Baixe Apostila Comandos Eletricos e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia de Produção, somente na Docsity! FEG 1 TIL IR ESCOLA SENAI/ SAMA COMANDOS MINAÇU - GO Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 2 1) Introdução Conceitualmente o estudo da eletricidade é divido em três grandes áreas: a geração, a distribuição e o uso. Dentre elas a disciplina de comandos elétricos está direcionada ao uso desta energia, assim pressupõe-se aqui que a energia já foi gerada, transportada a altas tensões e posteriormente reduzida aos valores de consumo, com o uso de transformadores apropriados. Por definição os comandos elétricos tem por finalidade a manobra de motores elétricos que são os elementos finais de potência em um circuito automatizado. Entende-se por manobra o estabelecimento e condução, ou a interrupção de corrente elétrica em condições normais e de sobre-carga. Os principais tipos de motores são: • Motor de Indução • Motor de corrente contínua • Motores síncronos • Servomotores • Motores de Passo Os Servomotores e Motores de Passo necessitam de um “driver” próprio para o seu acionamento, tais conceitos fogem do escopo deste curso. Dentre os motores restantes, os que ainda têm a maior aplicação no âmbito industrial são os motores de indução trifásicos, pois em comparação com os motores de corrente contínua, de mesma potência, eles tem menor tamanho, menor peso e exigem menos manutenção. A figura 1.1 mostra um motor de indução trifásico típico. Figura 1.1 – Motor de Indução Trifásico O motor de indução tem características próprias de funcionamento, que são interessantes ao entendimento dos comandos elétricos e serão vistos em capítulos posteriores. 2 Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 5 1.1) Associação de contatos normalmente abertos Basicamente existem dois tipos, a associação em série (figura 1.4a) e a associação em paralelo (1.4b). Quando se fala em associação de contatos é comum montar uma tabela contendo todas as combinações possíveis entre os contatos, esta é denominada de “Tabela Verdade”. As tabelas 1.1 e 1.2 referem-se as associações em série e paralelo. Nota-se que na combinação em série a carga estará acionada somente quando os dois contatos estiverem acionados e por isso é denominada de “função E”. Já na combinação em paralelo qualquer um dos contatos ligados aciona a carga e por isso é denominada de “função OU”. Figura 1.4 – Associação de contatos NA Tabela 1.1 – Associação em série de contatos NA CONTATO E1 CONTATO E2 CARGA repouso repouso desligada repouso acionado desligada acionado repouso desligada acionado acionado ligada Tabela 1.2 – Associação em paralelo de contatos NA CONTATO E1 CONTATO E2 CARGA repouso repouso desligada repouso acionado ligada acionado repouso ligada acionado acionado ligada 5 Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 6 1.2) Associação de contatos normalmente fechados Os contatos NF da mesma forma podem ser associados em série (figura 1.5a) e paralelo (figura 1.5b), as respectivas tabelas verdade são 1.3 e 1.4. Nota-se que a tabela 1.3 é exatamente inversa a tabela 1.2 e portanto a associação em série de contatos NF é denominada “função não OU”. Da mesma forma a associação em paralelo é chamada de “função não E”. Figura 1.5 – Associação de contatos NF Tabela 1.3 – Associação em série de contatos NF CONTATO E1 CONTATO E2 CARGA repouso repouso ligada repouso acionado desligada acionado repouso desligada acionado acionado desligada Tabela 1.4 – Associação em paralelo de contatos NF CONTATO E1 CONTATO E2 CARGA repouso repouso ligada repouso acionado ligada acionado repouso ligada acionado acionado desligada Existem algumas outras combinações entre contatos, mas que não estão incluídas no escopo deste curso. 6 Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 7 Nos próximo capítulo serão mostrados alguns dos elementos fundamentais em um painel elétrico, todos contendo contatos NA e NF. Posteriormente descrever-se-á como estes elementos podem ser associados para formar uma manobra de cargas. 