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Apostila Motores de Indução e Comandos Elétricos

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Sumário 1. Características que Identificam os Motores Elétricos de Indução 1

1.1.8. Ligações do Motor Trifásico de Indução 8

1.1.8.1. Ligação do motor de seis terminais 8

1.1.8.2. Ligação do motor de nove terminais 9

1.1.8.3. Ligação do motor de doze terminais 12

2. Comandos Industriais Elétricos 15

2.1. Diagramas Elétricos de Ligações 15

2.2. Tipos de Diagramas 15

2.3. Comandos Industriais Discretos para Motor de Indução 18

2.3.1. Sistemas de Partida Direta 18

2.3.1.1. Chaves de Partida Direta para Motor de Indução 19

2.3.1.2. Chaves Magnética de Partida Direta Simples Monofásica 20

2.3.1.3. Chaves Magnética de Partida Direta Simples Trifásica 22

2.3.1.4. Chaves Magnética de Partida Direta com Reversão Simples e Instantânea 23

2.3.2. Chaves Magnética de Partida Estrela-Triângulo 24

2.3.2.1. Chaves Magnética de Partida Estrela-Triângulo com Reversão 27

2.3.3. Chaves Magnética de Partida Compensada 30

2.3.3.1. Chaves Magnética de Partida Compensada com Reversão 31

2.3.4. Chaves Magnética Simples para Partidas Consecutivas 33

2.3.5. Sistema de Regulação de Velocidade de Motores Assíncronos de Indução 37

2.3.5.1. Variação da Velocidade em Função do Escorregamento 37

2.3.5.1.1. Chave Magnética Simples para Partida por Aceleração 38

2.3.5.1.2. Chave Magnética Simples para Partida por Aceleração com Reversão 40

2.3.5.2. Variação da Velocidade em Função da Variação do Número de Pólos 42

2.3.5.2.1. Chave Magnética Simples para Duas Velocidades com Ligação Dahlander 46

2.3.5.2.2. Chave Magnética para Duas Velocidades com Ligação Dahlander e Reversão 49

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2

2.3.6. Chave Magnética Simples para Frenagem por Corrente Retificada 51

2.3.6.1. Chave Magnética com Reversão para Frenagem por Corrente Retificada 55

2.4. Exercícios de Revisão 58

3.0. Referência Bibliográfica 60

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Cap. 1

MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO: CARACTERÍSTICAS

1. Características que Identificam os Motores Elétricos de Indução

Os motores elétricos de indução possuem uma placa de identificação, colocada pelo fabricante, na qual estão indicadas as informações necessárias para seu funcionamento. Esta placa vem afixada na carcaça do motor, em local visível, contendo os seguintes dados: nome do fabricante, tipo de motor, modelo e número de carcaça, tensão nominal, número de fases, corrente nominal, potência nominal, freqüência, rotação nominal, regime de trabalho, classe de isolamento, letra-código, fator de serviço, grau de proteção, rendimento, fator de potência, categoria e esquemas de ligações do motor. 1.1. Fabricante:: Nome do construtor do motor, por exemplo, WEG, GE, Vilares, etc. 1.2. Modelo e número de carcaça: É a referência do fabricante para o registro das características nominais do motor e seus detalhes construtivos. Esta dever ser mencionada quando se pedir informação ou relatar irregularidade de funcionamento do motor. O número da carcaça estabelece ou fixa os valores das dimensões principais dos motores. 1.3. Tensão Nominal: É a tensão da rede para a qual o motor foi projetado ou a tensão para a qual foram fabricados os enrolamentos do motor. A tolerância de variação tensão aceita gira em torno de 1%. 1.4. Potência Nominal: É a potência que o motor pode fornecer no eixo, dentro de sua característica nominal em regime contínuo. A potência que o motor pode fornecer está intimamente ligada a elevação de temperatura do enrolamento. Sabe-se que o motor pode acionar cargas de potências bem acima de sua potência nominal, até quase atingir o conjugado máximo. Contudo, caso a sobrecarga seja excessiva, acima da potência que o motor foi projetado, o motor se aquecerá além do normal e a vida útil do motor será diminuída, podendo até levar a danificá-lo rapidamente. É bom lembrar que a potência solicitada ao motor é definida pelas características da carga acoplada ao eixo do motor, isto é, não depende da potência do motor. Geralmente vem expressa em CV (cavalo vapor) ou HP (cavalo força). Equivalência de unidades: 1CV = 736 w , 1HP = 746 w 1.5. Freqüência Nominal: É a freqüência da rede para a qual o motor foi projetado. No Brasil a freqüência é normalizada em 60 Hz. Conforme a norma NBR 7094, o motor elétrico de indução deve

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ser capaz de funcionar satisfatoriamente com freqüências até 5% acima ou abaixo de sua freqüência nominal. Caso ocorra, ao mesmo tempo, variação de tensão, esta deve ser um valor, cuja soma das duas variações não ultrapasse 10%. 1.6. Velocidade Nominal: É o número de rotações do eixo do motor em rpm (rotações por minuto), quando ele fornece a potência nominal, sob tensão e freqüência nominais. A velocidade nominal é função do escorregamento e da velocidade síncrona. Sua expressão é dada por:

−×=100

%1

snn s (rpm)

Sendo a velocidade síncrona ns, dada em função do número de pólos e da freqüência de alimentação

p

fns

×= 120

O escorregamento é a diferença entre as velocidades do rotor e a velocidade síncrona do campo magnético girante no estator, expressa por:

100% ×−

=s

s

n

nns

sendo: ns a velocidade síncrona em rpm, n a velocidade rotórica, s o escorregamento 1.7. Corrente Nominal: É a intensidade da corrente que o motor solicita da rede, quando funciona com tensão e freqüência nominais, para ter velocidade e potência nominal. O valor da corrente nominal depende do rendimento(η) e do fator de potência (cosϕ) do motor:

ϕηϕη cos3

)(736

cos3

1000)(

××××=

××××=

LL V

cvP

V

KWPI (A)

1.8. Regime de Trabalho: É o grau de regularidade da carga a que o motor é submetido. a) Regime Contínuo: Quando a carga é constante e igual a potência nominal, por tempo indefinido. b) Regime Não Contínuo:

� Regime de Tempo Limitado: Regime em que o motor funciona por um tempo relativamente curto, insuficiente para que ele atinja a temperatura de equilíbrio, decorrido este tempo, o motor é desligado e não deve ser ligado outra vez ate que se resfrie à temperatura ambiente. Os tempos padronizados pela ABNT são 10, 15,30,60 e 90.

� Regime Intermitente: Regime em que se sucedem regularmente intervalos de tempo de

funcionamento com carga e intervalos de tempo sem carga. Estes intervalos são insuficientes para que o motor atinja a temperatura de equilíbrio, de modo que ele vai se aquecendo e resfriando parcialmente a cada ciclo.

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� Regimes Especiais: Regime onde a carga pode variar durante os períodos de funcionamento. Existe reversão ou frenagem por contra corrente.

1.9. Classe de Isolamento: A letra indicativa na classe de isolamento identifica o tipo de material isolante empregado no enrolamento. O material isolante define o limite de elevação de temperatura do motor em funcionamento normal, ou seja, a maior temperatura que o material pode suportar continuamente sem que afete a vida útil do motor. As classes de isolamento utilizadas em máquinas elétricas e os respectivos limites de temperatura de acordo com a norma NBR 7094, são mostradas na tabela 1.1.

Classe Temperatura Máxima (ºC)

A 105 E 120 B 130 F 155 H 180

Tabela 1.1: Classe de isolamento

1.10. Indicação de corrente: A norma NBR 7094 prescreve a indicação do valor da corrente de rotor bloqueado na placa de identificação do motor, de maneira mais direta que a norma antiga EB-120. Nesta norm indica-se diretamente o valor de IP/In que é a relação entre a corrente de rotor bloqueado e a corrente nominal. A norma EB-120 mostrava uma letra código padronizada que dava a indicação de faixa kva/cv em que se situava a corrente de rotor bloqueado do motor. A tabela 1.2 mostra os valores correspondentes das letras do código de partida. A Letra-Código é uma letra padronizada que indica a relação entre a potência aparente em kva demandada da rede e a potência em CV do motor no teste com rotor bloqueado, isto é, kva/cv.

Código KVA/cv Codigo Kva/cv A 0 ---- 3,14 L 9,0 ---- 9,99 B 3,15 ---- 3,54 M 10,0 ---- 11,09 C 3,55 ---- 3,99 N 11,2 ---- 12,49 D 4,0 ---- 4,49 P 12,5 ---- 13,99 E 4,5 ---- 4,99 R 14,0 ---- 15,99 F 5,0 ---- 5,59 S 16,0 ---- 17,99 G 5,6 ---- 6,29 T 18,0 ---- 19,99 H 6,3 ---- 7,09 U 20,0 ---- 22,39 J 7,1 ---- 7,99 V 22,4 ou mais K 8,0 ---- 8,99

Tabela 1.2: Código de partida

Este código de partida é determinado através da expressão:

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6

ϕη cos

736,0

×

×= n

p

I

I

cv

kva

1.11. Fator de Serviço (FS): É o fator que multiplicado pela corrente nominal (ou pela potência nominal) do motor, fornece a corrente (ou a potência) máxima que o motor pode funcionar com certa sobrecarga, sem aquecimento prejudicial, quando o regime de operação é não contínuo. O fator de serviço não deve ser confundido com a capacidade de sobrecarga momentânea, durante alguns minutos. O fator de serviço igual a 1,0, significa que o motor não foi projetado para funcionar continuamente acima de sua potência nominal. Exemplo: Um motor de 15 HP, In = 40 A, FS = 1,25, poderá sofrer a seguinte sobrecarga: 1,25 x 40 = 50A ou 1,25 x15 = 18,75 HP. 1.12. Graus de Proteção: É um código padronizado, formado das letras IP seguidas de um número de dois algarismos, que define o tipo de proteção do motor contra a entrada de água, de objetos estranhos e contato acidental. A norma NBR 6146 define os graus de proteção dos equipamentos elétricos por meio das letras características IP, seguida por dois algarismos. As tabelas 1.3, 1.4 e 1.5 representam os graus de proteção do motor.

