Elementos de Comando e Proteção

Elementos de Comando e Proteção

1. Botão• Na figura ao lado observamos dois

botões, o primeiro com Bloco de Contatos Normalmente Abertos (N.A.) ou fechador, e o segundo com Bloco de Contatos Normalmente Fechados (N.F.) ou abridor. O acionamento deste elemento é mecânico, com retorno por mola à posição de origem (ao soltarmos o mesmo). Trata-se de um dispositivo de comando que se destina a informar seu estado (atuado ou desatuado) através de um contato elétrico. Como por exemplo, indicar ao circuito elétrico (etapa de comando)n que o botão de “Desliga Motor” foi apertado.

Contator

• É um interruptor acionado eletromagneticamente, destinado a estabelecer ou interromper a corrente elétrica de potências elevadas, como ligações de motores, aquecedores, circuitos de iluminação, etc. Possui uma diversidade de modelos e de tipos construtivos, podemos neste elemento encontrar blocos de contato N.A. ou N.F., sendo que os mesmos, às vezes destinam-se a manobrar potências distintas (comando e força).

• O retângulo representa a bobina, cujos terminais de ligação são designados como A1 e A2.

• Os contatos N.A. terminam com a seqüência 3-4 nos últimos algarismos.

• Os contatos N.F. terminam com a seqüência 1-2 nos últimos algarismos.

Fusível

• É um dispositivo de proteção, destinado a interromper a corrente do circuito pela fusão do elo fusível. A fusão do elo dá-se devido aos efeitos térmicos da corrente de sobrecarga ou de curto-circuito.

Tipos mais comuns:

Quanto à tensão nominal

(a)Fusível de alta tensão

(b)Fusível de baixa tensão

Quanto ao desligamento

(a)fusível rápido

(b)fusível de desligamento retardado

• Obs.: O fusível é um dispositivo de proteção da instalação contra a corrente de curto-circuito, ou seja, destina-se a evitar que a rede se danifique em caso de uma falta de isolação ou acidente semelhante.

Relé térmico• É um componente utilizado para

proteger os motores elétricos de sobrecargas.

• Existem basicamente dois tipos: Bimetálico e Eletrônico.

• Os bimetálicos possuem três elementos pelos quais passa a corrente do motor. Quando é excedido o limite de corrente, ocorre o curvamento dos elementos bimetálicos por efeito Joule e isso faz com que seja acionado um contato auxiliar que comuta de posição, motivo pelo qual os relés térmicos devem ser usados com contatores ou componentes de acionamento semelhante.

Relé térmico• Os relés térmicos eletrônicos são

instalados da mesma maneira que os bimetálicos,porém através de TCs fazem a leitura da corrente, tendo estes valores monitorados por um circuito eletrônico. Se os limites forem ultrapassados o circuito comuta o contato auxiliar.

• Cada relé térmico de sobrecarga é fabricado para uma faixa de corrente, sendo necessária sua regulagem conforme a carga acionada. Os relés térmicos têm características de ação retardada, suportando sem problemas os picos de corrente da partida dos motores elétricos. Após atuarem, é necessário fazer o rearme do relé.

• A maioria desses componentes possui sinalizador de armado/desarmado

Chaves auxiliares de fim de curso

• Estes tipos de chaves são dispositivos auxiliares de comando de acionamento mecânico que atuam num circuito com funções bastante diversificadas como comandar contatores, válvulas solenóides e circuitos de sinalização para indicar a posição de um determinado móvel.

• São basicamente constituídas por uma alavanca ou haste c/ou sem roldanas na extremidade que transmite o movimento aos contatos que abrem ou fecham conforme a necessidade.

Motores Elétricos

• Os motores assíncronos são normalmente chamados motores de indução, pois temos normalmente um enrolamento na parte fixa da máquina (estator) e um condutor na parte móvel.

• O enrolamento estatórico recebe a tensão externa (alimentação) induzindo, então, o rotor a girar, para tentar acompanhar o campo eletromagnético estatórico. O nome de motor assíncrono deve-se ao fato do rotor não girar em sincronismo com a freqüência da rede de alimentação.

