemente dos fusíveis, que se autodestroem, os relés abrem os circuitos em presença de sobrecarga, por exemplo, e continuam a ser usados após sanada a irregularidade. Em relação aos fusíveis, os relés apresentam as seguintes vantagens: • ação mais segura; • possibilidade de modificação do estado ligado para desligado (e vice-versa); • proteção do usuário contra sobrecargas mínimas dos limites predeterminados; • retardamento natural que permite picos de correntes próprios as partidas de motores. Tipos de relés Os relés que são usados como dispositivos de segurança podem ser: • eletromagnéticos; • térmicos. Os relés eletromagnéticos mais comuns são de dois tipos: • relé de mínima tensão; • relé de máxima corrente. O relé de mínima tensão recebe uma regulagem aproximadamente 20% menor do que a tensão no- minal. Se a tensão abaixar a um valor prejudicial, o relé interrompe o circuito de comando da chave principal e, abre os contatos dessa chave. Os relés de mínima tensão são aplicados principalmente em contatores e disjuntores. O relé de máxima corrente é regulado para proteger um circuito contra excesso de corrente. Esse tipo de relé abre, indiretamente, o circuito principal assim que a corrente atingir o limite da regulagem. Relés térmicos – Esse tipo de relé, como dispositivo de proteção, controle ou comando do circuito elétrico, atua por efeito térmico provocado pela corrente elétrica. O elemento básico dos relés térmicos é o bimetal. 65 O bimetal é um conjunto formado por duas laminas de metais diferentes (normalmente ferro e níquel) sobrepostas e soldadas. Esses dois metais, de coeficientes de dilatação diferentes, formam um par metálico. Por causa da diferença de dilatação, se o par metálico for submetido a uma temperatura elevada, um dos metais do par vai se dilatar mais que o outro. Por estarem fortemente unidos, o metal de menor coeficiente de dilatação provoca o encurvamento do conjunto para o seu lado, afastando o conjunto de um ponto determinado. Esse movimento é usado para disparar um gatilho ou abrir um circuito. Portanto, essa característica do bimetal permite que o relé exerça o controle de sobrecarga para proteção dos motoes. 66