1º Algarismo

Algarismo Indicação 0 1 2 3 4 5 6

Sem proteção Corpos estranhos de dimensões acima de 50 mm Corpos estranhos de dimensões acima de 12 mm Corpos estranhos de dimensões acima de 2,5 mm Corpos estranhos de dimensões acima de 1,0 mm Proteção contra acúmulo de poeiras prejudiciais a o motor Totalmente protegido contra poeira

Tabela 1.3: 1º Algarismo: indica o grau de proteção contra penetração de coros estranhos sólidos

estranhos e contato acidental

2º Algarismo

Algarismo Indicação 0 1 2 3 4 5 6 7 8

Sem proteção Pingos de água na vertical Pingos de água até a inclinação de 15º com a vertical Água de chuva até a inclinação de 60º com a vertical Respingos de todas as direções Jatos de água de todas as direções Água de vagalhões Imersão temporária Imersão permanente

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Tabela 1.4: 2º Algarismo: indica o grau de proteção contra penetração de água no interior do motor.

1º Algarismo

2º Algarismo

Motor

Classes de proteção

Proteção contra contato

Proteção contra corpos estranhos

Proteção contra água

Motores Abertos

IP00 não tem não tem não tem IP02 não tem não tem pingos de água até

uma inclinação de 15º com a vertical

IP11 toque acidental com a mão

corpos estranhos sólidos de dimensões acima de 50 mm

pingos de água na vertical

IP12 pingos de água até uma inclinação de 15º com a vertical

IP13 água da chuva até uma inclinação de 60º com a vertical

IP21 toque com os dedos corpos sólidos estranhos de dimensões de 12 mm

pingos de água na vertical

IP22 pingos de água até uma inclinação de 15º com a vertical

IP23 água da chuva até uma inclinação de 60º com a vertical

Motores Fechados

IP44 toque com ferramentas

corpos estranhos sólidos de dimensões acima de 1 mm

respingos de todas as direções

IP54 proteção completa contra toque

proteção contra acúmulo de poeiras nocivas

respingos de todas as direções

IP55 proteção completa contra toque

proteção contra acúmulo de poeiras nocivas

jatos de água em todas as direções

IP(W)55 proteção completa contra toques

proteção contra acúmulo de poeiras nocivas

chuva, maresia

Tabela 1.5: Graus de proteção

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1.13. Rendimento: O motor elétrico absorve energia elétrica da linha e a transforma em energia mecãncia disponível no eixo. O rendimento define a eficiência com que é feita esta transformação. O rendimento é a relação expressa em percentagem entre a potência útil de saída nominal e a potência de entrada (potência absorvida da linha). O rendimento varia de 0 a 100% ou de 0 a 1.

( )ϕϕ

ηcos3

)(736100

cos3100%

×××=×

×××=×=

IV

cvP

IV

WP

P

P

LLa

u

É importante que o motor tenha um rendimento alto, pelas seguintes razões:

� Um rendimento alto proporciona perdas baixas e, conseqüentemente, um menor aquecimento do motor;

� Quanto maior for rendimento, menor será a potência absorvida pela rede, e portanto, menor custo da energia elétrica paga nas contas mensais.

1.14. Fator de Potência: É a relação entre a potência útil (ativa) e a potência total absorvida pelo motor (aparente) ou é o cosseno do ângulo de defasagem entre essas potências. Este varia de 0 a 100% ou de 0 a 1.

IV

WP

S

P

L ××==

3

)(cosϕ

1.15. Categoria: Letra padronizada que define as limitações de conjugado máximo e de partida e de corrente de partida estipuladas em norma. A categoria define o tipo de curva conjugado x velocidade para que o motor seja adequado às características de carga acionada e informa sobre a forma construtiva da gaiola do rotor (gaiola simples, gaiola dupla, barra profunda, etc) Conforme suas características de conjugado em relação à velocidade e corrente de partida, os motores de indução trifásicos com rotor em gaiola são classificados em categorias, cada uma adequada a um tipo de carga. Estas categorias segundo a norma NBR 7094 são: Categoria N: Conjugado de partida normal, corrente de partida normal, baixo escorregamento. Constituem a maioria dos motores encontrados no mercado e prestam-se ao acionamento de cargas normais, com baixo conjugado de partida, como: bombas e máquinas operatrizes. Categoria H: Conjugado de partida alto, corrente de partida normal, baixo escorregamento. São usados para cargas que exigem maior conjugado na partida, como em peneiras, transportadores carregados, cargas de alta inércia, etc., (conjugado constante). Categoria D: Conjugado de partida alto, corrente de partida normal, alto escorregamento(mais de 5%). São usados em prensas excêntricas e máquinas semelhantes, onde a carga apresenta picos períodicos e cargas que necessitam de conjugados de partida muito altos e corrente de partida limitada.

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Categoria NY: Esta categoria inclui os motores semelhantes aos de categoria N, porém, previstos para partida estrela-triângulo. Para estes motores na ligação estrela, os valores mínimos do conjugado com rotor bloqueado e do conjugado mínimo de partida são iguais a 25% dos valores indicados para os motores da categoria N. Categoria HY: Inclui os motores semelhantes aos de categoria H, porém, previstos para partida estrela-triângulo. Para estes motores na ligação estrela, os valores mínimos do conjugado com rotor bloqueado e do conjugado mínimo de partida são iguais a 25% dos valores indicados para os motores dacategoria H. Uma outra norma bastante utilizada na área de máquinas é a NEMA - Associação nacional dos fabricantes de materiais elétricos dos Estados Unidos (USA): Categoria de Projeto de Motor de Indução com Rotor em Gaiola: Classificação NEMA( National Electrical Manufacturers Association Standard MG-1) Categoria A: Motor convencional, conjugado e corrente de partida normais, baixo escorregamento. Construído com gaiola simples com barras de baixa resistência. Aplicações gerais. Categoria B: Construído com rotor de barras profundas. Conjugado de partida normal, baixa corrente de partida e baixo escorregamento. Aplicações em ventiladores, bombas e máquinas operatrizes. Curvas de conjugado típicas para motores de indução de aplicação geral. Categoria C: Construído com rotor de dupla gaiola de alta resistência de partida. Alto conjugado e baixa corrente de partida, baixo escorregamento. Utilizado com cargas que requerem grandes conjugados de partida: compressores, transportadoras. Categoria D: Construído com gaiola simples e barras superficiais de alta resistência. Alto conjugado de partida. Baixa corrente de partida. Alto escorregamento (rendimento ruim). Utilizado com cargas que necessitam de rápida aceleração, cargas de alta inércia, cargas de alto impacto, etc. 1.18. Ligações do Motor Trifásico de Indução Os motores trifásicos de indução com rotor em gaiola são fabricados de tal forma que possam funcionar com duas, três ou quatro tensões diferentes. Esta flexibilidade de ligações permite que um mesmo motor seja utilizado em localidades diferentes onde o nível de tensão da rede de alimentação tenha diferentes valores. 1.18.1. Ligação do motor de seis terminais: As duas formas de ligações mais usuais são em estrela ou triângulo

� Estrela: Ao conectarmos os três grupos de bobinas em estrela, o motor pode ser ligado a uma

linha com tensão igual a FV×3 , sem que seja alterado a tensão no enrolamento por fase. Caso cada enrolamento funcione com uma tensão nominal de 220 volts a tensão de alimentação do motor seria

v3802203 =×

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Por sua vez, a intensidade de corrente em cada enrolamento será a mesma da linha. 1

4

1L

3

6

L3

5

2L

2

Fig. 1.1- Ligação em estrela

� Triângulo: Neste caso as três bobinas do motor são ligadas em triângulo. Como a tensão de fase é igual a tensão de linha, cada enrolamento receberá a tensão de 220 v. Contudo a corrente

será reduzida de 3 .

1

43

6

1L

L3

5 2

2L

Fig. 1.2- Ligação em triângulo

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1.18.2. Ligação do motor de nove terminais Os motores de dupla tensão têm nove terminais para assegurar a mudança de tensão o mais rápida e simples possível. Este tipo de ligação possibilita ao motor funcionar com dois níveis de tensões. As tensões nominais mais comuns são 220/440v. Quando o motor é ligado em série é alimentado por 440v e ligado em paralelo, alimentado em 220v. O esquema mostrado nas figuras serve para ser ligado em outras duas tensões quaisquer, desde que uma seja dobro da outra, por exemplo, 230/460v.

