Comandos Elétricos

CEFETCAMPOS Comandos Eltricos

1

MAURCIO FRANCO 2001

Circuito Eltrico

O circuito eltrico mais simples composto por um gerador (ou fonte), por um receptor (ou

carga do circuito) e pelos condutores que os interligam.

Funcionamento do Gerador

O gerador eltrico recebe energia externa (mecnica, qumica ou luminosa) e energiza eletricamente as cargas de seu interior medida que as fora a se deslocarem todas em direo a um de seus terminais (ou plos do gerador). Tal movimento continua at o limite da capacidade de energizaa do gerador, quando ento o movimento cessa .

Um dos terminais fica ento eletricamente energizado em relao ao outro terminal. A energia entregue cada unidade de carga eletrica (joule por coulomb) medida em volt

V- e chamada de tenso ou voltagem simbolizada por E (para os geradores ) e U (para os circuitos).s vezes a tenso simbolizada por V. A tenso tambm denominada diferena de potencial eltrico ddp-

Se um circuito eltrico externo interliga os terminais do gerador, a energia das cargas eltricas dos terminais do gerador se propaga para as cargas eltricas desse circuito que, energizadas, pe-se em movimento atravs do circuito. Pelo fato de colocar as cargas em movimento a tenso do gerador chamada tambm fora eletromotriz (fem).

Corrente eltrica

medida que se movem, as cargas transferem ao circuito receptor a energia que receberam

no gerador. No receptor essa energia transformada em outra forma de energia. O citado movimento a corrente eltrica, e sua intensidade, tambm chamada amperagem

(quantidade de cargas que passam por segundo; coulombs por segundo) simbolizada por I -, medida em ampre- A-.

A movimentao das cargas tanto maior quanto mais energia recebem. Ou seja quanto maior for a tenso aplicada maior a corrente.

A constituio fsica do circuito de corrente facilita ou dificulta o movimento das cargas. Se os eltrons de valncia dos tomos que compem o circuito esto muito presos ao tomos

ento o circuito apresenta grande dificuldade movimentao das cargas. Quanto maior for a quantidade de energia necessria para por em movimento as cargas

eltricas do circuito, maior a chamada resistncia eltrica de tal circuito. A movimentao das cargas portanto menor, quanto maior for a dificuldade ou

resistncia R- imposta pelo circuito passagem das cargas. Para se conseguir a movimentao das cargas necessria diferena de potencial de valor

tanto maior quanto maior for a movimentao desejada e tambm quanto maior for a resistncia do circuito:

U=RI


2

MAURCIO FRANCO 2001

Tal equao denomina-se lei de Ohm. A razo entre tenso e corrente tem como unidade o ohm - A equao mostrada pode claro ser reescrita :

Ou A energia eltrica no receptor pode ser calculada por: onde E a energia em joules V a tenso em volts I a corrente em ampres t o tempo em segundos. R a resistncia em ohms, .

Potncia Eltrica

A velocidade de transferncia ou converso da energia eltrica por unidade de tempo, - a energia por segundo - denominada potncia eltrica

A potncia eltrica P - medida em watts - W- e pode ser calculada pelo produto da tenso (V) pela corrente (I).

Obs.: Tal frmula vlida para circuitos onde as variaes da tenso provocam proporcionais

e simultnea variao da corrente. Alguns circuitos chamados reativos no apresentam tal simultaneidade e para tais circuitos a frmula acima no pode ser aplicada.

Cada receptor tem a funo de converter a energia eltrica em um determinado tipo de

energia. Por exemplo: motor eltrico -> mecnica lmpada -> luminosa bateria em recarga -> qumica resistores -> trmica Como no se podem construir condutores prticos com materiais supercondutores

(resistncia zero) j que isso alm de caro necessita de temperatura muito baixa menor que 150 graus celcius negativos, todos os circuitos eltricos apresentam resistncia no s no receptor (seria o ideal) como tambm nos condutores e at no gerador.

As cargas perdem energia para transpor a resistncia do circuito. Essa energia convertida em energia trmica, que produz aquecimento.

O efeito de aquecimento produzido pela passagem da corrente na resistncia se chama efeito joule.

E=VxIxt

R=V / I

P=VxI

I=V / R


3

MAURCIO FRANCO 2001

O efeito joule til nos resistores de aquecimento, mas muito incoveniente em todos os outros dispositivos.

A energia convertida por efeito joule pode ser calculada por Potncia ativa, Potncia reativa, Potncia aparente Nos circuitos eltricos de tenso no constante, parte da potncia exigida da fonte por

parte do circuito no convertida em outra forma de energia e disponibilizada pelo circuito ao gerador (um quarto de ciclo de tenso aps ter recebido) .

Perda de energia nos condutores

Nos condutores totalmente indesejvel que haja o efeito joule, que se reflete em seu

aquecimento e em diminuio da tenso disponvel para o receptor. Para reduzir ao mximo a perda de energia, a resistncia dos condutores que ligam o gerador ao receptor deve ser a menor possvel o que significa que a rea de seco transversal deve ser a maior possvel.

A rea de seco transversal (bitola) mnima calculada em funo de dois parmetros: capacidade de corrente e queda de tenso admissvel.

A bitola escolhida para o condutor dever ser tanto maior quanto maior for a corrente e a distncia entre o gerador e o receptor

A escolha da bitola do condutor denominada dimensionamento do condutor.

E=RI2t


4

MAURCIO FRANCO 2001

Dimensionamento de condutores

O dimensionamento do condutor que servir a uma instalao deve em primeiro lugar levar em considerao a corrente que deve conduzir; em segundo lugar a queda de tenso admissvel no circuito.

Os fabricantes de condutores fornecem tabelas com os condutores fabricados identificados pelas suas bitolas e capacidades correspondentes em ampres, tambm chamada ampacidade.

Pela capacidade de corrente basta procurar na tabela qual bitola suporta a corrente da carga. A tabela a baixo mostra a capacidade de corrente de fios Pirelli de cobre isolados com pvc, quando instalados unidos e temperatura ambiente de 500C. Outras condies determinam outros valores de capacidade que devem ser procuradas nas tabelas dos fabricantes.

