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1 Comandos elétricos Federação das Indústrias do Estado de Minas Gerais -FIEMG Belo Horizonte 2010

Comandos Elétricos - Senai - MG

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Page 1: Comandos Elétricos - Senai - MG

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Comandos elétricos

Federação das Indústrias do Estado de Minas Gerais -FIEMG

Belo Horizonte 2010

Page 2: Comandos Elétricos - Senai - MG

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Presidente da FIEMG

Olavo Machado Júnior

Diretor Regional do SENAI

Lúcio José de Figueiredo Sampaio

Gerente de Educação Profissional

Edmar Fernando de Alcântara

Elaboração

Eustáquio Damasceno Pereira Ronaldo José de Oliveira Unidades Operacionais

CETEL – Centro Tecnológico de Eletrônica “César Rodrigues”

CETEM – Centro de Excelência em Tecnologia e Manufatura “Maria Madalena”

Page 3: Comandos Elétricos - Senai - MG

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Sumário

Apresentação 1. Dispositivos de proteção e controle ............................................................... 6

1.1 Introdução aos dispositivos ................................................................... 6 1.2 Fusíveis ................................................................................................. 6 1.3 Disjuntor ............................................................................................... 21 1.4 Disjuntor motor .................................................................................... 28 1.5 Dispositivos diferenciais residuais ....................................................... 30 1.6 Relé Térmico de Sobrecarga ............................................................... 34 1.7 Contatores ........................................................................................... 42 1.8 Botões de comando ............................................................................. 53 1.9 Relé de Tempo .................................................................................... 61 1.10 Chave Auxiliar Tipo Fim de Curso ..................................................... 66 1.11 Sensores ............................................................................................ 72 1.12 Motor de Indução Trifásico ................................................................ 81 1.13 Transformadores Para Comandos Elétricos ...................................... 89 1.14 Chaves Seccionadoras ...................................................................... 97 1.15 Sinalização ...................................................................................... 105 1.16 Terminais ......................................................................................... 109 1.17 Bornes de conexão .......................................................................... 113 1.18 Soft-Starter ...................................................................................... 120 1.19 Inversores de Freqüência ................................................................ 133

2. Noções de segurança em eletricidade ....................................................... 148

2.1 Introdução .......................................................................................... 148 2.2 Choque elétrico .................................................................................. 148 2.3 Medidas de Segurança Contra o Risco Elétrico ................................ 152

3. Esquemas elétricos ...................................................................................... 157

3.1 Redes de alimentação ....................................................................... 157 3.2 Tipos de esquemas elétricos ............................................................. 159 3.3 Interligação das bobinas do motor trifásico de indução ..................... 161 3.4 Sistemas de partidas para motores de indução trifásicos .................. 165

Referências bibliográficas...........................................................................................186

Page 4: Comandos Elétricos - Senai - MG

4

PPrreeffáácciioo

“Muda a forma de trabalhar, agir, sentir, pensar na chamada sociedade do conhecimento”.

Peter Drucker O ingresso na sociedade da informação exige mudanças profundas em todos os perfis profissionais, especialmente naqueles diretamente envolvidos na produção, coleta, disseminação e uso da informação. O SENAI, maior rede privada de educação profissional do país, sabe disso, e consciente do seu papel formativo, educa o trabalhador sob a égide do conceito da competência:

“formar o profissional com responsabilidade no processo produtivo, com iniciativa na resolução de problemas, com conhecimentos técnicos aprofundados, flexibilidade e criatividade, empreendedorismo e consciência da necessidade de educação continuada.”

Vivemos numa sociedade da informação. O conhecimento, na sua área tecnológica, amplia-se e se multiplica a cada dia. Uma constante atualização se faz necessária. Para o SENAI, cuidar do seu acervo bibliográfico, da sua Infovia, da conexão de suas escolas à rede mundial de informações – internet - é tão importante quanto zelar pela produção de material didático. Isto porque, nos embates diários, instrutores e alunos, nas diversas oficinas e laboratórios do SENAI, fazem com que as informações, contidas nos materiais didáticos, tomem sentido e se concretizem em múltiplos conhecimentos. O SENAI deseja, por meio dos diversos materiais didáticos, aguçar a sua curiosidade, responder às suas demandas de informações e construir links entre os diversos conhecimentos, tão importantes para sua formação continuada !

Gerência de Educação Profissional

Page 5: Comandos Elétricos - Senai - MG

5

AApprreesseennttaaççããoo

Comandos elétricos são circuitos que utilizam dispositivos elétricos destinados

a comandar e controlar o funcionamento de sistemas elétricos, tais dispositivos tem

funções definidas para proteção, controle, sinalização, conexão, comutação,

temporização,etc.

Os dispositivos usados em acionamentos elétricos industriais são

dimensionados de acordo com as características elétricas das cargas que irão

acionar. O bom desempenho destes dispositivos depende de uma série de fatores,

como: condições ambientais, procedência de fabricação, tempo de uso e

principalmente de sua correta instalação e manutenção.

O técnico deve estar seguro, e ser eficaz ao fazer montagens e manutenções

nos sistemas elétricos, principalmente quando se trata da substituição de dispositivos

que compõe os circuitos, onde se torna necessário estar atento quanto às

características dos componentes, para garantir a eficácia no funcionamento desses

sistemas. Para que a montagem e manutenção dos sistemas elétricos sejam

eficazes, é necessário que o técnico conheça as principais características dos

componentes dos circuitos.

Este recurso didático tem como objetivo fornecer informações tecnológicas

sobre os principais dispositivos usados nos sistemas elétricos industriais, onde,

eletricistas e técnicos possam interpretar diagramas, especificar dispositivos, montar

e dar manutenção nos circuitos elétricos.

Page 6: Comandos Elétricos - Senai - MG

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11.. DDiissppoossiittiivvooss ddee PPrrootteeççããoo ee CCoonnttrroollee

1.1 Introdução

Os equipamentos e máquinas industriais, como por exemplo: tornos, impressoras,

prensas, guilhotinas entre outros, dependem fundamentalmente da eletricidade para

seu funcionamento. A maior parte desses equipamentos e máquinas é controlada por

dispositivos de comando para sua correta partida, parada, controle, proteção, etc.

Os dispositivos de comando elétrico são desenvolvidos para proporcionar

novas tecnologias aos equipamentos com foco principalmente em automatizar os

processos de produção, por isso, os dispositivos de comando empregados em

circuitos de baixa tensão, são dos tipos mais variados e com características de

funcionamento bem distintas, dependendo das funções especificas que cada

dispositivo efetua no circuito.

Todo circuito elétrico deve possuir proteções a fim de se evitar danos às

instalações, aos equipamentos e riscos de acidentes pessoais. Neste capítulo serão

analisados os dispositivos utilizados para cada necessidade e o método mais

adequado para escolha certa em cada situação. Através da análise de curvas de

atuações desses dispositivos, da potência instalada e da ação seletiva entre eles, é

possível coordenar as proteções entre si, garantindo o máximo de segurança às

instalações e usuários.

1.2 Fusíveis

São dispositivos usados nas instalações elétricas, cuja função é Interromper o

fluxo de corrente elétrica toda vez que esta corrente for excessiva e puder causar

danos ao sistema.

A Figura 1.1 apresenta alguns tipos de fusíveis.

Page 7: Comandos Elétricos - Senai - MG

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Figura 1.1: Tipos de fusíveis.

11..22..11 SSiimmbboollooggiiaa

Figura 1.2: Simbologia do fusível. Fonte: ABNT. NBR 5444/1989.

11..22..22 AApplliiccaaççããoo

Os fusíveis são aplicados em toda e qualquer instalação elétrica e no Brasil, a

ABNT normatiza sua utilização. Em geral os fusíveis são utilizados em aparelhos

eletrônicos, residências, automóveis e indústrias etc. Eles protegem os circuitos contra

os efeitos de curto-circuito ou sobrecargas que podem, em algumas situações,

provocar incêndios e explosões.

11..22..33 CCoonnssttiittuuiiççããoo

O fusível é constituído basicamente por: contatos, corpo isolante, elo de fusão e indicador de queima.

Page 8: Comandos Elétricos - Senai - MG

8

Figura 1.3: Partes componentes do fusível. Fonte: SENAI. MG. 1999. p.13/122.

Contatos

Servem para fazer a conexão dos fusíveis com os componentes das

instalações elétricas. São feitos de latão ou cobre prateado, para evitar oxidação e

mau contato.

Corpo Isolante

É feito de material isolante de boa resistência mecânica, que não absorve

umidade, geralmente de cerâmica, porcelana ou esteatita. Dentro do corpo isolante se

aloja o elo fusível e, em alguns casos, um elo indicador de queima, imerso em

material granulado extintor - areia de quartzo - de granulometria adequada.

Elo de Fusão

Material condutor de corrente elétrica com baixo ponto de fusão. É feito em

forma de fios ou lâminas.

Tipos de Elos de Fusão:

1. Em forma de fio

Figura 1.4: A fusão pode ocorrer em qualquer ponto do elo (fio).

Page 9: Comandos Elétricos - Senai - MG

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2. Em forma de lâmina

Figura 1.5: Elo fusível com seção constante - a fusão pode ocorrer em qualquer ponto do elo.

Figura 1.6: Elo fusível com seção reduzida normal - a fusão sempre ocorre na parte onde a seção é reduzida.

Figura 1.7: Elo fusível com seção reduzida por janelas - a fusão sempre ocorre na parte entre as janelas de maior seção.

Figura 1.8: Elo fusível com seção reduzida por janelas e um acréscimo de massa no centro - a fusão ocorre sempre entre as janelas.

Page 10: Comandos Elétricos - Senai - MG

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Elo indicador de queima (espoleta)

Facilita a identificação da queima de um fusível, pois, se desprende em caso de

queima.

É constituído de um fio muito fino, que está ligado em paralelo com o elo fusível.

No caso de fusão do elo fusível, o fio do indicador de queima não suportará a corrente

e também se fundirá, provocando o desprendimento da espoleta. (Figura 1.9)

Fig. 1.9: Elo indicador de queima do fusível. Fonte: SENAI. MG. 1999. p.13.

11..22..44 CCaarraacctteerrííssttiiccaass ddooss ffuussíívveeiiss qquuaannttoo aaoo ttiippoo ddee aaççããoo

Fusíveis de ação rápida ou normal

Neste caso a fusão do elo ocorre logo após receber uma sobrecarga ou curto

circuito. São próprios para proteger circuitos com cargas resistivas, como lâmpadas

incandescentes e resistores em geral.

Fusíveis de ação ultra-rápida

Neste caso, a fusão do elo é imediata, quando recebe uma sobrecarga ou curto-

circuito mesmo sendo de curta duração. São próprios para proteger circuitos

eletrônicos, pois os semicondutores são muito sensíveis e precisam ser protegidos

contra sobrecargas, mesmo de curta duração.

Page 11: Comandos Elétricos - Senai - MG

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Fusíveis de ação retardada

A fusão do elo só acontece quando houver sobrecargas de longa duração ou

curto-circuito. São próprios para proteger circuitos com cargas indutivas e/ou

capacitivas, como motores, transformadores, capacitores e indutores em geral.

11..22..55 CCaarraacctteerrííssttiiccaass eellééttrriiccaass ddooss ffuussíívveeiiss

Corrente nominal (In)

A principal característica de um fusível é a sua corrente nominal. É o valor da

máxima corrente que o fusível suporta em regime contínuo, sem se queimar.

Correntes maiores que a nominal irão provocar a ruptura do elo fusível após algum

tempo e esta relação, tempo x corrente de ruptura é a curva característica do fusível.

O valor de corrente vem impresso no corpo do componente. Existem, porém, fusíveis

nos quais a corrente nominal vem identificada por código de cores; ver Tabela 1 no

final deste capítulo.

Tensão Nominal (Un)

É o valor da máxima tensão de isolamento do corpo isolante do fusível.

Resistência de Contato

A resistência de contato entre a base e o fusível pode causar aquecimento,

podendo até causar a queima do fusível.

Capacidade de Ruptura

É a capacidade que um fusível possui de proteger com segurança um circuito,

fundindo apenas seu elo de fusão, não permitindo que a corrente elétrica continue a

circular. Seu valor é dado em kA (quilo Ampere). Ver Figura 1.10.

Característica Tempo x Corrente

Esta característica é representada em diagrama tempo x corrente em escala

logarítmica. A curva característica tempo de fusão x corrente desenvolve-se a partir da

corrente mínima de fusão que seria capaz de fundir o elemento.

Page 12: Comandos Elétricos - Senai - MG

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A Figura 1.10 apresenta um exemplo de leitura para fusível rápido, num

diagrama de característica tempo de Fusão x Corrente.

Figura 1.10: Curvas características Tempo x Corrente de fusíveis rápidos. Fonte: SENAI. MG. 1999. p. 20.

O perfil da curva característica depende principalmente da dissipação de calor

no elemento fusível. Na norma VDE 0636 estão definidas faixas de tempo e de

corrente dentro das quais essas curvas devem se situar.

Analisando a Figura 1.11: um fusível de 10A não se funde com a corrente de

16A, pois, a reta vertical que correspondente a 10A não cruza a curva correspondente

do fusível. Com uma corrente de 30A o fusível se fundirá em aproximadamente 18

segundos.

Influência da temperatura ambiente

Nos catálogos estão representadas as características tempos de fusão x

corrente médias levantadas à temperatura ambiente de 20º (mais ou menos 5º).

Alguns tipos de fusíveis sofrem uma influência desprezível com a temperatura,

em uma margem bem grande de variação desta.

Page 13: Comandos Elétricos - Senai - MG

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Figura 1.11: Curvas características Tempo x Corrente de fusíveis retardados. Fonte: <http://www.fusivel.com.br/4-38-weg>. Acesso em: 25 maio 2007.

Substituição

Quando houver a queima de um fusível, em nenhuma hipótese deverá haver o

recondicionamento do mesmo, devendo ser substituído por outro de mesma

capacidade de corrente e características.

Dimensionamento

É a escolha de um fusível adequado para fazer proteção de um determinado

circuito. A escolha do fusível deve ser feita de tal modo que uma anormalidade elétrica

fique restrita a um setor, sem atingir as demais partes do mesmo.

Page 14: Comandos Elétricos - Senai - MG

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Para dimensionar um fusível é necessário levar em consideração as seguintes

grandezas elétricas:

Corrente nominal do circuito;

Corrente de curto-circuito;

Tensão nominal.

11..22..66 SSiisstteemmaass ddee sseegguurraannççaa DDiiaazzeedd ee NNHH

Existem diversos tipos de fusíveis usados para proteção dos circuitos elétricos

(cartucho, Diazed, de vidro, NH e outros). Dar-se-á ênfase ao estudo dos fusíveis

Diazed e NH, por serem os sistemas de proteções mais utilizados nas áreas

industriais.

Segurança Diazed

A segurança Diazed é composta de um conjunto de componentes, onde se

encontra alojado o fusível. Este conjunto é composto de base, parafuso de

ajuste,fusível, tampa, anel de proteção e cobertura da base.

Observe a Figura 1.12.

Figura 1.12: Segurança Diazed

Base

Elemento de porcelana que reúne e sustenta as demais partes da segurança

Diazed. Comporta um corpo metálico roscado interna e externamente, ligado a um

dos bornes. O outro borne está isolado do primeiro, e é ligado ao parafuso de ajuste.

Estas bases podem ser fornecidas com dispositivo de fixação rápida, para montagem

sobre trilho, conforme apresentado na Figura 1.13.

Page 15: Comandos Elétricos - Senai - MG

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Figura 1.13: Base do sistema de Segurança Diazed.

Cobertura da Base

É um elemento de baquelite ou porcelana, cuja função é alojar a base aberta,

não permitindo que nenhuma parte sob tensão fique exposta. São fornecidas para

bases de até 63ª, conforme Figura 1.14.

Figura 1.14: Cobertura da base.

Parafuso de Ajuste

É um elemento feito de porcelana, com um parafuso metálico na parte

posterior, para ser introduzido na base. Na parte anterior, possui um rebaixo, cujo

diâmetro não permite a colocação de fusível de maior capacidade de corrente. Existe

Page 16: Comandos Elétricos - Senai - MG

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um código de cores padronizado para identificar a corrente nominal do parafuso de

ajuste, ver Tabela 1 no final deste capítulo.

Figura 1.15: Parafuso de ajuste.

Chave para parafuso de ajuste

Serve para fixar os parafusos de ajuste à base das seguranças Diazed.

Figura 1.16: a) Chave para parafuso de ajuste – b) Forma de encaixe da chave ao parafuso.

Tampa

Peça constituída em porcelana com casquilho metálico que tem a função de

alojar o fusível permitindo a troca do mesmo, em caso de queima, com a instalação

sob tensão Possui tamanhos D II - rosca E27 e D III - rosca E33. O tamanho D II é

para fusíveis até 25A e tamanho D III para fusíveis até 63A.

Page 17: Comandos Elétricos - Senai - MG

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Figura 1.17: Tampa.

Anel de Proteção

É um elemento fabricado em porcelana ou plástico roscado internamente. Sua

função é isolar a rosca metálica da base com relação ao painel e evitar possíveis

choques acidentais. Possui tamanho e rosca igual à tampa. (Figura 1.18).

Figura 1.18: Anel de proteção.

Fusível

É a peça de maior importância no sistema. Possui um corpo de porcelana ou

esteatite, que tem ótima resistência mecânica e uma excelente rigidez dielétrica, onde

estão impressas suas características elétricas. A Tabela 1, no final deste capítulo,

mostra o código de cores padronizado para cada valor de corrente nominal. As cores

estão numa espoleta indicadora de queima que se encontra presa pelo elo indicador

de queima. (Figura 1.19)

Page 18: Comandos Elétricos - Senai - MG

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Figura 1.19: Fusível diazed.

Dispositivo de segurança NH

A segurança NH é composta de fusível, base e punho, isolados para tensões

até 500Vca ou 600Vca.

Figura 1.20: Segurança NH.

Fusível

A segurança NH reúne as características de fusível retardado para correntes de

sobrecarga e fusível rápido para correntes de curto circuito. Possui corpo de

porcelana, onde estão impressas suas características elétricas, conforme apresentado

na Figura 1.21.

Page 19: Comandos Elétricos - Senai - MG

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Figura 1.21: Fusível NH.

Base

Possui contatos especiais prateados que garantem contato perfeito e alta

durabilidade. Uma vez retirado o fusível, a base constitui uma separação visível das

fases, tornando dispensáveis, em muitos casos, a utilização de um seccionador

adicional. A base é construída de esteatite, plástico ou termofixo, possuindo meios de

fixação a quadros ou placas. A pressão das garras é garantida por molas de aço. Veja

na Figura 1.22.

Figura 1.22: Base de segurança NH.

Punho

Também denominado Saca Fusível, destina-se à montagem ou substituição de

fusíveis NH de suas respectivas bases, mesmo estando a instalação sob tensão.

(Figura 1.23).

Page 20: Comandos Elétricos - Senai - MG

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Figura 1.23: Utilização do punho em montagem ou substituição de fusíveis NH.

Tabelas de correntes:

Tabela 1 Capacidade de corrente e código de cores para fusível Diazed.

Corrente nominal (A) Código de Cor

Para bases

2 Rosa

Rosca

E27

4 Marrom

6 Verde

10 Vermelho

16 Cinza

20 Azul

25 Amarelo

35 Preto

Rosca

E33 50 Branco

63 Cobre

Fonte: <http:www.siemens.com.br/fusiveis>. Acesso em: 25 maio 2007.

Page 21: Comandos Elétricos - Senai - MG

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Tabela 2 Capacidade de corrente para fusível NH.

Fonte: <http:www.siemens.com.br/fusiveis>. Acesso em: 25 maio 2007.

1.3 Disjuntor

11..33..11 DDeeffiinniiççããoo

É um equipamento de comando e proteção de circuitos elétricos, cuja finalidade

é conduzir continuamente a corrente de carga sob condições nominais e interromper

correntes anormais de sobrecarga e de curto circuito. (Figura 1.24)

Figura 1.24: Mini disjuntores. Fonte: <http://www.ge.com.br/mini_dr>. Acesso em: 01 jun. 2007.

Tamanho

Corrente Nominal

(A) Tamanho

Corrente Nominal

(A)

000

6

1

40

10 50

16 63

20 80

25 100

32 125

40 160

50 200

63 224

80 250

100

00

125

160

Page 22: Comandos Elétricos - Senai - MG

22

Por definição do Dicionário brasileiro de eletricidade, da ABNT tem-se:

Dispositivo de manobra: dispositivo elétrico destinado a estabelecer ou interromper

corrente, em um ou mais circuitos elétricos.

O Disjuntor unipolar (monopolar) é constituído por um único pólo. O o disjuntor

multipolar (bipolar ou tripolar) é constituído por dois ou mais pólos ligados

mecanicamente entre si de modo a atuarem em conjunto.

Os valores nominais de corrente do disjuntor são impressos externamente em

sua carcaça, seja em alto-relevo, seja na forma de uma placa. Esses valores são

obtidos segundo as normas de ensaio que se aplicam ao dispositivo, na forma

individual, ou seja; é ensaiado uma unidade de disjuntor, seja unipolar ou multipolar,

perante condições de temperatura e altitude estabelecidas em norma.

Os disjuntores são normalmente dotados de relés de sobrecarga e de curto-

circuito, cada um tendo a sua curva característica, que devem ser adequadamente

coordenadas entre si.

11..33..22 CCoonnssttiittuuiiççããoo

Na Figura 1.25 pode-se observar a constituição interna de um disjuntor

monopolar.

Page 23: Comandos Elétricos - Senai - MG

23

Figura 1.25: Constituição interna disjuntor monopolar. Fonte: <http://www.ge.com.br/mini_dr>. Acesso em: 01 jun. 2007.

Descrição das partes internas

1 - Proteção externa termoplástic: protege os elementos internos do disjuntor;

2 - Terminal superior: terminal de conexão ao circuito externo;

3 - Câmara de extinção de arco: extinguir e dissipar o calor gerado durante a

comutação do disjuntor.

4 - Bobina: responsável pelo disparo instantâneo (magnético)

5 - Alavanca: (0 – desligado –verde visível e 1 ligado – vermelho visível);

6 e 7 - Contato fixo e Contato móvel,respectivamente: quando apoiados um ao outro

permite circular corrente no circuito.

