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Autores:

Ronimack Trajano de Souza (Mestrado/DEE/UFCG)

Edson Guedes da Costa (Coordenador do Laboratório de Instalações Elétricas)

Revisão janeiro de 2003.

INTRODUÇÃO 4 1. MOTORES ELÉTRICOS 5 1.1. Motores de indução tipo gaiola 5 1.2. Motores Elétricos Monofásicos 6 1.2.1. Aplicações 6 1.3. Motor Elétrico Monofásico de Capacitor Permanente 6 1.3.1. Aplicações 6 1.4. Motores Elétricos Trifásicos de Alto Rendimento 7 1.4.1. Aplicações 7 1.5. Motor Elétrico Trifásico Motorfreio 7 1.5.1. Aplicações 7 1.6. Motor Elétrico Trifásico de Dupla Velocidade - Dahlander 7 1.6.1. Aplicações 7 2. CHAVE DE PARTIDA 8 2.1. Chave de Faca 8 2.2. Chave de Partida Direta dos Motores 9 2.3. Chave de Partida Direta com Reversão do Sentido de Rotação 9 2.4. Limitações da Corrente de Partida 10 2.4.1. Chave de Partida Estrela-Triângulo 10 2.4.2. Partida com Chave Série-Paralelo 1 3. CIRCUITOS DE ALIMENTAÇÃO E CONTROLE 12 3.1. Circuito Principal ou Circuito de Força 12 3.2. Circuito Auxiliar ou Circuito de Comando 12 4. DISPOSITIVOS DE COMANDO 13 4.1. Contactores ou Contatores 13 4.1.1. Contactores Disjuntores 13 4.1.2. Contactores Inversores 13 4.2. Disjuntor 13 4.3. Temporizadores 14 4.4. Relé de Sobrecarga 14 5. Especificações para aquisição de Motores Elétricos 14 5.1. Placa de identificação de um motor 14 6. TAREFAS 16 6.1. SIMBOLOGIA UTILIZADA 17 6.2. "PARTIDA DIRETA PARA MOTORES MONOFÁSICOS ATRAVÉS DE CHAVE MECÂNICA" 18 6.2.1. Material necessário à realização da tarefa: 18 6.2.2. Procedimentos: 18 6.3. "PARTIDA DIRETA PARA MOTORES TRIFÁSICOS ATRAVÉS DE CHAVE MECÂNICA". 20 6.3.1. Material necessário à realização da tarefa: 20 6.3.2. Procedimentos: 20 6.4. "PARTIDA DIRETA PARA MOTORES TRIFÁSICOS COM REVERSÃO DO SENTIDO DE ROTAÇÃO ATRAVÉS DE CHAVE MECÂNICA". 2 6.4.1. Material necessário à realização da tarefa: 2 6.4.2. Procedimentos: 2 6.5. "PARTIDA DIRETA PARA MOTORES MONOFÁSICOS A CONTACTOR". 23 6.5.1. Material necessário à realização da tarefa: 23 6.5.2. Procedimentos e funcionamento: 23 6.6. "PARTIDA DIRETA PARA MOTORES TRIFÁSICOS A CONTACTOR". 25 6.6.1. Material necessário à realização da tarefa: 25 6.6.2. Procedimentos: 25

6.7. "PARTIDA DIRETA PARA MOTORES TRIFÁSICOS A CONTACTOR COM REVERSÃO DO SENTIDO DE ROTAÇÃO". 27 6.7.1. Material necessário à realização da tarefa: 27 6.7.2. Procedimentos: 27 6.8. "PARTIDA DIRETA PARA MOTORES MONOFÁSICOS A CONTACTOR COM REVERSÃO DO SENTIDO DE ROTAÇÃO". 29 6.8.1. Material necessário à realização da tarefa: 29 6.8.2. Procedimentos: 29 6.9. "PARTIDA DIRETA PARA MOTORFREIO TRIFÁSICOS A CONTACTOR". 31 6.9.1. Material necessário à realização da tarefa: 31 6.9.2. Procedimentos: 31 6.10. "PARTIDA DIRETA PARA MOTORES TRIFÁSICOS DE DUPLA VELOCIDADE – DAHLANDER - A CONTACTOR". 3 6.10.1. Material necessário à realização da tarefa: 3 6.10.2. Procedimentos: 3 6.1. "PARTIDA ESTRELA-TRIÂNGULO A CONTACTOR – COMANDO MANUAL". 35 6.1.1. Material necessário à realização da tarefa: 35 6.1.2. Procedimentos: 35 6.12. "PARTIDA ESTRELA-TRIÂNGULO A CONTACTOR – COMANDO TEMPORIZADO". 37 6.12.1. Material necessário à realização da tarefa: 37 6.12.2. Procedimentos: 37 6.13. "PARTIDA ESTRELA-TRIÂNGULO A CONTACTOR COM REVERSÃO DO SENTIDO DE ROTAÇÃO – COMANDO TEMPORIZADO". 39 6.13.1. Material necessário à realização da tarefa: 39 6.13.2. Procedimentos: 39 6.14. "PARTIDA SÉRIE-PARALELO DE UM MOTOR TRIFÁSICO A CONTATOR - COMANDO TEMPORIZADO" 41 6.14.1. Material necessário à realização da tarefa: 41 6.14.2. Procedimentos: 41 7. "QUADRO SIMULADOR DE DEFEITOS" 43 7.1.1. Material necessário à realização da tarefa: 43 7.1.2. Procedimentos: 43 8. BIBLIOGRAFIA 46