Capacidade de corrente Ampres Seco nominal mm2 2 condutores carregados

3 condutores carregados

1.0 13.5 12 1,5 17,5 15.5 2.5 24 21 4 32 28 6 41 36 10 57 50 16 76 68 25 101 89 35 125 111 50 151 134 70 192 171 95 232 207 120 269 239 150 309 272 185 353 310 240 415 364 300 473 419 400 566 502 500 651 578


5

MAURCIO FRANCO 2001

Pela queda de tenso pode-se usar a frmula a seguir, que fornece a bitola em funo da queda de tenso, da corrente e da distncia com frmulas distintas, para sistema monofsico ou CC e para o sistema trifsico:

Para sistema monofsico ou CC:

Para sistema trifsico:

Dever ser escolhida a maior entre as bitolas conseguidas por cada mtodo (ampacidade e queda de tenso).

Ex.1: Deseja-se alimentar um circuito de iluminao ( monofsico) de 6kW (potncia eltrica), tenso de 220V, fator de potncia 0,8, que se encontra a 200m do gerador. Qual deve ser o condutor para essa funo? Considere uma queda admissvel de 3%.

R: A corrente no sistema monofsico calculada por:

Pelo critrio da capacidade de corrente, usando a tabela, o condutor deve ser o de 6mm2

Pelo critrio de queda de tenso tem-se:

O condutor deve ser ento o de 50mm2. Aceitando-se uma queda de tenso um pouco maior poderia ser usado nesse caso o condutor de 35mm2, que est muito prximo do valor calculado.

P Vxxcos

I=

2xIx L 56xu S=

3xIxL 56xu S=

Onde S a bitola em mm2 I a corrente em ampres u=queda de tenso absoluta em volts L= distncia ao gerador em metros

6000 220x0,8 I= =34,09A

Onde I a corrente em ampres P a potncia em watts V a tenso em volts o rendimento e cos o fator de potncia

2x34,09x200

56x220x0,03 S= =36,9mm2


6

MAURCIO FRANCO 2001

Ex2.: Necessita-se escolher o condutor para alimentar um motor trifsico de 30cv, 440V, rendimento 84%, fator de potncia 0,85, que dista 80 metros do gerador. Admite-se uma queda de 5%

Soluo.

A corrente de um motor trifsico pode ser calculada pela mesma frmula usada no ex.1, desde que se transforme a potncia de cv para watts (multiplicando o valor em cv por 736) e multiplicando a tenso por 3.

Outra opo usar a frmula j modificada, dada a seguir, para usar com a potncia em cv e na qual j se encontra o fator 3 para a tenso no denominador.

Onde Pn a potncia em cv

Substituindo os valores tem-se:

Pelo critrio da capacidade de corrente, usando a tabela, o fio deve ser o de 10mm2.

Pela queda de tenso:

O condutor escolhido deve ser ento o de 10mm2

Ex. 3: Escolha o o condutor para ligar um motor trifsico de 100cv, 440V, rendimento 88%, fator de potncia 0,82, que dista 80 metros do gerador. Admite-se uma queda de 5%

Soluo.

736xPn

3xVxxcos I=

3x40,57x80

56x440x0,05 S=

=4,56mm2

736x30

3x440x0,85x0,84 I= = 40,57A

736xPn

3xVxxcos I=

736x100

3x440x0,88x0,82 I= = 133,8A


7

MAURCIO FRANCO 2001

Pelo critrio da capacidade de corrente, usando a tabela, o condutor deve ser o de 70mm2.

Pela queda de tenso:

O condutor escolhido deve ser ento o de 70mm2

Exerccio

1) Um motor trifsico instalado a 45m do gerador, e admite-se uma queda de 4% nos condutores de sua instalao.

Na placa do motor encontram-se Pn=50cv; Vn=440/760; =0,9; cos=0,85

Dimensione os condutores.

2) Na placa de um motor trifsico encontram-se os seguintes dados: Pn=20cv; Vn=220/380; =0,9; cos=0,85.

Dimensione os condutores para a instalao do motor a 120m do gerador, admitida queda de tenso de 6%

3x133.8x80

56x440x0,05 S=

=15,05mm2


8

MAURCIO FRANCO 2001

Diagramas esquemticos

Nos diagramas a seguir vm-se circuitos simples, onde o gerador est identificado por G, o receptor por R e os condutores so as linhas que os interligam.

A maioria dos circuitos reais no se resume apenas nos componentes do diagrama 1, pois h a necessidade de se dispor de um dispositivo para ligar e desligar o circuito, e isso conseguido pela adio de uma chave (contato eltrico) em srie com o receptor, como se v no diagrama 2. A chave est identificada por S1

Valores excessivos de corrente provocam aquecimento tambm excessivo, que pode determinar a destruio tanto do gerador quanto do receptor e condutores. Por isso, para evitar que a corrente atinja valores excessivos, coloca-se, tambm em srie, um elemento que interrompa rpida e automaticamente a corrente caso esta ultrapasse muito o valor estimado como normal para o circuito. O elemento mais simples para esta funo o fusvel e representado no circuito 3 e identificado por (F).

Diagrama 1 Diagrama 2 Diagrama 3

A utilizao de chaves e outros dispositivos que permitem ligar e desligar cargas eltricas, nos momentos adequados para que essas cargas desempenhem suas funes se denomina comando eltrico.

Alm de poder ligar e desligar, de suma importncia proteger e sinalizar o estado de funcionamento das cargas.

Os principais dispositivos utilizados no comando, proteo e sinalizao eltricos so vistos a seguir.