8 - Guia para o arco: sob condições de falha o contato móvel se afasta do contato fixo

e o arco resultante é guiado para a câmara de extinção evitando danos ao bimetal em

casos de altas correntes (curto-circuito);

9 - Bimetal: é responsável pelo disparo do dispositivo por sobrecarga térmica;

10 - Terminal inferior: terminal de conexão ao circuito externo;

11 - Clip: dispositivo para fixação em trilho DIN.

Page 24: Comandos Elétricos - Senai - MG

24

11..33..33 PPrriinnccííppiioo ddee ffuunncciioonnaammeennttoo

Analise a Figura 1.26:

Figura 1.26: Princípio de funcionamento do disjuntor. Fonte: <www.mspc.eng.br/elemag>. Acesso em: 18 jun. 2007.

Entre os bornes 1 e 2, a corrente passa pela resistência de baixo valor R (que

está próxima da lâmina bimetálica B), pela bobina do eletroímã E e pelo par de

contatos C. Este tende a abrir pela ação da mola M2, mas, o braço atuador A impede

com ajuda da mola M1. A corrente nominal que produz ação térmica sobre o bimetal

varia aproximadamente na mesma proporção em que varia a corrente nominal do

condutor com a temperatura. O eletroímã E é dimensionado para atrair a extremidade

do atuador A, somente em caso de corrente muito alta (curto circuito) e, nesta

situação, A irá girar no sentido indicado, liberando a abertura do par de contatos C

pela ação de M2. A intensidade magnética capaz de acionar o atuador é proporcional

ao número de espiras da bobina e da intensidade da corrente elétrica.

De forma similar, R e o bimetal B são dimensionados para que este último não

toque a extremidade de A dentro da corrente nominal do disjuntor. Acima desta, o

aquecimento do bimetal o levará a tocar o atuador A, interrompendo o circuito de

forma idêntica à do eletroímã.

Page 25: Comandos Elétricos - Senai - MG

25

Disjuntor magnético

A ação magnética funciona conforme descrito acima e na ocorrência de curtos-

circuitos. (Figura 1.27 - a)

Disjuntor térmico

Conforme analisado anteriormente, o disjuntor térmico protege os condutores

contra as sobrecargas. (Figura 1.27 - b)

Disjuntor termo magnético

Denominação dada aos disjuntores que combinam ambas as formas de

proteção. (Figura 1.27 - c).

Os três símbolos da Figura 1.27(a, b e c) referem-se a disjuntores monofásicos.

A manobra através de um disjuntor é feita manualmente – geralmente por meio da

alavanca – ou pela ação de seus relés de sobrecarga (bimetálico) e de curto-cicuito

(eletromagnético).

Figura 1.27: Simbologia – disjuntor monopolar.

Observa-se nesse ponto, que os relés não desligam o circuito: eles apenas

induzem ao desligamento, atuando sobre o mecanismo de molas, que aciona os

contatos principais. É válido mencionar que para disjuntor de elevadas correntes

nominais, os relés de sobre-correntes são constituídos por transformadores de

corrente e módulo eletrônico que irá realizar a atuação do disjuntor por correntes de

sobrecargas, correntes de curto-circuito com disparo temporizado e instantâneo e até

disparo por corrente de falha à terra.

Page 26: Comandos Elétricos - Senai - MG

26

11..33..44 AApplliiccaaççããoo

Cada aplicação requer um tipo específico de disjuntor para manobra e

proteção. Os disjuntores possuem curvas características classificadas, por exemplo

em curva B e C. Observe a Figura 1.28.

Figura 1.28: Curvas características de disjuntores. Fonte: <http://www.siemens.com.br/conceito_teoria>. Acesso em: 11 abr. 2007.

A curva B refere-se a disjuntores destinados à proteção de condutores e a

curva C destina-se à proteção de cargas em geral.

11..33..55 CCaarraacctteerrííssttiiccaass ccoommppaarraattiivvaass ddee ffuussíívveell xx ddiissjjuunnttoorr

Disjuntor e fusível exercem basicamente a mesma função: ambos têm como

maior e mais difícil tarefa, interromper a circulação da corrente de curto-circuito,

mediante a extinção do arco que se forma. Esse arco se estabelece entre as peças de

contato do disjuntor ou entre as extremidades internas do elemento fusível. Em ambos

os casos, a elevada temperatura que se faz presente leva a uma situação de risco que

pode assim caracterizar-se:

Page 27: Comandos Elétricos - Senai - MG

27

A corrente de curto-circuito (Ik)

É a mais elevada das correntes que pode vir a circular no circuito, e como é em

superior à corrente nominal, só pode ser mantido por um tempo muito curto, sob pena

de danificar ou mesmo destruir componentes de um circuito. Portanto, o seu tempo de

desligamento deve ser extremamente curto.

Essa corrente tem influência tanto térmica (perda joule) quanto eletrodinâmica,

pelas forças de repulsão que se originam quando essa corrente circula entre

condutores dispostos em paralelo, sendo por isso mesmo, fator de dimensionamento

da seção condutora de cabos.

O seu valor é calculado em função das condições de impedância do sistema, e

é por isso variável nos diversos pontos de um circuito. De qualquer modo, representa

em diversos casos até algumas dezenas de quilo-ampéres que precisam ser

manobrados, seja pela atuação de um fusível, seja pelo disparo por um relé de curto-

circuito que ativa o mecanismo de abertura dos contatos do disjuntor.

Entretanto, existem algumas vantagens no uso do fusível, e outras usando

disjuntor. Veja no quadro 1 a comparação entre as características do fusível e

disjuntor. A confiabilidade de operação do fusível ou disjuntor é assegurada pela

conformidade das normas vigentes e referências do fabricante.

Quadro 1

Características para desempenho no curto-circuito.

Fusível

Disjuntor

Dispensa cálculo fino da corrente de

curto-circuito;

Alta capacidade de interrupção;

Elevada limitação;

Otimização do tempo de Interrupção;

Disponibilidade fácil;

Baixo custo.

Necessita cálculo fino da corrente

de curto-circuito;

Capacidade de interrupção variada;

Limitação em alta capacidade de

interrupção;

Tempo de interrupção variado;

Disponibilidade com restrições;

Custo variado.

Page 28: Comandos Elétricos - Senai - MG

28

1.4 Disjuntor motor

11..44..11 DDeeffiinniiççããoo

O disjuntor motor ou também guarda motor, é um dispositivo de manobra

mecânico utilizado para estabelecer, conduzir e interromper correntes sob condições

normais do circuito, e interromper correntes sob condições anormais do circuito,

como: curto-circuito, sobrecarga ou subtensão. (Figura 1.29).

Figura 1.29: Disjuntor motor. Fonte:GE. Disjuntor_Motor_SFK.00

11..44..22 SSiimmbboollooggiiaa

Figura 1.30: Disjuntor motor magnético (a) e termomagnético (b)

Page 29: Comandos Elétricos - Senai - MG

29

11..44..33 TTiippoo ddee ddiissjjuunnttoorr mmoottoorr

Disjuntor-motor magnético

Segundo informações do fabricante este disjuntor possui as seguintes

características:

Proteção contra curto-circuito e seccionamento com possibilidades de bloqueio

mecânico por circuito individual de motores;

Disparador térmico ajustável para proteção contra sobrecargas e dotado de

mecanismo diferencial com sensibilidade a faltas de fase, incorporado no relé

de sobrecarga;

Disparador magnético fixo e calibrado em 12 vezes a corrente nominal do

disjuntor.

Disjuntor-motor termomagnético

Este disjuntor tem as seguintes características:

Proteção contra curto-circuito e seccionamento com possibilidades de bloqueio

mecânico por circuito individual de motores;

Disparador térmico ajustável para proteção contra sobrecargas e dotado de

mecanismo diferencial com sensibilidade a faltas de fase, incorporado no

disjuntor-motor;

Disparador magnético fixo e calibrado em 12 vezes a corrente nominal do

disjuntor.

Ambos apresentam outras características aqui não relacionadas e que poderão

ser obtidas consultando o Catálogo do Fabricante.

11..44..44 CCuurrvvaa ddee ddiissppaarroo ddoo ddiissjjuunnttoorr--mmoottoorr

Exemplificando: a Figura 1.31 apresenta a curva de disparo do disjuntor-motor

marca GE, modelo SFKOJ. O tempo de disparo está em função da corrente ajustada

a frio. Em estado aquecido, devido à passagem da corrente nominal de serviço, os

tempos de atuação dos relés de sobrecarga ficam reduzidos em 4 vezes. Temos,

portanto, na Curva 1: disparo térmico, funcionamento com 2 pólos e na Curva 2:

disparo térmico, funcionamento com 3 pólos.

Page 30: Comandos Elétricos - Senai - MG

30

Figura 1.31: Curva de disparo. Fonte: <http://www.ge.com.br/disjuntor_motor>. Acesso em: 01 jun. 2007.

1.5 Dispositivos diferenciais residuais

11..55..11 DDeeffiinniiççããoo

São dispositivos contra fuga de corrente elétrica, permitem otimização de

energia e evitam choques elétricos. Eles asseguram o comando e seccionamento dos

circuitos elétricos.

A utilização deste tipo de dispositivo é obrigatória nas edificações segundo a

norma NBR 5410/97, que define seu uso nas áreas frias ou sujeitas a umidade, como

banheiros, áreas de serviço e áreas externas.

Page 31: Comandos Elétricos - Senai - MG

31

Figura 1.32: Dispositivo diferencial residual.

Fonte: <http://www.siemens.com.br/dispositivos>. Acesso 20 jun. 2007.

11..55..22 SSiimmbboollooggiiaa

Figura 1.33: Dispositivo diferencial residual.

11..55..33 CCoonnssttiittuuiiççããoo

A Figura 1.34 ilustra uma vista em corte e a constituição interna de um

dispositivo diferencial capaz de detectar correntes de falta CA, CC pulsante e CC

lisas.

Page 32: Comandos Elétricos - Senai - MG

32

Figura: 1.34: Constituição interna de um dispositivo diferencial residual. Fonte: ABNT. NBR 5410.

Legenda R – relé de disparo; A – unidade de medição e comparação para correntes residuais contínuas lisas.; T – botão de teste; W1 – sensor de correntes senoidais e correntes contínuas pulsantes; W2 – sensor de correntes contínuas puras.

11..55..44 FFuunncciioonnaammeennttoo

Referindo-se ainda sobre a Figura 1.34, o dispositivo mede permanentemente a

soma vetorial das correntes que percorrem os condutores de um circuito. Enquanto o

circuito mantiver eletricamente equilibrado, a soma das correntes em seus condutores

é praticamente nula. Se houver falha de isolação no equipamento ou alguma pessoa

tocar na parte viva do circuito protegido pelo DR, surgirá uma corrente de fuga à terra.

Isso ocorrendo, a soma vetorial das correntes nos condutores monitorados pelo DR

não será mais nula.

O dispositivo detecta exatamente essa diferença de corrente. Quando a

intensidade de corrente de fuga atinge um determinado valor, o relé R é ativado e por

sua vez desativa os contatos principais do próprio dispositivo ou outro dispositivo –

contator ou disjuntor – a ele associado.

Page 33: Comandos Elétricos - Senai - MG

33

Segurança

Uma pequena falha em um eletrodoméstico, um fio decapado, uma tomada ou

um interruptor com defeito pode colocar em sérios riscos a saúde da sua família e

até a sua residência. É sempre bom lembrar que todas as funções biológicas do

organismo humano são feitas por meio de pequenos impulsos elétricos. Portanto,

não é difícil imaginar o que poderá causar de dano à saúde uma descarga elétrica,

mais conhecida como choque.

11..55.. 55 TTiippooss

Disjuntor com proteção diferencial-DDR

Os DDR's são disjuntores com proteção diferencial, onde já estão

incorporados em um único produto as funções do DR (Diferencial Residual) e do

Mini-Disjuntor. O DDR possui proteção diferencial contra contatos diretos e indiretos

e proteção contra sobrecarga e curto-circuito. Normalmente são disponíveis nas

curvas B e C e sensibilidade de 30 e 300 mA. Sendo assim o DDR protege as

pessoas dos efeitos maléficos de um choque elétrico (corrente até 30mA) e os

equipamentos

patrimoniais (correntes entre 100 e 500mA). Apresenta um custo maior em relação

ao IDR.

Figura 1.35: Dispositivo diferencial residual. Fonte: <http://www.ge.industrial.com.br/produtos/protecao>. Acesso em: 20 jun. 2007.

Page 34: Comandos Elétricos - Senai - MG

34

Interruptor diferencial residual – IDR

É um importante dispositivo de proteção e detecção de fuga de corrente. Além

de proteger pessoas contra os efeitos do choque elétrico por contato direto ou indireto

causado por fuga de corrente, protege contra perda de energia elétrica. Um dos

principais pontos de sua segurança é que ele é capaz de detectar uma pequena

diferença entre a corrente que entra e sai do circuito. Ao detectar essa fuga de

corrente, o IDR desliga automaticamente os circuitos elétricos, garantindo a

segurança de pessoas e patrimônios.

1.6 Relé Térmico de Sobrecarga

11..66..11 DDeeffiinniiççããoo

São dispositivos que atuam pelo efeito térmico provocado pelas sobrecorrentes

de longa duração, ou quando ocorre sobrecarga que superaquecem o circuito ou

partes do circuito a níveis inadmissíveis. Este superaquecimento pode ocorrer, por

exemplo, em função de:

Sobrecarga mecânica na ponta do eixo do motor;

Falta de uma fase;

Tempo de partida prolongado de um motor.

Figura 1.36: Relé térmico de sobrecarga. Fonte: WEG. p. 278-279.

Page 35: Comandos Elétricos - Senai - MG

35

11..66..22 SSiimmbboollooggiiaa

Figura 1.37: Simbologia do relé de sobrecarga.

11..66..33 PPrriinncciippiioo CCoonnssttrruuttiivvoo ddee uumm RReelléé ddee SSoobbrreeccaarrggaa

Um relé de sobrecarga é composto dos seguintes componentes:

Figura 1.38: Composição do relé de sobrecarga. Fonte: SENAI. MG. 1999. p. 67.

Page 36: Comandos Elétricos - Senai - MG

36

Contatos Auxiliares

Geralmente o relé térmico de sobrecarga possui dois contatos, um

normalmente fechado NF (abridor) e outro normalmente aberto NA (fechador). O

contato NF é responsável pela interrupção de funcionamento do circuito elétrico em

caso de sobrecarga, podendo retornar a posição inicial de forma automática ou

manual. Já o contato NA normalmente é utilizado na sinalização de relé atuado.

Botão de Rearme

Têm a função de rearmar os contatos auxiliares do relé de sobrecarga.

Lâmina Bimetálica Auxiliar

Tem a função de fazer a compensação do ajuste, de acordo com a variação da

temperatura ambiente.

Lâminas Bimetálicas Principais

Tem a função de acionar o dispositivo mecânico quando sofrem uma dilatação

e conseqüente deflexão devido a elevação da corrente elétrica, comutando os

contatos móveis do relé.

Mecanismo de Regulagem (Ajuste de Corrente)

Permite efetuar a regulagem da corrente solicitada pela carga, que poderá

circular no circuito.

11..66..44 FFuunncciioonnaammeennttoo

Os relés de sobrecarga foram desenvolvidos para operar baseados no princípio

de pares termoelétricos. O princípio de operação do relé é baseado nas diferentes

dilatações que os metais apresentam, quando submetidos a uma variação de

temperatura. Duas ou mais lâminas de metais diferentes (normalmente ferro e níquel)

são unidas através de soldas, sob pressão ou eletroliticamente. Quando aquecidas

elas se dilatam diferentemente e se curvam. Esta mudança de posição é usada para

comutação de um contato.

Durante o esfriamento, as lâminas voltam à posição inicial. O relé está, então,

novamente pronto para operar, desde que não exista no conjunto um dispositivo

mecânico de bloqueio. O relé térmico permite que o seu ponto de atuação seja

ajustado com o auxílio de um dial. Isto possibilita ajustar o valor de corrente que para

a atuação do relé.

Page 37: Comandos Elétricos - Senai - MG

37

Deve-se calibrar a corrente de ajuste do relé em função da corrente nominal do

componente a ser protegido, por exemplo, um motor.

Figura 1.39: Dilatação do bimetal.

Fonte: SENAI. MG. 1999. p. 68.

Ação da corrente nas lâminas

As lâminas do relé de sobrecarga bimetálico podem ser aquecidas de diversas

formas pela corrente:

1. Aquecimento Direto

As Lâminas estão no circuito principal e são percorridas pela corrente total ou

parte dela. O aquecimento, neste caso, é função da intensidade de corrente e da

resistência das lâminas.

Figura 1.40: Aquecimento direto. Fonte: SENAI. MG. Dispositivos de proteção e controle. 1999. p. 68.

Page 38: Comandos Elétricos - Senai - MG

38

2. Aquecimento Indireto

Neste caso, as lâminas ou são envolvidas ou recebem calor de um elemento

resistivo.

Figura 1.41: Aquecimento indireto. Fonte: SENAI-MG. 1999. p. 68.

3. Aquecimento Semi-Direto

As Lâminas são aquecidas pela passagem de corrente e, adicionalmente, por

um elemento resistivo. O elemento resistivo pode ser ligado em série ou paralelo com

as lâminas. Este tipo de relé é usado para pequenas correntes de atuação para se

conseguir a dilatação necessária. Veja a Figura 1.41.

Figura 1.42: Aquecimento indireto em série e em paralelo. Fonte: SENAI. MG. Dispositivos de proteção e controle. 1999. p. 68.

11..66..55 RReellééss ddee SSoobbrreeccaarrggaa ccoomm OOppeerraaççããoo aattrraavvééss ddee

TTrraannssffoorrmmaaddoorreess ddee CCoorrrreennttee

Utilizam-se dois tipos de transformadores de correntes:

Os que operam linearmente até aproximadamente 10 vezes a corrente nominal

primária;

Os que operam em sobrecorrente de sobrecarga a partir da corrente nominal.

Page 39: Comandos Elétricos - Senai - MG

39

Figura 1.43: Aquecimento através de transformador de corrente (TC). Fonte: SENAI. MG. 1999. p. 69.

11..66..66 CCaarraacctteerrííssttiiccaass ddee ddiissppaarroo ddoo rreelléé ddee ssoobbrreeccaarrggaa

A característica de disparo do relé de sobrecarga indica os vários tempos de

atuação em função de múltiplos ajustes e devem ser definidas sob a forma de curvas

fornecidas pelo fabricante, conforme mostra a Figura 1.44.

Page 40: Comandos Elétricos - Senai - MG

40

Figura 1.44: Curvas de disparos de cargas. Fonte: SENAI. MG. 1999. p. 69.

11..66..77 CCoonnddiiççõõeess ddee sseerrvviiççoo

Influência da Temperatura Ambiente

As características de disparo correspondem a um valor determinado da

temperatura ambiente, e são baseadas na ausência de carga prévia do relé de

sobrecarga (ou seja, estado frio). Este valor de temperatura ambiente deve ser

claramente indicado nas curvas de disparo; os valores preferenciais são de + 200 C ou

+ 400 C.

Page 41: Comandos Elétricos - Senai - MG

41

Compensação de Temperatura

Os relés de sobrecarga térmicos possuem compensação de temperatura

ambiente, exemplificando:

Com uma temperatura ambiente de + 300 C, as lâminas bimetálicas principais

se dilatarão, curvarão e terão deslocado através do cursor, uma parte do percurso e,

para um determinado valor de corrente, resultaria um tempo de disparo menor. Para

que isto seja evitado, o cursor atua sobre a lâmina bimetálica auxiliar. Esta lâmina não

é, contudo, percorrida pela corrente. Ela é aquecida somente pela temperatura

ambiente e se curvará na proporção das lâminas principais. Desta forma as lâminas

aquecidas pela corrente determinarão um mesmo tempo de disparo para qualquer

temperatura ambiente .Este tipo de compensação de temperatura satisfaz na faixa de

200 a + 500 C.

Proteção contra Religamento Involuntário

Após um disparo por sobrecarga, as lâminas bimetálicas necessitam resfriarem

e retornarem à sua posição inicial até que o relé esteja novamente em condições de

serviço. Assim, o intervalo de repouso necessário ao motor fica obrigatoriamente

assegurado.

Relés de sobrecarga em rearme automático são utilizados com contatores

comandados por botão de impulso. Após o tempo de resfriamento, o contato auxiliar

do relé retorna à sua posição inicial não ativando o circuito de comando.

Relés de sobrecarga em rearme manual são utilizados em contatores

comandados por chave de posição fixa. O contato auxiliar do relé permanece aberto

após o tempo de resfriamento, impedindo ativar-se o circuito de comando.

Proteção contra Falta de Fase

A curva característica de disparo de um relé de sobrecarga trifásico é dada na

condição de que todas as três lâminas são percorridas por correntes equilibradas. No

caso de falta de fase, apenas duas lâminas são aquecidas e devem produzir,

sozinhas, o deslocamento/força necessários para atuação do mecanismo de disparo.

Os Relés de sobrecarga trifásicos, com proteção contra falta de fase, oferecem

a vantagem de atuação mais rápida quando sob carga bifásica, ou seja, falta de uma

fase.

Page 42: Comandos Elétricos - Senai - MG

42

1.7 Contatores

11..77..11 DDeeffiinniiççããoo

São dispositivos de manobra mecânicos, acionados eletromagneticamente e

operados à distância. São construídos para uma elevada freqüência de operações e

capazes de estabelecer, conduzir e interromper correntes em condições normais do

circuito, inclusive sobrecargas no funcionamento. São usados para manobra de

circuitos auxiliares de vários tipos, ligação de motores e outras cargas.

Figura 1.45: Contator. Fonte: SENAI. MG. 1998. p. 49.; WEG. s. d. p. 251.

Page 43: Comandos Elétricos - Senai - MG

43

11..77..22 SSiimmbboollooggiiaa

A Figura 1.46 representa a simbologia de um contator com seus contatos

principais, 02 contatos auxiliares NA e 01 contato auxiliar NF.

Figura 1.46: Símbolo de contator.

Identificação dos terminais de contatores

A identificação dos terminais de um contator é utilizada para facilitar a

execução de projetos de comandos e a localização e função desses elementos na

instalação.

A seguir será apresentada a identificação dos diversos terminais de um

contator.

Bobinas

São identificadas de forma alfanumérica com A1 e A2.

Figura 1.47: Símbolo da bobina de um contator.

Page 44: Comandos Elétricos - Senai - MG

44

Terminais dos Contatos Principais

Devem ser identificados por números unitários e por um sistema alfanumérico.

Os terminais 1L1, 3L2 e 5L3 são ligados na rede (fonte) e os terminais 2T1, 4T2 e 6T3

devem ser conectados na carga.