� Série-Paralelo:

1

4

7

1L

3

6

9

L3

5

2

8

L2

Fig. 1.3- Ligação do motor para duas tensões: série

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Fig. 1.4- Ligação do motor para duas tensões: paralelo

� Série-Paralelo: Triângulo

1

4

7

3

6

9

1L

L3

5 28

2L

Fig. 1.5- Ligação do motor para duas tensões: triângulo-série

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13

3

6

L3L

2

2

8

1

4

7

1L

5

12

Fig. 1.6- Ligação do motor para duas tensões: triângulo-paralelo 1.18.3. Ligação do motor de doze terminais O enrolamento de cada fase é dividido em duas metades para ligação série-paralelo. Além disso todos os 12 terminais ficam disponíveis para ligação do motor em estrela ou triângulo. Desta forma , pode-se obter quatro combinações possíveis de tensão nominal:

� Ligação estrela-série; � Ligação triângulo-série; � Ligação estrela-paralelo; � Ligação triângulo-paralelo;

Como exemplo pode-se alimentar um motor em 220/380/440/760 v.

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14

1

4

7

10

1L

3

6

12

9

L3

5

2

8

11

L2

� Estrela-Série: Ligando-se as bobinas em série e os enrolamentos de cada fase em estrela,

obtém-se esta conexão. Esta disposição permite que o motor seja ligado em 760v.

Fig. 1.7- Ligação estrela-série

� Triângulo-Série: Ligando-se os meios enrolamentos em série e as fases em triângulo pode-se conectar o motor em uma tensão de 440v.

1

4

7

103

6

12

9

1L

L3

5 2811

2L

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Fig. 1.8- Ligação triângulo-série � Estrela-Paralelo: Nesta conexão as bobinas são ligadas em paralelo e as fases em estrela. Esta

disposição permite que o motor seja ligado em 380v.

Fig. 1.9- Ligação estrela-paralelo

� Triângulo-Paralelo: Nste tipo de ligação as bobinas estão em paralelo e os enrolamentos de

cada fase em triângulo. Esta disposição possibilita ao motor ser ligado ao menor nível de tensão, ou seja, em 220v.

3

6

L3L

2

10

2

8

1

4

7

1L

5

9

11

12

Fig. 1.10- Ligação triângulo-paralelo

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Cap. 2

COMANDOS INDUSTRIAIS DISCRETOS

2.1. DIAGRAMAS ELÉTRICOS DE LIGAÇÃO 2.1.1. Generalidades

Os sistemas elétricos são representados esquematicamente através de símbolos gráficos normatizados, para proporcionar uma melhor facilidade de compreensão do seu principio de funcionamento.

Para facilitar a identificação dos componentes, sua localização física, suas funções e interligações, e permitir ainda uma visão analítica das partes ou do conjunto, bem como, do funcionamento seqüencial dos circuitos, os diagramas elétricos devem ser:

a) Claros e não se prestar a equívocos.

b) Fáceis de traçar, com o mínimo de linhas, simples e fáceis de lembrar.

c) Simbologia de uso o mais geral possível, segundo as normas técnicas.

d) Concisos para que possam ser de fácil compreensão.

É recomendado para o desenho dos diagramas, que sejam representados no estado desenergizados (sem tensão e corrente) e são mecanicamente não acionados (na posição, desligado).

2.2-. Tipos de Diagramas 2.2.1. Diagrama Multifilar

É o diagrama que representa o sistema elétrico da forma como é realizado, mostrando todos os componentes e condutores, detalhe de ligações, assim como os símbolos explicativos. Este diagrama mostrado na Figura 2.1, por representar simultaneamente as ligações do circuito principal e do auxiliar, torna-se difícil sua interpretação e elaboração, sendo, portanto, pouco aplicável.

Características:

a) não se tem uma visão exata da função da instalação.

b) dificuldade na localização de uma eventual falha.

c) os aparelhos são representados de acordo com sua seqüência de instalação, obedecendo à construção física dos mesmos.

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d) os aparelhos são facilmente reconhecidos e sua disposição pode ser qualquer uma.

e) não são indicados circuitos de circulação de corrente.

Fig. 2.1- Diagrama multifilar

2.2.2. Diagrama Unifilar

É uma representação simplificada, geralmente unipolar das ligações onde mostra apenas os símbolos dos componentes básicos do sistema que interessam a operação. Na figura 2.2 é mostrado este diagrama.

Fig. 2.2- Diagrama unifilar

Tem como características:

a) indica os componentes e sua localização que devem ser instalados.

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b) indica a quantidade de condutores.

c) é utilizado durante o processo de instalação de chave elétrica.

2.2.3. Diagrama Funcional

É o diagrama que representa o circuito de acordo com o sentido da circulação de corrente elétrica através de condutores e componentes. Este diagrama por representar separadamente o circuito principal, o circuito de comando e o circuito de sinalização e alarme, na seqüência, da esquerda para a direita, torna-se de fácil interpretação, ou seja, de fácil leitura e fácil entendimento de sua função.

Tem como características:

a) não é levada em consideração a posição construtiva e a conexão mecânica entre as partes.

b) os circuitos de corrente devem ser representados através de linhas retas, livres de cruzamentos.

2.2.3.1. Circuito de Força ou Principal

Indica o caminho percorrido pela corrente elétrica absorvida pela carga durante o regime de partida e durante o regime de trabalho. Veja sua representação mostrada na Figura 2.3.

Fig. 2.3- Circuito de força

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2.2.3.2. Circuito de Comando

Indica o caminho percorrido pela corrente elétrica, para colocar em operação, o circuito de força. Este circuito mostra, ainda os intertravamentos elétricos e como o circuito será desenergizado. Veja sua representação, ilustrada na Figura 2.4.

Fig. 2.4- Circuito de comando

2.3. Comandos Industriais Discretos para Motores de Indução 2.3.1. Sistema de Partida Direta

Quando se alimenta um motor elétrico em um sistema de energia elétrica, a corrente absorvida da rede pelo motor, varia de 3 a 7 vezes o valor da corrente nominal a plena carga. Entretanto, desde que o sistema suporte este pico de corrente na partida, sempre a melhor alternativa do ponto de vista intrínseco do motor é utilizar a partida à plena tensão. Deve-se lembrar que à medida que o motor vai vencendo a inércia (resistência da carga) e aumentando a rotação, a corrente vai diminuindo até chegar ao valor de regime permanente. Contudo na maioria das vezes, este valor do pico de corrente prejudica o funcionamento do sistema, afetando os dispositivos de proteção, as redes de alimentação, os transformadores etc. Além disso, pode afetar o fornecimento de energia elétrica devido ser cobrada do usuário uma sobretaxa de demanda, durante o ano todo e não somente no mês em que foi ultrapassada. Considerando-se que a corrente nominal é função da potência, a sua respectiva corrente de partida deve estar numa relação com a corrente nominal da rede, de tal modo que, durante o tempo de partida, essa

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corrente não venha a alterar as condições de alimentação de outros consumidores, pela maior queda de tensão causada na rede. Esta situação é satisfeita em uma das seguintes condições: a) A corrente nominal da rede é tão elevada que a corrente de partida do motor não é significante b) A corrente do motor é de baixo valor, porque sua potência é pequena. c) A partida do motor é feita sem carga (a vazio), o que reduz a duração da corrente de partida e,

conseqüentemente os efeitos sobre o sistema de alimentação. Fatores que impedem o uso da partida direta: a) A potência do motor é superior ao máximo permitido pelas normas da concessionária local b) A partida do motor provoca o desligamento dos circuitos dos outros motores ou dos disjuntores

primários Efeitos causados num sistema pala partida direta de um motor à plena carga: a) Ocasiona alta queda de tensão da rede devido à corrente de partida ou de pico no caso dos grandes

motores, que deve ser limitada por imposição das concessionárias de energia elétrica. b) Provável cintilação das lâmpadas c) Redução no conjugado do motor durante a partida d) Sistema de proteção superdimensionado, ocasionando um alto custo, no caso de corrente de partida muito alta 2.3.1.1 Chaves de Partida Direta para Motores de Indução Chaves de partida são dispositivos empregados para a ligação ou desligamento de motores elétricos. Neste método de partida podem ser empregados dispositivos como contatores, disjuntores, chaves interruptores. Podem ser empregadas também, chaves manuais e magnéticas. Entende-se por partida direta a ligação do motor à rede elétrica, de modo que, seja alimentado, de imediato, a toda tensão partindo-se com todo o conjugado de que é capaz. A norma da CEMAR, recomenda utilizar a ligação desta chave em motores de indução trifásicos de rotor em curto-circuito (ou em gaiola) ou síncrono, a uma rede secundária, a partir de um ramal de baixa tensão cuja potência seja inferior a 5 cv. O conjugado durante a partida é sempre superior ao conjugado nominal pra que possa vencer a inércia da carga acoplada ao eixo do motor e é máximo quando atingir aproximadamente 80% da velocidade nominal. Neste momento a corrente é consideravelmente reduzida. Este tipo de chave permite partidas de motores mesmos que estejam submetidos a plena carga, desde que a rede de alimentação ou transformador suporte o pico de corrente no momento da partida. Sua aplicação é particularmente a indicada para motores de pequena a média potência. Entretanto considerando-se que o conjugado de partida é de aproximadamente 1,5 o conjugado nominal, este procedimento é desaconselhável caso a partida seja lenta e progressiva, como por exemplo, em pontes rolantes, transportadores, etc. Se por acaso for necessário reduzir o pico de corrente sob tensão nominal, ou seja, reduzir o conjugado de partida de um motor de indução com rotor em gaiola, será necessário recorrer a um outro dispositivo que permita, durante um primeiro tempo, alimentação do estator do motor sob tensão reduzida. Entre estes métodos pode-se relacionar: a) Chave estrela-triângulo

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b) Chave compensadora com auto-transformador de partida c) Resistência que baixam a tensão inicial d) Reatores que reduzem a tensão e) Motores de pólos múltiplos Para uma dada velocidade, a corrente no enrolamento do motor é reduzida proporcionalmente a tensão e o conjugado proporcionalmente ao quadrado da tensão. 2.3.1.2. Chave Magnética de Partida Direta Simples Monofásica

a) b) Fig.2.5- Diagrama da chave de partida direta simples monofásica: a) circuito de força, b) circuito

de comando. Seqüência Operacional:

� Ligação: Pulsando-se o botão de comando b1, a bobina do contator c será energizada. Esta ação faz fechar o contato de selo de c, que manterá a bobina energizada; os contatos principais serão fechados, e o motor monofásico entra em funcionamento.