G R

S1

G R

S1 F

G R


9

MAURCIO FRANCO 2001

DIAGRAMAS UNIFILARES E MULTIFILARES

Os diagramas eltricos podem ser feitos de acordo como o modelo unifilar ou multifilar conforme seu objetivo. Unifilar > Objetiva mostrar as interligaes entre equipamentos sem mincias quanto aos pontos de conexo existentes nesses equipamentos. No exemplo abaixo, no gerador h apenas uma linha quando na realidade h pelo menos cinco. No transformador h duas linhas quando na realidade h oito. Multifilar > Objetiva mostrar todos os condutores existentes em uma instalao. No circuito da prxima pgina h um circuito unifilar e seu correspondente circuito multifilar

DISJUNTOR DISJUNTOR

REDE EMPRESA CONCESSIONRIA

TRANSFORMADOR

MEDIO

GERADOR

INTERTRAVAMENTO ELETROMECNICO CGR CRD

EXEMPLO DE CIRCUITO UNIFILAR


10

MAURCIO FRANCO 2001

M1

3~

F1 F2 F3

C1

R1

RAMAL DISTRIBUIDOR

M1

FUSVEIS

CHAVE

MOTOR

REL TRMICO


11

MAURCIO FRANCO 2001

DISPOSITIVOS DE COMANDO, PROTEO E SINALIZAO

Comando

Chave: tambm denominado contato. Tem a funo de conectar e desconectar dois pontos de um circuito eltrico.

A chave tem dois terminais: um deve ser ligado fonte (ou gerador) e outro ligado carga (ou receptor). feita de metal de baixa resistncia eltrica para no atrapalhar a passagem de corrente e alta resistncia mecnica, de modo a poder ligar e desligar muitos milhares de vezes. A estrutura metlica tem rea de seco transversal proporcional corrente que comandam: quanto maior for a corrente que se deseja comandar, maiores so as superfcies de contato e maior a chave. O valor de corrente a ser comandada tambm influencia na presso de contato entre as partes mveis do contato: maiores correntes exigem maiores presses de contato para garantir que a resistncia no ponto de contato seja a menor possvel.

A separao dos contatos na condio de desligamento deve ser tanto maior quanto maior for a tenso para a qual o contato foi produzido.

A velocidade de ligao ou desligamento deve ser a mais alta possvel, para evitar o desgaste provocado pelo calor proveniente do arco voltico, provocado no desligamento quando a carga for indutiva.

O contato pode ser do tipo com trava (por exemplo, o tipo alavanca usado nos interruptores de iluminao) e tambm pode ser do tipo de impulso, com uma posio normal mantida por mola e uma posio contrria mantida apenas enquanto durar o impulso de atuao do contato. Nesse caso se chama fechador ou abridor conforme a posio mantida pela mola.

Fechador: Tambm chamado ligador, mantido aberto por ao de uma mola e se fecha

enquanto acionado. Como a mola o mantm aberto ainda denominado normalmente aberto (ou NA ou do ingls NO).

Abridor ou ligador: mantido fechado por ao de uma mola e se abre enquanto acionado. Como a mola o mantm fechado, chamado tambm de normalmente fechado (ou NF, ou do ingls NC).

O contato pode ter diversos tipos de acionamento, como por exemplo, por boto, por pedal, por alavanca, por chave (chave de tranca), por rolete por gatilho, ou ainda por ao do campo magntico de uma bobina (eletrom), formando neste ltimo caso um conjunto denominado contator magntico ou chave magntica.

NA NF smbolos


12

MAURCIO FRANCO 2001

A seguir esto os smbolos de contatos acionados por boto (os dois esquerda), e por rolete.

Obs. Considere todos os contatos nessa apostila com atuao da esquerda para a direita quando verticais (como os acima), e de cima para baixo quando horizontais.

Chave seccionadora

um dispositivo que tem por funo a manobra de abertura ou desligamento dos condutores de uma instalao eltrica. A finalidade principal dessa abertura a manuteno da instalao desligada.

A chave seccionadora deve suportar, com margem de segurana, a tenso e corrente nominais da instalao, isso normal em todos os contatos eltricos mas nesse caso se exigem melhor margem de segurana.

A seccionadora tem, por norma, seu estado -ligada ou desligada- visvel externamente com clareza e segurana.

Esse dispositivo de comando construdo de modo a ser impossvel que se ligue (feche) por vibraes ou choques mecnicos, s podendo portanto ser ligado ou desligado pelos meios apropriados para tais manobras.

No caso de chave seccionadora tripolar, esta deve garantir o desligamento simultneo das trs fases.

As seccionadoras podem ser construdas de modo a poder operar:

sob carga - ento denominada interruptora. A chave quem desligar a corrente do circuito, sendo por isso dotada de cmara de extino do arco voltico que se forma no desligamento e de abertura e fechamento auxiliados por molas para elevar a velocidade das operaes.

sem carga neste caso o desligamento da corrente se far por outro dispositivo, um disjuntor, de modo que a chave s dever ser aberta com o circuito j sem corrente. Neste caso a seccionadora pode ter uma chave NA auxiliar que deve desliga o disjuntor antes que a operao de abertura da chave seja completada.

Com operao apenas local. Com operao remota, situao na qual sua operao motorizada.


13

MAURCIO FRANCO 2001

Chave magntica ou contator magntico

formada basicamente por um eletrom e um conjunto de chaves operado pelo fluxo magntico do eletrom quando energizado.

A seguir v-se o smbolo de uma chave magntica com a identificao tpica das chaves: os terminais do eletrom so identificados por letras, em geral a1 e a2 ou a e b, e os terminais das chaves so identificados com numerao.

O nmero de chaves do contator bem variado dependendo do tipo. De acordo com o fim a que se destinam, as chaves do contator recebem denominaes especficas:

Chaves principais: So mais robustas e destinam-se a comandar altos valores de corrente tpicos de motores e outras cargas. So sempre do tipo NA. Sua identificao se faz com nmeros unitrios de 1 as 6.

Chaves auxiliares: Bem menos robustas, se prestam a comandar as baixas correntes de funcionamento dos eletroms (bobinas) de outras chaves magnticas, lmpadas de sinalizao ou alarmes sonoros. As chaves auxiliares podem ser do tipo NA ou NF.