Figura 1.48: Identificação de contatos principais.

Terminais dos Contatos Auxiliares

Os terminais dos circuitos auxiliares são identificados com dois números, onde:

A unidade representa a função do contato;

A dezena representa a seqüência de numeração.

A Figura 1.49 mostra um sistema de identificação de contatos auxiliares:

Figura 1.49: Identificação de contatos auxiliares. Fonte: WEG. s. d. p. 247.

Page 45: Comandos Elétricos - Senai - MG

45

11..77..33 CCoonnssttiittuuiiççããoo

O contator é constituído de sistema de acionamento (núcleo móvel, núcleo fixo

e bobina) e sistema de manobra de carga (contatos móveis e fixos e câmara de

extinção de arco).

Contatos

Podem ser fixos ou móveis. Também podem ser principais (usados para

conduzir a corrente de carga) e auxiliares (usados para a comutação de circuitos

auxiliares, sinalização e intertravamento elétrico, entre outras aplicações).

Contatos Fixos: partes dos contatos que são fixadas à carcaça do contator;

Contatos Móveis: peças movidas quando se energiza a bobina do contator.

Esses contatos farão contato físico com os contatos fixos, estabelecendo o

circuito.

Câmara de extinção

É um compartimento que envolve os contatos principais. Seu principal objetivo

é a extinção da faísca, ou arco voltáico, que surge quando se interrompe um circuito

elétrico que está energizado. O arco é extinto pelo processo denominado “sopro

dinâmico”, através do campo magnético formado por ele.

Terminais de Conexão

Destinam-se à interligação do contator com outros dispositivos do circuito.

Carcaça

É a parte que aloja e sustenta todos os componentes do contator. É feita de

material isolante e que ofereça boa resistência elétrica e mecânica.

Suporte dos Contatos Móveis

Sustenta mecanicamente os contatos móveis e se encontra preso ao núcleo

móvel. É feito de material isolante de alta resistência mecânica.

Núcleo Móvel

Elemento feito de lâminas de ferro sobrepostas, isoladas entre si, acoplado

mecanicamente ao suporte dos contatos móveis.

Page 46: Comandos Elétricos - Senai - MG

46

Núcleo Fixo

Elemento responsável pela concentração das linhas de força do campo

magnético criado pela bobina, evitando que elas se dispersem. É feito de lâminas de

ferro sobrepostas, isoladas entre si. Nos contatores com acionamento em corrente

alternada é inserido, nos pólos magnéticos do núcleo fixo, um anel metálico,

denominado de anel de defasagem (anel de curto - circuito).

Sua função é a de evitar ruídos e trepidações do contator quando a corrente

alternada passar pelo zero, momento em que não haveria campo magnético,

conforme Figura 1.50.

Figura 1.50 - Anel de defasagem. Fonte: SENAI. MG. 1998. p. 51.

Bobina

Elemento responsável pela criação do campo eletromagnético que faz

movimentar o sistema móvel do contator. A bobina é constituída por um condutor de

cobre esmaltado, enrolado em forma de espiras num carretel isolante.

A Figura 1.51apresenta o desenho em corte de um contator, onde poderão ser

observados seus componentes.

Page 47: Comandos Elétricos - Senai - MG

47

Figura 1.51: Constituição de um contator. Fonte: WEG. .s. d. p. 245.

11..77..44 AAcceessssóórriiooss

Supressor de Surto

São dispositivos conectados em paralelo com a bobina do contator e utilizados

no amortecimento das sobretensões provocadas durante as operações de abertura,

que podem danificar componentes sensíveis.

São compostos de circuitos RC ou Varistores (Figura 1.51).

Figura 1.52: Supressor de surto. Fonte: SENAI. MG. 1998. p. 51

Page 48: Comandos Elétricos - Senai - MG

48

Bloco de Contatos auxiliares

Alguns contatores possuem contatos auxiliares diretamente na sua carcaça.

Atualmente, os blocos de contatos são acessórios que poderão ser acoplados aos

contatores.

Os contatos auxiliares podem ser abertos (NA) ou fechados (NF). Na Figura

1.52 pode-se observar os detalhes de um bloco de contatos auxiliares com fixação no

topo e fixação lateral.

Figura 1.53: Bloco de contatos auxiliares. Fonte: WEG. s. d. p. 246.

Temporizador Pneumático

Elemento de temporização fixado na parte frontal dos contatores é fabricado

para retardo na energização ou retardo na desenergização.

Page 49: Comandos Elétricos - Senai - MG

49

Figura 1.54: Bloco de contato auxiliar temporizado. Fonte: WEG. s. d. p.. 264.

Intertravamento Mecânico

É a combinação que garante mecanicamente a impossibilidade de fechamento

simultâneo entre dois contatores. A sua montagem normalmente é feita lateralmente,

entre os dois contatores.

Figura 1.55: Intertravamento mecânico. Fonte: WEG. s. d. p. 263.

11..77..55 FFuunncciioonnaammeennttoo

a) Acionamento

Quando a bobina do contator é energizada a partir de um dispositivo de

comando (botoeiras, chaves fim de curso, relés, etc.), cria-se um campo magnético, e

o núcleo fixo atrai o núcleo móvel, deslocando os contatos móveis que estão

Page 50: Comandos Elétricos - Senai - MG

50

acoplados mecanicamente a este, desta forma haverá a comutação dos contatos

principais e auxiliares.

b) Desligamento

Para desligamento do contator, é necessário interromper a alimentação da

bobina, fazendo com que desapareça o campo magnético provocado por molas, o

retorno do núcleo móvel e, conseqüentemente, o retorno dos contatos ao estado de

repouso.

11..77..66 TTiippooss ddee CCoonnttaattoorreess

De acordo com as características elétricas e as condições de serviço, os

contatores podem ser classificados em: Contatores Tripolares de Potência e

Contatores Auxiliares.

Contator Tripolar

É destinado a efetuar o acionamento de diversos tipos de cargas das

instalações industriais, como motores elétricos, capacitores, sistemas de

aquecimento, etc.

Suas principais características são:

Podem possuir contatos principais e auxiliares;

Maior robustez de construção;

Facilidade de associação a relés;

Tamanho físico de acordo com a potência da carga;

A potência da bobina do eletroímã varia de acordo com o tipo de

contator;

Geralmente tem câmara de extinção de arco;

Pode-se inserir blocos de contatos auxiliares e outros acessórios

fornecidos pelo fabricante.

Contator Auxiliar

É destinado a efetuar o comando de pequenas cargas. É utilizado no comando

de sinalizações, eletroválvulas, bobinas de contatores tripolares, etc. Também são

utilizados para aumentar o número de contatos auxiliares dos contatores tripolares.

Page 51: Comandos Elétricos - Senai - MG

51

Suas principais características são:

Tamanho físico variável, conforme o número de contatos;

Corrente nominal de carga máxima igual a 10 A para todos os

contatos;

Câmara de extinção inexistente.

11..77..77 CCaarraacctteerrííssttiiccaass EEllééttrriiccaass ee DDiimmeennssiioonnaammeennttoo

O contator é um dos dispositivos mais usados para seccionamento nas

instalações elétricas industriais. Para fazermos a escolha de um contator, devemos

conhecer suas características elétricas, que são informações padronizadas por

normas e estão contidas nos selos de identificação e nos catálogos de fabricantes.

As principais características elétricas de um contator são:

Tensão Nominal de Isolação: valor da tensão que caracteriza a

resistência de isolamento entre as partes isolantes e condutoras do contator;

Tensão Nominal de Serviço: valor eficaz da tensão em que o contator

deverá operar ( 220V - 380V);

Potência Nominal Elétrica e Mecânica: potência real consumida por um

equipamento elétrico e que deverá ser transferida através dos contatos

principais do contator;

Corrente Nominal de Serviço: corrente máxima que os contatos de um

dispositivo suportam, sem danificar as partes isolantes. É indicada pelo

fabricante e depende da tensão nominal de serviço, da freqüência e da

categoria de emprego;

Freqüência de Manobras: número de manobras (abertura ou fechamento

dos contatos) por hora que o contator deve realizar. Quanto maior for o

número de manobras especificado pelo fabricante, maior será a vida útil dos

contatos;

Tensão de Comando: tensão de alimentação da bobina do contator, que

deve operar perfeitamente com até 85% dessa tensão;

Número de Contatos Auxiliares: definidos de acordo com a necessidade

do circuito;

Page 52: Comandos Elétricos - Senai - MG

52

Categorias de Emprego: determina as condições para a ligação e

interrupção da corrente e da tensão nominal de serviço

correspondentemente, para a utilização normal do contator, nos mais

diversos tipos de aplicação para CA e CC.

Observe o Quadro 02:

Quadro 2

Categorias de Emprego de Contatores, conforme IEC 947

Tipo de Corrente

Categoria Aplicação

AC AC – 1

AC – 2

AC – 3

AC – 4

AC – 5a

AC – 5b

AC – 6a

AC – 6b

AC – 7a

AC – 7b

AC – 8a

AC – 8b

AC – 12

AC – 13

AC – 14

AC – 15

Manobras leves; carga ôhmica ou pouco indutiva (aquecedores, lâmpadas

incandescentes e fluorescentes compensadas).

Manobras leves; comando de motores com anéis coletores (guinchos,bombas,

compressores). Desligamento em regime.

Serviço normal de manobras de motores com rotor gaiola (bombas, ventiladores,

compressores). Desligamento em regime.*

Manobras pesadas. Acionar motores com carga plena; comando intermitente

(pulsatório); reversão a plena marcha e paradas por contracorrente (pontes

rolantes, tornos, etc.).

Chaveamento de controle de lâmpadas de descargas elétricas

Chaveamento de lâmpadas incandescentes

Chaveamento de transformadores

Chaveamento de bancos de capacitores

Aplicações domésticas com cargas pouco indutivas

Cargas motoras para aplicações domésticas

Controle de compressor-motor hermeticamente refrigerado com reset manual

para liberação de sobrecarga**

Controle de compressor-motor hermeticamente refrigerado com reset automático

para liberação de sobrecarga**

Controle de cargas resistivas e cargas de estado sólido com isolamento através

de acopladores ópticos.

Controle de cargas de estado sólido com transformadores de isolação.

Controle de pequenas cargas eletromagnéti

Controle de cargas eletromagnéticas (> 72VA)

DC DC – 1

DC – 3

DC – 5

Cargas não indutivas ou pouco indutivas, (fornos de resistência)

Motores CC com excitação independente: partindo, em operação contínua ou

em chaveamento intermitente. Frenagem dinâmica de motores CC.

Motores CC com excitação série: partindo, operação contínua ou em

chaveamento intermitente. Frenagem dinâmica de motores CC.

Chaveamento de lâmpadas incandescentes

Page 53: Comandos Elétricos - Senai - MG

53

DC – 6

DC – 12

DC – 13

DC – 14

Controle de cargas de cargas resistivas e cargas de estado sólido através de

acopladores ópticos.

Controle de eletroímãs

Controle de cargas eletromagnéticas que têm resistores de economia no

circuito.

* A categoria AC – 3 pode ser usada para regimes intermitentes ocasionais por um período de tempo limitado

como em set-up de máquinas; durante tal período de tempo limitado o número de operações não pode exceder 5

por minuto ou mais que 10 em um período de 10 minutos.

** Motor-compressor hermeticamente refrigerado é uma combinação que consiste em um compressor e um

motor, ambos enclausurados em um invólucro, com eixo não externo, onde o motor opera neste meio

refrigerante.

Fonte: WEG. s. d. p. 258.

1.8 Botões de comando

11..88..11 DDeeffiinniiççããoo

São dispositivos destinados a estabelecer ou interromper momentaneamente,

no local ou à distância e de forma indireta, o comando de equipamentos de manobra

e/ou de operação.

Figura 1.56: Diversos modelos de botões. Fonte: <http://www.schmersal.com.br/catalogos/> Acesso em: 18 jun. 2007. Fonte: <http://www.catalogo.weg.com.br/files> Acesso em: 18 jun. 2007.

Page 54: Comandos Elétricos - Senai - MG

54

1.8.2 Simbologia

Figura 1.57: Simbologia para botões.

11..88..33 CCoonnssttiittuuiiççããoo

Existem vários tipos de botões de comando. Geralmente, são compostos por

um elemento frontal de comando (cabeçote) e um bloco de contatos.

Pelo princípio de montagem modular, há possibilidade de adaptar vários blocos

de contato por botão de comando elétrico e cada bloco possuindo contatos NA, NF ou

ambos, ampliando assim, a aplicação deste dispositivo de comando. Este princípio é

denominado de blocos de contatos intercambiáveis e conforme aplicação, os

cabeçotes podem apresentar diâmetros de 10, 15, 16, 22 e 30 mm.

Bloco de Contato

Elemento constituído de um corpo isolante, contatos móveis, fixos e bornes

para conexões.

Figura 1.58: (a) Bloco de contatos simples. (b) Bloco de contatos duplo. Fonte: <http://www.weg.com.br/FILES/Artigos/4-515>. Acesso em: 18 jun. 2007.

Page 55: Comandos Elétricos - Senai - MG

55

Corpo isolante

Serve para envolver os contatos e sustentar os bornes para conexões. É feito

de material termoplástico (isolante) de boa resistência mecânica.

Contatos

São elementos responsáveis pela continuidade da corrente elétrica do circuito.

Os contatos são, normalmente, em forma de pastilha de liga de prata

superdimensionada, tanto nas partes fixas como nas móveis, garantindo assim uma

alta capacidade de ruptura, que acarreta uma vida mais longa para os contatos.

Alguns fabricantes fornecem, sob encomenda, contatos com banho de ouro.

Bornes para Conexões

São elementos que estabelecem a ligação dos condutores aos contatos fixos.

Elemento Frontal de Comando

O elemento de acionamento do botão de comando pode ser de vários tipos:

Normal

Utilizados nos comandos elétricos em geral. É um botão de longo curso e

praticamente inexiste a possibilidade de manobra acidental.

Faceado Simples

Possui somente um dispositivo para acionamento. (Figura 1.59)

Figura 1.59: Botão de acionamento normal e faceado. Fonte: <http://www.siemens.com.br/botões 3sb3[1]>. Acesso em: 24 maio 2007.

Page 56: Comandos Elétricos - Senai - MG

56

Faceado duplo

Possui dois dispositivos para acionamento: um botão verde (liga) e um botão

vermelho (desliga) e, em alguns casos, um dispositivo de sinalização luminoso, que

acenderá ao ser acionado o botão verde. (Figura 1.60).

Este tipo de elemento pode ser encontrado com ligações internas, que facilita a

sua conexão aos circuitos de comando. Os fabricantes fornecem no corpo do

componente o diagrama de ligação.

Figura 1.60: Botão de acionamento faceado duplo iluminado. Fonte: <http://www.siemens.com.br/Botoesduplos>. Acesso em: 24 maio 2007.

Saliente

Sua construção torna o acionamento mais rápido, porém oferece a

possibilidade de manobra acidental, se não houver guarnição. (Ver Figura 1.61).

Alguns tipos de botões de comando possuem cabeçotes dotados de uma lâmpada

interna, que acenderá quando acionarmos o dispositivo, sinalizando a operação.

Figura 1.61: Elemento saliente iluminado. Fonte: <http://.www.weg.com.br/files>. Acesso em: 23 maio 2007.

Page 57: Comandos Elétricos - Senai - MG

57

Saliente com guarnição

Possuem uma guarnição (guarda total) que impede o acionamento acidental do

botão promovendo maior segurança. (Ver Figura 1.62).

Figura 1.62: Botão de comando saliente com guarda total. Fonte: <http://www.schmersal.com.br/catalogos> Acesso em: 23 maio 2007.

Tipo de cogumelo

Normalmente são destinados a interromper circuitos em caso de emergência.

(Ver Figura 1.62).

Figura 1.63: Botão de comando tipo cogumelo. Fonte: <http://www.siemens.com.br/botõessignum>. Acesso em: 24 maio 2007.

Seletor de Posição

O seletor é essencialmente um comutador para aplicações industriais, que

permite resolver certos problemas de esquemas elétricos. São aqueles nos quais o

acionamento é obtido através do giro de alavancas, knobs, chaves tipo yale e pode

acionar uma ou mais seções de contatos NA ou NF.

O comutador com Chave Yale é Indicado para comando de circuitos onde

somente o operador responsável executa a manobra. Os tipos de cabeçote de

comando mais comuns para botões de comutação estão demonstrados na Figura

1.63.

Page 58: Comandos Elétricos - Senai - MG

58

Figura 1.64: (a) Seletor de posição tipo Alavanca. (b) Yale. (c) Knob. Fontes: <http://www.schmersal.com.br/catalogos>. Acesso em: 23 maio 2007.

<http://www.weg.com.br/files>. Acesso em: 23 maio 2007. <http://www.weg.com.br >. Acesso em: 23 maio 2007.

11..88..44 CCllaassssiiffiiccaaççããoo ddooss bboottõõeess ccoonnffoorrmmee ssiisstteemmaa ddee ttrraavvaammeennttoo eellééttrriiccoo

Acionamento por impulsão livre (sem retenção)

São aqueles nos quais o acionamento é obtido através de pressão do dedo do

operador, no cabeçote de comando dos botões; tirando-se o dedo do botão, ele

retorna automaticamente à posição de repouso.

Os contatos são montados de tal forma que ao ser acionado, abre-se o NF e

logo após fecha-se o NA, voltando à posição de repouso por meio de molas, quando

cessa a pressão sobre ele exercida. (Ver Figura 1.64).

Figura 1.65: Impulsão livre (sem retenção). Fonte: < http://www.schmersal.com.br/catalogos>. Acesso em: 23 maio 2007.

Page 59: Comandos Elétricos - Senai - MG

59

Acionamento por impulsão com retenção

Quando pressionado, se mantém na posição a que foi acionado, até novo

acionamento. Normalmente botões de emergência do tipo cogumelo com trava ou

chave Yale são vermelhos. Observe a Figura 1.66:

Figura 1.66: (a)Impulsão com retenção/girar para soltar (b)Retenção com chave Yale. Fonte: <http://www.schneider.com.br/XB4_XB5>. Acesso em: 11 set. 2007.

11..88..55 BBoottõõeess lluummiinnoossooss

Existem dois tipos: com alimentação direta e com alimentação através de

transformador. A Figura 1.67 apresenta o modelo com alimentação direta.

Figura 1.67: Faceado com guarnição e alimentação direta. Fonte: <http://www.schmersal.com.br/catalogos/fnewfix> Acesso em: 23 maio 2007

11..88..66 BBoottooeeiirraass

É a denominação que se dá a um conjunto formado, geralmente, por dois ou

mais botões de comando elétrico. São empregados nos circuitos industriais típicos de

serviços pesados, como por exemplo, em máquinas que possuem dois ou mis

motores elétricos. O comando destes motores é feito separadamente, através de

botões distintos, localizados em um mesmo invólucro. (Ver Figura 1.68).

Page 60: Comandos Elétricos - Senai - MG

60

Aplicação: comando de pontes rolantes, talhas, alarme contra

incêndio, etc.

Figura 1.68: Caixas e botoeiras. Fonte: <http://www.schmersal.com.br/catalogos> Acesso: 24 maio 2007.

11..88..77 CCóóddiiggoo ddee CCoorreess

Os botões de comando são fabricados segundo um código internacional de

cores, o que facilita a identificação do regime de funcionamento das máquinas

comandadas por esses botões. O Quadro 3 mostra as cores e a indicação de suas

funções.

Quadro 3 Código de cores e funções de botões

Cor padronizada Regime de Funcionamento

Vermelho Parar/desligar;

Parada de emergência.

Verde ou Preto Acionamento;

Início do ciclo de operação de máquina.

Amarelo

Atenção, cuidado;

Partida de retrocesso fora das condições normais de operação;

Partida de um movimento para evitar condições de perigo.

Branco ou Azul Claro Qualquer função para a qual as cores mencionadas não têm

validade;

Informações especiais.

Page 61: Comandos Elétricos - Senai - MG

61

11..99 RReelléé ddee TTeemmppoo

11..99..11 DDeeffiinniiççããoo

Os relés de tempo são dispositivos empregados nos circuitos de comandos

elétricos, com o objetivo de fazer a temporização de manobras, em circuitos auxiliares

de comando, circuitos de proteção, etc.

11..99..22 SSiimmbboollooggiiaa

Figura 1.69: Simbologia de temporizadores.

11..99..33 TTiippooss ddee rreellééss ddee tteemmppoo qquuaannttoo àà aaççããoo ddooss ccoonnttaattooss

Instantâneo a Energização

Alimentando-se o dispositivo, inicia-se a contagem do tempo e

simultaneamente os contatos serão ativados. Após o tempo programado, os contatos

serão desativados. Interrompendo-se a alimentação durante o processo de contagem

do tempo, o mesmo é anulado e os contatos serão desativados.

Figura 1.70 - Temporização instantânea.

Page 62: Comandos Elétricos - Senai - MG

62

Com Retardo a Energização

Alimentando-se o dispositivo, inicia-se a contagem do tempo. Transcorrido o

tempo programado, os contatos serão ativados e só serão desativados quando a

alimentação for desligada. Interrompendo-se a alimentação durante a contagem do

tempo, o mesmo será anulado.

Figura 1.71: Temporização com retardo a energização.

Com Retardo a Desenergização

Alimentando-se o dispositivo, os contatos serão ativados instantaneamente

(haverá a comutação dos contatos). Ao desenergizarmos o dispositivo, inicia-se a

contagem do tempo. Após o tempo programado, os contatos serão desativados

Figura 1.72: Temporização com retardo a desenergização.

11..99..44 TTiippooss ddee rreellééss ddee tteemmppoo qquuaannttoo aaoo pprriinnccííppiioo ddee ffuunncciioonnaammeennttoo ee ààss

ccaarraacctteerrííssttiiccaass ffííssiiccaass ee ccoonnssttrruuttiivvaass

Os temporizadores podem ser classificados quanto ao princípio de

funcionamento e características construtivas, em:

Page 63: Comandos Elétricos - Senai - MG

63

Eletrônico (Analógico e Digital);

Pneumático;

Eletromecânico;

Térmico.

Daremos ênfase ao estudo dos temporizadores eletrônicos e pneumáticos, por

serem dispositivos que apresentam uma série de vantagens sobre os demais, como:

maior precisão, menor desgaste, ocupam menor espaço físico, etc.

Temporizadores eletrônicos São dispositivos usados nos circuitos elétricos com o objetivo de processar a

temporização de manobras.