� Interrupção: Pulsando-se o botão b0, este se abrirá, eliminando a alimentação da bobina, que provocará a abertura do contato de selo c e, conseqüentemente dos contatos principais, e o motor monofásico é desligado.

� Interrupção por proteção: Caso ocorra uma sobrecorrente (curto-circuito) os fusíveis irão interromper os circuitos desligando o motor e protegendo-o. Caso ocorra uma sobrecarga no

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eixo do motor, o relé de sobrecarga acionará o seu contato NF e desligará todo o circuito, protegendo o motor contra aquecimento excessivo.

2.3.1.3. Chave Magnética de Partida Direta Simples Trifásica

a) b)

Fig.2.6- Diagrama da chave de partida direta simples trifásica: a) circuito de força, b) circuito de comando.

Seqüência Operacional:

� Ligação: Pulsando-se o botão de comando b1, a bobina do contator c será acionada e fecha seu contato de selo; o motor trifásico dar partida e permanece no estado ligado.

� Interrupção: Pulsando-se o botão b0, este se abrirá, abre o contator c; o motor trifásico é desligado.

� Interrupção por proteção: Os fusíveis abrirão o circuito e desligarão o motor quando ocorrer um curto-circuito. Já o relé de sobrecarga abrirá o seu contato NF e desligará todo o circuito, protegendo o motor contra aquecimento excessivo.

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2.3.1.4. Chave Magnética de Partida Direta com Reversão Simples e Instantânea O objetivo desta chave é realizar a reversão do sentido de rotação de um motor de indução trifásico. Seu principio de funcionamento baseia-se na inversão de duas de suas fases de alimentação. Por exemplo R-1, S-2, T-3 para S-1, R-2, T-3. Esta tarefa pode ser realizada por dois contatores, comandados por dois botões conjugados. A seguir citam-se algumas de suas aplicações mais importantes: tornos mecânicos, pontes rolantes, guinchos, elevadores, fresadoras, talhas elétricas, esteiras transportadoras, etc.

Fig. 2.7. Circuito de força

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a) b)

Fig.2.8. Circuito de comando: a) reversão simples, b) reversão instantânea. Seqüência Operacional da reversão simples:

� Ligação: Pulsando-se o botão de comando b1, a bobina do contator c será acionada e fecha seu contato de selo; o motor trifásico dá partida e permanece no estado ligado.

� Interrupção: Pulsando-se o botão b0, este se abrirá, abre o contator c; o motor trifásico é desligado.

� Interrupção por proteção: Os fusíveis abrirão o circuito e desligarão o motor quando ocorrer um curto-circuito. Já o relé de sobrecarga abrirá o seu contato NF e desligará todo o circuito, protegendo o motor contra aquecimento excessivo.

Seqüência Operacional da reversão instantânea:

� Ligação: Pulsando-se o botão de comando b1, a bobina do contator c será acionada e fecha seu contato de selo; o motor trifásico dá partida e permanece no estado ligado.

� Interrupção: Pulsando-se o botão b0, este se abrirá, abre o contator c; o motor trifásico é desligado.

� Interrupção por proteção: Os fusíveis abrirão o circuito e desligarão o motor quando ocorrer um curto-circuito. Já o relé de sobrecarga abrirá o seu contato NF e desligará todo o circuito, protegendo o motor contra aquecimento excessivo.

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2.3.2. Chave Magnética de Partida Estrela-Triângulo ( Y / ∆∆∆∆ ) Em instalações elétricas industriais, a chave estrela-triângulo é indicada, para sistemas que estão sobrecarregados, com o objetivo de reduzir os efeitos da corrente de partida dos motores trifásicos assíncronos com rotor em curto-circuito. A finalidade principal é para atender às exigências das fornecedoras de energia elétrica, para evitar perturbações no funcionamento da rede elétrica. Utiliza-se as ligações das chaves estrela-triângulo de três formas: manual, semi-automática e automática. É de suma importância para a partida com chave estrela-triângulo que o motor tenha disponibilidade de no mínimo seis bornes de ligação, que tenha possibilidade de ligação em dupla tensão(220/380, 380/660, 440/760), e que a menor tensão nominal do motor em triângulo coincida com a tensão de linha da rede de alimentação.

Observa-se que uma tensão acima de 660 volts não é usual, pois não existem linhas com esses níveis de tensões. Nos exemplos citados acima 380/660 e 440/760, a maior tensão indica simplesmente que o motor pode ser ligado em estrela-triângulo.

A tabela 2.1 mostra as tensões nominais múltiplas mais comuns em motores trifásicos e sua aplicação às tensões de redes usuais.

LIGAÇÕES NORMAIS DOS ENROLAMENTOS DOS MOTORES TRIFÁ SICOS

Execução dos enrolamentos Tensão de serviço Partida com chave estrela-triângulo

220/380 220v

380v

sim

não

220/440/230/460 220v /230v

440v /60v

não

não

380/660 380v sim

220/380/440/760

220v

380v

440v

sim

não

sim

Tabela 2.1: Tensões nominais múltiplas para uso da chave estrela-triângulo

A chave estrela-triângulo consiste na alimentação do motor com redução de tensão nas bobinas durante a partida. É aplicada em máquinas que partam em vazio (sem carga) ou com conjugado resistente baixo e constante (carga parcial), tais como máquinas ferramentas clássicas para madeira, agrícolas, serra portátil, serra de fita circular, retificador portátil, motores aéreos, furadeiras, esmeris, ventiladores, bombas hidráulicas, etc. Segundo as normas da concessionária (CEMAR), recomenda que os motores

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devam ter suas potências nominais situadas entre 5 CV a 15 CV para serem ligados a uma rede secundária, a partir de um ramal em baixa tensão.

O funcionamento dessa chave consiste, de início, em ligarmos o estator do motor em estrela, e após um tempo de aproximadamente 3 a 25 segundos ( tempo suficiente para que o motor atinja 90% da rotação nominal), mudamos a ligação para triângulo através de um temporizador, automaticamente. A corrente e o conjugado, em estrela, ficam reduzidos a 33% do valor que teriam na partida direta em triângulo. Por isso, devem-se utilizar motores com curva de conjugado elevado.

O conjugado resistente da carga não deve ultrapassar o conjugado de partida do motor, nem a corrente, no instante de comutação, deve atingir valores muito elevados, sob pena de se tornarem inaceitáveis.

Uma comutação prematura (velocidade do motor ainda baixa), ou uma pausa muita longa de comutação, causa uma diminuição excessiva da velocidade e leva a um pico de corrente elevado na comutação. Já uma pausa muito curta de comutação pode fazer surgir uma corrente de curto-circuito sobre o arco voltaico ainda não extinto na ligação estrela. Sendo assim, não ofereceria nenhuma vantagem e seria prejudicial aos contatos do contator e à rede elétrica.

Vantagens:

- custo reduzido; - elevado número de manobras; - por ter dimensões reduzidas, ocupa pouco espaço; - a corrente de partida reduzida a 1/3 da corrente nominal. Desvantagens:

- aplicação específica a motores com dupla tensão nominal e que tenha disponibilidade de seis bornes;

- a tensão da rede deve coincidir com a tensão em triângulo do motor; - o conjugado de partida é reduzido a 1/3 do nominal; - a comutação de Y para ∆ deve ocorrer a 90% da rotação nominal, para que a corrente de pico não

atinja valores elevados, próximos, portanto, da corrente de partida a plena tensão.

Restrições na Aplicação:

Embora bastante empregada em acionamentos de motores aéreos por apresentar custo reduzido, elevado número de manobras e ocupar reduzido espaço, na partida de bombas submersas ela é pouco aplicada devido à longa distância entre a carga ao painel, exigindo o dobro da quantidade de condutores de alimentação que geralmente é empregado em outro tipo de acionamento.

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Fig. 2.9. Circuito de força.

Fig.2.10. Circuito de comando.

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Seqüência Operacional:

� Ligação em estrela: Pulsando-se o botão de comando b1, a bobina do contator c3 e o relé de tempo serão alimentados. Os contatos de selo de c3 e de c1, manterão ligados os contatores c3 e c1, e o relé de tempo d1. Como os contatos principais de c3 e c1 estão fechados, o motor trifásico é acionado na ligação em estrela.