A identificao das auxiliares se faz com dezenas de final 3 e 4 para as NA e com 1 e 2 para as dotipo NF. Essas numeraes podem aparecer identificando terminais de contatos mesmo que no sejam operados por chave magntica e sim por boto ou rolete por exemplo.

O eletrom (formado por bobina e entreferro) da chave magntica deve ser ligado tenso nominal e obedecendo ao tipo: CA ou CC.

b

a 13

14 24

23 33

34

41

42

1

4 5

2 3

6

Um eletrom feito para operar em CC, se for ligado em CA de valor suficiente para acion-lo ficar superaquecido no entreferro por causa do alto valor da corrente de Foucaut induzida no entreferro. No caso do eletrom de CA, o entreferro laminado para evitar essas correntes e no de CC o entreferro macio.

Um eletrom de CA, caso seja ligado em CC (com mesmo valor de tenso de CA) ficar superaquecido no eletrom pela alta corrente, j que em CC s haver resistncia enquanto em CA h resistncia e reatncia indutiva. O eletrom alimentado por CC gera alto valor de tenso de auto-induo e isso provoca suavidade na ligao e um arco voltico na chave que o comanda, durante o desligamento, bem maior que em CA. Este arco no desligamento exige alguns cuidados para diminuir os seus efeitos destrutivos.


14

MAURCIO FRANCO 2001

Contator de potncia e contator auxiliar

Alguns contatores magnticos so construdos apenas com contatos de alta potncia, quando ento se denominam chaves (ou contatores) de potncia. H tambm contatores magnticos que s possuem chaves auxiliares sendo por isso chamados de contatores (ou chaves) auxiliares.

O contator tem diversas aplicaes, entre elas:

Inverso de lgica: usa-se uma chave ou contato NF acionado pelo contator para acionar uma carga e isso provoca uma inverso na lgica de funcionamento da chave ou contato que comanda o eletrom do contator.

No exemplo, a chave 1 NA, porm a carga ser acionada (pela chave 41-42) como se a chave S1 fosse NF pois sempre que a mesma estiver em repouso a carga estar acionada e quando a chave S1 estiver acionada a carga estar desligada.

Caso a chave 1 fosse NF a carga ficaria acionada como se a chave fosse NA, ligando-se e desligando-se juntamente com a mesma.

b

a 13

14 24

23 33

34

41

42 127VCA

S1 carga


15

MAURCIO FRANCO 2001

Multiplicao de contatos: com uma nica chave pode-se acionar o contator, que pode ter vrias chaves, que ligaro (NA) ou desligaro (NF) os circuitos que estiverem ligados atravs dessas chaves, permite que uma nica chave opere diversos circuitos simultaneamente, como visto no exemplo abaixo onde S1 liga o eletrom que por sua vez aciona trs cargas.

Ampliao (indireta) da capacidade de corrente de um contato: A corrente do eletrom muito menor que a corrente comandada pelos seus contatos, por isso possvel acionar o eletrom por um contato que s suporta 1A e atravs dos seus contatos acionar uma carga de 80A, por exemplo.

cargas b

a 13

14 24

23 33

34

41

42

127VCA

S1


16

MAURCIO FRANCO 2001

Memorizao de acionamento: Atravs de uma das chaves (ento chamada chave ou contato

de selo ou de auto-reteno-) pode-se manter o contator acionado aps um acionamento momentneo da chave que o acionou .

Aps se acionar a chave S1 as cargas ficaro acionadas como se a chave se mantivesse acionada pois o contato 13-14 manter o contator acionado mesmo aps a abertura da chave 1, at que a alimentao do contator seja desfeita, o que pode ser fieto pela abertura de um contato NF, inserido em srie com o eletrom, como o S2 no diagrama visto a seguir.

O boto 1 aciona o contator que se mantem por selo. O boto 2 desliga o contator.

b

a 13

14 24

23 33

34

41

42

127VCA

S1

b

a

13

14 24

23 33

34

41

42

127VCA

S1 cargas

S2 K1

K1


17

MAURCIO FRANCO 2001

Associaes de chaves

Srie

Associadas em srie entre si as chaves s permitem o acionamento da carga ligada a elas (em srie, claro) se todas estiverem fechadas. Uma chave ligada em srie com outras garante atravs de sua abertura o desligamento da carga.

A carga s se ligar se todas as chaves estiverem fechadas, executando uma lgica chamada lgica E.

Paralelo

Associadas em paralelo entre si as chaves acionam a carga (ligada a elas em srie claro), desde que pelo menos uma chave esteja fechada. Uma chave ligada em paralelo com outras garante atravs de seu fechamento a ligao da carga.

A carga s se desligar se todas as chaves estiverem abertas, executando uma lgica chamada lgica OU.

G

R

S1

S2

G

R

S1 S2


18

MAURCIO FRANCO 2001

Sinalizao

Para a sinalizao de eventos usam-se lmpadas, buzinas e sirenes.

As lmpadas, so usadas para sinalizar tanto situaes normais quanto anormais, tendo uma cor referente a cada tipo de ocorrncia

Cor Significado Explicao

Amarela Ateno Condies normais em alterao

Vermelha Perigo;

Situao que exige interveno imediata, como altas temperaturas ou presses;

Carga ligada

Verde Segurana;

Circuito desligado;

Temperatura ou presses normal;

Carga pronta para ser acionada;

Branca ou azul Informao Qualquer significado no simbolizado pelas outras cores

As buzinas e sirenes so usadas apenas para sinalizar condies de emergncia, como vazamentos de gases, ou ainda para informaes em local onde a sinalizao visual seja insuficiente.

Smbolo


19

MAURCIO FRANCO 2001

Proteo

Os dispositivos de proteo objetivam proteger os equipamentos e condutores de uma instalao dos danos de uma corrente de alto valor e de grande durao.

Fusveis

Smbolos

Os fusveis so dispositivos de proteo contra curto-circuito (e contra sobre-carga caso no seja usado rel para este fim) de utilizao nica: aps sua atuao devem ser descartados.

So compostos por: elemento fusvel, corpo, terminais e dispositivo de indicao da atuao do fusvel.