Figura 1.73: Temporizador. Fontes: <http://www.jaguareletrica.com.br/produtos> Acesso em: 23 maio 2007.

<http://www.tron-ce.com.br/produtos/produtos_tempo> Acesso em: 23 maio 2007.

Constituição É constituído de um circuito eletrônico de temporização, que atua sobre um relé

magnético, o circuito está alojado em uma caixa de material isolante. Na parte frontal

dessa caixa são colocados um seletor de tempo (que gira sobre uma escala

numerada, representando o tempo em segundos) e os bornes para ligação dos

condutores.

Funcionamento Quando os bornes A1 e A2 (a e b) forem energizados, o circuito eletrônico

entrará em operação, realizando a temporização pré-selecionada através do botão

seletor. Uma vez vencido este tempo, é feito o acionamento do relé magnético, que

comutará os seus contatos (abrirá 15 - 16 e fechará 15 - 18).

Page 64: Comandos Elétricos - Senai - MG

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Os contatos do relé magnético voltarão à posição de repouso quando os bornes A1 e

A2 (a e b) forem desenergizados.

Obs: Retardo na energização.

Características elétricas

Suas principais características elétricas são:

Tensão de Acionamento: normalmente 24V, 127V ou 220V;

Tensão Máxima de Serviço: normalmente de 250V;

Corrente Nominal: corrente dos contatos do relé (normalmente 10A);

Faixa de Ajuste: é a faixa de tempo a ser ajustada no seletor externo.

Temporizadores pneumáticos

É um dispositivo de temporização com características eletropneumáticas, cujo

funcionamento está baseado na ação de um eletroímã que aciona uma válvula

pneumática, dando temporização definida e regulável.

Figura 1.74: Temporizador pneumático. Fonte: SENAI. MG. 1999. p. 99.

Constituição

A Figura 1.75 apresenta os componentes do relé pneumático, em vista explodida.

Page 65: Comandos Elétricos - Senai - MG

65

Figura 1.75: Vista explodida de relé pneumático. Fonte: SENAI. MG. 1999. p. 100.

Legenda

1. Alavanca de armamento do temporizador, que liga a sanfona ao bloco de contatos elétricos.

2. Balancim.

3. Mola Superior.

4. Válvula.

5. Sanfona (resistente aos óleos e envelhecimento).

6. Contatos abridores e fechadores.

7. Dispositivo de acionamento da regulagem do temporizador.

Funcionamento

Temporizador Pneumático ao Trabalho: estando o temporizador pneumático

acoplado ao contator e sendo este alimentado, o núcleo atrairá o balancim, que libera

a sanfona, que irá encher-se de ar, deslocando-se em direção ao balancim.

Terminado o tempo, regulado previamente, a sanfona estará cheia de ar e

pressionará uma pequena alavanca, que liberará o balancim. O seu deslocamento

provocará a abertura do contato NF e o fechamento do contato NA, que

permanecerão assim enquanto o contator estiver alimentado.

Page 66: Comandos Elétricos - Senai - MG

66

Quando seccionarmos a alimentação do contator, o seu núcleo deslocará o

balancim em direção à sanfona, expulsando o ar nela contido. Com isto, os contatos

voltarão à posição original de repouso, deixando o temporizador pneumático apto

para um novo ciclo de operação.

Temporizador Pneumático ao Repouso: estando o temporizador

pneumático acoplado ao contator, os contatos NA e NF do temporizador estão em

repouso. Quando o contator for alimentado, o núcleo forçará o deslocamento do

balancim em direção à sanfona, pressionando-a para que expulse o ar nela contido.

Também ocorrerá a abertura do contato NF e o fechamento do contato NA.

Quando seccionarmos a alimentação do contator, o balancim voltará à posição

original, liberando a sanfona para que se encha de ar novamente. Quando terminar o

tempo programado, a sanfona estará cheia de ar e pressionará uma pequena

alavanca (disparador), que acionará o sistema de sustentação dos contatos, fazendo

com que estes voltem à posição de repouso, isto é, o contato NF fechará e o contato

NA abrirá.

Para iniciar um novo ciclo de operação, devemos acionar novamente o

temporizador pneumático.

1.10 Chave Auxiliar Tipo Fim de Curso

11..1100..11 DDeeffiinniiççããoo

Fim de Curso é uma chave que opera em função de posições pré-

determinadas, atingidas por uma ou mais partes móveis do equipamento controlado.

Page 67: Comandos Elétricos - Senai - MG

67

Figura 1.76: Chave fim de curso. Fonte: <http://www.kap.com.br>. Acesso em: 17 maio 2007.

11..1100..22 SSiimmbboollooggiiaa

O símbolo usado na representação das chaves fim de curso está representado

na Figura 1.77.

Figura 1.77- Simbologia de chave fim-de-curso.

11..1100..33 CCoonnssttiittuuiiççããoo

É basicamente composta por um corpo (carcaça), bloco de contatos e um

elemento de acionamento (cabeçote).

Page 68: Comandos Elétricos - Senai - MG

68

Corpo

É o elemento responsável pela proteção mecânica dos contatos e bornes. Serve

como suporte de fixação do elemento de acionamento. Feito de materiais de elevada

resistência mecânica e trabalham em temperaturas variadas (Ver Figura 1.78).

Figura 1.78: Corpo de chave fim – de – curso. Fonte: SENAI. MG. 1999. p. 40.

Bloco de Contatos

É o elemento responsável pelo acionamento elétrico do circuito de comando,

quando acionado mecanicamente pelo cabeçote.

Sistemas de Contatos

a) Contatos Simples ou por Impulso

Possuem um estágio intermediário entre a operação dos contatos NF e NA,

dependente da velocidade de atuação.

b) Contatos Instantâneos

Não possuem estágio intermediário entre a operação dos contatos NF e NA. A

abertura e fechamento dos contatos não dependem da velocidade de atuação.

Contatos Prolongados

São usados para situações específicas. Ex: Quando acionado, o contato NA

fechará antes que o contato prolongado NF abra, que ficará fechado até quase o final

do curso da ação, quando então se abrirá.

OBS: os bornes dos contatos são identificados por código numérico, idêntico aos contatos auxiliares dos outros dispositivos já estudados, padronizados pela I.E.C.

Page 69: Comandos Elétricos - Senai - MG

69

Elemento de acionamento (cabeçote)

Elemento que abriga os mecanismos de acionamento da chave fim - de –

curso. É escolhido de acordo com o comando a ser executado. Existem vários tipos

de cabeçote, que trabalham em dois movimentos básicos: percurso de ação retilínea

e percurso de ação angular, e seu retorno pode ser automático ou por acionamento.

a) Percurso de Ação Retilínea

Os cabeçotes podem ser acionados na posição vertical ou horizontal, conforme

apresentado na Figura 1.79.

Figura 1.79: Cabeçote de percurso retilíneo. Fonte: http://www.kap.com.br./chavefimdecurso > Acesso em: 17maio 2007.

b) Percurso de Ação Angular

Para cabeçotes de alavanca e cabeçotes de hastes, o mecanismo operador

externo (Batente) deverá acionar perpendicularmente ao eixo de rotação da alavanca

(Haste).

Figura 1.80: Cabeçote de percurso angular. Fonte: http://www.kap.com.br./chavefimdecurso > Acesso em: 17 maio 2007.

Page 70: Comandos Elétricos - Senai - MG

70

A Figura 1.81 ilustra algumas recomendações de acionamento, as setas

indicam o sentido do acionamento do cabeçote.

Figura 1.81: Percurso de Acionamento. Fonte: <http://www.kap.com.br/chavefimdecurso >Acesso em: 17 maio 2007.

A Figura 1.82 mostra alguns tipos de acionamentos (cabeçotes) das chaves fim

– de – curso disponíveis no mercado.

Figura 1.82: Tipos de acionamentos de chaves fim – de – curso. Fonte: http://www.kap.com.br/chavefimdecurso>. Acesso em: 17 maio 2007.

11..1100..44 FFuunncciioonnaammeennttoo

Acionando-se o cabeçote de comando, através de partes móveis de máquinas

como hastes, excêntricos, ressaltos, etc. Será executada a comutação dos contatos,

que irão operar diretamente em circuitos auxiliares e de comando.

Page 71: Comandos Elétricos - Senai - MG

71

11..1100..55 CCaarraacctteerrííssttiiccaass

As principais características das chaves fim – de – curso são:

Tensão Nominal de Isolamento

Varia de acordo com o material usado na fabricação do dispositivo.

Normalmente é de 500VCA ou 600 VCC.

Corrente Nominal

É baseada na estrutura de seus contatos e bornes. Normalmente é de 10A.

Número de manobras

Define a vida útil do dispositivo.

Ex: 10 milhões de manobras, 50 milhões de manobras, etc.

Grau de Proteção

O grau de proteção é expresso em código devidamente normalizado, que

classifica para determinado equipamento, sua proteção contra choques, penetração

de corpos estranhos sólidos e líquidos.

Ex: IP 65

IP: Significa Grau de Proteção;

Primeiro algarismo (6): proteção total contra contato com partes sob tensão

ou em movimento. Proteção total contra penetração de pó;

Segundo algarismo (5): proteção contra jatos de água, provenientes de

qualquer direção.

No Quadro 4, estão relacionadas as diversas classificações a que estão

sujeitos os invólucros dos aparelhos elétricos, no que diz respeito ao grau de

proteção.

Page 72: Comandos Elétricos - Senai - MG

72

Quadro 4

Índices de Proteção

1.11 Sensores

11..1111..11 DDeeffiinniiççããoo

O sensor é um dispositivo capaz de monitorar a variação de uma grandeza

física e transmitir esta informação a um sistema de controle. Nas indústrias com

processos automatizados os sensores são elementos muito importantes. Há vários

tipos de sensores em um processo automatizado que pode ser colocado em

diferentes pontos. Podemos afirmar que todos os processos que necessitam de algum

tipo de controle ou supervisão requerem sensores para fornecer informações.

Algarismo

Proteção do acesso às partes energizadas

Algarismo

Proteção contra líquidos

0 Sem proteção 0 Sem proteção

1 Proteção contra toque acidental com a mão.

Proteção contra corpos estranhos sólidos, de

dimensões acima de 50 mm.

1 Proteção contra gotas de água na

vertical.

2 Proteção contra toque dos dedos.

Proteção contra corpos estranhos sólidos, de

dimensões acima de 12 mm.

2 Proteção contra gotas de água

até uma inclinação de 15 graus

com a vertical.

3 Proteção contra acessos acidentais de

ferramentas.

3 Proteção contra respingos de

água até uma inclinação de 60

graus com a vertical.

4 Proteção contra ferramentas.

Proteção contra corpos sólidos acima de 1 mm.

4 Proteção contra respingos de

água de todas as direções.

5 Proteção completa contra toque.

Proteção contra acúmulo de poeiras nocivas.

5 Proteção contra jatos de água de

todas as direções.

6 Todas as peças energizadas completamente

protegidas.

Blindagem à prova de pó.

6 Proteção contra submersão.

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11..1111..22 TTiippooss ddee sseennssoorreess

Microchave ou sensor de fim de curso

As microchaves transmitem apenas sinais digitais, ou seja, possuem apenas

dois estados (ligado ou desligado, aberto ou fechado).

O sinal de saída da microchave é elétrico e indica se ela foi ou não acionada.

Este sinal pode servir de entrada, por exemplo, para o controlador do avanço e recuo

de um cilindro pneumático. Não é aconselhável usar sensor do tipo detector por

contato em aplicações que exijam grande número de comutações do sensor porque

abrir e fechar a chave um grande número de vezes, provoca desgaste nos contatos

elétricos do sensor. A Figura 1.83 ilustra uma microchave industrial.

Figura 1.83: Microchave. Fonte: <http://www.metaltex.com.br>. Acesso em: 24 maio 2007.

Sensor de contato (reed-switch)

O sensor de contato reed switch funciona de maneira semelhante a

microchave. A diferença é que seu acionamento não é pela ação de um contato físico,

mas pela ação de um campo magnético, como o de um imã, por exemplo.

O sensor é composto de uma ampola de vidro que contém duas lâminas e um

gás inerte. Quando o conjunto estiver sob a ação de um campo magnético, as lâminas

se unem fechando o contato elétrico.

O contato irá abrir quando o campo magnético deixar de existir. Este sensor

pode ter os contatos abertos ou fechados na posição de repouso (sem ação de

campo magnético), sendo que os abertos são chamados de contatos NA (normal

aberto) e os fechados de contatos NF (normal fechado).

Page 74: Comandos Elétricos - Senai - MG

74

Figura 1.84: Composição do sensor de contato (reed-switch).

Figura 1.85: Símbolo do sensor de contato (reed-switch).

Sensores de proximidade

O sensor de proximidade é uma chave eletrônica semelhante a um fim de

curso mecânico, com a vantagem de não possuir nem contatos, nem atuadores

mecânicos. O sinal de um sensor pode ser usado para habilitar, desabilitar ou

controlar o funcionamento de um circuito, dispositivo ou equipamento.

A Figura 1.86 apresenta alguns tipos de sensores de proximidade.

Page 75: Comandos Elétricos - Senai - MG

75

Figura 1.86: Sensores de proximidade. Fonte: <http://www.b2babimaq.com.br >. Acesso em: 18 fev. 2009.

O acionamento dos sensores, entretanto, não depende de contato físico com

as partes móveis dos equipamentos, basta apenas que estas partes se aproximem, a

uma distância que varia de acordo com o tipo de sensor utilizado.

Os sensores de aproximação foram desenvolvidos para atender às

especificações de sistemas mais modernos, onde é necessário conciliar, alta

velocidade e grande confiabilidade nos acionamentos.

Sensores Indutivos

O sensor indutivo é utilizado para detectar a presença ou o deslocamento de

objetos metálicos. O seu funcionamento é baseado, no princípio da variação da

indutância eletromagnética.

Page 76: Comandos Elétricos - Senai - MG

76

Figura 1.87. Principio de funcionamento do sensor indutivo.

A superfície externa frontal do sensor forma uma região chamada "região ativa"

onde o sensor detecta a presença ou deslocamento de objetos. Quando se aproxima

um objeto metálico da região ativa do sensor há mudanças na amplitude do sinal do

circuito oscilador que são percebidas pelo demodulador. As variações percebidas pelo

demodulador são transformadas em nível de tensão e aplicadas no detector de nível

da tensão. Na saída, o sinal que foi enviado é amplificado e compatibilizado com os

níveis de tensão especificados pelo fabricante. Há diversos modelos de sensores

indutivos que variam, principalmente em relação à distância de acionamento. Os tipos

mais comuns são de construção com corpo plástico ou metálico, como mostra a

Figura 1.88:

Figura 1.88: Sensor indutivo. Fonte: <http://www.metaltex.com.br>. Acesso em: 18 fev. 2009.

Page 77: Comandos Elétricos - Senai - MG

77

A utilização dos sensores indutivos possui vantagens como:

Alta durabilidade;

Baixa manutenção;

Boa imunidade às influências do ambiente em que ele está instalado;

Alta sensibilidade.

O símbolo de um sensor indutivo é apresentado na Figura 1.89.

Figura 1.89: Símbolo de um sensor indutivo.

Sensores Capacitivos

O sensor capacitivo é utilizado para detectar materiais metálicos e não

metálicos como plásticos vidros líquidos e etc. O princípio de funcionamento deste

tipo de sensor está baseado na variação da capacitância de um capacitor.

A distância de detecção normalmente varia de 0 a 20 mm, dependendo da

massa do material a ser detectado e das características determinadas pelo fabricante.

Da mesma forma que o sensor indutivo, os sensores capacitivos são construídos com

um de corpo plástico ou metálico. O diagrama de blocos do sensor capacitivo

apresenta um funcionamento semelhante ao do diagrama do sensor indutivo. A

diferença encontra-se no estágio oscilador. Quando um objeto é colocado na região

ativa do sensor, ocorre uma mudança da freqüência de oscilação devido à alteração

do valor da capacitância formada pela placa sensível e a região ativa.

Page 78: Comandos Elétricos - Senai - MG

78

Figura 1.90: Princípio de funcionamento de um sensor capacitivo.

Os sensores capacitivos são menos utilizados que os indutivos. Eles são

utilizados na medição de pequenas pressões diferenciais ou na medição do nível de

um líquido em um tanque.

Figura 1.91: Sensor capacitivo. Fonte: <http://www.metaltex.com.br>. Acesso em: 18 fev. 2009.

O símbolo de um sensor capacitivo está apresentado na Figura 1.92:

Figura 1.92: Símbolo do sensor capacitivo.

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79

Sensores Ópticos (Fotoelétricos)

Os sensores ópticos detectam a aproximação de qualquer tipo de objeto, desde

que este não seja transparente. À distância de detecção normalmente varia de 0 a

100 mm, dependendo da luminosidade do ambiente. Normalmente, os sensores

ópticos são construídos em dois corpos distintos, sendo um emissor de luz e outro

receptor. Quando um objeto se coloca entre os dois, interrompendo a propagação da

luz entre eles, um sinal de saída é então enviado ao circuito elétrico de comando.

Outro tipo de sensor de proximidade óptico, muito usado na automação industrial, é o

do tipo reflexivo no qual emissor e receptor de luz são montados num único corpo, o

que reduz espaço e facilita sua montagem entre as partes móveis dos equipamentos

industriais. A distância de detecção é, entretanto menor, considerando-se que a luz

transmitida pelo emissor deve refletir no material a ser detectado e penetrar no

receptor, o qual emitirá o sinal elétrico de saída.

Figura 1.93: Aparência típica de sensores fotoelétricos. Fonte: <http://www.metaltex.com.br>. Acesso em: 18 fev. 2009.

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80

O símbolo de um sensor óptico está representado na Figura 1.94:

Figura 1.94: Símbolo do sensor óptico.

Encoder

Um gerador de Pulsos (encoder) é um sensor/transdutor que converte

movimento ou posição mecânica através de um eixo em uma série de pulsos

eletrônicos. Existem vários modelos com especificações mecânicas e eletrônicas

diferentes. Um exemplo é o encoder incremental que é chamado assim porque o sinal

de saída é produzido sucessivamente e a Informação dada é o quanto foi

incrementado à posição atual em relação à posição de referência. A posição de

referência (o "zero" do encoder) é dada ao se acionar, por exemplo, uma microchave.

Este tipo de encoder não informa a posição angular, mas sim o deslocamento em

relação a uma posição de referência.

Page 81: Comandos Elétricos - Senai - MG

81

Figura 1.95: Dispositivo chamado de encoder.

Figura 1.96: Encoder incremental. Fonte: <http://www.metaltex.com.br>. Acesso em: 24 maio 2007.

1.12 Motor de Indução Trifásico

11..1122..11 IInnttrroodduuççããoo

Os motores elétricos de indução podem ser monofásicos ou trifásicos. Os

motores de indução monofásicos são mais utilizados para o acionamento de

pequenas cargas, como ventiladores, pequenas bombas e aparelhos de uso

doméstico.

Page 82: Comandos Elétricos - Senai - MG

82

O motor de indução trifásico, ou simplesmente MIT, é o motor mais utilizado na

indústria em virtude de sua robustez, baixo custo, vida útil e facilidade na

manutenção, por isso será o tema estudado neste capítulo.

Figura 1.97: Motor de indução trifásico. Fonte: WEG. 2004. p. 2.

11..1122..22 DDeeffiinniiççããoo

Motor elétrico é uma máquina que tem como função converter energia elétrica

em mecânica através do movimento rotativo de um eixo, quando é aplicada em seus

enrolamentos uma tensão elétrica alternada.

11..1122..33 TTiippooss ddee MMoottoorreess EEllééttrriiccooss ddee IInndduuççããoo TTrriiffáássiiccoo

Motor Síncrono

Os motores síncronos são motores de velocidade constante e proporcional com

a frequência da rede. Seu uso é limitado a grandes potências e acionamentos

especiais, que requerem velocidades invariáveis em função da carga.

Motor Assíncrono

É utilizado na grande maioria das máquinas e equipamentos industriais por

serem robustos e mais baratos. Sua velocidade sofre ligeiras variações em função da

variação da carga mecânica que é inserida ao seu eixo.

Page 83: Comandos Elétricos - Senai - MG

83

Classificação dos motores Assíncronos

Os motores assíncronos podem ser do tipo rotor gaiola de esquilo, são assim

chamados porque seu enrolamento rotórico tem a característica de ser curto-

circuitado, assemelhando-se a uma gaiola de esquilo. Outro tipo de motor assíncrono

é o motor de anéis ou motor de rotor bobinado, que possui a mesma característica

construtiva do motor de indução com relação ao estator, mas o seu rotor é bobinado

com um enrolamento trifásico, cujo acesso é feito através de três anéis com escovas

coletoras no eixo.

11..1122..44 CCoonnssttrruuççããoo

O MIT é composto, basicamente por duas partes:

Estator e rotor, conforme mostra a Figura 1.97.

:

Figura 1.98: Motor de indução trifásico em corte. Fonte: WEG. 2004. p.11.

Page 84: Comandos Elétricos - Senai - MG

84

Rotor

O rotor é constituído de um eixo onde é acoplada uma carga mecânica, o

mesmo possui um “pacote” de chapas magnéticas denominado núcleo, que tem como

objetivo melhorar a permeabilidade magnética do meio. O enrolamento do rotor pode

ser bobinado ou do tipo Gaiola de Esquilo.

No rotor Gaiola de Esquilo, os condutores são normalmente de alumínio em

forma de barras e estão curto circuitados em cada terminal por anéis contínuos, como

mostra a figura acima.

Já o rotor Bobinado é constituído de um enrolamento trifásico, fechado

internamente em estrela, acessível através de três anéis com escovas coletoras no

eixo, conforme mostra a Figura 1.98.

Figura 1.99: Motor assíncrono de rotor de anéis. Fonte: WEG. 2004. p.19

L0-0=0

É formado por uma carcaça normalmente construída de ferro fundido, que é a

estrutura de todo o conjunto. Internamente a ela existe o núcleo que é um “pacote” de

chapas magnéticas com a função de concentrar as linhas de indução criadas pelos

enrolamentos quando são conectados à corrente alternada. Nas ranhuras do núcleo

do estator, existe o enrolamento trifásico que é constituído de três conjuntos de

bobinas de cobre defasadas de 120º geométricos. Estas bobinas interagem-se,

produzindo um campo magnético girante, que só é possível graças à construção do

estator (as bobinas estão defasadas de 120º geométricos), e por serem alimentados

por correntes alternadas trifásicas, cujas fases estão defasadas entre si de 120º

elétricos.