O objetivo do guia é fornecer subsídios básicos, na área de comandos elétricos, aos alunos que pretendam adquirir noções de controle e de automação de processos industriais, através da utilização de Controladores Lógicos Programáveis (CLP). Noções de controle e automação industrial é assunto de outra disciplina. Assim, ao final do curso, o aluno deverá ser capaz de atuar como engenheiro projetista e de manutenção, além de servir como elemento de ligação entre engenheiros e eletricistas do setor da produção industrial; na área eletrotécnica e controle de componentes e/ou equipamentos eletroeletrônicos; supervisão; coordenação e execução de serviços de manutenção de instalações elétricas industriais.

Comandos elétricos são dispositivos que visam facilitar e automatizar o controle de máquinas elétricas, bem como melhorar as condições de segurança no manuseio de equipamentos e sistemas elétricos. Normalmente a automatização vem acompanhada de aumento de produção e produtividade.

É importante salientar que este guia não pretende oferecer todas condições e noções de máquinas elétricas, de cálculo no dimensionamento de disjuntores, relés, contactores, etc. O aprofundamento no assunto deverá ser feito nas disciplinas apropriadas.

1. MOTORES ELÉTRICOS

Os motores elétricos são máquinas que recebem energia elétrica da rede caracterizada por tensão, corrente e fator de potência e fornecem energia mecânica no seu eixo caracterizada pela rotação e pelo conjugado mecânico. No laboratório de Instalações Elétricas serão utilizados motores de indução tipo gaiola.

1.1. Motores de indução tipo gaiola

Motores de indução tipo gaiola são compostos basicamente de:

• Um estator, com enrolamento montado na carcaça do motor que vai fornecer o campo girante do motor;

• Um rotor, com o enrolamento constituído por barras curto-circuitadas, que sob ação do campo girante irá fornecer energia mecânica no eixo do motor.

Quando o motor é energizado, ele funciona como um transformador com o secundário em curto-circuito, portanto, exige da rede elétrica uma corrente muito maior que a nominal, podendo atingir cerca de 7 vezes o valor da corrente nominal. À medida que o campo girante “arrasta” o rotor, aumentando sua velocidade a corrente vai diminuindo até atingir a corrente nominal, no tempo que a rotação atinge seu valor nominal.

Quando o motor é ligado em vazio, ele adquire rapidamente sua velocidade nominal, conseqüentemente sua corrente será reduzida rapidamente. Nesta situação, o motor pode partir com uma tensão bem abaixo da nominal (50%, por exemplo). Assim, quando sua velocidade estiver próxima da nominal, ele poderá ser alimentado com sua tensão nominal.

Em suas atividades normais (industriais, atividades agrícolas, aparelhos eletrodomésticos, etc), o motor parte realizando trabalho, isto é, em carga. Por exemplo, em uma máquina de lavar roupa, o motor parte iniciando a movimentação das roupas e da água, isto é, ele parte com carga acoplada ao seu eixo.

A partida de um motor em carga é mais complicada, em termos elétricos.

Pois ao se tentar dar a partida com 50% da tensão nominal, o motor pode necessitar de um tempo maior do que o recomendado ou não conseguir atingir sua rotação nominal. Caso isto aconteça, a probabilidade do motor queimar é bastante grande, devido à corrente ser excessivamente maior do que a nominal. Isto pode acontecer porque o conjugado oferecido pelo motor no seu eixo será menor quando a tensão for menor, a potência mecânica disponível no eixo será menor. A maioria das vezes torna-se necessário alimentar o motor na partida com 65%, 80% ou 100% da tensão nominal, e correntes correspondentemente maiores.

No momento da partida de um motor de alta potência, haverá uma queda de tensão nos alimentadores decorrente da circulação da alta corrente de partida nos condutores. A queda de tensão, embora que momentânea, pode prejudicar outros consumidores. Assim, as empresas fornecedoras de energia elétrica (as concessionárias) exigem que haja uma limitação da corrente de partida dos motores, de acordo com as condições do seu sistema.