Elemento fusvel: um fio ou fita de metal com constituio e dimenses calculadas para entrar em fuso (da o nome fusvel) quando atravessado por corrente eltrica de determinado valor.

Corpo: So feitos de material isolante (porcelana no caso dos industriais, mas existem tambm de papelo de vidro e de plstico) . Serve para sustentar o elemento fusvel e os terminais. No corpo h a indicao de sua corrente de atuao da tenso em que pode funcionar e do seu tipo se rpido ou retardado. Dentro do corpo dos fusveis usados em instalaes industriais existe uma espcie de areia que tem por funo extinguir a chama proveniente da fuso do elemento fusvel.

Terminais: So feitos de metal com robustez bastante para que no sofrer com a corrente que flui pelo fusvel . Fazem o contato do elemento fusvel com o porta fusvel. O porta fusvel um compartimento que fica fixo no circuito e serve de encaixe para o fusvel.

A indicao pode ser feita pela transparncia do corpo, que permite ao operador ver o elemento partido, ou por um pequeno boto (em geral vermelho) que se solta do corpo em caso de atuao.


20

MAURCIO FRANCO 2001

Os fusveis de acordo com seu formato e forma de conexo podem ser :

NH - Usados em circuito de alta potncia e conectados por encaixe, com ferramenta prpria (punho) para proteo do operador;

Diazed - Usados em circuitos baixa potncia e conectados atravs do porta-fusvel que se monta por rosca. O prprio suporte do fusvel protege o operador contra choque eltrico.

Neozed muito parecido com o diazed, s que menor, esse fusvel usado para a proteo de circuitos de comando.

Velocidade

O fusvel interrompe o circuito quando houver correntes maiores que 160% da sua corrente nominal. O tempo de atuao diminui a medida em que aumenta o valor relativo da sobrecarga. Assim uma sobrecarga de 190% da corrente nominal ser interrompida mais rapidamente que uma de 170%.

Correntes de at 120% do valor nominal no atuam o fusvel.

A velocidade de ao dos fusveis varia conforme sua aplicao:

Rpidos: Estes tipos so os que tm atuao mais rpida..

Retardados: Fusveis para circuitos de motores eltricos e de capacitores normalmente so mais lentos pois h a necessidade de no se romper durante os picos de corrente existente durante alguns instantes aps sua ligao. Na partida dos motores h corrente de at oito vezes o valor nominal, porm caso a corrente seja muito maior que oito vezes a normal o fusvel passa a agir to rpido quanto um de ao rpida.

A escolha do fusvel se faz pela corrente, pela tenso e pelo tipo de circuito (se sujeito a grandes variaes de corrente, ou no).


21

MAURCIO FRANCO 2001

Disjuntores

So tambm usados na proteo contra altas correntes com a vantagem de poderem ser religados vrias vezes. O nmero de vezes determinado pelo fabricante, mas sempre da ordem de milhares.

Os grandes disjuntores so desligados atravs de rels que podem por sua vez atuar por diversas grandezas fsicas como por exemplo tenso, corrente ou temperatura.

Como a potncia comandada muito grande os processos de ligar e desligar devem ser rpidos e precisos, e isso conseguido, nos disjuntores de alta potncia, por uma forte mola que tensionada por um motor eltrico, e a energia mecnica acumulada na mola descarregada no mecanismo de fechamento ou de abertura do disjuntor, fazendo com estes sejam muito rpidos.

Em circuitos de baixa potncia o termo disjuntor normalmente se refere a uma chave com

desligamento automtico quando a corrente se eleva acima do valor nominal de funcionamento. O desligamento pode se dar pelo efeito trmico que o mais lento, ou magntico que o mais rpido

Smbolos


22

MAURCIO FRANCO 2001

Rels

Embora esta seja tambm a denominao de pequenas chaves magnticas (de uso por exemplo em automveis), quando se tratam de circuitos de comandos eltricos industriais os rels so dispositivos de proteo que atravs de seus contatos atuam o comando de chaves magnticas de potncia, sendo atuados por diversas variveis fsicas, conforme seu tipo.

Os rels apresentam algumas caractersticas comuns s chaves magnticas e outras especficas. Em comum apresentam terminais de energizao e terminais de chaves ou contatos internos. Porm no basta energizar o rel para que este atue em suas chaves. A atuao de suas chaves depende de alguma grandeza fsica, conforme seu tipo.

Rel de tempo ou temporizador

Retardado na energizao Esse tipo atua suas chaves um tempo aps a ligao, ou energizao do rel e as retorna ao repouso imediatamente aps seu desligamento ou desenergizao. Retardado na desenergizao Este atua as chaves imediatamente na ativao, porm estas chaves s retornam ao repouso um tempo aps a desativao. No foi usado o termo energizao e sim ativao por que existe um tipo de temporizador na desenergizao que constantemente energizado e na realidade sua ativao e desativao se fazem por intermdio da interligao e do desligamento respectivamente de dois terminais especficos.

No painel desse rel se encontra um boto pelo qual se seleciona o tempo de retardo.

Grficos de acionamento x tempo, das bobinas e dos contatos dos rels temporizados.

bobina

tempo Contatos

tempo

t

bobina

tempo Contatos

tempo

t

Retardo na energizao

Retardo na desenergizao


23

MAURCIO FRANCO 2001

Rel de sobrecorrente

Por terminais apropriados se faz fluir por este rel a corrente da carga que se pretende proteger e quando a corrente assume um valor superior ao selecionado, o rel atua seus contatos. No tipo mais simples chamado trmico, a corrente flui por elementos que se aquecem e o aquecimento atua em um par bimetlico, cuja toro promove a atuao das chaves. So trs os elementos pelos quais flui a corrente monitorada, um para cada fase, e mesmo que haja sobrecorrente em uma s das fases o rel age da mesma forma.

As chaves atuadas retornam ao repouso assim que a corrente volta ao normal, mas podem se manter atuados desde que a funo de rearme manual esteja selecionada.

Outro tipo de rel, para maiores valores de corrente, funciona associado a um transformador de corrente (tc).