Page 85: Comandos Elétricos - Senai - MG

85

11..1122..55 PPrriinnccííppiiooss ddee FFuunncciioonnaammeennttoo

Quando é aplicada uma tensão alternada nos enrolamentos do estator, surge

um campo magnético girante, devido à circulação de corrente. As linhas de indução

deste campo magnético “cortam” os condutores do rotor, induzindo neles uma

diferença de potencial (DDP), como o circuito está fechado, surge uma corrente

induzida que gera um campo magnético em volta dos condutores do rotor, que tende

a acompanhar, ou alinhar-se, com o campo girante produzido pelo estator, criando

assim o movimento do eixo do motor.

11..1122..66 CCaarraacctteerrííssttiiccaass ggeerraaiiss ddooss mmoottoorreess

Os motores elétricos possuem uma placa de identificação, colocada pelo

fabricante para identificar o motor e mostrar suas principais características, na qual

pelas normas, deve ser fixada na carcaça do motor em local visível.

Figura 1.100: Dados de placa de um motor.

Page 86: Comandos Elétricos - Senai - MG

86

Para instalar adequadamente um motor elétrico, é necessário saber interpretar

os dados da placa. Geralmente encontramos os seguintes dados nesta placa.

a) Identificação do Fabricante: nome, marca e endereço do fabricante;

b) Número de Fases: (por exemplo, TRIFÁSICO ou 3FAS);

c) Modelo: modelo do motor;

d) Freqüência Nominal: é a freqüência do sistema elétrico para o qual o motor foi

projetado;

e) Categoria do Motor: as normas estabelecem 5 categorias básicas de motores:

classe N, classe H, classe D, classe NY, classe HY (a antiga norma NBR 7094

estabelecia apenas 3 categorias de motores: N , H e D). A maioria dos motores é

categoria N.

f) Potência Nominal: é a potência que o motor pode fornecer dentro de suas

características nominais, em regime continuo (Watts, CV ou HP);

g) Velocidade Nominal: indica a velocidade em rotações por minuto (RPM) em

condições nominais;

h) Fator de Serviço: é o fator aplicado à potência nominal que indica a máxima

sobrecarga permissível continuamente. O fator de serviço FS = 1,0 significa que o

motor não foi projetado para funcionar continuamente acima de sua potência nominal,

Se o fator de serviço for de 1,15, significa que é admissível uma sobrecarga de 15%

acima da potência nominal;

i) Classe de Isolamento: a classe de isolamento identifica o tipo de materiais

isolantes empregados no isolamento do motor. De acordo com a ABNT as classes de

isolamento são:

Classe A = 105°C

Classe E =120°C

Classe B = 130°C

Classe F = 155°C

Classe H = 180°C

j) Ip/In: é a relação entre a corrente de partida e a corrente nominal.

Page 87: Comandos Elétricos - Senai - MG

87

k) Grau de Proteção: a norma NBR 6146 define os graus de proteção dos

equipamentos elétricos por meio das letras características IP, seguidas por dois

algarismos, o 1º Algarismo indica o grau de proteção contra penetração de corpos

sólidos estranhos e contato acidental e o 2º Algarismo indica o grau de proteção

contra penetração de água no interior do motor.

Quadro 5 Graus de proteção

Fonte: WEG. 2004. p.103.

Page 88: Comandos Elétricos - Senai - MG

88

l) Tensão Nominal: é a tensão da rede para o qual o motor foi projetado, suportando

uma variação de aproximadamente 10% (em Volts);

m) Corrente Nominal: é corrente absorvida quando o motor funciona em potência

nominal (em A);

n) Letra-Código: muitos fabricantes fornecem uma letra-código indicando a relação

entre corrente nominal com rotor bloqueado sob tensão nominal. Com isso fornece

uma relação aproximada entre os KVA consumidos por CV de potência com o rotor

bloqueado.

o) Rendimento Nominal: o rendimento representa a relação em percentual entre a

potência elétrica fornecida pela rede e a potência mecânica fornecida no eixo.

m) Fator de potência: Indica a relação entre a potência aparente e a potência ativa.

p) Regime: o regime é o grau de regularidade da carga a que o motor é submetido.

Os motores normais são projetados para regime contínuo, isto é, um funcionamento

com carga constante, por tempo indefinido, desenvolvendo potência nominal. São

previstos, por norma, vários tipos de regimes de funcionamento.

q) Formas de ligação: indica por meio de esquemas e números a forma de se ligar o

motor. O motor de indução pode ser ligado a uma, duas, ou quatro tensões diferentes,

padronizadas por norma. As tensões que poderão ser aplicadas ao estator serão

determinadas pelo tipo de ligação e dependerão do número de terminais (pontas) do

estator, como por exemplo, o motor de 3 terminais só poderá ser ligado em uma

tensão, o motor de 6 e 9 terminais poderá ser ligado em 2 tensões e o motor de 12

terminais poderá ser ligado em 4 tensões.

No entanto, independente do número de terminais e da tensão aplicada aos terminais

do motor, através da combinação desejada, a bobina só trabalha com uma tensão, a

tensão de triângulo.

As Figuras a seguir apresentam as ligações de motores trifásicos que atualmente são

as mais usadas em baixa tensão.

Page 89: Comandos Elétricos - Senai - MG

89

Ligação de motores de 06 (seis) terminais:

Figura 1.101: Ligação de motores de seis terminais em triângulo e estrela.

Ligação de motores de 12 (doze) terminais:

Figura 1.102: Ligação de motores de 12 terminais em triângulo-triângulo(220V), estrela-estrela(380V) e triângulo(440V).

1.13 Transformadores para Comandos Elétricos

11..1133..11 DDeeffiinniiççããoo

São dispositivos empregados em comandos elétricos para modificar os valores

de tensão e/ou corrente, numa determinada relação de transformação, que varia de

acordo com a aplicação. O transformador de comando tem como objetivo

compatibilizar a tensão/corrente da rede elétrica com a tensão/corrente necessária no

comando.

Page 90: Comandos Elétricos - Senai - MG

90

11..1133..22 TTiippooss ddee ttrraannssffoorrmmaaddoorreess

Transformadores de tensão

São transformadores redutores de tensão cuja função é alimentar circuitos de

controle, sinalização e comandos (Figura 1.102).

Figura 1.103: Transformador de tensão (aspecto físico). Fontes: <http://www.inventec.com.br/acessorios> Acesso em: 24 maio 2007.

<http://www.valvestate.fateback.com>. Acesso em: 24 maio 2007.

Simbologia

Os símbolos do transformador de tensão são mostrados na Figura 1.104.

Figura 1.104: Símbolos do transformador de tensão.

Constituição

São compostos por duas bobinas, sendo uma bobina primária e uma

secundária, montadas sobre um núcleo de ferro – silício laminado.

Núcleo de Ferro: responsável pela concentração do campo magnético

criado a partir da alimentação do enrolamento primário;

Enrolamento Primário: bobina onde aplicamos a tensão que será

modificada;

Page 91: Comandos Elétricos - Senai - MG

91

Enrolamento Secundário: bobina onde será obtida a tensão

desejada.

Figura 1.105: Construção do transformador. Fonte: <http://www.geocities.com/saladefisica/funciona/transformador>. Acesso em: 24 maio 2007.

Funcionamento

Quando uma tensão alternada é aplicada ao enrolamento primário, cria-se um

campo magnético variável. O enrolamento secundário, ao ser cortado pelo fluxo

variável, produzirá uma Força Eletromotriz Induzida no enrolamento secundário, que

é o valor de tensão desejada de saída.

Page 92: Comandos Elétricos - Senai - MG

92

Figura 1.106: Funcionamento do transformador. Fonte: <http://br.geocities.com/saladefisica7/funciona/transformador> Acesso em: 24 maio 2007.

Características

Para especificar corretamente um transformador de tensão, é necessário

conhecer as principais características do dispositivo:

Relação de Transformação: é a relação entre a tensão aplicada ao

enrolamento primário e a tensão induzida no enrolamento secundário;

Ex: Relação de transformação 2:1 – significa que, se aplicarmos 220V no

enrolamento primário, teremos no secundário 110V.

Tensão Nominal do Primário: máxima tensão que deve ser aplicada ao

enrolamento primário do transformador;

Tensão Nominal do Secundário: tensão de saída do transformador. Será

obtida de acordo com a relação de transformação;

Corrente Nominal do Secundário: corrente máxima que pode percorrer o

enrolamento secundário.

Page 93: Comandos Elétricos - Senai - MG

93

Aplicações

Reduzir a tensão da rede a nível compatível com o valor da tensão de

alimentação dos componentes de comando (bobinas, sinaleiros luminosos, relés,

etc.).

Segurança das pessoas, nas intervenções de manobras e correções de

defeitos do equipamento.

Separar o circuito principal do circuito auxiliar, restringindo e limitando

possíveis curtoscircuitos a valores que não afetem os condutores do circuito a

que estão ligados.

Auto-transformador

Dispositivo usado para reduzir a tensão de partida dos motores de rotor em

curto - circuito, mantendo um conjugado para a partida e aceleração do motor.

Simbologia

O símbolo do autotransformador trifásico é mostrado na Figura 1.107.

Figura 1.107: Autotransformador trifásico.

Page 94: Comandos Elétricos - Senai - MG

94

Constituição

É constituído por três bobinas enroladas sobre um núcleo de ferro laminado,

formando um conjunto trifásico. As bobinas possuem derivações, normalmente 65% e

80%, que são ligadas à carga. Os três bornes superiores das bobinas são ligados à

rede elétrica e nos outros três inferiores se faz um fechamento em estrela (Y),

conforme mostra a Figura 1.108.

Figura 1.108: Conexões e taps do autotransformador.

Funcionamento

Os motores trifásicos de rotor em curto-circuito absorvem na partida valores de

corrente que podem atingir até 07 vezes o seu valor nominal.

Ligando-se a alimentação da rede aos terminais de entrada do

autotransformador e a carga em uma de suas derivações, com percentual definido

(65% ou 80%), reduziremos ao percentual do valor da derivação a tensão na carga,

reduzindo a corrente na partida do motor.

Importante: a capacidade do autotransformador deve ser compatível com a

potência do motor.

Page 95: Comandos Elétricos - Senai - MG

95

Transformador de corrente – TC

O transformador de corrente é um dispositivo que reduz os valores de correntes

a outros de menor intensidade, de acordo com sua relação de transformação (Figura

1.109).

Figura 1.109 Transformador de corrente.

Simbologia

Os símbolos do transformador de corrente estão mostrados na Figura 1.110.

Figura 1.110: Símbolos do transformador de corrente.

Page 96: Comandos Elétricos - Senai - MG

96

Funcionamento

O enrolamento primário é o próprio barramento ou cabo que conduz a corrente

da carga, que tem um valor elevado, e deverá ser reduzida. Essa corrente induz uma

corrente na bobina do secundário, tão menor quanto maior a relação de

transformação do TC. O secundário alimenta os instrumentos ou dispositivos que irão

funcionar com corrente reduzida.

Devido às características construtivas do TC, surgem tensões de vários

kilovolts nos terminais do secundário, caso seja aberto em funcionamento.

Os inconvenientes destes fatos são:

Risco de vida para operadores;

Aquecimento excessivo: causa a destruição do isolamento e pode

provocar contato entre o circuito primário, o secundário e a terra;

Se não houver danos; possibilidade de alteração nas características de

funcionamento e de precisão.

Por medida de segurança pessoal e do próprio aparelho, nunca deixe o TC com o secundário aberto. Se for necessário realizar qualquer operação neste circuito, deve-se curto – circuitá-lo antes com um condutor de baixa impedância.

Aplicações

São normalmente usados em circuitos onde se deseja fazer medições ou

proteção.

Medição: imagine uma situação em que se necessite medir uma corrente de

1000A. Usando-se um TC com relação de 1000/50 e um amperímetro

adequado para esta situação (com escala graduada de 0 – 1000A), faz-se a

medição. Quando circular uma corrente de 1000 A pelo circuito, será de 50A a

corrente no secundário do TC e no amperímetro, que indicará a medida real, ou

seja, 1000A .

Page 97: Comandos Elétricos - Senai - MG

97

Figura 1.111: TC com relação de transformação de 1000/50A. Fonte: SENAI. MG. p. 110.

Proteção: neste caso, o TC é associado a um relé térmico, cuja corrente

nominal é inferior à da rede. Se usarmos um TC com relação 200 / 5, significa

que quando houver uma corrente de 200 A na rede, a corrente no relé será de

5 A. Dessa forma, o relé térmico terá seu tamanho reduzido e poderá ser um

relé normalizado (da linha de produção).

1.14 Chaves Seccionadoras

11..1144..11 -- DDeeffiinniiççããoo

Segundo a norma IEC-60947-3, seccionador é um dispositivo de manobra

(mecânico) que assegura, na posição aberta, uma distância de isolamento que

satisfaz requisitos de segurança especificados. O seccionador deve ser capaz de

fechar ou abrir um circuito, ou quando a corrente estabelecida ou interrompida é

desprezível, ou quando não se verifica uma variação significativa na tensão entre

terminais de cada um dos seus pólos.

Um seccionador deve ser capaz também de conduzir correntes em condições

normais de circuito, e também de conduzir por tempo especificado, as correntes em

condições anormais do circuito, tais como as de curto-circuito.

Page 98: Comandos Elétricos - Senai - MG

98

As chaves seccionadoras têm as seguintes funções:

Isolar equipamentos ou linhas para a execução de manutenção;

Manobrar circuitos (transferência de circuitos entre os barramentos de

uma subestação);

“Bypassar” equipamentos, por exemplo: disjuntores ou capacitores

série para execução de manutenção ou por necessidade operativa.

No contexto apresentado, Bypassar significa criar um caminho alternativo para a corrente elétrica.

As seccionadoras somente podem operar quando houver uma variação de

tensão insignificante entre os seus terminais ou nos casos de interrupção ou

restabelecimento de correntes insignificantes.

11..1144..22 TTiippooss ddee CChhaavveess

Chave Seccionadora Primária

É um equipamento destinado a interromper, de modo visível, a continuidade

metálica de um determinado circuito.Devido a seu poder de interrupção ser praticamente

nulo, as chaves seccionadoras devem ser operadas com o circuito a vazio (somente

tensão).Também são fabricadas chaves seccionadoras interruptoras, do tipo manual

ou automática, que são capazes de desconectar um circuito operando a plena carga.

As chaves seccionadoras podem ser construídas com um só pólo (unipolares)

ou com três pólos (tripolares). As primeiras são próprias para utilização em redes

aéreas de distribuição; o segundo tipo, normalmente, é utilizado em subestações de

instalação abrigada, em cubículo de alvenaria ou metálico.

Page 99: Comandos Elétricos - Senai - MG

99

Observe as Figuras 1.112 e 1.113

Figuras 1.112: Secionador monopolar de alta tensão a vazio (fechado - aberto). Fonte: <http://www.celsa.com.co/protecciones/espanol/seccionador>. Acesso em 05 jul. 2007.

Mecanismo de operação

O mecanismo de operação da seccionadora pode ser manual ou motorizado. A

operação manual pode ser feita por uma simples vara isolante (por exemplo: chave-

fusível em redes de distribuição) ou por uma manivela (ou volante) localizada na base

do seccionador. A operação motorizada pode ser feita por um único mecanismo que,

através de hastes, comanda a operação conjunta dos três pólos ou por mecanismos

independentes para cada pólo do seccionador (pantográficos e semi-pantográficos).

A seccionadora motorizada, geralmente, tem mecanismos de operação

manual, usados em caso de defeito do mecanismo motorizado ou no caso de ajuste

das lâminas durante os serviços de manutenção.

Page 100: Comandos Elétricos - Senai - MG

100

Figura: 1.113: Seccionador tripolar a vazio – alta tensão. Fonte: <http://www.amt.efacec.pt/images>. Acesso em: 05 jul. 2007.

Figura 1.114: Interruptor-Seccionador fusível – alta tensão. Fonte: <http://www.amt.efacec.pt/images>. Acesso em: 05 jul. 2007.

Page 101: Comandos Elétricos - Senai - MG

101

Especificação Sumária

Para especificar uma chave seccionadora tripolar primária é necessário que

sejam definidos os seguintes elementos:

corrente nominal, em A;

tensão nominal, em kV;

tensão suportável a seco, em KV;

tensão suportável sob chuva, em kV;

tensão suportável de impulso (TSI), em kV;

uso (interno ou externo);

corrente de curta duração para efeito térmico, valor eficaz, em kA;

corrente de curta duração para efeito dinâmico, valor de pico, em kA;

tipo de acionamento (manual: através de alavanca de manobra, ou

motorizada).

Chave seccionadora tripolar de baixa tensão

É um equipamento capaz de permitir a abertura de todos os condutores não

aterrados de um circuito, de tal modo que nenhum pólo possa ser operado

independentemente. As chaves seccionadoras podem ser classificadas em dois tipos:

seccionadora com abertura sem carga e seccionadora sob carga ou interruptor.

Chave seccionadora com abertura sem carga (a vazio)

O Seccionador a vazio é um equipamento de manobra que deve operar sempre

a vazio, ou seja; sem corrente.

É uma chave de comando manual (local ou à distância quando

motorizada).

Destina-se especificamente para fins de manutenção;

Pode ser construída para instalações abrigadas ou no tempo;

Geralmente é equipada com contatos auxiliares, permitindo o

intertravamento com disjuntores ou outros equipamentos de manobra;

Não contém câmara para extinção de arco voltaico, o que a torna

inadequada para operação sob carga.

Page 102: Comandos Elétricos - Senai - MG

102

Simbologia

Observe as Figuras 1.115 e 1.116

Figura 1.115: Simbologia de seccionador acionado sem carga.

Figura 1.116: Simbologia de seccionador-fusível acionado sem carga.

Chave seccionadora sob carga ou interruptor

Tem a capacidade de operar com o circuito desde a condição de carga nula até

a de carga plena. As seccionadoras de atuação em carga são providos de câmaras de

extinção de arco e de um conjunto de molas capaz de imprimir uma velocidade de

operação elevada. (Figura 1.117).

Page 103: Comandos Elétricos - Senai - MG

103

Figura 1.117: Seccionador para manobra sob carga. Fonte: <http://www.jaguareletrica.com.br/imagens/seccionadora>. Acesso em: 05 jul. 2007.

A principal função das chaves seccionadoras é permitir que seja feita

manutenção segura numa determinada parte do sistema. Quando as seccionadoras

são instaladas em circuitos de motores, deve-se desligar tanto os motores como o

dispositivo de controle.

Sobre os dispositivos de seccionamento pode-se estabelecer:

A posição dos contatos ou dos outros meios de seccionamento deve ser visível

do exterior ou indicada de forma clara e segura;

Os dispositivos de seccionamento devem ser projetados e/ou instalados de

forma a impedir qualquer restabelecimento involuntário. Esse restabelecimento

poderia ser causado, por exemplo, por choque ou vibrações;

Devem ser tomadas medidas para impedir a abertura inadvertida ou desautorizada dos dispositivos de seccionamento, apropriados à abertura sem carga.

Recomenda-se que as seccionadoras utilizadas em circuitos de motores de até 600 V devem ser dimensionadas pelo menos para 115% da corrente nominal, isto é:

I = 1,15 x Inm

Quando são instalados em circuitos de capacitor, devem ser dimensionados pelo menos para 135% da corrente nominal do banco, ou seja:

Isec = 1,35 x Icap

Page 104: Comandos Elétricos - Senai - MG

104

As chaves seccionadoras devem ser dimensionadas para suportar, durante o

tempo de 1s, a corrente de curto-circuito, o valor eficaz (corrente térmica) e o valor de

crista da mesma corrente (corrente dinâmica).

Seccionadoras sem porta fusíveis

Apresentam as mesmas características das seccionadoras sob carga,

porém, não permitem a incorporação de fusíveis.

Os fusíveis, quando previstos, devem ser montados separadamente

Figura 1.118: Simbologia de seccionador sob carga.

Seccionadoras com porta fusíveis

Figura 1.119 : Seccionadoras sob carga. Fonte:http://www.mediaibox.siemens.com.br/templates/produto. Acesso em: 05 jul. 2007.

Page 105: Comandos Elétricos - Senai - MG

105

São chaves tripolares normalmente utilizadas em instalações industriais no

ramo de alimentação de motores;

Também são utilizadas como chave geral de distribuição de circuitos;

São usadas com fusíveis incorporados, sobrepostos na sua parte frontal;

Oferecem segurança na troca de fusíveis, uma vez que quando desligadas,

os fusíveis ficam sem tensão.

Permitem um seccionamento seguro mesmo quando a carga estiver

conectada.

Simbologia

Figura 1.120: Simbologia de seccionador-fusível sob carga.

1.15 Sinalização

11..1155..11 IInnttrroodduuççããoo

A sinalização é uma forma visual, ou sonora, de indicar uma determinada

operação em um circuito, em uma máquina ou num conjunto de máquinas. Pode ser

feita por buzinas, campainhas, sinaleiros luminosos ou sinalizadores audiovisuais.

Neste estudo serão abordados apenas os sinaleiros luminosos.

11..1155..22 SSiimmbboollooggiiaa

Os símbolos dos sinalizadores mais usados estão no Quadro 6.

Page 106: Comandos Elétricos - Senai - MG

106

Quadro 6 Sinalização audiovisual.

11..1155..33 SSiinnaalleeiirrooss lluummiinnoossooss

São sinaleiros usados para indicar as condições de operação de um circuito,

através de um visor com cores padronizadas. (Figura 1.121).

Figura 1.121: Alguns modelos de sinaleiros luminosos. Fonte:<http://www.schmersal.com.br/catalogos>.Acesso em: 28 maio 2007.

Constituição

O sinaleiro luminoso é constituído de um elemento frontal de sinalização e um

elemento soquete que podem estar agrupados em uma peça e em alguns casos

são modulares, conforme descrito a seguir:

Page 107: Comandos Elétricos - Senai - MG

107

a) Elemento frontal de Sinalização

Possui um visor colorido à frente de uma lâmpada conforme mostra figura

1.121. As cores dos visores são padronizadas para as principais aplicações e estão

relacionadas no Quadro 7.

Figura 1.122: Visor frontal de sinaleiro. Fonte: http://www.schmersal.com.br/catalogos. Acesso em: 28 maio 2007.

Quadro 7 Cores padronizadas de sinalizadores.

Cor Condições de

operação Exemplos de aplicação

Vermelho Condições Anormais

Indicação de que a máquina está paralisada devido à atuação de um dispositivo de proteção, perante, por exemplo, uma sobrecarga ou a qualquer falha.