� Comutação para triângulo: Transcorrido o tempo pré-ajustado pelo relé de tempo d1, este opera, abre seu contato NF, desliga o contator c3 e o relé de tempo d1. Ao mesmo tempo é ligado o contator c2 através do contato NF de c3. Assim, o motor é conectado em triângulo.

� Interrupção: Pulsando-se o botão b0, este se abrirá, abre os contatores c1 e c2; o motor trifásico é desligado.

� Segurança da chave: Estando o motor ligado em estrela o contato NF de c3 fará o intertravamento de c2 e estando o motor ligado em triângulo o contato NF de c2 não permitirá a ligação do contator c3. Isto impedirá a ligação acidental do motor em curto circuito.

2.3.2.1. Chave Magnética de Partida Estrela-Triângulo ( Y / ∆∆∆∆ ) com Reversão

Fig. 2.11. Circuito de força.

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Fig. 2.12. Circuito de comando. Seqüência Operacional:

� Ligação em estrela (sentido de rotação horário): Pulsando-se o botão de comando b1, a bobina do contator c4 é ligada e através de seu contato de selo NA é energizado o relé de tempo d1 e a bobina do contator c1. Desta forma, permanecerão ligados c4, d1 e c1 através dos contatos de selos de c1 e c4. Ao mesmo tempo, os contatos abridores de b1, de c1 e de c4 impedem que o contator c2 e c4 possam ser ligados. Nesta fase, o motor está em regime de partida, conectado em estrela com sentido de rotação horário.

� Comutação para triângulo: Decorrido o tempo ajustado, ocorre o disparo, abrindo-se o contato NF de d1, desarmando o temporizador, o contato c4, e este fecha seu contato auxiliar NF. Assim, estando o contator c3 ligado o motor é conectado em triângulo.

Reversão: � Ligação em estrela (sentido de rotação anti-horário): Pulsando-se o botão b2, o contator c1 é

desligado e o motor que gira no sentido de rotação horário é desligado. O contator c4 é ligado, energiza o relé de tempo d1 e o contator c2 através de seu contato NA. Assim, ficarão ligados c4, d1 e c2 através do contato de selo de c2. No mesmo instante, os contatos abridores de c4 e de c2 impedem que o contator c1 possa ser ligado. Nesta etapa, o motor está em regime de partida, conectado em estrela com sentido de rotação anti-horário.

� Comutação para triângulo: Transcorrido o tempo para o aual o relé de tempo d1 foi ajustado, este dispara e desliga c4, que impede a energização de c3. O motor comuta para ligação triângulo, conectando-o a plena tensão e mantendo o mesmo sentido de rotação anti-horário.

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� Interrupção: Pulsando-se o botão b0, este se abrirá, desligando os contatores c1 e c3 (motor no sentido horário) ou desligando os contatores c2 e c3 (motor no sentido anti-horário) o motor trifásico é desligado.

� Segurança da chave: Os botões b1 e b2 se intertravam. Os contatores c1 e c2, assim como c3 e c4 não permitirão a ligação em curto-circuito caso sejam ligados ao mesmo tempo

2.3.3. Chave Magnética de Partida Compensada A chave compensadora é utilizada para partidas sob cargas de motores de indução trifásicos com rotor em curto-circuito, onde a chave estrela-triângulo é inadequada. A norma prevê a utilização desta chave para motores, cuja potência seja maior ou igual a 15 CV. Esta chave reduz a corrente de arranque, evitando sobrecarregar a linha de alimentação. Deixa, porém, o motor com conjugado suficiente para a partida. A tensão na chave compensadora é reduzida através de um autotransformador trifásico que possui geralmente taps de 50%, 65 % e 80% da tensão nominal. Durante a partida alimenta-se com a tensão nominal o primário do autotransformador trifásico conectado em estrela e do seu secundário é retirada à alimentação para o circuito do estator do motor. A passagem para regime permanente faz-se desligando o autotransformador do circuito e conectando diretamente a rede de alimentação o motor trifásico. Este tipo de partida normalmente é indicado para motores de potência elevada, acionando cargas com alto índice de atrito, tais como, como acionadores de compressores, grandes ventiladores, laminadores, moinhos, bombas helicoidais e axiais (poço artesiano), britadores, calandros, máquinas acionadas por correias, etc. A utilização da chave compensadora em relação a chave estrela-triângulo apresenta algumas vantagens e desvantagens que serão listadas a seguir: Vantagens

� Na derivação de 65% a corrente de partida na linha se aproxima do valor da corrente de acionamento, utilizando a chave estrela-triângulo;

� A comutação da derivação de tensão reduzida para a tensão de suprimento não acarreta elevação da corrente, já que o autotransformador trifásico comporta-se neste instante semelhantemente a uma reatância que impede o crescimento da mesma;

� Variações gradativas de tape, para que se possa aplicar a chave adequadamente à capacidade do sistema de suprimento.

Desvantagens

� A grande desvantagem é a limitação de sua freqüência de manobras. Na chave compensadora automática é sempre necessário saber a freqüência de manobras para determinar o auto-trafo;

� Custo superior ao da chave estrela-triângulo devido ao auto-trafo; � Dimensões normalmente superiores às das chaves estrela-triângulo, acarretando o aumento no

volume dos centros de controle de motores (CCM);

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Fig. 2.13. Circuito de força.

Fig. 2.14. Circuito de comando

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Seqüência Operacional:

� Ligação: Pulsando-se o botão de comando b1, o contator c3 é ligado fechando seu contato de selo (NA), liga o contator c2 e o relé de tempo d1. O contato de selo de c2 fecha. O motor é ligado através do autotrafo trifásico em estrela e parte com tensão reduzida.

� Comutação: Decorrido o tempo ajustado, ocorre o disparo, abrindo-se o contato NF de d1, desarmando o temporizador, o contato c3, e este fecha seu contato auxiliar NF, que aciona c1. e permanecerá ligado através de seu selo. Assim, ocorre a comutação para triângulo e o motor é alimentado a plena tensão.

� Interrupção: Pulsando-se o botão b0, este se abrirá, desligará o contator c1 e o motor trifásico é desligado.

� Segurança da chave: Os contatos NF de c1 e de c3 fazem o intertravamento do sistema. 2.3.3.1. Chave Magnética de Partida Compensada com Reversão

Fig. 2.15. Circuito de força.

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Fig. 2.16. Circuito de comando.

Seqüência Operacional:

� Ligação (sentido de rotação horário): O botão b1 pulsado liga o contator c4 que permanecerá ligado pelo seu selo. Um outro contato auxiliar (NA) de c4 liga c3 e este através de seu selo liga o contator c2 e o relé de tempo d1. Nesta fase o motor é alimentado com tensão reduzida através do auto-trafo trifásico e se encontra no regime de partida. O motor funciona, vence a inércia da carga e gira no sentido horário.

� Comutação: Após o tempo ajustado por d1, este opera, abre seu contato NF e desliga o contator c3. O contato auxiliar NF de c3 na linha de acionamento de c1, fecha-se e liga o contator c1. Este através do seu selo permanecerá ligado e desligará o contator c2 quando um outro contato NF na linha de acionamento de c2 abrir-se. Nesta fase, o motor está em regime de trabalho conectado a plena tensão e funcionando no sentido horário.

Reversão:

� Ligação (sentido de rotação anti-horário): O botão b2 acionado liga o contator c5 que permanecerá ligado pelo seu selo. Um outro contato auxiliar (NA) de c5 liga c3 e este através de seu selo, liga o contator c2 e o relé de tempo d1. Nesta fase o motor é alimentado com tensão reduzida através do auto-trafo trifásico e se encontra no regime de partida. O motor funciona, vence a inércia da carga e gira no sentido anti-horário.

� Comutação: Após o tempo ajustado por d1, este opera, abre seu contato NF e desliga o contator c3. O contato auxiliar NF de c3 na linha de acionamento de c1, fecha-se e liga o contator c1. Este através do seu selo permanecerá ligado e desligará o contator c2 quando um outro contato NF na linha de acionamento de c2 abrir-se. Nesta fase, o motor está em regime de trabalho conectado a plena tensão e funcionando no sentido anti-horário.

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� Interrupção: O botão b0 acionado desligará os contatores c4 e c1 (motor girando no sentido horário) ou c5 e c1 (motor girando no sentido anti-horário).

� Segurança da chave: É realizado o intertravamento entre as botoeiras b1 e b2, entre os contatores c4 com c1 e c3 com c1. Além disso o contator c1 ligado não permitirá o acionamento de c2.

2.3.4. Chave Magnética Simples para Partidas Consecutivas Esta chave consiste num sistema de comando que permite a partida de dois ou mais motores, obedecendo a uma seqüência pré-estabelecida. O circuito elétrico de um sistema de comando varia em função da quantidade de motores trifásicos do sistema, permanência ou não dos motores em funcionamento, método de partida dos motores trifásicos, sistema de comando da chave magnética, função da sinalização. Convém ressaltar que dependendo da potência e do emprego, deve ser escolhido adequadamente pelo projetista o método de partida do motor, para atender as exigências das concessionárias de energia elétrica. O termo com permanência significa que os vários motores partem em momentos diferentes, porém todos permanecem em funcionamento. Já o termo sem permanência, nos diz que no momento que o segundo motor for colocado em funcionamento, o primeiro será desligado e, assim sucessivamente. No sistema de comando seqüencial, geralmente utiliza-se mais a partida direta e a partida compensada. Caso seja exigida a chave compensadora, pode-se utilizar um autotransformador trifásico para a partida de cada motor, ou então um único autotransformador, comum a partida de todos os motores trifásicos. Geralmente são utilizadas em aplicações de correias transportadoras, escadas rolantes, etc.