O ajuste do valor de corrente feito em boto presente no painel do rel.

Rel de sobretenso e de subtenso

Caso a tenso que alimenta ou ativa o rel se torne maior ( no caso do rel de sobretenso) ou menor (rel de subretenso) que o valor selecionado o rel atua suas chaves. H um rel que atua tanto no caso de subtenso quanto no caso de sobretenso. No painel do rel se encontra o boto de ajuste do valor de tenso.

Rel de falta de fase

Destinado a proteger circuitos trifsicos, principalmente motores, contra os danos provenientes da permanncia da alimentao com falta de fase. O mais comum que se utilize uma chave NA desse rel, que atuada enquanto h a presena da trs fases. Assim se houver falta de alguma fase tal chave se abre, desligando o motor protegido, em cujo comando tal chave se conecta em srie com a bobina.


24

MAURCIO FRANCO 2001


25

MAURCIO FRANCO 2001

Smbolos dos rels

Alguns rels tm simbologia prpria como o caso dos temporizadores e dos de sobre corrente trmicos.

As chaves desses rels quando separadas de seu atuador tambm tm smbolos especficos.

15

16

b

a 18 18

15

16

15

16 18

15

16

b

a 18

18

15

16

15

16 18


26

MAURCIO FRANCO 2001

Sistemas simples de comandos Comando de motor trifsico com boto de reteno mecnica

Circuito de fora

a2

a1

C1

B1

F

N

M1

3~

F1 F2 F3

C1


27

MAURCIO FRANCO 2001

Comando de motor trifsico com auto-reteno, sinalizao e proteo por

rel trmico

Circuito de fora

a2

a1

C1

C1 C1

C1 B1

R1

F

N

M1

3~

F1 F2 F3

C1

R1


28

MAURCIO FRANCO 2001

Sistema simples de comando por sensor com sada a transistor (PNP) C1 uma chave magntica com bobina de 24Vcc e poder acionar cargas de tenso alternada como a bobina de outra chave magntica por exemplo, atravs da qual pode-se por exemplo acionar um grande motor de induo.

a2

a1

C2

C1

LIGADA DESLIGADA

220V

C2 C2

a2

a1

C1

24V

+ ZS 0001

+

- SADA -

+

-

M1

3~

F1 F2 F3

C2

R1


29

MAURCIO FRANCO 2001

Sistema de controle de nvel por chaves de nvel com indicao de ligada e desligada

Sistema anlogo ao anterior com alarme de nvel muito alto intertravado com o acionamento da bomba de modo a impedi-la de funcionar at que cesse a condio de alarme e haja reconhecimento.

a2

a1

C1

C1 LSL 0001

LSH 0001

LIGADA DESLIGADA

a2

a1

C1

C1

a2

a1

C2

C2 C2

B3

rREARME

LSL 0001

LSHH 0001

LIGADA DESLIGADA

LSHH 0001

ALARME DE NVEL MUITO ALTO NO TANQUE T-0001

C2


30

MAURCIO FRANCO 2001

INTERTRAVAMENTO

Nos meios de conhecimento de eletrotcnica o termo intertravamento designa a forma de

interdependncia entre chaves magnticas mostrado no SISTEMA 5, visto a seguir. No entanto em instrumentao e automao intertravamento designa qualquer forma de dependncia

de um sistema em funo de outro. Uma bomba dgua no se diz intertravada com as chaves de nvel que tm a funo de lig-la e

deslig-la. Mas se houver uma chave de nvel muito alto com funo de alarme e que tambm, em funo secundria, desliga ou liga tal bomba ento se diz que a bomba est intertravada com a chave de nvel muito alto. SISTEMA 1

POR AO DA CHAVE C1-1 , A CHAVE MAGNTICA C2 S PODER SER LIGADA (POR B3) CASO A C1 ESTEJA LIGADA. MESMO APS LIGADA, A CHAVE MAGNTICA C2 SE DESLIGAR (POR AO DE C1-1) SE C1 FOR DESLIGADO (POR B2).

G

a2

a1

C1

C1 B1

a2

a1

C2

C2 C2

B3

C1-1


31

MAURCIO FRANCO 2001

SISTEMA 2

POR AO DA CHAVE C1-1 , A CHAVE MAGNTICA C2 S PODER SER LIGADA CASO A C1 ETEJA LIGADA. DEPOIS DE LIGADA, ENTRETANTO A CHAVE MAGNTICA C2 INDEPENDE DA CHAVE MAGNTICA C1.

C2

G

a2

a1

C1

C1 C1

C1 B1

B2

a2

a1

C2

C2 C2

B3

B4

C1-1


32

MAURCIO FRANCO 2001

SISTEMA 3

POR AO DA CHAVE C1-1 , A CHAVE MAGNTICA C2 S PODER SE MANTER LIGADA CASO A C1 ETEJA LIGADA. ENTRETANTO A CHAVE MAGNTICA C2 PODE (POR B3) SER LIGADA INDEPENDENTEMENTE DO ESTADO DA CHAVE MAGNTICA C1.

C2

G

a2

a1

C1

c1 C1

C1 B1

B2

a2

a1

C2

C2

C2 B3

B4

C1-1


33

MAURCIO FRANCO 2001

SISTEMA 4

POR AO DAS CHAVES C2-1 E C2-1 , AS CHAVES MAGNTICAS S PODERO SER LIGADAS INDIVIDUALMENTE, SENDO NECESSRIO QUE SE DESLIGUE (POR B2 OU B4) A QUA ESTIVER LIGADA PARA PODER LIGAR (POR B1 OU B3) A OUTRA.