Motores Elétricos• o motor é um elemento de trabalho que converte energia elétrica

em energia mecânica de rotação.

• Num motor elétrico, distinguem-se essencialmente duas peças:o estator, conjunto de elementos fixados à carcaça da máquina, e o rotor(móvel), conjunto de elementos fixados em torno do eixo, internamente ao estator.

Motores de Corrente Alternada

• Neste tipo de motor, o fluxo magnético do estator é gerado nas bobinas de campo pela corrente alternada da fonte de alimentação monofásica ou trifásica, portanto trata-se de um campo magnético cuja a intensidade varia continuamente e cuja polaridade é invertida periodicamente.

Motores de Corrente Alternada

• O enrolamento estatórico recebe a tensão externa (alimentação) induzindo, então, o rotor a girar, para tentar acompanhar o campo eletromagnético estatórico.

• O nome de motor assíncrono deve-se ao fato do rotor não girar em sincronismo com a freqüência da rede de alimentação.

Motor de indução trifásico

• No estator temos um enrolamento trifásico onde cada bobina esta defasada de 120º elétricos da outra. Temos aí um campo magnético variável de intensidade e de sentido, como o rotor é composto por um condutor (cobre) ele sofre a ação deste campo magnético e tenta acompanhar a orientação das linhas de força do campo.

• Assim o rotor desloca-se em defasagem com o campo estatórico; temos aí o escorregamento (defasagem entre a rotação do eixo do motor e a do campo girante).

Motor de indução trifásico

Classificação• Quanto ao tipo do rotor os

motores de assíncronos dividem-se em motor com rotor em curto-circuito e motor de rotor bobinado.

• Motor de rotor em curto-circuito: também conhecido como rotor em gaiola, seu enrolamento nada mais é do que barras condutoras interligadas por um anel frontal que as curto-circuita. É um motor robusto de larga aplicação na indústria.

Motor de rotor em curto-circuito

características:• Alta corrente de

partida (4 a 7 vezes o valor da corrente nominal)

• baixo torque na partida, ou seja, não deve partir a plena carga.

Motor de rotor bobinado

• Também conhecido como rotor em anéis, o seu rotor é bobinado e possui um coletor de cobre para ser interligado com o mundo externo por escovas de carvão.

• características: corrente de partida em torno de um terço do motor de rotor em gaiola, e um torque próximo ao nominal na partida, podendo partir com carga.

Sistemas de partida de motores trifásicos

• Os sistemas de partida de motores de indução dividem-se em sistemas de partida direta e sistemas de partida compensada.

• Os motores de rotor em curto-circuito têm sua partida direta limitada a motores de 5CV em redes de 220V e a 7,5CV de potência em instalações de 380V; acima destes parâmetros é obrigatória a instalação de sistemas de partida compensada.

• Isto tudo se deve ao fato do pico de corrente no instante da partida (lembre-se de 4 a 7 vezes maior que a corrente nominal).

Sistema de partida direta com comando simples:

• Neste sistema temos os botões como elemento de comando, o contator como elemento de manobra e o relé térmico e os fusíveis como elementos de proteção.

• Seu funcionamento é o seguinte: ao acionarmos o Botão liga(B1), caso o motor esteja em

bom estado, é energizada a bobina do contator e o motor passa a girar. Quando acionarmos(atuarmos) o Botão desliga(B2) a bobina do contator é desenergizada fazendo com que o motor pare; caso ocorra uma sobrecarga no motor o relé térmico desenergizará a bobina do contator (derrubando o comando).

Sistema de partida direta com comando simples:

Sistema de partida direta com comando simples:

Lógica de comando de liga motor(C1)

• O relé térmico (E1) não deve estar atuado.

• O Botão Desliga (B2) não deve estar atuado.

• O Botão Liga (B1) deve estar atuado.

• Energizar a bobina do Contator (C1).

• Deve haver a retenção de C1 sobre os contatos de B1.