Verde Equipamento pronto para operar

Partida normal; todos os dispositivos auxiliares funcionam e estão prontos para operar. A pressão hidráulica ou a tensão estão nos valores especificados. O ciclo de operação está concluído e a máquina está pronta para operar novamente.

Amarelo Atenção ou cuidado

O valor de uma grandeza aproxima-se do seu valor limite (corrente, temperatura).-Sinal para ciclo de operação automático.

Branco Circuitos sob tensão em operação (funcionalmente) normal

Chave principal na posição LIGA.-Escolha da velocidade ou do sentido de rotação.-Acionamentos individuais e dispositivos auxiliares estão operando.

Máquina em movimento.

Azul Informação Todas as funções para as quais não se aplicam as

cores acima

Page 108: Comandos Elétricos - Senai - MG

108

Em alguns casos, pode-se usar sinaleiro com visor translúcido, que possibilita

a inserção de dizeres, números ou símbolos em suas lentes.

A especificação é feita de acordo com o modelo (que determina suas

dimensões, cores, etc.), diâmetro da furação e forma de fixação ao painel, que é por

meio de rosca no corpo do sinalizador.

b) Elemento Soquete

É um dispositivo acoplável aos elementos frontais de comando. São projetados

para uso de lâmpadas incandescentes - soquetes E-14 e BA9S. O elemento soquete

pode ser acoplado a um transformador, resistor, conversor ou um pisca - pisca, de

acordo com as características elétricas da lâmpada usada e do tipo de sinalização,

conforme Figura 1.123.

Figura 1.123: Elemento soquete. Fonte: SENAI. MG. 1998. p. 93.

A especificação do sinaleiro é feita de acordo com o tipo de lâmpada a

ser usada, tensão, potência e temperatura nos quais o componente será

submetido.

Exemplo:

220V/2W (T= 85º C)

Abaixo estão apresentados alguns dados técnicos de sinaleiros da Linha

Sinofix, retirados de catálogo eletrônico da Ace Schmersal.

“Corpo: Termoplástico”;

Aro frontal: Termoplástico;

Visor: Termoplástico, internamente estriado ou serrilhado;

Page 109: Comandos Elétricos - Senai - MG

109

Fixação ao painel: Por pressão/encaixe no furo;

Espessura da chapa do painel: Entre 0,8 e 2,0 mm;

Lâmpadas: a) Incandescente de 6, 12, 24 e 48 ~ / b) Neon de 110 e

220V~ (com resistor)/c) Diodos luminosos de 6, 12, 24 e 48V~ (com

resistor e diodo de proteção) d) LED de 6, 12, 24, 48 e 110V;

Ligação: Terminais chatos de latão estanhado 2,8 x 0,8 mm,

soldáveis ou "plug-in";

Temperatura admissível: 70º C;

Proteção: IP40 no frontal do painel.

1.16 Terminais

1.16.1 Introdução

Os terminais são componentes que são conectados aos condutores dos

circuitos e tem como função aumentar o contato elétrico entre o condutor e o borne ou

outro local a ser conectado o condutor, eliminando assim, as perdas devido ao mal

contato.

11..1166..22 TTiippooss ddee tteerrmmiinnaaiiss

Terminal e luva pré isolados

São terminais fabricados em cobre eletrolítico com acabamento estanhado e a

isolação em PVC, normalmente tem ranhuras no interior para melhorar o contato

elétrico e aumentar a resistência ao deslizamento do condutor. Normalmente abrange

as bitolas de 0,25 a 6mm², podendo ser sem isolação, pré-isolados e pré-isolados

reforçados. Constituem-se em: anéis, forquilhas, forquilhas tipo anel, anzóis, linguetas

planas, forquilhas pontas dobradas, pinos, pinos retos, luvas de emenda, paralelos de

derivação, etc.

Figura 1.124: Terminais. Fonte: < http://www.crimper.com.br>. Acesso em: 29 maio 2007.

Page 110: Comandos Elétricos - Senai - MG

110

É possível identificar a seção transversal do cabo que poderá ser conectado

aos terminais através de um código de cores, sendo:

Exemplo:

Os terminais de cor vermelha – Cabos de 0,5 a 1,5 mm²;

Os terminais de cor azul – Cabos de 1,5 a 2,5 mm²;

Os terminais de cor amarela – Cabos de 4,0 a 6,0 mm².

Figura 1.125: Identificação dos terminais pela cor. Fonte: <http://www.intelli.com.br/produtos.phpis>. Acesso em: 29 maio 2007.

Terminais de encaixe

São terminais fabricados a partir de fitas de latão ou cobre, possui tratamento

superficial de estanho. Abrange as bitolas de 0,25 a 6mm², podendo ser sem isolação,

com isolação e com garra, pré-isolados, pré-isolados reforçados, totalmente isolados

e isolados em acopladores de nylon. Constituem-se normalmente em engates tipo

fêmea, engates tipo fêmea totalmente isolados, engates tipo macho, engates tipo

macho-fêmea, etc.

Figura 1.126: Terminais de encaixe. Fonte: < http://www.intelli.com.br/produtos>. Acesso em: 29 maio 2007.

Page 111: Comandos Elétricos - Senai - MG

111

Terminais e luvas tubulares

Normalmente são fabricados a partir de tubos de cobre de alta condutibilidade

e possui tratamento superficial de estanho, resistente aos efeitos da corrosão.

Abrange a bitolas de 0,50 a 630,00mm², podendo ser nos seguintes modelos:

terminais tubulares: 1 furo e 1 compressão ou 1 furo e 2 compressões, 2 furos e 1

compressão ou 2 furos e 2 compressões. Luvas tubulares: 1 compressão ou 2

compressões, ambas com limitador central para posicionar corretamente os

condutores.

Figura 1.127: Terminais e luvas tubulares. Fonte: < http://www.crimper.com.br>. Acesso em: 29maio 2007.

Terminal Pré-isolado tipo ilhós (Pino Tubular)

“São terminais fabricados em cobre com camada de estanho. Apropriado para uso em componentes eletro-eletrônicos que exigem reduzidas dimensões para contato e excelente resistência às vibrações. Disponíveis para cabos de bitola 0,75 a 25 mm².”

Figura 1.128: Terminais tipo ilhós.

Fonte: < http://www.intelli.com.br>. Acesso em: 29 maio 2007.

Page 112: Comandos Elétricos - Senai - MG

112

Ferramentas

As ferramentas para aplicação deverão ser escolhidas de acordo com o tipo de

terminal que está sendo utilizado. Na Figura 1.129 estão representados alguns tipos

de alicates usados para aplicação de terminais, disponíveis no mercado.

Figura 1.129: Alicates prensa-terminais. Fonte: <http://www.hellermann.com.br>. Acesso em: 29 maio 2007.

Page 113: Comandos Elétricos - Senai - MG

113

1.17 Bornes de conexão

11..1177..11 IInnttrroodduuççããoo

São dispositivos usados nas instalações elétricas para facilitar o processo de

interligação entre circuitos, como alimentação, carga, teste, e medição,

proporcionando para tais circuitos, a possibilidade de derivações, emendas,

continuidade, ligações, saídas, etc. (Figura 1.130).

Figura 1.130 Bornes de conexões. Fonte: <http://www.siemens.com.br/upfiles>. Acesso em: 30 maio 2007.

11..1177..22 SSiimmbboollooggiiaa

O símbolo de borne de conexão é mostrado na Figura 1.131.

Figura 1.131 Símbolo de borne de conexão.

Page 114: Comandos Elétricos - Senai - MG

114

11..1177..33 CCoonnssttiittuuiiççããoo ddee uumm ssiisstteemmaa ddee ccoonneexxããoo

Os conectores, com seus respectivos acessórios representam um sistema fácil

e flexível de conexões, resolvendo inúmeros problemas de ligações elétricas,

mediante um mínimo de peças necessárias. Os componentes deste sistema são:

a) Componente principal: conector unipolar

b) Acessórios: placa final, garra final, trilho, placa separadora, ponte de interligação,

identificadores e tampa de proteção.

+

Figura 1.132: Componentes de um sistema de conexão. Fonte: <http://www.conexel.com.br>. Acesso em: 16 maio 2007.

Conector Unipolar

Possui corpo isolante que permite a montagem e isolamento das peças

condutoras (contatos). Apresenta bornes em seus extremos, para entrada dos

condutores e em sua parte inferior uma saliência, que serve para encaixe do conector

ao trilho (Figura 1.133).

Figura 1.133: Conector unipolar. Fonte: <http://www.siemens.com.br>. Acesso 30 maio 2007.

Page 115: Comandos Elétricos - Senai - MG

115

Placa Final

É uma placa isolante que serve para fechar o último conector montado no

trilho, conforme mostra a Figura 1.134.

Figura 1.134 Placa final. Fonte: <http://www.conexel.com.br>. Acesso em: 16 maio 2007.

Garra Final

Elementos que são fixados nas extremidades do trilho, para evitar o

desprendimento dos conectores. Para cada conjunto de conectores são utilizadas

duas garras de fixação, também chamadas de postes.

Observe a Figura 1.135.

Figura 1.135: Garra final ou poste. Fonte: <http://www.conexel.com.br>. Acesso em: 16 maio 2007.

Page 116: Comandos Elétricos - Senai - MG

116

Trilho

É o elemento suporte, onde serão fixados os conectores unipolares e outros

elementos acessórios, apresentado na Figura 1.136.

Figura 1.136. Trilho. Fonte: <http://www.conexel.com.br> . Acesso em: 16 maio 2007.

Placa Separadora

É uma placa que serve para separar e isolar os bornes. Na Figura 1.137,

podemos observar um conjunto de conectores unipolares, onde temos 03 placas

separadoras na cor amarela.

Figura 1.137: Placa separadora. Fonte: <http://www.siemens.com.br>. Acesso em: 30 maio 2007.

Page 117: Comandos Elétricos - Senai - MG

117

Ponte de Interligação

Serve para interligar dois ou mais conectores, de acordo com a necessidade do

circuito. (Figura 1.138).

Figura 1.138: Ponte de interligação. Fonte: <http://www.conexel.com.br> . Acesso em: 16 maio 2007.

Identificadores

São de diversos modelos e utilizados para identificar os bornes dos conectores.

São encaixados no conector manualmente. Observe a Figura 1.139.

Figura 1.139: Identificador de bornes. Fonte: <http://www.conexel.com.br>. Acesso em: 16 maio 2007.

11..1177..44 CCaarraacctteerrííssttiiccaass eellééttrriiccaass

As principais características deste dispositivo são:

Tensão de Isolação: deve superar o valor da tensão da rede onde

serão instaladas.

Page 118: Comandos Elétricos - Senai - MG

118

Corrente Nominal: varia de acordo com a capacidade de corrente dos

condutores instalados.

Seção dos Condutores: possuem uma faixa para os valores de seção,

que estabelece os limites máximo e mínimo das bitolas dos condutores

adequados a cada tipo de borne.

Tensão Nominal: deve ser compatível com a tensão onde o borne será

instalado.

A Tabela 3 apresenta os dados técnicos de um conector da linha 8WAI da Siemens.

Tabela 3 Conector 8WAI Siemens

Seção (mm2) 2,5 4,0

Corrente Permanente (A) 26,0 34,0

Tipo de condutor Fio (mm2) Cabo Flexível (mm2)

0,25 - 4,0 0,5 - 2,5

0,5 - 6,0 1,5 - 4,0

Temperatura Ambiente até 55º até 55º

Temperatura Máxima 100º 100º

Tensão de Isolação 800 V 800 V

11..1177..55 TTiippooss ddee ccoonneeccttoorreess uunniippoollaarreess

Conectores de Passagem

São usados para permitir a continuidade do circuito, emenda nos condutores,

saídas, etc. São fabricados para cabos entre 2,5 mm2 e 35 mm2 (Figura 1.140).

Figura 1.140: Conectores de passagem. Fonte: http://www.siemens.com.br/upfiles>. Acesso em: 30 maio 2007.

Page 119: Comandos Elétricos - Senai - MG

119

Conectores Seccionadores de Medição

São utilizados para testar e seccionar circuitos com transformadores de

corrente, sem interrupção do serviço (Figura 1.141).

Figura 1.141: Conectores seccionadores. Fonte: <http://www.siemens.com.br/upfiles>. Acesso em: 30 maio 2007.

Conector Seccionador Fusível

Além de fazer a conexão entre as partes do circuito, destina-se à proteção de

curto-circuito (Figura 1.142).

Figura 1.142: Conector seccionador fusível. Fonte: <http://www.siemens.com.br/upfiles>. Acesso em: 30 maio 2007.

Conectores Terra

É um tipo de conector de passagem que efetua a continuidade elétrica dos

circuitos e o aterramento dos mesmos.

Page 120: Comandos Elétricos - Senai - MG

120

Figura 1.143: Conector Terra. Fonte: <http://www.siemens.com.br> Acesso em: 30 maio 2007.

OBS: além dos conectores unipolares, existem outros tipos, tais como: conectores em barra

(Sindal), conectores para motores, etc...

1.18 SOFT-STARTER

11..1188..11 IInnttrroodduuççããoo

Algumas técnicas foram desenvolvidas com o objetivo de controlar a corrente

de partida de motores elétricos, um claro exemplo é o sistema que utiliza as chaves

de partida tipo soft-starter.

Estes equipamentos eletrônicos vêm assumindo significativamente o lugar de

outros sistemas anteriormente desenvolvidos, principalmente porque faz com que a

partida do motor seja realizada de forma suave, aumentando desta forma a qualidade

da partida.

Page 121: Comandos Elétricos - Senai - MG

121

Figura 1.144: Aspecto físico de uma soft-starter. Fonte: <http://www.wegelectricalmotors.com>. Acesso em: 31 maio 2007.

11..1188..22 PPrriinnccííppiiooss ddee ffuunncciioonnaammeennttoo//eessttrruuttuurraa bbáássiiccaa

Segundo o Guia de aplicação de Soft-starter:

“O funcionamento das soft-starters está baseado na utilização de um circuito eletrônico de potência, que é comandado através de uma pa eletrônica de controle, a fim de ajustar a tensão de saída, conforme uma programação feita previamente...” (WEG, p.65). “Um Soft-Starter que inclua características de otimização de energia altera a operação do motor. A função de otimização de energia reduz a tensão aplicada aos terminais do motor de modo que a energia necessária para suprir o campo seja proporcional à demanda da carga. Isso nos trás benefícios na prática, pois é comum selecionar um motor com potência superior ao máximo que

Page 122: Comandos Elétricos - Senai - MG

122

a carga exige. O motor selecionado para qualquer aplicação estará quase certamente sobredimensionado e por esta razão, quando alimentado à tensão nominal, esta energia poderá ser economizada, mesmo à plena carga.” (WEG, p. 74).

Além disso, existe, ainda, algumas aplicações onde a potência do motor deve

ser definida em função de um pico de carga, que ocorre intermitentemente, apesar de

a carga nominal muitas vezes ser muito menor, como no caso de compressores.

Como podemos ver na Figura 1.145, a soft-starter controla a tensão da rede

através do circuito de potência, onde variamos o valor eficaz de tensão aplicada ao

motor. A seguir, faremos uma análise mais detalhada de cada uma das partes

individuais desta estrutura, já que notamos nitidamente que podemos dividir a

estrutura acima em duas partes: o circuito de potência e o circuito de controle.

Figura 1.145: Diagrama em blocos simplificado.

Fonte: WEG. Guia de aplicação de soft-starter. p. 65

Page 123: Comandos Elétricos - Senai - MG

123

Circuito de potência

Segundo o Manual de treinamento WEG, módulo Comando e proteção, p.399,

“Este circuito é por onde circula a corrente que é fornecida para o motor. É constituído basicamente pelos SCRs e suas proteções, e os TCs (transformadores de corrente). Os transformadores de corrente fazem a monitoração da corrente de saída permitindo que o controle eletrônico efetue a proteção e manutenção do valor de corrente em níveis pré-definidos (função limitação de corrente ativada).”

Circuito de controle

De acordo com o Manual de treinamento WEG, módulo 1 – comando e proteção. p.

399:

“Onde estão os circuitos responsáveis pelo comando, monitoração e proteção dos componentes do circuito de potência, bem como os circuitos utilizados para comando, sinalização e interface homem-máquina que serão configurados pelo usuário em função da aplicação. Atualmente a maioria das chaves soft-starters disponíveis no mercado são microprocessadas, sendo assim, totalmente digitais. Alguns fabricantes ainda produzem alguns modelos com controle analógico, mais no sentido de oferecer uma opção mais barata para aplicações onde não sejam necessárias funções mais sofisticadas.”

11..1188..33 PPrriinncciippaaiiss ccaarraacctteerrííssttiiccaass// ffuunnççõõeess

Além das características mostradas anteriormente as soft-starters também

apresentam funções programáveis que permitirão configurar o sistema de

acionamento de acordo com as necessidades do usuário.

Rampa de tensão na aceleração

As chaves soft-starters têm uma função que gera, na saída da mesma, uma

tensão eficaz gradual e continuamente crescente até que seja atingida a tensão

nominal da rede. Graficamente podemos observar isto através da Figura 1.146.

Page 124: Comandos Elétricos - Senai - MG

124

Figura 1.146: Rampa de tensão aplicada ao motor na aceleração.

“Atentem ao fato de que quando ajustamos um valor de tempo de rampa, e de tensão de partida (pedestal), isto não significa que o motor irá acelerar de zero até a sua rotação nominal no tempo definido por ta. Isto na realidade dependerá das características dinâmicas do sistema motor/carga, como por exemplo: sistema de acoplamento, momento de inércia da carga refletida ao eixo do motor, atuação da função de limitação de corrente, etc .

Tanto o valor do pedestal de tensão, quanto o de tempo de rampa são valores ajustáveis dentro de uma faixa que pode variar de fabricante para fabricante.

Não existe uma regra prática que possa ser aplicada para definir qual deve ser o valor de tempo a ser ajustado, e qual o melhor valor de tensão de pedestal para que o motor possa garantir a aceleração da carga. A melhor aproximação poderá ser alcançada através do cálculo do tempo de aceleração do motor.” (WEG. Guia de aplicação de soft-starter. p. 69).

Page 125: Comandos Elétricos - Senai - MG

125

Rampa de tensão na desaceleração

“Existem duas possibilidades para que seja executada a parada do motor, por inércia ou controlada, respectivamente. Na parada por inércia, a soft-starter leva a tensão de saída instantaneamente a zero, implicando que o motor não produza nenhum conjugado na carga, que por sua vez, irá perdendo velocidade, até que toda energia cinética seja dissipada. Na parada controlada, a soft-starter vai gradualmente reduzindo a tensão de saída até um valor mínimo em um tempo pré-definido.” (WEG. p. 70)

Graficamente podemos observar a Figura 1.147.

Figura 1.147: Perfil de tensão na desaceleração. Fonte: WEG. p. 70.

Kick Start

“Existem cargas que no momento da partida exigem um esforço extra do acionamento em função do alto conjugado resistente. Nestes casos, normalmente a soft-starter precisa aplicar no motor uma tensão maior que aquela ajustada na rampa de tensão na aceleração, isto é possível utilizando uma função chamada ”Kick Start.”

Page 126: Comandos Elétricos - Senai - MG

126

Como podemos ver na Figura 1.147:

“...esta função faz com que seja aplicado no motor um pulso de tensão com amplitude e duração programáveis para que o motor possa desenvolver um conjugado de partida, suficiente para vencer o atrito, e assim acelerar a carga. Deve-se ter muito cuidado com esta função, pois ela somente deverá ser usada nos casos onde ela seja estritamente necessária.” (WEG. Guia de aplicação de soft-starter. p. 71-72).

Figura 1.148: Representação gráfica da função “Kick Start”. Fonte: WEG. p. 72.

Limitação de corrente

“Na maioria dos casos onde a carga apresenta uma inércia elevada, é utilizada uma função denominada de limitação de corrente. Esta função faz com que o sistema rede/soft-starter forneça ao motor somente a corrente necessária para que seja executada a aceleração da carga.” (WEG. Guia de aplicação de soft-starter. p. 72).

Page 127: Comandos Elétricos - Senai - MG

127

No Gráfico abaixo podemos observar como esta função é executada.

Gráfico 1: Limitação de corrente. Fonte: WEG. p. 402.

“Este recurso é sempre muito útil, pois, garante um acionamento realmente suave e, melhor ainda, viabiliza a partida de motores em locais onde a rede se encontra no limite de sua capacidade. Normalmente nestes casos a condição de corrente na partida faz com o sistema de proteção da instalação atue, impedindo assim o funcionamento normal de toda a instalação. Ocorre então a necessidade de se impor um valor limite de corrente de partida de forma a permitir o acionamento do equipamento bem como de toda a indústria. A limitação de corrente também é muito utilizada na partida de motores cuja carga apresenta um valor mais elevado de momento de inércia.” (WEG. Guia de aplicação de soft-starter. p. 73.).

Pump control

“Esta função é utilizada especialmente para a aplicação de partida soft-starter em sistemas de bombeamento. Trata-se na realidade de uma configuração específica (pré-definida) para atender este tipo de aplicação, onde normalmente é necessário estabelecer uma rampa de tensão na aceleração, uma rampa de tensão na desaceleração e a habilitação de proteções. A rampa de tensão na desaceleração é ativada para minimizar o golpe de aríete, prejudicial ao sistema como um todo. São habilitadas também as proteções de seqüência de fase e subcorrente imediata.” (WEG. Guia de aplicação de soft-starter. p. 74).

Page 128: Comandos Elétricos - Senai - MG

128

Economia de energia

“Uma soft-starter que inclua características de otimização de energia simplesmente altera o ponto de operação do motor. Esta função, quando ativada, reduz a tensão aplicada aos terminais do motor de modo que a energia necessária para suprir o campo seja proporcional à demanda da carga. Em termos práticos pode-se observar uma otimização com resultados significativos somente quando o motor está operando com cargas inferiores a 50% da carga nominal. Isto, diga-se de passagem, é muito difícil de encontrar, pois estaríamos falando de motores muito sobredimensionados, o que atualmente em virtude da crescente preocupação com o desperdício de energia e fator de potência, vem sendo evitado a todo custo.” (WEG. Guia de aplicação de soft-starter. p. 74-75).

11..1188..44 PPrrootteeççõõeess

Sobrecorrente imediata na saída

Ajusta o máximo valor de corrente que a soft-starter permite fluir para o motor por

período de tempo pré-ajustado, (via parametrização).

