Baixe Curso de Eletromecânica e outras Notas de aula em PDF para Mecatrônica, somente na Docsity! Centro Federal de Educação Tecnológica da Bahia CURSO TÉCNICO DE ELETROMECÂNICA APOSTILA DE COMANDOS ELÉTRICOS (COMPILADO - 1) PROF. WESLEY DE ALMEIDA SOUTO wesley@cefetba.br 03/2004 Eletromecânica - Comandos Elétricos – Prof Wesley de Almeida Souto – Compilado I 1. INTRODUÇÃO A representação dos circuitos de comando de motores elétricos é feita normalmente através de dois diagramas :  Diagrama de força : representa a forma de alimentação do motor à fonte de energia;  Diagrama de comando : representa a lógica de operação do motor. Em ambos os diagramas são encontrados elementos (dispositivos) responsáveis pelo comando, proteção, regulação e sinalização do sistema de acionamento. A seguir estes elementos são abordados de forma simplificada no intuito de fornecer subsídios mínimos para o entendimento dos sistemas (circuitos) de comandos eletromagnéticos. 2. DISPOSITIVOS DE COMANDO São elementos de comutação destinados a permitir ou não a passagem da corrente elétrica entre um ou mais pontos de um circuito. Os tipos mais comuns são:  Chave sem retenção ou impulso É um dispositivo que só permanece acionado mediante aplicação de uma força externa. Cessada a força, o dispositivo volta à situação anterior. Este tipo de chave pode ter, construtivamente, contatos normalmente abertos (NA) ou normalmente fechados (NF), conforme mostra figura 1. Figura 1 : Chaves Tipo Impulso  Chave com retenção ou trava É um dispositivo que uma vez acionado, seu retorno à situação anterior acontece somente através de um novo acionamento. Construtivamente pode ter contatos normalmente aberto (NA) ou normalmente fechado (NF) conforme mostra a figura 2. Figura 2 : Chaves Tipo Trava 2 Eletromecânica - Comandos Elétricos – Prof Wesley de Almeida Souto – Compilado I Assim como o relé o contator é uma chave de comutação eletromagnética direcionado, geralmente, para cargas de maior potência. Possui contatos principais (para energização da carga) e auxiliares NA e NF com menor capacidade de corrente. Este últimos são utilizados para auxílio no circuitos de comando e sinalização além do acionamento de outros dispositivos elétricos. A figura 8 mostra seu símbolo e aplicações. Figura 8 : Contator Para especificação do contator deve-se levar em conta alguns pontos : número de contatos, tensão nominal da bobina, corrente máxima nos contatos e condições de operação definindo as categorias de emprego. A figura 8 (c) mostra um esquema de auto-retenção análogo ao mostrado com relé. 3. DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO São elementos intercalados no circuito com o objetivo de interromper a passagem de corrente elétrica sob condições anormais, como curto-circuitos ou sobrecargas. Os dispositivos de proteção mais comuns são:  Fusível O princípio de funcionamento do fusível baseia-se na fusão do filamento e consequente abertura do filamento quando por este passa uma corrente elétrica superior ao valor de sua especificação. A figura 9 apresenta um fusível tipo cartucho e seu símbolo. Temos ainda os fusíveis do tipo DIAZED, NH, etc, para maior capacidade de corrente. 5 Eletromecânica - Comandos Elétricos – Prof Wesley de Almeida Souto – Compilado I Figura 9 : Fusível cartucho Os fusíveis geralmente são dimensionados 20% acima da corrente nominal do circuito. São classificados em retardados e rápidos. O fusível de ação retardada é usado em circuitos nos quais a corrente de partida é muitas vezes superior à corrente nominal. É o caso dos motores elétricos e cargas capacitivas. Já o fusível de ação rápida é utilizado em cargas resistivas e na proteção de componentes semicondutores, como o diodo e o tiristor em conversores estáticos de potência.  Disjuntor Termomagnético O disjunto termomagnético possui a função de proteção e, eventualmente, de chave. Interrompe a passagem de corrente ao ocorrer uma sobrecarga ou curto-circuito. Define-se sobrecarga como uma corrente superior a corrente nominal que durante um período prolongado pode danificar o cabo condutor e/ou equipamento. Esta proteção baseia-se no princípio da dilatação de duas lâminas de metais distintos, portanto, com coeficientes de dilatação diferentes. Uma pequena sobrecarga faz o sistema de lâminas deformar-se (efeito térmico) sob o calor desligando o circuito. Figura 10 : Princípio de proteção para sobrecarga A proteção contra curto-circuito se dá através de dispositivo magnético, desligando o circuito quase que instantaneamente (curva de resposta do dispositivo). 