Obs.: Todo elemento que não deve estar atuado na lógica será um bloco de contato N.F. na etapa de comando. Logo o elemento que deve estar atuado será um bloco de contato N.A.

Inversão de sentido de giro em motores trifásicos

• Até aqui vimos os motores de indução trifásicos sendo acionados em um único sentido.

• O sentido de giro do eixo do motor é dado pela seqüência das fases de alimentação que chegam ao estator do mesmo (vindas do contator).

• Assim sendo, basta que se inverta duas fases na seqüência de alimentação para reverter o sentido de giro do motor ( por exemplo 1º R S T e depois R T S ).

• Isto se consegue em comandos automáticos utilizando-se duas contatoras para alimentar o mesmo motor, sendo que cada uma delas corresponde a uma seqüência de fases diferente.

Partida direta com reversão

Partida direta com reversão

1. Desenvolva a lógica de comando e projete a etapa de comando para controlar o funcionamento de uma esteira com reversão da seguinte forma :

a) Ao acionar-se B1, estando o motor em boas condições, gira para a esquerda

b)Ao acionar-se B3, estando o motor em boas condições, gira para a direita

c)Ao acionar-se B2, se estiver em movimento, para.

1)Resolução do exercício

2)Desenvolva a lógica de comando , projete a etapa de força e a etapa de comando para comandar a abertura e fechamento do portão abaixo da seguinte forma :

a) Ao acionar-se B1 se estiver fechado abre até fim de curso b) Ao acionar-se B3 se estiver aberto fecha até fim de cursoc) Ao acionar-se B2 se estiver e movimento para.

obs.: O fim de curso 1 (Fc1) indica portão fechado e o fim de curso 2 (Fc2) indica portão completamente aberto.

3)Exercício triturador de carnes • Em uma cozinha industrial utiliza-se um triturador de carnes ,

acionado por um motor trifásico. O mesmo, quando se coloca carne demais tranca, podendo vir a danificar o motor, caso não houvesse proteção adequada. Quando isto acontece o operador(a) aperta o botão “Retrocesso” (B3), para voltar a carne, retira o excedente e liga novamente o triturador.

• Projete a etapa de força, implemente a lógica de comando e represente a etapa de comando para controlar o motor.

4)Desenvolva a lógica de comando , projete a etapa de força e a etapa de comando para controlar a abertura e fechamento do portão abaixo da seguinte forma :

a) Ao acionar-se B1 se estiver fechado abre até fim de curso b) Ao acionar-se B1 se estiver aberto fecha até fim de cursoc) Ao acionar-se B2 se estiver em movimento para.

Obs.: O fim de curso 1 (Fc1) indica portão fechado e o fim de curso 2 (Fc2) indica portão completamente aberto.

TEMPORIZADORES

• Os temporizadores possuem funcionamento semelhante a um contator auxiliar,diferenciando-se na comutação dos contatos que não ocorrem simultaneamente a energização ou desenergização de sua bobina.

• O atraso (tempo) pode ser regulado de acordo com a necessidade da instalação.

TEMPORIZADORES

• Os temporizadores mais usados são eletrônicos ou pneumáticos. Alguns modelos são motorizados. Nem todos temporizadores necessitam de alimentação individual.

• Alguns são usados como blocos aditivos e outros simplesmente ligados em série (como se fosse um interruptor simples) com o componente a temporizar. Quanto ao funcionamento os tipos mais comuns são:

a) Temporizador com retardo na energização (ao trabalho – ON-delay)

• Energizando-se a bobina, os contatos levam um tempo predeterminado para mudar de posição. Ao desligar, instantaneamente os contatos assumem a posição normal.

b) Temporizador com retardo na desenergização (ao repouso – OFF-delay)

• Energizando-se a bobina, os contatos instantaneamente mudam de posição.

• Quando desenergizada, seus contatos demoram um tempo pré-ajustado para retornar à posição normal.