7 Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 10 Figura 2.2 – Diagrama esquemático de um relé Em um painel de comando, as botoeiras, sinaleiras e controladores diversos ficam no circuito de comando. Do conceito de relés pode-se derivar o conceito de contatores, visto no próximo item. 2.3) Contatores Para fins didáticos pode-se considerar os contatores como relés espandindos pois o principio de funcionamento é similar. Conceituando de forma mais técnica, o contator é um elemento eletro-mecânico de comando a distância, com uma única posição de repouso e sem travamento. Como pode ser observado na figura 2.3, o contator consiste basicamente de um núcleo magnético excitado por uma bobina. Uma parte do núcleo magnético é móvel, e é atraído por forças de ação magnética quando a bobina é percorrida por corrente e cria um fluxo magnético. Quando não circula corrente pela bobina de excitação essa parte do núcleo é repelida por ação de molas. Contatos elétricos são distribuídos solidariamente a esta parte móvel do núcleo, constituindo um conjunto de contatos móveis. Solidário a carcaça do contator existe um conjunto de contatos fixos. Cada jogo de contatos fixos e móveis podem ser do tipo Normalmente aberto (NA), ou normalmente fechados (NF). 10 Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 11 Figura 2.3 – Diagrama esquemático de um contator com 2 terminais NA e um NF Os contatores podem ser classificados como principais (CW, CWM) ou auxiliares (CAW). De forma simples pode-se afirmar que os contatores auxiliares tem corrente máxima de 10A e possuem de 4a 8 contatos, podendo chegar a 12 contatos. Os contatores principais tem corrente máxima de até 600A. De uma maneira geral possuem 3 contatos principais do tipo NA, para manobra de cargas trifásicas a 3 fios. Um fator importante a ser observando no uso dos contatores são as faíscas produzidas pelo impacto, durante a comutação dos contatos. Isso promove o desgaste natural dos mesmos, além de consistir em riscos a saúde humana. A intensidade das faíscas pode se agravar em ambientes úmidos e também com a quantidade de corrente circulando no painel. Dessa forma foram aplicadas diferentes formas de proteção, resultando em uma classificação destes elementos. Basicamente existem 4 categorias de emprego de contatores principais: a. AC1: é aplicada em cargas ôhmicas ou pouco indutivas, como aquecedores e fornos a resistência. b. AC2: é para acionamento de motores de indução com rotor bobinado. c. AC3: é aplicação de motores com rotor de gaiola em cargas normais como bombas, ventiladores e compressores. d. AC4: é para manobras pesadas, como acionar o motor de indução em plena carga, reversão em plena marcha e operação intermitente. A figura 2.4 mostra o aspecto de um contator comum. Este elemento será mais detalhado em capítulos posteriores. 11 Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 12 Figura 2.4 – Foto de contatores comerciais 2.4) Fusíveis Os fusíveis são elementos bem conhecidos pois se encontram em instalações residenciais, nos carros, em equipamentos eletrônicos, máquinas, entre outros. Tecnicamente falando estes são elementos que destinam-se a proteção contra correntes de curto-circuito. Entende-se por esta última aquela provocada pela falha de montagem do sistema, o que leva a impedância em determinado ponto a um valor quase nulo, causando assim um acréscimo significativo no valor da corrente. Sua atuação deve-se a a fusão de um elemento pelo efeito Joule, provocado pela súbita elevação de corrente em determinado circuito. O elemento fusível tem propriedades físicas tais que o seu ponto de fusão é inferior ao ponto de fusão do cobre. Este último é o material mais utilizado em condutores de aplicação geral. 