C2

G

a2

a1

C1

C1 C1

C1 B1

B2

a2

a1

C2

C2 C2

B3

B4

C1-1

C2-1


34

MAURCIO FRANCO 2001

SISTEMA 5

POR AO DAS CHAVES C2-1 E C1-2 , AS CHAVES MAGNTICAS S SE MANTERO LIGADAS CASO SEJAM SIMULTANEAMENTE ACIONADAS (POR B1 E B3)

C2

G

a2

a1

C1

C1 C1

C1 B1

B2

a2

a1

C2

C2 C2

B3

B4

C1-1

C2-1


35

MAURCIO FRANCO 2001

Motores eltricos

Os motores convertem alguma forma de energia em mecnica, de rotao. Os motores eltricos convertem energia eltrica em mecnica ou mais especificamente em torque ou conjugado.

Os motores funcionam pela atrao ou repulso dos plos magnticos produzidos pelos eletroms dos quais so formados.

Podem se classificar, conforme sua alimentao, em motores de corrente contnua, motores de corrente alternada e motores universais.

1. Motores de corrente contnua

So fabricados em modelos com e sem escovas.

1.1. Os motores de corrente contnua sem escovas podem ser simples, de dois terminais, ou mais complexos de vrios terminais, denominados motores de passos.

1.1.1. Os motores CC sem escovas simples so muito utilizados, por exemplo em ventiladores de computadores, por serem extremamente silenciosos e durveis.

1.1.2. Os motores de passos podem ter seu eixo posicionado em passos ou fraes da volta, de acordo com sua alimentao, que alis especial e proveniente de circuitos eletrnicos que possibilitam no s o posicionamento do eixo como tambm o controle do sentido e da velocidade de giro. Nos tipos usados nos ventiladores dos computadores a alimentao externa por dois terminais mas internamente esta alimentao distribuda a vrios terminais.

1.2. Os motores eltricos de corrente contnua com escovas, apresentam tipos de grandes potncias e grande facilidade de mudana em sua velocidade de giro, alm de poderem girar nos dois sentidos bastando para isso que se inverta a polaridade de sua alimentao. Durante muito tempo os motores CC com escovas eram a nica opo nas aplicaes onde grande torque e controle de velocidade fossem necessrios.


36

MAURCIO FRANCO 2001

2. Motores de corrente alternada

2.1. Os motores de corrente alternada se classificam de acordo com o sincronismo do rotor em relao ao campo do estator e de acordo com o nmero de fases que os alimentam.

2.2. Quanto ao sincronismo podem ser sncronos e assncronos

2.2.1. Os motores sncronos tm essa denominao por que seu rotor gira em velocidade igual do campo girante e apresentam as seguintes caractersticas:

A velocidade de seu eixo constante e determinada pela freqncia da rede de alimentao e pela sua constituio, independendo da carga.

Podem ser usados como geradores de energia eltrica desde que um outro motor lhe gire o eixo.

Podem ser usados para correo de fator de potncia, pois podem se comportar como capacitores ou como indutores de acordo com ajuste .

2.2.2. Os motores assncronos, tm essa denominao por que seu rotor, tambm denominado induzido, no acompanha a rotao do campo girante do estator, ficando o rotor com velocidade menor que o campo (por volta de 5% abaixo), sendo essa diferena de velocidade chamada de escorregamento. Apresentam baixo torque de partida.

2.2.2.1. A velocidade de rotao dos motores assncronos determinada pela freqncia (aumentando a freqncia, aumenta a velocidade), pela sua constituio e pela carga (por causa do escorregamento, aumentando a carga a rotao diminui).

A velocidade de rotao do campo

So classificados em motores de rotor bobinado e rotor em curto ou de gaiola. Apresentam a vantagem de ser de construo bem mais simples que os sncronos e por isso mais baratos que aqueles.

Os motores com rotor bobinado apresentam anis coletores nos quais se faz, com escovas, a conexo do rotor com um reostato com o qual se controla o torque do motor, coisa til para diminuir sua corrente de partida. Este motor exige manuteno para a limpeza e eventualmente troca das escovas e anis.

p 120f V= Onde V = velocidade em rotaes por minuto (rpm)

f=freqncia da alimentao em hertz p= nmero de plos do motor


37

MAURCIO FRANCO 2001

Os motores de rotor em curto, que so os mais comuns, (usados em bombas dgua de uso residencial, por exemplo) no tm anis ou escovas e isso uma grande vantagem pois exige baixa manuteno. Porm esses motores no tm controle prprio de torque o que exige formas externas de controlar sua corrente de partida, quando esses motores so de grandes potncias (acima de 5cv).

2.3. Quanto ao nmero de fases o motor pode ser monofsico ou trifsico

2.3.1. O motor chamado de monofsico alimentado atravs de dois condutores.

Embora chamado de monofsico, esse motor pode ser ligado a duas fases ou a fase e neutro, desde que seja obedecida sua tenso nominal.

Os motores monofsicos de maiores potncias exigem a utilizao de capacitores e/ou dispositivo interno de partida chamado chave centrfuga de partida.

Os motores monofsicos, de acordo com o nmero de terminais acessveis externamente, podem ter seu sentido de rotao invertido.

2.3.2. Os motores trifsicos devem ser ligados, impreterivelmente, a trs fases e portanto atravs de trs condutores.

No necessitam de capacitor nem de chave centrfuga de partida, o que reduz a freqncia de manuteno.

Os motores trifsicos podem, todos, ter o seu sentido de rotao invertido, bastando para isso que se troquem, entre si, duas das trs fases que os alimentam.


38

MAURCIO FRANCO 2001

3. Motores universais

3.3. So os utilizados em mquinas de pequeno porte que necessitem de grande torque de partida como o caso das mquinas de furar portteis, batedeiras, liqidificadores, enceradeiras, lixadeiras, mquinas de costura entre outros.

3.4. So motores de escovas, por isso exigem manuteno para troca dessas escovas.

3.5. Esses motores podem ser alimentados tanto por tenso contnua quanto por alternada, no entanto o valor de tenso contnua que os alimenta bem inferior ao de tenso alternada, pois neste caso o motor apresenta reatncia alm da resistncia.


39

MAURCIO FRANCO 2001

Acionamento e proteo de motores

Por questo de segurana todos os motores fixos devem ter suas carcaas aterradas.

Os motores CA no devem, em freqncia nominal, ser energizados por tenso diferente da nominal especificada pelo fabricante do motor, pois sua corrente nessas condies cresce e pode danific-lo.