Fig. 2.17. Circuito de força.

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a) Circuito de comando com permanência de motores (através de botoeiras)

Fig. 2.18. Circuito de comando: com permanência dos motores (comando com botoeiras)

Seqüência Operacional:

� Ligação do 1º Motor: O botão b1 pulsado liga o contator c1. O contato de selo de c1 fecha e retém c1 em funcionamento. O motor trifásico m1 é acionado em partida direta e permanece em funcionamento Outro contato auxiliar NA de c1 é fechado para permitir a ligação dos outros motores.

� Ligação do 2º Motor: Transcorrido o tempo necessário de acionamento do 2º motor, o botão b2 é pulsado e liga o contator c2. O contato de selo de c2 fecha e retém c2 em funcionamento. O motor trifásico m2 é acionado em partida direta e permanece em funcionamento Outro contato auxiliar NA de c2 é fechado para permitir a ligação dos motores na seqüência. O 3º e o 4º motores são ligados seguindo o mesmo princípio quando da ligação de m1 e m2

� Interrupção: Pulsando-se o botão b0, este se abrirá, desligará todos os contatores ligados e os motores trifásicos serão desligados.

� Interrupção por proteção: Os fusíveis abrirão o circuito e desligarão o motor quando ocorrer um curto-circuito. Os relés de sobrecarga são ligados em série possibilitando o desligamento da chave como um todo quando ocorrer sobrecarga em um dos motores ligados na seqüência protegendo-os contra aquecimento excessivo.

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b) Circuito de comando com permanência de motores (comando com temporizadores)

Fig. 2.19. Circuito de comando: com permanência dos motores (comando com temporizado res) Seqüência Operacional:

� Ligação do 1º Motor: O botão b1 pulsado liga o contator c1 e o temporizador d1. O contato de selo de c1 fecha e retém c1 e d1 em funcionamento. O motor trifásico m1 é acionado através dos contatos principais de c1 em partida direta e permanece em funcionamento.

� Ligação do 2º Motor: Transcorrido o tempo programado de d1, este fecha seu contato de selo e liga o contator c2. O contato de selo de c2 fecha e retém c2 e o temporizador d2 em funcionamento. O motor trifásico m2 é acionado em partida direta e permanece em funcionamento. Outro contato auxiliar NF de c2 abre-se e desliga o temporizador d1. O 3º e o 4º motores são ligados seguindo o mesmo princípio quando da ligação de m1 e m2

� Interrupção: Pulsando-se o botão b0, este se abrirá, desligará todos os contatores ligados e os motores trifásicos serão desligados.

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c) Circuito de comando sem permanência de motores (comando com temporizadores)

Fig. 2.20. Circuito de comando: sem permanência dos motores (comando com temporizadore s) Seqüência Operacional:

� Ligação do 1º Motor: O botão b1 pulsado liga o contator c1 e o temporizador d1. O contato de selo de c1 fecha e retém c1 e d1 em funcionamento. O motor trifásico m1 é acionado em partida direta.

� Ligação do 2º Motor: Transcorrido o tempo programado de d1, este fecha seu contato de selo e liga o contator c2. O contato de selo de c2 fecha e retém c2 e o temporizador d2 em funcionamento. O motor trifásico m2 é acionado em partida direta. Outro contato auxiliar NF de c2 abre-se e desliga o contator c1 e o temporizador d1. Assim, o motor m1 é desligado. O 3º e o 4º motores são ligados seguindo o mesmo princípio quando da ligação de m1 e m2. Convém acrescentar que o ciclo se repete quando liga o ultimo motor na seqüência.

� Interrupção: Pulsando-se o botão b0, este se abrirá, desligará todos os contatores ligados e o motor trifásico que se encontra energizado será desligado.

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2.3.5. Sistema de Regulação de Velocidade de Motores Assíncronos Trifásicos

A regulação de velocidade obtém-se através da relação entre a velocidade, freqüência, número de pólos e escorregamento da máquina. Esta relação é expressa por:

)1(120

sfp

n −××=

Sendo:

n rotação rpm

f frequência Hz

p número de pólos --

s escorregamento --

Pode-se perceber, observando a fórmula acima que para regular a velocidade de um motor assíncrono pode-se atuar num dos seguintes parâmetros: número de pólos, escorregamento ou freqüência da rede. Dentre estes será estudado apenas dois modos: variação da velocidade em função do escorregamento e em função do número de pólos.

2.3.5.1. Variação da Velocidade em Função do Escorregamento

Neste caso, a velocidade do campo girante é mantida constante, e a velocidade do rotor é alterada de acordo com as condições exigidas pela carga, que podem ser:

� variação da resistência rotórica; � variação da tensão do estator; � variação de ambas, simultaneamente.

A utilização destas variações é limitada pois são conseguidas através das perdas rotóricas. Devido a sua simplicidade e grande aplicação aqui será estudado somente a variação da resistência rotórica. As outras formas são pouco utilizadas uma vez que geram perdas rotóricas e a faixa de variação de velocidade é pequena. � Variação da Resistência Rotórica: A inserção de uma resistência externa no rotor faz com que

o motor aumente o escorregamento (s), provocando a variação de velocidade.

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2.3.5.1.1. Chave Magnética Simples para Partida por Aceleração Rotórica

Este sistema permite a partida em motores assíncronos trifásicos com rotor bobinado, que são conectados a três anéis coletores, e estes por sua vez, ligados através de escovas a um conjunto trifásico de resistores, que podem ser variados, e permitir o controle da corrente de partida, bem como, a velocidade nominal do motor. Estas resistências são retiradas sucessiva e automaticamente até curto-circuitação do rotor, através de relés temporizadores.

Fig. 2.21. Circuito de força. O motor assíncrono com rotor bobinado é largamente utilizado no setor industrial e no acionamento de sistemas com elevadas inércias e nos casos em que o conjugado resistente em baixas rotações seja alto comparativamente ao conjugado nominal, situações em que há necessidade de conjugado de partida também elevado. Em relação ao motor com rotor em curto-circuito sua construção é bem mais cara, porém dependendo de sua aplicação, especialmente quando se necessita de um controle adequado de

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movimentação de cargas, tais como, em guindastes, correias transportadoras, etc, apresenta grandes vantagens. Estes motores são construídos com os enrolamentos rotóricos ligados geralmente em estrela. Assim, as resistências são inseridas em série com o circuito do enrolamento do rotor e cujo valor depende do número de estágios desejados na partida, em função da máxima corrente admissível para o acionamento da carga.

Seu funcionamento baseia-se na inserção da resistência total no circuito rotórico durante a partida, para reduzir a corrente induzida de partida e simultaneamente o fator de potência, aumentar o conjugado de partida e controlar a velocidade até seu valor nominal. Após a partida inicial do motor, diminui-se gradativamente a resistência inserida, igualmente nos três terminais, até curto-circuitar os enrolamentos do rotor. Nesta condição o motor funciona em regime normal de trabalho.

Fig. 2.22. Circuito de comando.

Seqüência Operacional:

� 1º Estágio de partida: O botão b1 pulsado liga o contator c1, cujo contato de selo fecha e retém c1 e d1 em funcionamento. O motor parte e funciona com todos os resistores intercalados no circuito do induzido. Neste estágio o motor funciona com a menor velocidade permitida no sistema.

� 2º Estágio de partida: Transcorrido o tempo pré-ajustado de d1, o contato fechador de d1 aciona o contator do rotor c4 e o relé de tempo d2. O motor funciona com menos 1/3 da resistência inserida. A corrente aumenta e conseqüentemente a velocidade também aumenta.

� 3º Estágio de partida: Decorrido o tempo ajustado para d2, ocorre o disparo, e o seu contato fechador aciona simultaneamente c3 e d3. O motor funciona com menos 2/3 da resistência inserida. A corrente aumenta e por conseguinte a velocidade também.

� 4º Estágio de partida: Decorrido o tempo regulado pelo temporizador d3, seu contato NA fecha, liga o contator c2 e este permanecerá ligado através do seu contato de selo. Ao mesmo

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tempo um outro contato auxiliar NF abre-se e desliga d1, c4, d2 e d3. Neste estágio o motor funciona com toda a resistência eliminada e o rotor é curto-circuitado. A corrente induzida no motor aumenta mais até seu valor nominal e a velocidade aumenta, alcançando seu valor nominal.

� Interrupção: Pulsando-se o botão b0, este se abrirá, desligará todo o circuito de comando e de força. O motor trifásico é desligado.

2.3.5.1.2. Chave Magnética Simples para Partida por Aceleração Rotórica com Reversão.

Fig. 2.23. Circuito de força.

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Fig. 2.24. Circuito de comando.

Seqüência Operacional:

� 1º Estágio de partida (sentido de rotação horário): O botão b1 pulsado liga o contator c1, cujo contato de selo fecha e retém c1. Outro contato auxiliar de c1 é fechado e liga d1. O motor parte e funciona com todos os resistores intercalados no circuito do induzido. Neste estágio o motor funciona com a menor velocidade permitida no sistema e gira no sentido horário.