2.5) Disjuntores Os disjuntores também estão presentes em algumas instalações residenciais, embora sejam menos comuns do que os fusíveis. Sua aplicação determinadas vezes interfere com a aplicação dos fusíveis, pois são elementos que também destinam-se a proteção do circuito contra correntes de curto-circuito. Em alguns casos, quando há o elemento térmico os disjuntores também podem se destinar a proteção contra correntes de sobrecarga. A corrente de sobrecarga pode ser causada por uma súbita elevação na carga mecânica, ou mesmo pela operação do motor em determinados ambientes fabris, onde a temperatura é elevada. A vantagem dos disjuntores é que permitem a re-ligação do sistema após a ocorrência da elevação da corrente, enquanto os fusíveis devem ser substituídos antes de uma nova operação. 12 Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 15 3) Laboratório: Partida direta de Motores Objetivo: A primeira combinação entre os elementos de comando estudados é a partida direta de um motor, mostrada na figura 3.1 abaixo. O objetivo é o de montar esta partida no laboratório, observando as dificuldades e a lógica de funcionamento, bem como apresentar o conceito de selo. Figura 3.1 – Circuitos de comando e potência para uma partida direta de motores Componentes: 1 Disjuntor tripolar (Q1), 1 disjuntor bipolar (Q2), 1 relé térmico (F2), 1 contator (K1), 1 botoeira NF (S0), 01 botoeira NA (S1), 1 Motor trifásico (M1). 15 Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 16 4) Laboratório: Partida direta de Motores com sinalização Objetivo: Neste laboratório o objetivo é o de consolidar os conceitos introduzindo os elementos de sinalização no comando. Figura 4.1 – Circuitos de comando e potência para uma partida direta de motores com sinalização Componentes: 1 Disjuntor tripolar (Q1), 1 disjuntor bipolar (Q2), 1 relé térmico (F2), 1 contator (K1), 1 botoeira NF (S0), 1 botoeira NA (S1), 1 Motor trifásico (M1), 1 lâmpada verde (H1), 1 lâmpada amarela (H2), 1 lâmpada vermelha (H3). 16 Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 17 5) Laboratório: Partida de Motores com reversão Objetivo: Acionar, de forma automática, um motor com reversão do sentido de rotação, mostrando algumas similaridades com a partida direta. Introduzir o conceito de “intertravamento”. Figura 5.1 – Circuitos de comando e potência para uma partida com reversão Componentes: 1 Disjuntor tripolar (Q1), 1 disjuntor bipolar (Q2), 1 relé térmico (F2), 2 contatores (K1 eK2), 1 botoeira NF (S0), 2 botoeiras NA (S1 e S2), 1 Motor trifásico (M1). Exercício: Desenhar e montar o circuito da sinalização da seguinte maneira: lâmpada verde indica motor girando no sentido horário, lâmpada amarela no sentido anti-horário e lâmpada vermelha atuação do relé de sobrecarga. 17 Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 20 F) Proteção do sistema Os relés de proteção contra sobrecarga e as botoeiras de desligamento devem estar sempre em série. G) Intertravamento com botoeiras O intertravamento, também pode ser feito através de botoeiras. Neste caso, para facilidade de representação, recomenda-se que uma das botoeiras venha indicada com seus contatos invertidos. Não se recomenda este tipo de ação em motores com cargas pesadas. H) Esquema Multifiliar Nesta representação todos os componentes são representados. Os aparelhos são mostrados de acordo com sua seqüência de instalação, obedecendo a construção física dos mesmos. Não são indicados nos circuitos de circulação de corrente. A posição dos contatos é feita com o sistema desligado (sem tensão). A disposição dos aparelhos pode ser qualquer uma, com a vantagem de que eles são facilmente reconhecidos, sendo reunidos por trações de contorno, se necessário. 