Para minimizar os inconvenientes da partida com tensão plena, deve-se reduzir a tensão de alimentação das bobinas do motor. Para tanto são usados:

• Resistores ou indutores em série;

• Transformadores ou auto-transformadores;

• Chaves estrela-triângulo;

• Chaves série-paralelo;

• Chaves compensadoras, etc.

Nos experimentos da disciplina Laboratório de Instalações Elétricas serão utilizadas na redução da corrente de partida de motores elétricos, apenas as chaves estrela-triângulos e série-paralelo. As outras montagens realizadas no laboratório se referem à partida direta de motores monofásicos e trifásicos, além de motores do tipo freio e de duas velocidades. A seguir serão apresentados de forma breve os tipos de motores utilizados nos experimentos.

1.2. Motores Elétricos Monofásicos

1.2.1. Aplicações Os motores elétricos foram desenvolvidos especialmente para utilização em rede monofásica, satisfazendo as necessidades da diversificada das aplicações nos setores rural, industrial e doméstico, tais como: máquinas agrícolas, bombas para adubação, bombas centrífugas, trituradores, compressores, ventiladores, moinhos, elevadores, talhas, guinchos, correias transportadoras, descarregadores de silos, entre outros.

1.3. Motor Elétrico Monofásico de Capacitor Permanente

1.3.1. Aplicações Os motores elétricos de capacitor permanente foram projetados para acionamento com redução de velocidade ou que requeiram baixo conjugado de partida como: bombas industriais e residenciais, máquinas de lavar e secar, equipamentos odontológicos e hospitalares, ventiladores, exaustores, sopradores, succionadores, cortadores de grama, etc.

1.4. Motores Elétricos Trifásicos de Alto Rendimento

1.4.1. Aplicações Os motores elétricos trifásicos de alto rendimento foram projetados para minimizar o consumo de energia, isto é, a relação energia elétrica energia mecânica (potência no eixo) é maior. Eles são usados em compressores, bombas, ventiladores e exaustores, prensas, máquinas ferramentas, correias transportadoras, pontes rolantes, elevadores, laminadoras, máquinas operatrizes, máquinas agrícolas, misturadores, trituradores, evaporadores, indústria mecânica em geral, entre outros.

1.5. Motor Elétrico Trifásico Motorfreio

1.5.1. Aplicações Os motores elétricos equipados com motorfreio foram desenvolvidos para utilização em equipamentos onde são necessárias paradas rápidas por questão de segurança, posicionamento e economia de tempo, tais como: máquinasferramentas, máquinas gráficas, bobinadeiras, transportadores, pontes rolantes, máquinas de engarrafar e secar, entre outras.

1.6. Motor Elétrico Trifásico de Dupla Velocidade - Dahlander

1.6.1. Aplicações Os motores de dupla velocidade se destinam às máquinas operatrizes, pontes rolantes, correias transportadoras, sistemas de ventilação, misturadores, centrífugas, indústrias naval e alimentícia, madeireira, siderúrgica e indústrias mecânicas em geral.

2. CHAVE DE PARTIDA

Chave de partida é um dispositivo que dá condições à partida do motor.

Sempre que possível, a partida de um motor deverá ser feita de forma direta, ou seja, sem artifícios para redução da corrente de partida.

Por outro lado, quando a corrente de partida do motor é elevada, podem ocorrer alguns transtornos, tais como:

• Interferência no funcionamento de equipamentos instalados no mesmo sistema, devido à queda de tensão excessiva.

• Necessidade de superdimensionar os sistemas de proteção, com conseqüente aumento de custos.

• Por imposição da redução da corrente de partida pela companhia concessionária de energia elétrica, de forma a limitar a queda de tensão na rede.

Quando tais fatos ocorrem, é necessário recorrer a um sistema de partida indireta, de modo a reduzir o pico de corrente na partida.

A chave faca é um dispositivo de abertura em carga. É o dispositivo mais simples que só é aplicável a motores de baixa potência. O arco elétrico que ocorre no fechamento e na abertura provoca o desgaste nos seus contatos. Estas chaves não permitem o desligamento automático por sobrecarga. Associadas a fusíveis oferecem proteção contra curto-circuito, mas não permitem o comando à distância. Na Fig. 1 pode ser visualizado um circuito de acionamento de um motor com a utilização de uma chave faca.

Figura 1 - Circuito de acionamento de um motor com a de uma chave faca.

2.2. Chave de Partida Direta dos Motores

A chave de partida direta é um dispositivo que fornece condições ao motor de partir com a tensão nominal de serviço. Consiste em um sistema simples e seguro, recomendado para motores de gaiola, como pode ser visto na Fig. 2. A partida direta dos motores é normalmente realizada através de contactores, sendo os motores supervisionados por dispositivos de proteção. Há, no entanto, algumas limitações quanto às suas aplicações:

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