� 2º Estágio de partida: Transcorrido o tempo ajustado para d1, seu contato fechador liga c4 e d2

ao mesmo tempo. O motor funciona com apenas 2/3 da resistência inserida no rotor. A corrente aumenta e também aumenta a velocidade

� 3º Estágio de partida: Decorrido o tempo regulado em d2, este opera, e aciona simultaneamente c4 e d3. O motor funciona apenas com 1/3 da resistência inserida. A corrente aumenta e por conseguinte a velocidade também.

� 4º Estágio de partida: Transcorrido o tempo pré-ajustado para d3, este aciona c5 cujo contato de selo o retém em funcionamento. Ao mesmo tempo através de outro contato auxiliar NF de c5 abre-se e desliga d1, c4, d2 e d3. Neste estágio o motor funciona e toda resistência é eliminada colocando o rotor em curto-circuito. A corrente induzida no motor aumenta mais ainda até seu valor nominal e a velocidade aumenta, alcançando seu valor nominal.

� Reversão: Pulsa-se o botão b0 para desligar todo o circuito. Após esta ação, aciona-se o botão b2 que liga c2 e através de seu selo será retido em funcionamento. Outro contato auxiliar de c2 é fechado e liga d1. O motor parte e funciona com todos os resistores intercalados ao rotor. Neste estágio o motor funciona com a menor velocidade permitida no sistema e gira no sentido anti-horário. A seqüência de funcionamento é similar ao caso do motor girando no sentido horário.

� Interrupção: Pulsando o botão b0, este se abrirá, e desligará todo o circuito. O motor trifásico é desligado.

� Segurança da chave: Para que não ocorra curto-circuito entre fases que poderia ser provocado pelo acionamento simultâneo dos contatores c1 e c2, dois contatos NF de c1 e c2 se intertravam.

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2.3.5.2. Variação da Velocidade em Função da Variação de Número de Pólos

Como já dito anteriormente é possível realizar-se a regulação de velocidade em motores assíncronos trifásicos com rotor em curto-circuito através da variação do número de pólos. Isto evita a aplicação de dispositivos complexos para trocar os pólos do bobinamento do rotor como acontece no caso dos motores com rotor em anéis, que é indispensável mudar as conexões tanto do rotor como do estator.

A utilização de motores com possibilidade de ligação em várias velocidades apresenta as seguintes vantagens:

� Simplificam e podem até eliminar as transmissões por engrenagens;

� Eliminam o ruído e a vibração das transmissões dentadas;

� Simplificam o comando automático dos processos de partida, parada e reversão;

� Reduz as perdas inerentes aos processos de arranque e frenagem, etc.

As principais desvantagens apresentadas são:

� Mais caros e maiores que os motores de uma só velocidade para a mesma potência;

� Não é possível obter-se simultaneamente o melhor projeto em todas as velocidades;

� Tem pior fator de potência;

� Consumo relativamente elevado durante a partida

Existem três maneiras de se variar o número de pólos de um motor assíncrono:

� Enrolamentos separados no estator;

� Um enrolamento com mutação de pólos

� Combinação dos dois anteriores.

1. Motores Trifásicos de Duas Velocidades em Enrolamentos Separados

Esta forma permite se combinar enrolamentos com qualquer número de pólos, limitada pelo dimensionamento eletromagnético do núcleo (estator/rotor) e carcaça geralmente bem maior que o de velocidade única.

2. Motores Trifásicos de Duas Velocidades com único Enrolamento Dahlander

Este tipo de motor é o mais comum que se apresenta e é denominado Lindstrom-Dahlander ou simplesmente Dahlander. Este é um motor que possui um enrolamento especial que poderá receber dois fechamentos distintos denominados fechamentos Dahlander. Neste motor só é possível obter duas velocidades na razão 1:2, sendo que o número de pólos da velocidade baixa deve ser igual ao dobro do número de pólos da velocidade alta. Exemplifica-se abaixo, considerando o motor com escorregamento de 5%:

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número de pólos velocidade síncrona velocidade assíncrona

4 ou 2 pólos 1800/ 3600 rpm 1710/ 3420 rpm

8 ou 4 pólos 900/ 1800 rpm

855/ 1710 rpm

12 ou 6 pólos 600/ 1200 rpm

570/ 1140 rpm

16 ou 8 pólos 450/ 900 rpm

428/ 855 rpm

Tabela 2.2: Velocidade do motor assíncrono trifásico

Os motores Dahlander podem ser ligados da seguinte forma: • Conjugado constante:

� O conjugado nas duas rotações permanece constante, isto é, a potência varia proporcionalmente com o número de pólos, por exemplo, em máquinas ferramentas. Neste caso o motor será ligado em ∆∆∆∆(baixa rotação) / YY(alta rotação)

• Potência constante

� A potência permanece constante, ou seja, o conjugado básico varia em relação inversa ao número de pólos, por exemplo, em acionamentos de trens laminadores, elevadores, etc. O motor será ligado em YY(baixa rotação) / ∆∆∆∆∆∆∆∆(alta rotação) ;

• Conjugado variável

� O conjugado básico varia aproximadamente com o quadrado do número de rotações, e conseqüentemente,, a potência varia com o cubo da velocidade, por exemplo, em bombas centrífugas partindo com a carga, ventiladores, compressores, exaustores, etc. Sua ligação será em YY (baixa rotação) / ∆∆∆∆∆∆∆∆(alta rotação).

As possíveis e mais aplicadas formas de esquemas de ligações do motor Dahlander serão mostrados a seguir:

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1111

44447777

4444

2222

5555

8888

3333

66669999

L1111

L2222

L3333

6666

5555

� Estrela-série

Fig. 2.25. Estrela-paralelo

� Estrela-paralelo �

5555

88885555

2222

1111

44447777

4444

3333

6666 6666

9999

L1111

L2222

L3333

Fig. 2.26. Estrela-paralelo

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� Delta-série

2222

5555

8888

L2222

5555

1111

4444

7777 4444 L1111

3333

6666

9999

L3333

6666

Fig. 2.27. Estrela-paralelo

Na Tabela 2.3, mostra o quadro resumo dos esquemas de ligações do motor Dahlander

ROTAÇÃO TIPO BAIXA ALTA

Conjugado constante Delta série Estrela paralelo Potência constante Estrela paralelo Delta série Conjugado variável Estrela série Estrela paralelo

Tabela 2.3. Ligações do motor Dahlander

3. Motores Trifásicos de Velocidades Múltiplas

Motores de velocidade múltiplas funcionam em diversas velocidades prefixadas, com as características de um motor de velocidade constante, com a mesma tensão e freqüência para todas as velocidades. É possível obter-se motores com mais de duas velocidades combinando-se um enrolamento Dahlander com um ou mais enrolamentos independentes. Contudo, não é comum, isto acontecer na prática. Somente em casos especiais verifica-se sua aplicação. Uma das limitações do uso deste motores é o dimensionamento eletromagnético do núcleo (estator/rotor) e carcaça geralmente bem maior que os motores de velocidade única.

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2.3.5.2.1. Chave Magnética Simples para Duas Velocidades com Ligação Dahlander

A chave magnética simples para duas velocidades com ligação Dahlander, é um sistema de comando elétrico aplicado a um motor com enrolamento único (tipo Dahlander ), cujos pontos de saídas permitem ligações em triângulo-série com “n” pólos e estrela-paralelo com “n/2”pólos, possibilitando assim a obtenção de duas velocidades. A comutação da ligação em baixa para alta rotação pode ser realizada por botões ou através de um relé temporizador.

Fig. 2.28. Circuito de força.

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Fig. 2.29. Circuito de comando com botoeiras

Seqüência Operacional:

� Partida do motor em baixa rotação: Pulsando-se a botoeira conjugada b1, energiza-se a bobina do contator c1, que se mantém por seu contato de selo c1, e abre outro contato NF de c1, que intertrava o contator c2 e c3 . O motor é acionado em baixa rotação.

� Partida do motor em alta rotação: Pulsando-se a botoeira conjugada b2, desenergiza-se a

bobina do contator c1 primeiramente, através do contato NF de b2. Simultaneamente, o contato NA de b1 é fechado, e o contator c2 fica energizado, e se mantém ligado por seu contato de selo. Este, também, energiza a bobina do contator c3, através de seu contato auxiliar NA. O motor parte em alta rotação.

� Interrupção: Pulsando o botão b0, desliga-se todo o circuito de comando e por sua vez desliga o motor trifásico.

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Fig. 2.30. Circuito de comando com temporizador

Seqüência Operacional:

� Partida do motor em baixa rotação: Pulsando-se a botoeira conjugada b1, energiza-se a bobina do contator c1 e o relé de tempo d1. Assim, o contator c1 se mantém ligado através de seu contato de selo, e abre outro contato NF de c1 , que intertrava o contator c2 e c3 . O motor é acionado em baixa rotação.

� Partida do motor em alta rotação: Decorrido o tempo regulado pelo relé temporizador, este comuta seu contato, desenergiza a bobina do contator c1, e simultaneamente energiza o contator c2, ficando energizado através de seu contato de selo. Este, também, energiza a bobina do contator c3 , através de seu contato auxiliar NA. O motor parte em alta rotação .

� Interrupção: Pulsando o botão b0, este se abrirá, e desligará todo o circuito. O motor trifásico é desligado.

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2.3.5.2.2. Chave Magnética para Duas Velocidades com Ligação Dahlander com Reversão

Fig. 2.31. Circuito de força.