20 Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 21 I) Esquema Funcional Nesta representação também todos os condutores estão representados. Não é levada em conta a posição construtiva e a conexão mecânica entre as partes. O sistema é subdividido de acordo com os circuitos de correntes existentes. Estes circuitos devem ser representados sempre que possível, por linhas retas, livres de cruzamentos. A posição dos contatos é desenhada com o sistema desligado (sem tensão). A vantagem consiste no fato de que se torna fácil ler os esquemas e respectivas funções, assim este tipo de representação é o que será adotado neste curso. J) Recomendações de tensão Certas normas, como por exemplo a VDE, recomendam que os circuitos de comando sejam alimentados com tensão máxima de 220 V, admitindo-se excepcionalmente 500 V no caso de acionamento de motor. Neste último recomenda-se a existência de apenas 1 contator. 21 Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 22 7) Exercícios gerais 7.1) Descreva quais e quantos componentes são necessários a manobra de dois motores. Um deve ter partida direta e o outro partida com reversão. Descreva qual a função de cada elemento dentro do circuito. 7.2) Desenhe o acionamento da bobina de um contator K1 através de duas botoneiras ligadas em: a) série; b) paralelo. 7.3) Explique o funcionamento do circuito abaixo. Quais as conseqüências de funcionamento resultariam se o contato de selo K1 fosse ligado entre o NF K2 e a bobina do contator K1? O intertravamento apresentado é suficiente? 22 Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 25 8) Simbologia numérica e literal Assim como cada elemento em um comando tem o seu símbolo gráfico específico, também a numeração dos contatos e denominação literal dos mesmos tem um padrão que deve ser seguido. Neste capítulo serão apresentados alguns detalhes, para maiores informações deve-se consultar a norma NBR 5280 ou a IEC 113.2. A numeração dos contatos que representam terminais de força é feita da seguinte maneira: • 1, 3 e 5 Circuito de entrada (linha) • 2, 4 e 6 Circuito de saída (terminal) Já a numeração dos contatos auxiliares segue o seguinte padrão: • 1 e 2 Contato normalmente fechado (NF), sendo 1 a entrada e 2 a saída • 3 e 4 Contato normalmente aberto (NA), sendo 3 a entrada e 4 a saída Nos relés e contatores tem-se A1 e A2 para os terminais da bobina. Os contatos auxiliares de um contator seguem um tipo especial de numeração pois o número é composto por dois dígitos, sendo: • Primeiro dígito: indica o número do contato • Segundo dígito: indica se o contato é do tipo NF (1 e 2) ou NA (3 e 4) Exemplo 1: Numeração de um contator de potência com dois contatos auxiliares 1 NF e 1 NA. 25 Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 26 Figura 8.1 – Numeração de contos de um contator de potência Exemplo 2: Numeração de um contator de auxiliar com 4 contatos NA e 2 contatos NF Figura 8.3 – Numeração de contatores auxiliares Com relação a simbologia literal, alguns exemplos são apresentados na tabela 8.1 a seguir. Tabela 8.1 – Símbolos literais segundo NBR 5280 Símbolo Componente Exemplos F Dispositivos de proteção Fusíveis, pára-raios, disparadores, relés H Dispositivos de sinalização Indicadores acústicos e ópticos K Contatores Contatores de potência e auxiliares M Motores Q Dispositivos de manobra para circuitos de potência Disjuntores, seccionadores, interruptores S Dispositivos de manobra, seletores auxiliares Dispositivos e botões de comando e de posição (fim-de- curso) e seletores T Transformadores Transformadores de distribuição, de potência, de potencial, de corrente, autotransformadores 26 Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 27 Exercícios: Numere os contatores a seguir: A) Contator de potência B) Contator auxiliar 27 Comandos Elétricos – MES – Revisão 05/08/2005 30 Figura 9.2 – Ligações estrela – triângulo em um motor de 12 pontas Uma última característica importante do motor de indução a ser citada é a sua placa de identificação, que traz informações importantes, listadas a seguir: • CV: Potência mecânica do motor em cv • Ip/In: Relação entre as correntes de partida e nominal; • Hz: Freqüência da tensão de operação do motor; • RPM: Velocidade do motor na freqüência nominal de operação • V: Tensão de alimentação • A: Corrente requerida pelo motor em condições nominais de operação • F.S.: Fator de serviço, quando o fator de serviço é igual a 1,0, isto implica que o motor pode disponibilizar 100% de sua potência mecânica. 