Temporizador estrela-triângulo

• Construído especialmente para os sistemas de partida estrela-triângulo automático, proporciona que haja maior segurança na comutação do motor da ligação de partida para a de funcionamento, já que oferece defasagem nas trocas de ligações,garantindo, assim, que o contator triângulo só entre quando o contator estrela estiver fora e o arco elétrico, extinto.

Temporizador estrela-triângulo

• Quando energizada sua bobina, o contato estrela instantaneamente é acionado (ligando o contator estrela).

• Decorrido o tempo de ajuste, o contato retorna à posição inicial e, após alguns milisegundos (50 ms geralmente), aciona o contato triângulo (ligando então o contator triângulo).

• Permanece assim até que seja desenergizado.

5)Desenvolva a lógica de comando , e projete a etapa de comando para controlar a abertura e fechamento do portão abaixo da seguinte forma :

a) Ao acionar-se B1 , se estiver fechado e em boas condições, abre até fim de curso, para durante 10 segundos e fecha.

b) Estando em movimento ,ao acionar-se B2 para.

Obs.: O fim de curso 1 (Fc1) indica portão fechado e o fim de curso 2 (Fc2) indica portão completamente aberto.

6)Desenvolva a lógica de comando , e projete a etapa de comando para controlar a abertura e fechamento do portão abaixo da seguinte forma :

a) Ao acionar-se B1 , se estiver fechado e em boas condições, abre até fim de curso, para durante 10 segundos e fecha.

b) Estando em movimento ,ao acionar-se B2 para.c) Caso esteja parado no meio, ao acionar B1 abre até o fim de curso.

Obs.: O fim de curso 1 (Fc1) indica portão fechado e o fim de curso 2 (Fc2) indica portão completamente aberto.

7)Em uma instalação Industrial tem-se uma bomba de recalque destinada a fornecer água para a planta industrial. Tal bomba fica localizada no arroio longe do painel de comando, painel este que fica no interior da fábrica. Desenvolva a lógica de comando e represente a etapa de comando para controlar a motobomba, sabendo-se que existe um sensor de nível mínimo no reservatório chamado SENS1, SENS2 indica nível máximo no reservatório e SENS3 indica nível d’água no riacho. Estando o riacho com baixo nível d’água, a motobomba não poderá ligar. Nas demais situações ,estando o motor da bomba em boas condições e o reservatório a baixo do nível mínimo, deverá ligar a motobomba durante 10min ou até atingir o nível máximo do reservatório. .

SENS1= sensor de Nível Mínimo no reservatório

SENS2=sensor de Nível Máximo no reservatórioSENS3= sensor de Nível no riacho(riacho cheio).T1= Temporizador.

8)Em uma planta industrial há uma máquina cujo funcionamento depende de dois motores , M1 e M2; e seu painel de operação é composto de duas botoeiras B1( inicio) e B2 ( parada ).Projete a lógica de comando e represente a etapa de comando para controlar o funcionamento desta máquina da seguinte forma:

a) Ao apertar B1, caso os motores estejam em perfeito estado, o motor M1 parte e se mantém ligado. Após um minuto de ter-se energizado M1, entra o motor M2 e se mantém ligado.

b) Caso a máquina esteja em funcionamento ao apertarmos B2 desliga imediatamente o motor M1 e após um minuto M2.

c) Caso haja sobrecarga em um dos motores desliga tudo.

TAG Declaração

E1 Relê térmico do Motor 1

E2 Relê térmico do Motor 2

B1 Botão inicio de processo

B2 Botão final de processo

C1 Contator Controle de M1

C2 Contator Controle de M2

T1 Temporizador eletrônico

9)Na linha de montagem de uma fábrica há uma esteira transportadora cujo funcionamento depende de um motor( M1), e seu acionamento é automático após a detecção de presença de peça (SENS1); além de possuir de duas botoeiras B1( inicio) e B2 ( parada ).Desenvolva a lógica de comando e represente a etapa de comando para controlar o funcionamento desta esteira da seguinte forma:

TAG Declaração

E1 Relê térmico do Motor 1

B1 Botão inicio de processo

B2 Botão final de processo

Fc1 Indicador de Posição 1

Fc2 Indicador de Posição 2

SENS1 Presença de peça

C1 Contator Controle de M1

C2 Contator Auxiliar (comando)

T1 Temporizador eletrônico

a) Ao apertar B1, caso o motor esteja em perfeito estado, é ligado o comando.

b) Caso a máquina esteja em funcionamento ao apertarmos B2 desliga imediatamente o motor M1 e o comando.

c) Estando o comando ligado, ao ser detectada a presença de peça(SENS1) a esteira liga até a posição 1(FC1).

d) Chegando em FC1 a esteira permanece parada durante 1 minuto, ao final do tempo é dada partida automaticamente na esteira, que se desloca até a posição2 (FC2).

Inversores de Frequência

Um inversor de frequência é um dispositivo capaz de gerar uma tensão e frequência trifásicas ajustáveis, com a finalidade de controlar a velocidade de um motor de indução trifásico.

Inversores de Frequência

10) Temos agora uma esteira de transporte com velocidade variável. O controle de velocidade é feito por um Inversor de Freqüência. Sabendo que a máquina não pode reverter automaticamente, projete a etapa de força, a lógica de comando e a etapa de comando para a esteira.

10)Resolução do exercício

11) O funcionamento de uma máquina depende de três motores, M1, M2 e M3. E seu painel de operação possui apenas dois botões: B1 (liga) B2(parada).Desenvolva a lógica de comando e represente a etapa de comando para controlar o funcionamento desta máquina da seguinte forma:

a) Ao acionarmos B1, estando os motores em perfeito estado, o motor M1 parte e se mantém ligado.

b) Após ter-se energizado M1, o motor M2 parte e se mantém girando durante 30s.

c) Estando M1 em funcionamento, no momento em que M2 desliga, imediatamente M3 parte e se mantém girando.

d) Estando a máquina em funcionamento, no instante em que for acionado B2, ou houver sobrecarga em um dos motores, desliga tudo.

CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS E MECÂNICAS DOS MOTORES TRIFÁSICOS

• Um motor elétrico é acompanhado de uma placa de identificação onde são informados suas principais características. Outras precisam ser obtidas com o fabricante através de catálogos ou consultas diretas.

TENSÃO DE FUNCIONAMENTO

• A grande maioria dos motores elétricos são fornecidos com os terminais religáveis, de modo que possam funcionar ao menos em dois tipos de tensões.

• Tratando-se de motores elétricos de seis terminais temos duas tensões nominais de funcionamento.

TENSÃO DE FUNCIONAMENTO(Exemplos: 220/380 V - 380/660 V - 440/760 V)

CHAVE DE PARTIDA ESTRELA-TRIÂNGULO

• A chave de partida estrela - triângulo destina-se à partida de motores trifásicos com rotor em gaiola e tem como objetivo diminuir os efeitos da partida na instalação elétrica.

• Para a partida com chave estrela - triângulo é fundamental que o motor tenha seis terminais acessíveis e disponha de dupla tensão, por exemplo, 220/380V, 380/660V ou 440/760V.

CHAVE DE PARTIDA ESTRELA-TRIÂNGULO

• O motor é inicialmente ligado em estrela até que alcance uma velocidade próxima da velocidade de regime, quando então essa conexão é desfeita e o motor é ligado em triângulo.

CHAVE DE PARTIDA ESTRELA-TRIÂNGULO

• Durante a partida em estrela, o conjugado e a corrente de partida ficam reduzidos a 1/3 de seus valores nominais. Neste caso, um motor só pode partir através de uma chave estrela - triângulo quando o conjugado na ligação estrela for superior ao conjugado da carga do eixo.

• Devido ao baixo conjugado de partida a que fica submetido o motor, as chaves estrela - triângulo são mais adequadas para motores com partida em vazio.

CHAVE DE PARTIDA ESTRELA-TRIÂNGULO

CHAVE DE PARTIDA ESTRELA-TRIÂNGULO