6 Eletromecânica - Comandos Elétricos – Prof Wesley de Almeida Souto – Compilado I Os disjuntores podem ser : monopolares, bipolares e tripolares. Algumas vantagens : religável, não precisa de elemento de reposição, pode eventualmente ser utilizado como chave de comando. Figura 11 : Símbolos elétricos do disjuntor  Relé de sobrecarga ou térmico O princípio de funcionamento do relé de sobrecarga baseia-se na dilatação linear de duas lâminas metálicas com coeficientes de dilatação térmicas diferentes, acopladas rigidamente (bimetal). Quando ocorre uma falta de fase, esta se reflete num aumento de corrente, provocando um aquecimento maior e, consequentemente, um acréscimo na dilatação do bimetal. Essa deformação aciona a abertura do contato auxiliar que interrompe a passagem da corrente para a bobina do contator, desacionando, com isso, a carga. Para ligar novamente a carga devemos acionar manualmente o botão de rearme do relé térmico. O relé térmico possui as seguintes partes principais:  Contato auxiliar (NA + NF) de comando da bobina do contator;  Botão de regulagem da corrente de desarme;  Botão de rearme de ação manual;  Três bimetais. A figura 12 apresenta uma aplicação do relé térmico na proteção de motores elétricos trifásicos. Figura 12 : Circuito de potência 4. DISPOSITIVOS DE REGULAÇÃO 7 Eletromecânica - Comandos Elétricos – Prof Wesley de Almeida Souto – Compilado I Figura 16 :Relé com retardo no desligamento  Contador de impulsos elétricos Este dispositivo realiza a contagem progressiva, mediante a ação de impulsos elétricos, na bobina contadora. Estes impulsos são provenientes de relés, contadores, chaves, sensores elétricos etc. A programação é realizada pelo usuário através de chaves do tipo impulso localizadas no painel deste dispositivo. O acionamento dos contatos do contator ocorre quando o número de impulsos elétricos na bobina contadora for igual ao valor programado pelo usuário. A figura 17 ilustra o seu funcionamento. Figura 17 :Contador de impulsos elétricos 5. DISPOSITIVOS DE SINALIZAÇÃO São componentes utilizados para indicar o estado em que se encontra um painel de comando ou processo automatizado. As informações mais comuns fornecidas através destes dispositivos são : ligado, desligado, falha e emergência.  Indicador visual Os indicadores visuais fornecem sinais luminosos indicativos de estado, emergência, falha etc. São os mais utilizados devido à simplicidade, eficiência (na indicação) e baixo custo. 10 Eletromecânica - Comandos Elétricos – Prof Wesley de Almeida Souto – Compilado I São fornecidos por lâmpadas ou LEDs. As cores indicadas na tabela da figura 18 são recomendas. Figura 18 :Símbolo elétrico e cores utilizadas em um indicador luminoso.  Indicador acústico Os indicador acústico fornece sinais audíveis indicativos de estado, falha, emergência etc. São as sirenes e buzinas elétricas. Utilizados em locais de difícil vizualização (para indicadores luminosos) e quando deseja-se atingir um grande número de pessoas em diferentes locais. Figura 19 :Símbolo de indicador acústico. 6. PROTEÇÃO CONTRA CURTO-CIRCUITO Um curto-circuito pode ser definido como uma ligação acidental de condutores sob tensão. A impedância desta ligação é praticamente desprezível, com a corrente atingindo um valor muito maior que a corrente de operação. Tanto o equipamento quanto a instalação elétrica poderão sofrer esforços térmicos e eletrodinâmicos excessivos. Existem três tipos de curto-circuito: trifásico entre os três condutores de fase, monofásico entre dois condutores de fase e o curto- circuito para terra, entre um condutor de fase e um condutor neutro ou de proteção aterrado. A NBR 5410/97 prescreve que todo circuito, incluindo circuito terminal de motor, deve ser protegido por dispositivos que interrompam a corrente, quando pelo menos um dos condutores for percorrido por uma corrente de curso-circuito. A interrupção deve ocorrer num tempo suficiente curto para evitar a deterioração dos condutores. Esta interrupção deve-se dar 11 Eletromecânica - Comandos Elétricos – Prof Wesley de Almeida Souto – Compilado I por dispositivo de seccionamento automático. A norma aceita a utilização de fusíveis ou disjuntores para proteção específica contra curto-circuitos. Os dispositivos fusíveis podem ser do tiop gG, gM ou aM. Para aplicações normais exigem-se fusíveis tipo g, subtendendo os tipos gG e gM. Os dispositivos gG podem garantir proteção simultânea contra curto-circuito e sobrecarga. Pos isso são considerados de uso geral. Os dispositivos gM oferecem proteção apenas contra curto-circuito, sendo mais indicados para proteção de circuitos de motores. Dadas as peculiaridades de partida do motor, especialmente em altas correntes de partida, os dispositivos fusíveis gG ou gM são aplicados exclusivamente