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Fig. 2.32. Circuito de comando. Seqüência Operacional:

� Partida do motor em baixa rotação (sentido de rotação horário): Pulsando-se o botão b1, liga c1, cujo contato de selo opera e o retém ligado. O motor é acionado em baixa rotação no sentido horário.

� Comutação do motor para alta rotação: Após o motor alcançar sua velocidade nominal em baixa rotação, pulsa-se a botoeira b3, que desliga c1 e liga c3 e c5. Os contatores c3 e c5

permanecem ligados através do contato de selo de c3 e de um contato auxiliar NA de c3 respectivamente. O motor Dahlander passa a funcionar em alta rotação no mesmo sentido.

� Reversão: Para inversão do sentido de rotação, são acionadas as botoeiras b2 para por o motor em baixa rotação e b4 para por o motor Dahlander em alta rotação.

� Interrupção: Pulsando o botão b0, este se abrirá, e desligará todo o circuito. O motor Dahlander é desligado.

� Segurança por chave: É realizado o intertravamento na reversão e entre o funcionamento do motor em baixa e alta rotação através de botoeiras e contatores.

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2.3.6. Chave Magnética Simples para Frenagem por Corrente Retificada

A chave magnética simples para frenagem por corrente retificada é o sistema de frenagem na qual se alimenta o bobinado do motor com corrente contínua, no momento em que é interrompida a alimentação em corrente alternada. A frenagem por injeção de corrente contínua no bobinado do motor é de construção simples e eficiente, não querendo motores com dispositivos mecânicos especiais. Neste sistema de frenagem quando interrompemos a alimentação dos terminais do motor, é aplicada a esses terminais uma tensão em corrente contínua. Ao fazermos circular uma corrente contínua pelo bobinado do estator, este funcionará como um eletroímã que atua sobre o rotor, freiando-o até que pare. A tensão de alimentação deste circuito de frenagem é em geral, em torno de 24v. Podemos ter no sistema de frenagem três tipos de circuito de força:

� Com retificação monofásica por ponte retificada; � Com retificação monofásica por dois diodos retificadores; � Com retificação trifásica por três diodos retificadores.

O circuito de comando dos três sistemas citados anteriormente, basicamente é o mesmo, porém, os circuitos de força são diferentes. Os circuitos de força diferenciam-se na parte com relação ao sistema de alimentação de corrente contínua nos terminais do bobinado do motor. Para alimentar o bobinado do motor em corrente contínua utiliza- se normalmente um sistema de retificação que, propicie transformar corrente alternada em corrente contínua. Esta retificação pode ser feita tanto em sistema monofásico como em sistema trifásico.

Os circuitos mais aplicados no sistema monofásico são as retificações de onda completa. Podendo ser realizado de duas maneiras: retificação com transformador com derivação central, conforme é mostrado na figura 1.25 ou uma ponte retificadora, conforme ilustra a figura 1.26. No que diz respeito ao sistema trifásico pode ser feito essa retificação de meia onda (veja figura 1.27) ou onda completa, podendo ser realizada com ou sem emprego de transformador trifásico. Quando se utiliza a retificação sem o emprego do transformador os três diodos retificadores (retificação de meia onda) ou os seis diodos retificadores (retificação de onda completa) são ligados diretamente as três fases de alimentação. Este tipo de retificação citado anteriormente apresenta a desvantagem do circuito não fica isolado da rede elétrica, além de não permitir a variação dos valores da tensão elétrica. Fazendo-se o uso do transformador trifásico podem-se ligar os diodos nas três fases secundários do transformador que deve ter um secundário ligado em estrela, e do ponto comum da estrela do transformador sairá um condutor neutro, que servirá como pólo negativo da corrente retificada (retificação de meia onda), ou então empregando seis diodos retificadores ou retificação tipo ponte (retificadores de onda completa), onde os diodos retificadores devem ser ligados as três fases do secundário, ligado em estrela ou em triângulo, pois não necessitamos do condutor neutro como pólo negativo da retificação. A retificação de onda completa é a que melhor soluciona os problemas de retificação sem o emprego de artifícios auxiliares, pois é a que mais se aproxima das características de uma corrente contínua pura.

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Fig. 2.33. Circuito de força: retificação de onda completa em ponte .

Fig. 2.34. Circuito de força: retificação de onda completa com tomada central.

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Fig. 2.35. Circuito de força: retificação trifásica de meia onda

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Fig. 2.36. Circuito de comando.

Seqüência Operacional:

� Ligação: Pulsando- se a botoeira b1, a bobina do contator c1 é energizada, fecha seu contato de selo e abre um contato auxiliar NF que intertrava o circuito de retificação. O motor é energizado e parte com partida direta.

� Interrupção e frenagem: Pulsando- se a botoeira b0 (desliga), interrompe- se os circuitos da bobina do contator c1 e esta desliga o motor trifásico. Como o motor mesmo desligado não pára instantaneamente seu movimento, por causa da sua inércia, a botoeira b0 ao mesmo tempo liga o circuito de retificação, alimentando a bobina do contato c2 que por sua vez alimenta o primário do transformador e através do contato de selo de c2 alimenta a bobina do contato de c3. Deste modo fará a alimentação da corrente contínua retificada nos terminais do motor que então será frenado. O motor é desligado inicialmente da rede de corrente alternada e depois de frenado, pára.

� Segurança por chave: É realizado o intertravamento entre a partida direta e a frenagem.

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2.3.6.1. Chave Magnética com Reversão para Frenagem por Corrente Retificada

Fig. 2.37. Circuito de força

Fig. 2.38. Circuito de comando.

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Seqüência Operacional:

� Ligação (sentido de rotação horário): Pulsando- se a botoeira b1, energiza-se o contator c1. Seu contato de selo fecha. O motor é ligado e gira no sentido horário.

� Ligação (sentido de rotação anti-horário): Pulsando- se a botoeira b2, energiza-se o contator c2. Seu contato de selo fecha. O motor é ligado e gira no sentido anti-horário

� Interrupção e frenagem: Considere o motor em funcionamento num sentido ou outro de rotação. Pulsando- se a botoeira b0 (desliga), interrompe- se os circuitos da bobina dos contatores c1 ou c2, desligando o motor. Energiza-se as bobinas dos contatores c3 e c4 e conseqüentemente a alimentação do circuito de retificação. O motor será frenado e pára.

� Segurança por chave: Os contatores c1 e c2 se intertravam, c3 bloqueia c1 e c2.

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Exercícios de Revisão de comandos

1) Explique o funcionamento do circuito ao lado. 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 inter-travamento apresentado é suficiente?

2) Desenhe um circuito de comando para acionar um motor de indução trifásico, ligado em 220V, de forma que o operador tenha que utilizar as duas mãos para realizar o acionamento.

3) Explique o funcionamento dos circuitos abaixo.

Orientações: Letra A → Tente observar o que acontece quando se liga K1 primeiro que K2 e vice-versa. Letra B → K1 pode ser ligado antes de K2? Se sim qual chave desliga K1? Consegue-se ligar K2 após K1? Qual chave deve ser utilizada para desligar K1 após o ligamento de K2? O contator K2 pode ser desligado de forma independente?

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4) O sistema de controle para acionamento de motores, conforme o esquema simplificado abaixo possui uma chave S2 com um retardo de t segundos para mudar de estado. Para que o motor M1 seja acionado e, em seguida, o motor M2 também entre em operação, é necessário que se aperte a botoeira:

(A) NA, simplesmente. (B) NF, simplesmente. (C) NA, por um tempo maior que t segundos. (D) NA, por um tempo não maior que t segundos. (E) NF, por um tempo não maior que t segundos.

5) A figura ao lado apresenta o circuito lógico para o funcionamento de duas máquinas trifásicas, comandadas por intermédio dos contatores C1 e C2. Considere que acionar uma chave significa aperta-la e solta-la em seguida, além disso, assuma que o funcionamento de uma máquina depende apenas do acionamento do contator correspondente. Com relação ao funcionamento do sistema, analise as seguintes afirmativas:

I. A máquina comandada por C2 poderá funcionar independente do estado em que estiver a máquina comandada por C1.

II. O funcionamento da máquina comandada por C2 poderá ser interrompido através do acionamento da chave S3.

III. Ao acionar a chave S1 com as máquinas em funcionamento, ambas serão desligadas.

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3. Referência Bibliográfica

PAPENKORT, Franz. Diagramas elétricos de comando e proteção. Coleção Desenho Técnico EPU – EDUSP.

ROLDAN, José. Manual de automação por contatores. Ed. Hemus. São Paulo. 1982. MUÑOS, Nardo Toledo. Cálculo de enrolamentos de máquinas elétricas e sistemas de alarme. 4ª

ed. Ed. Freitas Bastos. Rio de Janeiro. 1987.

NISKIER, Julio et alli. Instalações elétricas. 4ed. Livros Técnicos e Científicos. Rio de Janeiro.2000. CREDER, Helio. Instalações elétricas. 14 ed. Livros Técnicos e Científicos. Rio de Janeiro.2000. MAMEDE Filho, João. Instalações elétricas industriais. 6 ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e

Científicos, 2001. COTRIM, Ademaro A. M. B. Instalações elétricas. 4a ed. São Paulo. Prentice Hall. 2003. LOBOSCO, Orlando Sílvio et alli. Seleção e aplicação de motores elétricos. Ao Paulo. Macgraw Hill.

Siemens S.A.1988 Manuais de Fabricantes: WEG, Siemens, Telemecanique, etc.