Gráfico 2: Proteção de sobrecorrente imediata. Fonte: WEG. p. 403.

Page 129: Comandos Elétricos - Senai - MG

129

Subcorrente imediata

“Ajusta o mínimo valor de corrente que a soft-starter permite fluir para o motor por período de tempo pré-ajustado (via parametrização); esta função é muito utilizada para proteção de cargas que não possam operar em vazio como, por exemplo, sistemas de bombeamento.”

Gráfico 3: Proteção de subcorrente imediata. Fonte: WEG. p. .404.

Sobrecarga na saída (Ixt)

“Supervisiona as condições de sobrecarga conforme a classe térmica selecionada,

protegendo o motor termicamente contra sobrecargas aplicadas ao seu eixo.” (WEG.

Manual de treinamento, p. 404).

Sobretemperatura no circuito interno de potência

“Monitora a temperatura no circuito de potência através de um termostato montado sobre o dissipador de alumínio, onde também estão montados os tiristores. Caso a temperatura do dissipador superar 90 °C, o termostato irá comutar fazendo com que a CPU bloqueie imediatamente os pulsos de disparo dos tiristores, enviando uma mensagem de erro que será mostrada no display”. (WEG. Manual de treinamento. p. 405).

Page 130: Comandos Elétricos - Senai - MG

130

Seqüência de fase invertida

“Alguns modelos de soft-starters irão operar somente se a seqüência de fase estiver correta. Esta proteção pode ser habilitada para assegurar que cargas sensíveis a inversão do sentido de giro não sejam danificadas, como exemplo, podemos citar o acionamento para bombas. Uma desvantagem dos modelos que são sensíveis a mudança da seqüência de fase, é que qualquer operação de reversão deverá ser feita na saída da chave.” (WEG. Manual de treinamento. p. 405).

Falta de fase na rede

Detecta a falta de uma fase na alimentação da softstarter e bloqueia os pulsos

de disparo dos tiristores.

Falta de fase no motor

Detecta a falta de uma fase na saída da soft-starter e bloqueia os pulsos de

disparo dos tiristores.

Falha no circuito interno

Detecta se o circuito interno está danificado. Caso exista defeito, bloqueia o

disparo e envia uma mensagem de erro através do display.

Erro na CPU (watchdog)

Ao energizar-se, a CPU executa uma rotina de autodiagnose e verifica os

circuitos essenciais. Caso haja alguma irregularidade, serão bloqueados os pulsos de

disparo dos tiristores e será enviada uma mensagem de erro através do display.

Interferência eletromagnética, também, pode causar a atuação desta proteção.

Erro de programação

“Não permite que um valor que tenha sido alterado incorretamente seja aceito.

Normalmente ocorre quando se altera algum parâmetro com o motor desligado e nas

condições de incompatibilidade.” (Manual de treinamento WEG, módulo 1 – comando

e proteção. p. 405).

Page 131: Comandos Elétricos - Senai - MG

131

Erro de comunicação serial

Impede que um valor alterado ou transmitido incorretamente através da porta

de comunicação serial, seja aceito.

Defeito externo

“Atua através de uma entrada digital programada. São associados dispositivos

de proteção externos para atuarem sobre esta entrada, como, por exemplo, sondas

térmicas, pressostatos, relés auxiliares, etc.” (WEG. Manual de treinamento. Módulo

1: comando e proteção. p. 406.)

11..1188..55 CCoommppaarraaççããoo eennttrree ssiisstteemmaass ddee ppaarrttiiddaa ddee mmoottoorreess

Comparativo soft-starters x partida estrela-triângulo

ESTRELA-TRIÂNGULO

Vantagens

Custo reduzido.

A corrente de partida é reduzida a 1/3 quando comparada com a partida direta.

Não existe limitação do número de manobras/hora.

Desvantagens

Redução do torque de partida a aproximadamente 1/3 do nominal.

São necessários motores com seis bornes.

Caso o motor não atingir pelo menos 90% da Velocidade nominal, o pico de

corrente na comutação de estrela para triângulo é equivalente ao da partida

direta.

Em casos de grande distância entre motor e chave de partida, o custo é

elevado devido a necessidade de seis cabos.

SOFT-STARTER

Vantagens

Corrente de partida próxima à corrente nominal.

Não existe limitação do número de manobras/hora.

Longa vida útil, pois, não possui partes eletromecânicas móveis.

Torque de partida próximo do torque nominal.

Page 132: Comandos Elétricos - Senai - MG

132

Pode ser empregada, também, para desacelerar o motor.

Desvantagem

Maior custo na medida em que a potência do motor é reduzida.

Comparativo partida compensada X soft-starters

PARTIDA COMPENSADA

Utilização somente em motores de indução standard.

Corrente de partida Ip = +/- 3,0 x In

Possui normalmente 2 tap’s (65 e 85% da Vn do motor) para ajuste da tensão

de partida.

Gera um pico de corrente instantâneo na transição para a tensão nominal

(motor em regime)

Autotransformador possui condição térmica limitante; não suporta um número

alto de partidas por hora.

Peso e volume elevados.

Desgaste das partes móveis de contatores e outros componentes elétricos.

SOFT-STARTERS (PARTIDA ESTÁTICA)

Utilização em motores de indução standard e motores de anéis.

Corrente de partida = +/- 2,0 x In

Possui diversos tap’s (25, 40, 55 ou 75% da Vn do motor) para ajuste da

tensão de partida (ajuste simples através de dip-switches).

Permite aceleração suave pelo acréscimo linear da tensão ao motor não

gerando picos de corrente.

Função Kick-Start (pulso de tensão na partida) para partidas com inércia

elevada.

Existe uma série de proteções, como: limitação de corrente, relé de

sobrecarga, sobrecorrente, subcorrente, falta de fase incorporados à Soft-

Starter.

Page 133: Comandos Elétricos - Senai - MG

133

Utilização em ciclos com economia de energia com redução automática das

perdas magnéticas do motor.

Ausência de contatos móveis prolongando a vida elétrica do equipamento.

Peso e tamanho reduzido.

1.19 Inversores de Frequência

11..1199..11 IInnttrroodduuççããoo

Um acionamento elétrico é um sistema capaz de converter energia elétrica em

energia mecânica (movimento), mantendo sob controle tal processo de conversão.

Estes são normalmente utilizados para acionar máquinas ou equipamentos que

requerem algum tipo de movimento controlado, como, por exemplo, a velocidade de

rotação de uma bomba.

Um acionamento elétrico moderno é formado normalmente pela combinação

dos seguintes elementos:

Motor: converte energia elétrica em energia mecânica;

Dispositivo eletrônico: comanda e/ou controla a potência elétrica entregue ao

motor;

Transmissão mecânica: adapta a velocidade e inércia entre motor e máquina

(carga).

Os motores mais utilizados nos acionamentos elétricos são os motores de

indução. Estes motores, quando alimentados com tensão e freqüência constantes,

sempre que não estejam operando a plena carga (potência da carga igual a potência

nominal do motor) estarão desperdiçando energia. É importante ressaltar, também, o

fato de que um motor de indução transforma em energia mecânica aproximadamente

85% de toda a energia elétrica que recebe e que os 15% restantes são

desperdiçados, sendo assim o acionamento elétrico de máquinas é um assunto de

extrema importância no que se refere a economia de energia.

Page 134: Comandos Elétricos - Senai - MG

134

11..1199..22 SSiisstteemmaass ddee vveelloocciiddaaddee vvaarriiáávveell

Durante muitos anos, as aplicações industriais de velocidade variável foram

ditadas pelos requisitos dos processos e limitadas pela tecnologia, pelo custo, pela

eficiência e pelos requisitos de manutenção dos componentes empregados.

Os sistemas mais utilizados para variação de velocidade foram por, muito tempo,

implementados como motores de indução de velocidade fixa como primeiro dispositivo

de conversão de energia elétrica para energia mecânica. Para a obtenção de

velocidade variável o sistema necessitava de um segundo dispositivo de conversão de

energia que utilizava componentes mecânicos, hidráulicos ou elétricos.

Com a disponibilidade no mercado dos semicondutores, a partir dos anos 60 este

quadro mudou completamente. Mas foi mesmo na década de 80 que, com o

desenvolvimento de semicondutores de potência com excelentes características de

desempenho e confiabilidade, foi possível a implementação de sistemas de variação

de velocidade eletrônicos. O dispositivo de conversão de energia elétrica para

mecânica continuou sendo o motor de indução, mas agora sem a utilização de

dispositivos secundários mecânicos, hidráulicos ou elétricos.

Em muitos casos a eficiência das instalações equipadas com estes novos dispositivos

chegou a ser duplicada quando comparada com os sistemas antigos. Estes sistemas

eletrônicos de variação contínua de velocidade proporcionam, entre outras, as

seguintes vantagens:

Economia de energia;

Melhoramento do desempenho de máquinas e equipamentos, devido a

adaptação da velocidade aos requisitos do processo;

Elimina o pico de corrente na partida do motor;

Reduz a freqüência de manutenção dos equipamentos, entre outras.

Estes novos dispositivos eletrônicos para variação de velocidade de motores

de indução são conhecidos como Inversores de Freqüência. A aplicação de motores

de indução tem se regido historicamente pelas características descritas na placa de

identificação do motor.

Page 135: Comandos Elétricos - Senai - MG

135

Na aplicação dos inversores de freqüência o motor de indução, ao contrário do

que acontece quando ligado diretamente à rede de distribuição de energia elétrica, é

alimentado com freqüência e tensão variável. Isto possibilita obter velocidade variável

no eixo do próprio motor.

É muito importante, assim, conhecer e entender o funcionamento destes

sistemas (motor+inversor) para prevenir erros de aplicação que poderiam acabar com

os benefícios que estes dispositivos proporcionam. Os técnicos ou engenheiros

envolvidos com aplicações de velocidade variável não precisam de conhecimentos

sobre o projeto de motores e projeto de sistemas eletrônicos de comando/controle,

mas sim sobre o funcionamento e utilização dos mesmos. As dúvidas mais freqüentes

podem resumir-se nas seguintes perguntas:

Como funciona meu motor?

Como o motor se comporta ante uma determinada carga?

Como eu posso melhorar/otimizar o funcionamento do meu motor e carga?

Como eu posso identificar problemas no meu sistema?

Esta apostila tem por intenção, fornecer, mesmo para pessoas sem experiência

no assunto, informações sobre o funcionamento dos modernos sistemas de

velocidade, variáveis disponíveis e como eles se comportam em diferentes cargas,

tentando assim responder as perguntas formuladas anteriormente.

11..1199..33 AApplliiccaaççõõeess

Muitos processos industriais requerem dispositivos de acionamento de cargas

com velocidade variável.

Exemplos:

Bombas: variação de vazão de líquidos

Ventiladores: variação de vazão de ar

Sistemas de transporte: variação da velocidade de transporte

Sistemas de dosagem: variação da velocidade de alimentação

Tornos: variação da velocidade de corte

Bobinadeiras: compensação da variação de diâmetro da bobina.

Page 136: Comandos Elétricos - Senai - MG

136

11..1199..44 IInnssttaallaaççããoo ddee iinnvveerrssoorreess ddee ffrreeqquuêênncciiaa

Este capítulo tem como objetivo apresentar os componentes e informações

gerais necessárias para a instalação de um inversor de freqüência. A utilização de

cada componente dependerá de cada caso particular.

Serão abordados os seguintes tópicos (ver Figura 1.149):

Rede de Alimentação;

Manobra e proteção: Chave Seccionadora, Fusíveis de Alimentação;

Condicionamento da Alimentação: Transformador Isolador, Reatância de

Rede, Filtro de Rádio Freqüência, Contatores;

Interferência Eletromagnética: EMI Interferência Eletromagnética, RFI

Interferência de RF;

Aterramento;

Cabos;

Dispositivos de Saída: Relés Térmicos, Reatância;

Instalação em painéis.

Page 137: Comandos Elétricos - Senai - MG

137

Figura 1.149: Instalação de um inversor. Fonte: WEG. p.111.

Page 138: Comandos Elétricos - Senai - MG

138

Rede de alimentação elétrica

Os inversores são projetados para operar em redes de alimentação simétricas.

A tensão entre fase e terra deve ser constante, se por algum motivo esta tensão varia,

por exemplo, pela influência de algum outro equipamento ligado a rede, será

necessário colocar um transformador de isolação.

Fusíveis Os inversores geralmente não possuem proteção contra curto-circuito na

entrada, sendo assim, é responsabilidade do usuário colocar fusíveis para proteção.

Estes são normalmente especificados na documentação técnica.

Condicionamento da rede de alimentação

Geralmente os inversores podem ser ligados diretamente a rede de

alimentação. Existem, no entanto, certas condições que devem ser levadas em conta

na instalação de um inversor, sendo necessária a utilização de transformadores

isoladores e/ou reatâncias de rede.

Exemplos:

A rede elétrica experimenta freqüentes flutuações de tensão ou cortes de

energia elétrica (transformador isolador/reatância);

A rede elétrica não tem neutro referenciado ao terra (transformador isolador);

A rede tem capacitores para correção de fator de potência não conectados

permanentemente. Isto significa que o banco de capacitores estará sendo

conectado e desconectado da rede permanentemente (reatância de rede);

Deve se levar em conta que a colocação de uma reatância de rede reduz a

tensão de alimentação em aproximadamente 2 a 3%. As reatâncias de rede são

utilizadas, também, para:

Minimizar falhas no inversor provocadas por sobretensões transitórias na rede

de alimentação

Reduzir harmônicas

Melhorar o fator de potência

Aumentar a impedância da rede vista pelo inversor.

Page 139: Comandos Elétricos - Senai - MG

139

Filtro de radiofrequência:

Os filtros de rádio freqüência são utilizados na entrada dos inversores para

filtrar sinais de interferência (ruído elétrico) gerados pelo próprio inversor, que serão

transmitidas pela rede e poderiam causar problemas em outros equipamentos

eletrônicos.

Na grande maioria dos casos não são necessários, pois, os inversores já

possuem internamente um filtro na entrada que evita problemas causados por

Interferência Eletromagnética (EMI). Caso seja necessário, devem ser montados

próximos a alimentação do inversor, estando tanto o inversor como o filtro

mecanicamente sobre uma placa de montagem metálica aterrada, havendo bom

contato elétrico entre a chapa e os gabinetes do filtro e inversor.

Contatores

Com a finalidade de prevenir a partida automática do motor depois de uma

interrupção de energia, é necessário colocar um contator na alimentação do inversor

ou realizar algum intertravamento no comando do mesmo. O contador também

permite um seccionamento remoto da rede elétrica que alimenta o inversor.

Interferência eletromagnética (EMI)

Conceitos básicos

A radiação eletromagnética que afeta adversamente o desempenho de

equipamentos eletro-eletrônicos é conhecida geralmente por EMI, ou Interferência

eletromagnética. Muitos tipos de circuitos eletrônicos são suscetíveis a EMI e devem

ser protegidos para assegurar seu correto funcionamento. Da mesma forma,

emissões irradiadas desde dentro dos equipamentos eletrônicos podem prejudicar o

funcionamento dos mesmos ou de outros equipamentos que se encontrem perto

destes. Para assegurar o correto funcionamento de equipamentos eletrônicos, as

emissões eletromagnéticas produzidas por equipamentos comerciais não devem

exceder níveis fixados por organizações que regulamentam este tipo de produtos.

Page 140: Comandos Elétricos - Senai - MG

140

Em que consistem as EMIs

A radiação eletromagnética são ondas eletromagnéticas formadas por dois

campos: um campo elétrico (“E”) e um campo magnético (“H”) que oscilam um a 90

graus do outro. A relação de “E” para “H” é chamada a impedância de onda. Um

dispositivo que opera com alta tensão e baixa corrente geram ondas de alta

impedância (campos “E”). Reciprocamente, se um dispositivo opera com correntes

elevadas comparadas a sua voltagem, gera campos de baixa impedância (campo

“H”).

A importância da impedância de onda é posta em evidência quando uma onda

de EMI encontra um obstáculo tal como uma proteção de metal. Se a impedância da

onda é muito diferente da impedância natural da proteção, a maior parte da energia é

refletida e a energia restante é transmitida e absorvida através da superfície.

As emissões eletromagnéticas (EMI) da maioria dos equipamentos comerciais

são tipicamente de alta freqüência e alta impedância. A maior parte do campo emitido

é do tipo “E”. Os metais possuem baixa impedância por causa de sua alta

condutividade. É assim que as ondas eletromagnéticas produzidas por campos “E”

são refletidas por proteções de metal. Contrariamente, ondas de baixa impedância

(campo H dominante) são absorvidas por uma proteção de metal.

Como proteger os equipamentos da EMI

Para proteger os equipamentos é necessário fazer uma blindagem. Entende-se

por blindagem a utilização de materiais condutivos para absorver e/ou refletir a

radiação eletromagnética, causando uma abrupta descontinuidade no caminho das

ondas. Como já foi comentado, para ondas de baixa freqüência a maior parte da

energia é refletida pela superfície da blindagem, enquanto que a menor parte é

absorvida.

Para ondas de alta freqüência geralmente predomina a absorção.

O desempenho da blindagem é uma função das propriedades e configuração do

material empregado (condutividade, permeabilidade e espessura), da freqüência, e da

distância da fonte de radiação à proteção (blindagem).

Page 141: Comandos Elétricos - Senai - MG

141

Aterramento e Blindagem

O aterramento de um equipamento é de extrema importância para o seu

correto funcionamento, devido a segurança e a blindagem eletromagnética. Todas as

partes condutoras de um equipamento elétrico que podem entrar em contato com o

usuário devem ser aterradas para proteger os mesmos de possíveis descargas

elétricas.

A blindagem dos equipamentos é realizada normalmente com placas metálicas

formando um gabinete ou caixa. Estas devem estar ligadas umas as outras através de

materiais condutores e todas corretamente aterradas.

Quando é necessária a blindagem eletromagnética

Todo equipamento que gera ondas EMI (exemplo: transistores chaveando

cargas a alta freqüência e com altas correntes – inversores) devem possuir blindagem

eletromagnética e esta deve estar corretamente aterrada. Principalmente quando são

utilizados em conjunto com outros equipamentos eletrônicos.

Blindagens eletromagnéticas típicas

Gabinetes metálicos utilizados em equipamentos eletrônicos provêem bons

níveis de blindagem eletromagnética, a qualidade desta blindagem depende do tipo

de metal e espessura utilizada na fabricação dos gabinetes. Plástico e outros

materiais não condutores, quando utilizados como gabinetes, podem ser metalizados

com pinturas condutivas, camadas de filme metálico, etc. Portas, aberturas, janelas,

painéis de acesso, e outras aberturas em gabinetes são um caminho de entrada e

saída das EMIs. Sendo assim é necessário projetar adequadamente este tipo de

aberturas para minimizar a radiação emitida e absorvida.

Cabos

Os sinais elétricos transmitidos pelos cabos podem emitir radiação

eletromagnética e também podem absorver radiação (se comportam como antenas)

provocando falsos sinais que prejudicarão o funcionamento do equipamento. É assim

Page 142: Comandos Elétricos - Senai - MG

142

que existem cabos especiais com blindagem para minimizar este tipo de

interferências.

Alguns inversores possuem boa imunidade a interferência eletromagnética

externa. É necessário, porém, seguir estritamente as instruções de instalação (ex.: o

gabinete precisa ser aterrado). Se perto do equipamento houver contatores, será

necessário instalar supressores de transientes nas bobinas dos contadores.

Cabos

O cabo de conexão do inversor com o motor é uma das fontes mais

importantes de emissão de radiação eletromagnética. Sendo assim é necessário

seguir os seguintes procedimentos de instalação:

Cabo com blindagem e fio-terra, como alternativa pode ser usado eletroduto

metálico com fiação comum interna;

Blindagem ou eletroduto metálico deve ser aterrado;

Separar dos cabos de sinal, controle e cabos de alimentação de equipamentos

sensíveis;

Manter sempre continuidade elétrica de blindagem, mesmo que contatores ou

relés térmicos sejam instalados entre conversor e o motor.

Cabos de Sinal e Controle

Cabo blindado aterrado ou eletroduto metálico aterrado;

Separação da fiação de potência;

Caso necessário o cruzamento de cabos, fazê-lo a 90º;

Caso necessário seguirem na mesma canaleta, usar separador metálico

aterrado;

Cabos paralelos (potência e sinais de controle) separados, conforme Tabela 4.

Page 143: Comandos Elétricos - Senai - MG

143

Tabela 4

Cabos paralelos (potência e sinais de controle) separados

Figura 1. 150: Instalação de equipamentos. Fonte: WEG. p. 117.

Page 144: Comandos Elétricos - Senai - MG

144

Afastar os equipamentos sensíveis a interferência eletromagnética (CLP,

controladores de temperatura, etc) dos conversores, reatâncias, filtros e cabos do

motor (mínimo em 250 mm).

Aterramento

Aterramento em um Único Ponto:

Filtro+conversor+motor;

O motor pode também ser aterrado na estrutura da máquina (segurança);

Nunca utilizar neutro como aterramento;

Não compartilhe a fiação de aterramento com outros equipamentos que

operem altas correntes (motores de alta potência, máquina de solda, etc);

A malha de aterramento deve ter uma resistência L < 10 Ohms;

Recomenda-se usar filtros RC em bobinas de contatores, solenóides ou outros

dispositivos similares em alimentação CA. Em alimentação CC usar diodo de

roda livre.

Conexão de Resistores de Frenagem Reostática

Cabo com blindagem aterrada ou eletroduto metálico aterrado;

Separado dos demais.

A rede elétrica deve estar referenciada ao terra (neutro aterrado na subestação).

Page 145: Comandos Elétricos - Senai - MG

145

Figura 1.151: Montagem típica “CE” em placa metálica. Fonte: WEG. p. 119.

Dispositivos de saída Relés térmicos

Os inversores possuem normalmente proteção contra sobrecorrentes que tem

como finalidade proteger o motor. Quando mais de um motor é acionado pelo mesmo

inversor será necessário colocar um relé térmico de proteção em cada motor. Como o

sinal de saída do inversor é chaveado a altas freqüências, podem acontecer disparos

nos relés, mesmo sem estes terem atingido a corrente nominal de disparo. Para isto

não acontecer é necessário aumentar a corrente de disparo do relé em

aproximadamente 10% da corrente nominal do motor.

Reatância de saída

Quando a distância entre motor e inversor é grande (valor dependente do tipo

de motor utilizado) podem ocorrer:

Page 146: Comandos Elétricos - Senai - MG

146

1. Sobretensões no motor produzidas por um fenômeno chamado de onda

refletida.