Os motores devem ser acionados por chave contatora, para que sua ligao e desligamento se faam de forma eficiente.

Devem ser ligados atravs de fusveis de proteo, contra curto-circuito, devidamente dimensionados.

Partidas

Durante a partida a corrente pode atingir valores muito altos. Por isso, nos motores de maiores potncia utilizam-se meios de aplicar s bobinas menor valor de tenso durante a partida, a fim de se reduzir a corrente nesse momento.

Uma das formas de se conseguir essa reduo ligar as bobinas de forma que pudessem receber tenso maior que a de funcionamento. Por exemplo se o motor funciona em 220V, na partida este pode ser ligado em estrela, de forma que cada bobina receba 127V, e depois que o motor atinge pelo menos 75% da rotao nominal as bobinas passam para ligao tringulo. Esta tcnica de partida chamada estrela tringulo, /.

Esta mesma tcnica pode ser usada para o motor de 12 terminais que funciona em 440V.

Os motores de maior porte, e por conseguinte maior custo, justificam a utilizao de rels de proteo, um para cada parmetro protegido, como rel de sobrecorrente, de subtenso, de sobretenso, de falta de fase e de sobretemperatura.


40

MAURCIO FRANCO 2001

Circuito exemplo de partida em estrela tringulo

G

a2

a1

C1

C1 C1

C1 B1

B2 C2

C2-1

a2

a1

T1

a2

a1

C3

T1

a2

a1

C2

C3


41

MAURCIO FRANCO 2001

Ligao de motores trifsicos

Os motores trifsicos podem apresentar 6 ou 12 terminais sendo cada par de terminais referente a uma bobina.

Os terminais so numerados como a seguir:

Ligaes em estrela ( ) e em tringulo ( )

Cada bobina do motor trifsico deve receber 220V em funcionamento normal, exceto se for motor especial para alta tenso.

O motor de 6 terminais pode ser ligado em 220V ou em 380V; O motor, de 12 terminais pode ser ligado em 220V, 380V, 440V, ou 760V.

A tenso com que se pode alimentar o motor depende da forma como so associadas suas bobinas.

Tal ligao pode ser estrela (ou y) ou tringulo (ou ) sendo que em tringulo as bobinas recebem a tenso existente entre fases e em estrela as bobinas recebem tal tenso dividida por 3.

As bobinas do motor de 6 terminais podem ser associadas em tringulo (para funcionar em 220V) ou em estrela (para funcionar em 380V ou para partir em 220V).

As bobinas do motor de 12 terminais podem ser ligadas de diversas formas diferentes: tringulo paralelo (220V) , estrela paralelo (380V), tringulo srie (440V) e em estrela srie

(760V)

Observe-se que em paralelo as tenses so as mesmas do motor de 6 terminais e em srie as tenses so dobradas.

1

4

2

5

3

6

1

4

2

5

3

6 7

10

8

11

9

12

Motor de 12 terminais Motor de 6 terminais.


42

MAURCIO FRANCO 2001

Ligao de motores de 6 terminais

Ligao em tringulo

Ligao em estrela

Terminais de alimentao: 1, 2 e 3

1

4

2

5

3

6

1

4 2

5 6

3

1

4

2

6

3

5

=

=

220V

1

4

2

5

3

6

380V


43

MAURCIO FRANCO 2001

Ligao do motor de 12 terminais.

10

1

4

7

11

2

5

8 3

6

9

12 11

2

5

8 3

6

9

12 10

1

4

7

1

4

2

5

3

6

7

10

8

11

9

12

1

4

2

5

3

6

7

10

8

11

9

12

220V 380V

440V 760V

Tringulo paralelo Estrela paralelo

Tringulo srie Estrela srie


44

MAURCIO FRANCO 2001

Inversores de freqncia

O inversor de freqncia um circuito eletrnico capaz de, recebendo alimentao alternada, alimentar um motor com tenso de freqncia diferente da original e com isso modificar a velocidade do motor assncrono, que aumenta com o aumento da freqncia .

O inversor aumenta a freqncia de alimentao do motor no caso de aumento de carga e assim compensa o escorregamento, mantendo a velocidade.

Alm de modificar a freqncia os inversores modificam tambm a amplitude da tenso, pois com a variao da freqncia h variao, em sentido contrrio, tanto da corrente quanto do torque. Por isso o inversor compensa a diminuio da freqncia com diminuio da tenso para limitar o valor de corrente e, compensa o aumento de freqncia com aumento de tenso para evitar a perda de torque.

Os inversores de freqncia modernos se baseiam em um componente eletrnico chamado IGBT , um tipo de transistor bipolar com corrente de controle de valor praticamente nulo, alta capacidade de conduo da corrente principal e de alta velocidade de comutao, o que lhe garante a possibilidade de desligar o motor em caso de curto antes que a corrente possa danificar a fonte que alimenta o inversor ou o prprio inversor.

Nesses inversores de freqncia a tenso trifsica recebida retificada e filtrada, produzindo tenso contnua que alimenta ento um circuito inversor. O inversor produz as trs fases que alimentaro o motor de forma que mesmo que falte uma das fases de alimentao do inversor o motor poder continuar a funcionar, dependendo da potncia exigida.

Os inversores de freqncia alimentam o motor trifsico com trs fases produzidas

eletronicamente de modo que, se na alimentao trifsica do inversor faltar uma fase, o motor continua recebendo as trs fases para sua alimentao. A sofisticao do inversor de freqncia garante a proteo do motor contra sobre e subtenso, sobrecorrente, sobretemperatura mediante sensor e proteo contra falta de fase j comentada.

O inversor se encarrega tambm, claro, do controle da corrente de partida.

Com tais inversores de freqncia pode-se ainda fazer o motor partir ou parar com acelerao predeterminada (mesmo com carga, pois o inversor para parar o motor no apenas tira a alimentao do motor, ele o alimenta adequadamente de modo a fre-lo).

Documents

Comandos Elétricos