30 Comandos Elétricos – MES – Revisão 05/08/2005 31 10) Laboratório: partida estrela-triângulo (Υ/∆) Objetivo: Demonstrar uma das importantes estratégias para evitar altos picos de corrente durante a partida de um motor de indução trifásico. 10.1) Circuito de potência 31 Comandos Elétricos – MES – Revisão 05/08/2005 32 10.2) Circuito de comando 10.3) Material utilizado 1 Disjuntor tripolar (Q1), 1 disjuntor bipolar (Q2), 3 contatores (K1, K2 e K3), 1 relé térmico (F1), 1 botoeira (NF), 1 botoeira (NA), 1 relé temporizador (K6). 32 Comandos Elétricos – MES – Revisão 05/08/2005 35 13) Exercícios complementares 13.1) Faça o comando para acionar uma eletro-válvula hidráulica de 4/2 vias que aciona um cilindro de dupla ação de modo que o retorno seja automático. 13.2) Faça o comando para acionar uma resistência de aquecimento, de modo que após o operador pressionar a botoeira, a resistência permaneça 10 min ligada, desligando após este tempo. 13.3) Faça o comando para uma partida com reversão de modo que ao pressionar a botoeira para reverter a velocidade de rotação haja um tempo de 15s para que o motor efetue a reversão. 13.4) Desenhe os contatos referentes as ligações de 380V e 440V para um motor de 12 pontas, utilizando a regra prática. 35 Comandos Elétricos – MES – Revisão 05/08/2005 36 14) Proteção contra Sobrecorrentes Conforme dito anteriormente uma sobrecorrente é aquela cujo valor excede o valor nominal de operação do circuito. Ela pode ser causada por dois fatores: • Curto-circuito: quando não existe uma resistência (ou impedância) significativa entre duas fases com diferenças de potencial. Neste caso a sobrecorrente excede em muito a corrente nominal. • Sobrecarga: não existe falha elétrica, mas um aumento da carga. Excede em algumas vezes o valor nominal e o seu efeito é nocivo após o funcionamento do circuito por um tempo longo, causando deterioração do material isolante dos cabos. A proteção contra sobrecarga é feita através de um elemento bimetálico, como mostra a figura 14.1. Quando se aumenta a corrente por efeito físico de dissipação da energia (efeito Joule) a junta bimetálica se deforma abrindo os contatos de passagem da corrente elétrica. Este elemento pode ser comprado de forma separada, como no caso do relé térmico, ou modernamente, vem acoplado nos disjuntores, permitindo economia de espaço. Figura 14.1 – Elemento bimetálico de um disjuntor termo-magnético 36 Comandos Elétricos – MES – Revisão 05/08/2005 37 A proteção contra o curto-circuito é feita através de um elemento magnético, que nada mais é do que uma bobina. A variação brusca da corrente cria um campo magnético que puxa o contato para baixo, abrindo o contato móvel, como pode ser visualizado na figura 14.2, de forma esquemática. Figura 14.2 – Elemento magnético de um disjuntor termo-magnético Ao selecionar um disjuntor, algumas características técnicas são importantes, tais como: i. Corrente nominal (In): valor de corrente eficaz que o disjuntor deve conduzir indefinidamente, sem a elevação da temperatura acima dos limites especificados. ii. Tensão nominal (Un): o valor da tensão deve ser igual ou superior a do circuito onde o disjuntor está instalado iii. Capacidade de interrupção (Icn): valor máximo da corrente que o disjuntor pode interromper. Este valor deve ser igual a corrente presumida de curto circuito no ponto de instalação do disjuntor. iv. Curvas de disparo: Indicam o tempo que o disjuntor leva para interromper a corrente quando esta ultrapassa o valor da nominal. Um exemplo é mostrado na figura 14.3, note que quanto maior a corrente menor o tempo para a interrupção. 37