na proteção contra curto-circuito, dando-se preferência aos fusíveis gM. As formas construtivas mais comuns dos fusíveis aplicados nos circuitos de motores são os tipos D e NH. O fusível tipo D é recomendado para o uso residencial e industrial, uma vez que possui proteção contra contatos acidentais, podendo ser manuseado por pessoal não qualificado. Os fusíveis tipo NH devem ser manuseados por pessoas qualificadas, sendo recomendados para ambientes industriais e similares. Os fusíveis gG e gM são caracterizados por uma corrente nominal, ou seja, a corrente que pode circular pelo fusível por um tempo indeterminado sem que haja interrupção, pela tensão máxima de operação e pela capacidade de interrupção. A capacidade de interrupção é a máxima corrente para o qual o fusível pode garantir a interrupção; geralmente a unidade utilizada é o kA (quiloampère). A capacidade de interrupção deve ser no mínimo igual à corrente de curto-circuito presumida no ponto da instalação. Os fusíveis apresentam curvas características do tempo máximo de atuação em função da corrente. Para uma corrente I > In o fusível seguramente promoverá a interrupção do circuito após um tempo t. Existem fusíveis tipo D para as seguintes correntes nominais: 2, 4, 6, 10, 16, 20, 25, 35, 50 e 63A. Os fusíveis tipo NH são produzidos para as seguintes correntes nominais: 10, 16, 20, 25, 35, 50, 63, 100, 125, 160, 200, 224, 250, 300, 315, 355, 400, 500 e 630 A. A NBR 5410/97 recomenda a proteção de circuitos terminais de motores por fusíveis com capacidade nominal dada por: In = IRB.K Em que IRB é a corrente de rotor bloqueado do motor e K é dado pela tabela a seguir. Quando o valor obtido não corresponder a um valor padronizado, pode ser utilizado dispositivo fusível de corrente nominal imediatamente superior. 12 Eletromecânica - Comandos Elétricos – Prof Wesley de Almeida Souto – Compilado I de rotação. Partidas normais (<10s). Para partidas prolongadas ( pesadas ) deve-se ajustar as especificações do contator, condutores etc. Partida direta com reversão coordenada com disjuntor "coordenação tipo 1' Destina-se à máquinas que partem em vazio ou com carga e permitindo a inversão do sentido de rotação. Partidas normais (<10s). Para partidas prolongadas ( pesadas ) deve-se ajustar as especificações do contator, relé de sobrecarga, condutores etc. Partida direta com reversão coordenada com disjuntor "coordenação tipo 2" Destina-se à máquinas que partem em vazio ou com carga e permitindo a inversão do sentido de rotação. Partidas normais (<10s). Para partidas prolongadas ( pesadas ) deve-se ajustar as especificações do contator, condutores etc. Partida direta com reversão coordenada com disjuntor Destina-se à máquinas que partem em vazio com carga e permitindo a inversão do sentido de rotação. Partidas normais (<10s). Para partidas prolongadas ( pesadas ) deve-se ajustar as especificações do contator, relé de sobrecarga, condutores etc. Partida estrela-triângulo coordenada com disjuntor Destina-se à máquinas que partem em vazio ou com conjugado resistente baixo, praticamente constante, tais como, máquinas para usinagem de metais ( tornos, fresas, etc ). Partidas normais (<15s). Para partidas prolongadas ( pesadas ) deve-se ajustar as especificações do contator, relé de sobrecarga, condutores, etc. Partida com auto-transformador (compensadora) coordenada com disjuntor Destina-se à máquina de grande porte, que partem com aproximadamente metade da carga nominal, tais como, calandras, britadores, compressores, etc...Para partidas prolongadas (pesadas) deve-se ajustar as especificações do contator, relé de sobrecarga, condutores etc. Partida Suave (soft-starter) coordenada com disjuntor Destina-se à máquinas que partem em vazio ou com conjugado resistente baixo, praticamente constante, máquinas essas típicas de aplicação da partida estrela-triângulo. Partidas normais (<10s). Partidas prolongadas ( pesadas ), deve-se ajustar a escolha. Partida Suave (soft-starter) coordenada com disjuntor e fusível Destina-se ao acionamento de bombas e compressores centrífugos, que permitem ajuste de válvula/registro a meia vazão, ou ventiladores e exaustores com momento de inércia menor que dez vezes ao do motor. Condições de partida divergentes as acima indicadas, a especificação é sob consulta. 15 Eletromecânica - Comandos Elétricos – Prof Wesley de Almeida Souto – Compilado I Partida Direta Siemens – Circuito de Força Partida Direta Siemens – Circuito de Comando 16 Eletromecânica - Comandos Elétricos – Prof Wesley de Almeida Souto – Compilado I Partida Direta Siemens com Reversão – Circuito de Força Partida Direta Siemens com Reversão – Circuito de Comando 17