2. Geração de capacitâncias entre os cabos de potência que retornam para o

inversor produzindo o efeito de “fuga a terra”, bloqueando o inversor. Este

tipo de problemas pode ser solucionado utilizando uma reatância entre o

motor e o inversor. Esta reatância deve ser projetada especialmente para

altas freqüências, pois os sinais de saída do inversor possuem freqüências

de até 20 kHz.

Instalação em painéis – princípios básicos

As fiações blindadas nos painéis devem ser separadas das fiações de potência

e comando. Os sinais analógicos de controle devem estar em cabos blindados com

blindagem aterrada em apenas um lado, sendo efetuado sempre do lado que o sinal é

gerado conforme Figura 1.152.’

Figura 1.152: Instalação em painéis. Fonte: WEG. p.120.

Os sinais de encoder e comunicação serial devem ser aterrados conforme

orientação específica no manual do equipamento, o qual estará representado no

projeto.

Os cabos de aterramento de barras de (“0V” e malhas) devem ser maior ou

igual a 4 mm 2.

Page 147: Comandos Elétricos - Senai - MG

147

Os cabos de saída de potência dos conversores devem ser separados das

demais fiações dentro do painel. Quando não é possível, deve cruzar-se a noventa

graus.

Os cabos de entrada de sinais de transdutores tipo isoladores galvânicos

devem ser separados dos cabos de saída de sinal dos mesmos.

Os aterramentos dos equipamentos devem ser efetuados rigorosamente

conforme tabela de fiação que, por sua vez, deve estar rigorosamente conforme

projeto, ou seja, somente devem ser efetuados os aterramentos indicados no projeto,

exceto os aterramentos de estrutura, placas, suporte e portas do painel. Conecte

diferentes partes do sistema de aterramento, usando conexões de baixa impedância.

Uma cordoalha é uma conexão de baixa impedância para altas freqüências.

Mantenha as conexões de aterramento as mais curtas possíveis.

Page 148: Comandos Elétricos - Senai - MG

148

2 Noções de Segurança em Eletricidade

2.1 Introdução

A eletricidade é um agente de risco causador de muitos acidentes,

principalmente na área industrial tem provocado muitos danos pessoais a

trabalhadores, usuários e outras pessoas. Além de danos pessoais, a eletricidade

quando usada de forma inadequada gera danos materiais e grandes prejuízos para as

empresas.

A Norma Regulamentadora NR10 fixa as condições mínimas exigíveis para

garantir a segurança dos empregados que trabalham em instalações elétricas, em

suas diversas etapas, incluindo: projeto, execução, operação, manutenção, reforma,

ampliação e, ainda, a segurança de usuários e terceiros.

Vamos utilizar a NR10 como referência para abordarmos alguns assuntos que irão

nos ajudar a desenvolver trabalhos com eletricidade de forma segura, minimizando os

riscos elétricos.

2.2 Choque elétrico

22..22..11 DDeeffiinniiççããoo

É uma perturbação e efeitos diversos que se manifesta quando circula uma corrente

elétrica pelo corpo humano.

Figura 2.1: Choque elétrico. Fonte: CCPPNNSSPP.. SSoommooss ppuurraa eenneerrggiiaa –– sslliiddee 22..

Page 149: Comandos Elétricos - Senai - MG

149

22..22..22 CCaauussaass ee eeffeeiittooss

O corpo humano se comporta como um condutor elétrico, possuindo uma

resistência elétrica. O choque elétrico pode ocasionar contrações dos músculos,

paradas cardiorespiratória, lesões térmicas e não térmicas, podendo provocar a

morte. O choque elétrico pode ocasionar também efeito indireto como, por exemplo,

quedas de poste ou escada.

22..22..33 TTiippooss ddee cchhooqquuee

O choque elétrico pode ser distinguido em três categorias:

Choque produzido pelo contato com o circuito energizado.

Um circuito se diz energizado, quando tem uma ligação permanente com uma

fonte de energia elétrica em funcionamento (bateria, gerador elétrico etc).

Estabelecido um contato com o circuito energizado, o choque dura enquanto perdurar

este contato. Diz-se então que o choque é dinâmico.

O choque que ocorre pelo contato com o corpo eletrizado.

O choque produzido pelo contato com o corpo eletrizado, normalmente,

permanece por um intervalo de tempo muito pequeno, somente o necessário para

descarregá-lo. Podemos chamá-lo de choque estático.

O choque devido à ação direta ou indireta das descargas atmosféricas.

O choque produzido pelo raio ou choque atmosférico, geralmente tem efeitos

imediatos e destrutíveis.

O tipo de choque que mais nos interessa é o dinâmico, visto que nos

sistemas elétricos, trabalhamos quase que exclusivamente com a

eletricidade dinâmica.

Page 150: Comandos Elétricos - Senai - MG

150

Contato Unipolar Contato Bipolar Contato pelo Dielétrico

Figura 2.2: Choque dinâmico Fonte: CCPPNNSSPP.. SSoommooss ppuurraa eenneerrggiiaa.. SSlliiddee 55..

22..22..44 TTiippooss ddee tteennssããoo qquuee ppooddeemm ffaavvoorreecceerr aa ooccoorrrrêênncciiaa ddoo

cchhooqquuee eellééttrriiccoo

Tensão de toque

Tensão de toque é a tensão elétrica existente entre os membros superiores e

inferiores do indivíduo, devido a um choque dinâmico.

Tensão de passo

A tensão de passo é a tensão elétrica entre os dois pés no instante da operação ou

defeito do tipo curto-circuito monofásico à terra no equipamento.

Tensão de toque Tensão de passo

Figura 2.3: Tensão de toque e Tensão de passo. Fonte: CCPPNNSSPP.. SSoommooss ppuurraa eenneerrggiiaa.. SSlliiddee 66..

Page 151: Comandos Elétricos - Senai - MG

151

22..22..55 CCaarraacctteerrííssttiiccaass ddaa ccoorrrreennttee eellééttrriiccaa

A intensidade da corrente é um fator predominante na gravidade de acidentes

com choque elétrico. Para a Corrente Contínua (CC), as intensidades deverão ser

mais elevadas para ocasionar as sensações do choque elétrico com risco de lesões

graves e até a morte.

As correntes alternadas de freqüência entre 20 e 100 Hertz são as que oferecem

maior risco. Especificamente as de 60 Hertz, usadas nos sistemas de fornecimento de

energia elétrica, são especialmente perigosas, pois estão próximas à freqüência que

leva a ocorrência de uma possível parada cardiorespiratória.

A Tabela 2.1, mostra valores de corrente elétrica X efeitos causados.

Tabela 5 Correntes elétricas X efeitos caudados

Efeitos Corrente elétrica (mA) – 60Hz

Homens Mulheres

Limiar de percepção. 1,1 0,7

Choque não doloroso, sem perda do

controle muscular.

1,8 1,2

Choque doloroso, limiar de largar. 16,0 10,5

Choque doloroso e grave contrações

musculares, dificuldade de respiração.

23,0 15,0

22..22..66 EEffeeiittooss ddoo cchhooqquuee eellééttrriiccoo nnoo ccoorrppoo hhuummaannoo

Queima de terminações nervosas e sensoriais;

Aquecimento e dilatação dos vasos sangüíneos;

Queimadura de 1º, 2º e 3° graus nos músculos e pele;

Aquecimento/carbonização de ossos e cartilagens.

22..22..77 LLeessõõeess nnããoo ttéérrmmiiccaass

Espasmos musculares;

Contração descoordenada do coração (fibrilação);

Parada cardiorespiratória;

Page 152: Comandos Elétricos - Senai - MG

152

Ferimentos resultantes de quedas e perda do equilíbrio.

Figura 2.4: Lesões não térmicas.

Atenção Deve-se ter toda a segurança ao trabalhar com eletricidade, pois, todo choque

elétrico é perigoso.

2.3 Medidas de Segurança Contra o Risco Elétrico

De acordo com o item 10.4.1 da NR 10, as instalações elétricas devem ser

construídas, montadas, operadas, reformadas, ampliadas, reparadas e inspecionadas

de forma a garantir a segurança e a saúde dos trabalhadores e dos usuários e serem

supervisionadas por profissional autorizado. Uma importante medida de controle do

risco elétrico é a desenergização.

22..33..11 DDeesseenneerrggiizzaaççããoo

Desenergização são ações coordenadas, seqüenciadas e controladas.

Somente serão considerados desenergizadas as instalações elétricas liberadas para

trabalho, mediante os procedimentos descritos a seguir:

Seccionamento

É quando se provoca a interrupção total da corrente elétrica, esta interrupção é

obtida através do acionamento de dispositivos apropriados.

Page 153: Comandos Elétricos - Senai - MG

153

Figura 2.5: Seccionamento.

FFoonnttee:: CCPPNNSSPP.. SSoommooss ppuurraa eenneerrggiiaa.. SSlliiddee 11..

Impedimento de reenergização

São condições que impedem a reenergização do circuito ou equipamento

desenergizado, garantido total segurança e controle ao trabalhador.

Figura 2.6: Impedimento de reenergização.

FFoonnttee:: CCPPNNSSPP.. SSoommooss ppuurraa eenneerrggiiaa.. SSlliiddee 1155..

Verificação da ausência de tensão

Após o seccionamento o trabalhador deve verificar a efetiva ausência de

tensão nos condutores do circuito, utilizando instrumentos adequados de acordo com

os tipos e níveis de tensão.

Page 154: Comandos Elétricos - Senai - MG

154

Figura 2.7: Constatação da ausência de tensão. Fonte: CCPPNNSSPP.. SSoommooss PPuurraa EEnneerrggiiaa.. SSlliiddee 22..

Instalação de aterramento temporário dos condutores dos circuitos

Após a certificação efetiva da inexistência de tensão no circuito, todos os

condutores fases deverão ser ligados à haste terra do conjunto de aterramento

temporário.

Figura 2.8: Instalação de aterramento temporário dos condutores fases do circuito.

FFoonnttee:: CCPPNNSSPP.. SSoommooss ppuurraa eenneerrggiiaa.. SSlliiddee 22..

Sinalização impedindo o religamento sem autorização

Todo o circuito elétrico quando em manutenção deverá possuir uma

identificação da razão do desligamento e informações do responsável com o objetivo

de impedir o religamento sem autorização.

Page 155: Comandos Elétricos - Senai - MG

155

Figura 2.9: Sinalização impedindo o religamento sem autorização.

Fonte: CCPPNNSSPP.. SSoommooss ppuurraa eenneerrggiiaa.. SSlliiddee 33..

22..33..22 AAtteerrrraammeennttoo

Ligação intencional a terra através da quais correntes elétricas podem fluir.

O aterramento pode ser:

Funcional: ligação através de um dos condutores do sistema neutro;

Proteção: ligação à terra das massas e dos elementos condutores estranhos à

instalação;

Temporário: ligação elétrica efetiva com baixa impedância intencional a terra,

destinada a garantir a equipotencialidade e mantida continuamente durante a

intervenção na instalação elétrica.

22..33..33 SSeecccciioonnaammeennttoo aauuttoommááttiiccoo ddaa aalliimmeennttaaççããoo

Os circuitos elétricos devem possuir dispositivos de proteção que interrompam

automaticamente a circulação de corrente elétrica sempre ocorrer uma falha

originando a uma corrente superior ao valor determinado e ajustado.

Page 156: Comandos Elétricos - Senai - MG

156

Figura 2.10: SSeecccciioonnaammeennttoo aauuttoommááttiiccoo ddaa aalliimmeennttaaççããoo.. Fonte: CCPPNNSSPP.. SSoommooss ppuurraa eenneerrggiiaa.. SSlliiddee 1111..

Page 157: Comandos Elétricos - Senai - MG

157

33 EEssqquueemmaass EEllééttrriiccooss

Esquema elétrico – e não um diagrama – é a representação parcial ou total de

uma instalação elétrica. O esquema é representado por símbolos gráficos definidos

por normas nacionais (ABNT, dentre elas a NBR-5444) e normas internacionais.

3.1 Redes de alimentação

As redes de alimentação são classificadas de acordo com o número de fases:

rede com apenas uma fase é denominada monofásica, com duas fases é bifásica e

com três é trifásica.

Figura 3.1: Redes de alimentação.

Na representação da rede, é necessário indicar a quantidade

de fases, se existe condutor neutro, forma de onda, frequência, e tensão. Exemplo: na

representação – 3N~60Hz-220V temos as indicações de três condutores fases(3),

neutro(N), onda senoidal (~), frequência (60 Hz), tensão (220V).

Page 158: Comandos Elétricos - Senai - MG

158

33..11..11 RReeddee mmoonnooffáássiiccaa

É composta por dois condutores (fios ou cabos), estes condutores são

denominados de fase e neutro. (Figura 3.1a).

33..11..22 RReeddee bbiiffáássiiccaa

É composta por dois ou três condutores; dois condutores fases e um neutro. A

tensão indicada no diagrama corresponde à tensão presente entre as duas fases. A

vantagem de se usar o neutro está na possibilidade de se obter uma tensão entre

fase-neutro 3 menor que a tensão fase-fase. (Figura 3.1b).

33..11..33 RReeddee ttrriiffáássiiccaa

Numa rede de alimentação trifásica, as fases são denominadas de L1, L2 e L3

ou então, R, S, T. O neutro é representado por N e o condutor de proteção por PE. A

rede trifásica pode ser a três ou quatro condutores ou seja; utilizando apenas três

fases (Figura 3.1c) ou três fases e neutro (figura 3.1d). A utilização do neutro

apresenta a mesma vantagem descrita para a rede bifásica. Nas redes descritas na

figura 3.1 pode-se ainda acrescentar o condutor de proteção (condutor terra),

conforme demonstrado nas Figuras 3.1a e 3.1e.

Uma rede trifásica de 380V entre fases permite obter uma

tensão entre fase-neutro de 220V. E numa rede trifásica de 220V obtêm-se entre fase

e neutro uma tensão de 127V. Veja cálculo a seguir.

UFN = V2203

380 UFN = V127

3

220

Page 159: Comandos Elétricos - Senai - MG

159

3.2 Tipos de esquemas elétricos

33..22..11 DDeeffiinniiççããoo

Dependendo da complexidade de ligações em um diagrama elétrico, este

diagrama pode ser representado na forma simplificada (unifilar) ou detalhada

(multifilar), ou (funcional). Estes esquemas utilizam simbologias específicas que

representam a instalação elétrica, seja residencial, comercial ou industrial.

Esquema Unifilar

No diagrama Unifilar, um conjunto de condutores é representado por apenas

uma linha. A Figura 3.2 apresenta o diagrama Unifilar representando um circuito

monofásico. Alguns símbolos são utilizados para representar a multiplicidade de

componentes existentes no circuito.

Figura 3.2: Esquema elétrico unifilar.

Esquema multifilar

É a forma de representação na qual todos os condutores e sistema elétrico são

representados com detalhes, porém, é utilizado para diagramas mais simples. (Figura

3.3).

Page 160: Comandos Elétricos - Senai - MG

160

Figura 3.3: Esquema elétrico unifilar.

Esquema funcional

Em esquemas mais complexos passou-se a utilizar esquemas funcionais. Este

tipo de esquema representa com clareza o processo e o modo de atuação dos

contatos, facilitando a compreensão da instalação e o acompanhamento dos diversos

circuitos na localização de eventuais defeitos.

Basicamente o esquema funcional é composto por 2 circuitos: o circuito

principal ou de força e o circuito de comando.

A Figura 3.4 mostra um esquema contendo os dois tipos de circuitos, e com

detalhes, as conexões entre os componentes ligados a uma rede trifásica.

Circuito Principal ou de Força

Circuito onde estão localizados todos os elementos que tem interferência direta

na alimentação da máquina, ou seja, aqueles elementos por onde circula a corrente

que alimenta a respectiva máquina. (Figura 3.4a).

Page 161: Comandos Elétricos - Senai - MG

161

Figura 3.4: Esquema funcional.

Circuito Auxiliar ou de Comando

Circuito onde estão todos os elementos que atuam indiretamente na abertura,

fechamento e sinalização dos dispositivos utilizados no acionamento da máquina, em

condições normais e anormais de funcionamento. (Figura 3.4b).

3.3 Interligação das bobinas do motor trifásico de

indução

33..33..11 IInnttrroodduuççããoo

Para entender como interligar as bobinas do motor e ligá-lo corretamente na

rede de energia elétrica de forma a atender às necessidade da instalação, é

necessário conhecer as entradas e saídas das bobinas. A Figura 3.5 apresenta a

representação do agrupamento de bobinas de um motor de 06 e 12 terminais.

Page 162: Comandos Elétricos - Senai - MG

162

Figura 3.5: Terminais de bobinas do motor de indução trifásico.

33..33..22 FFeecchhaammeennttoo eemm ttrriiâânngguulloo ee ffeecchhaammeennttoo eemm eessttrreellaa

Pode-se observar pela Figura 3.6 que o fechamento em triângulo () é utilizado quando se deseja ligar o motor na menor tensão, indicada na placa de dados do motor. Logicamente, o fechamento em estrela (Y) destina-se à ligação para maior tensão.

Figura 3.6: Interligação em e Y para motor de 06 terminais.

Page 163: Comandos Elétricos - Senai - MG

163

Na ligação em triângulo, cada bobina do motor fica submetida ao valor da

tensão total da rede elétrica, nesse caso exemplificado 220V. No fechamento em

estrela a tensão em cada bobina será 3 menor que a tensão da rede (tensão de

linha). Explicando melhor: se o motor é fechado em estrela significa que será ligado,

conforme o exemplo, em 380V; portanto, a tensão em cada bobina (tensão de fase)

será 220V. Este conhecimento será importantíssimo na análise de sistemas de partida

de motores trifásicos de indução.

Os motores trifásicos de 12 terminais apresentam a possibilidade de serem

ligados em quatro diferentes níveis de tensão: 220/380/440/760V. A forma de realizar

a interligação das bobinas em 220V será demonstrada na Figura 3.7.

Fechamento em triângulo paralelo ( ) – para 220V.

Figura 3.7: Interligação em paralelo para 220V.

As demais ligações serão demonstradas nas Figuras a seguir.

Page 164: Comandos Elétricos - Senai - MG

164

Fechamento em estrela paralela (YY) – para 380V.

Figura 3.8: Interligação YY em paralelo para 380V.

Fechamento em triângulo e estrela série

A Figura 3.9 apresenta o sistema de fechamento para motor trifásico de

indução para as tensões de 440V e 760V.

Figura 3.9: Interligação em série e Y em série para motor de doze terminais.

Page 165: Comandos Elétricos - Senai - MG

165

3.4 Sistemas de partidas para motores de indução

trifásicos

Existem vários sistemas de partidas de motores, cada qual com sua

peculiaridade. O sistema de partida indica a forma como o motor deve iniciar sua

marcha (partida) e em alguns casos o sentido de rotação. Os sistemas de partidas

podem ser manuais ou automáticos. Neste estudo será abordado o sistema

automático.

33..44..11 PPaarrttiiddaa ddiirreettaa

É o método de acionamento de motores de corrente alternada, na qual o motor

é conectado diretamente à rede elétrica. Ou seja, ela se dá quando aplicamos a

tensão nominal sobre os enrolamentos do estator do motor, de maneira direta. Neste

tipo de partida, a corrente de pico (Ip) pode variar de 4 a 12 vezes a corrente nominal

do motor, sendo a forma mais simples de partir um motor. Comumente, a vantagem

principal é o custo, pois não é necessário nenhum outro dispositivo de suporte que

auxilie a suavizar as amplitudes de corrente durante a partida. Há inúmeras

desvantagens com relação a outros métodos de partida, como por exemplo, um

transiente de corrente e torque durante a partida. A corrente variando entre 4 e 12

vezes a nominal, obriga o projetista do sistema elétrico a superdimensionar o sistema

de alimentação, disjuntores, fusíveis, que fazem parte do circuito elétrico que alimenta

o motor. Dependendo dos valores de pico de corrente, a tensão do sistema pode

sofrer quedas. O Transiente de torque faz com que os componentes mecânicos

associados ao eixo do motor, sofram desgaste prematuro. A situação piora à medida

que a potência elétrica do motor aumenta. Métodos alternativos que suavizam a

partida direta podem ser obtidos com contatores e temporizadores (partida Estrela-

Triângulo), Autotransformadores ou sistemas eletrônicos como os Soft Starters.

Page 166: Comandos Elétricos - Senai - MG

166

Circuito de carga e comando

Figura 3.10: Partida direta.

Funcionamento

Na Figura 3.10, encontram-se os dois tipos de circuitos. O circuito da esquerda

é denominado circuito de carga e o da direita, circuito de comando. O circuito de

partida apresentado é o convencional, ou seja, utiliza fusíveis para proteção contra

curto-circuito e sobre carga de longa duração e relé térmico para proteção contra falta

de fase no motor. Para analisar o funcionamento do circuito deve-se considerar a

linha de alimentação energizada (ligada). Então, o circuito funciona assim:

Acionando o botão pulsante S1, a bobina do contator K1 energiza e aciona

(fecha) os contatos principais que estão em série com o motor M fazendo-o girar para

a direita o para a esquerda. No mesmo instante o contato auxiliar NA (13 e 14),

Page 167: Comandos Elétricos - Senai - MG

167

denominado contato de “selo”, também se fecha permitindo que se tire o dedo de S1 e

o contator se mantenha energizado.

Ao pressionar o botão pulsante S0, interrompe-se a alimentação da bobina de

K1 que desliga e conseqüentemente abre os contatos principais e auxiliar. Nesta

condição o motor será desligado. Qualquer problema que houver no circuito de carga

ou de comando, o motor será desligado. Caso o relé de sobrecarga F3 atuar, por

exemplo, por falta de fase, seus contatos principais e auxiliar se abrirão, desligando o

motor e o comando simultaneamente.

33..44..22 PPaarrttiiddaa ddiirreettaa ccoomm rreevveerrssããoo

Circuito de carga e comando

Figura 3.11: Partida direta com reversão.

Page 168: Comandos Elétricos - Senai - MG

168

Funcionamento

A partida direta com reversão é utilizada em aplicações nas quais se deseja

inverter o sentido de giro do motor. Para inverter o sentido de giro, basta inverter as

ligações de duas fases que se ligam ao motor. A inversão de fases é feita

automaticamente pelos contatores. Observar e analisar as ligações dos contatos

principais de k1 e k2 na figura anterior

O funcionamento deste circuito é semelhante ao circuito anterior. Porém, neste

tipo de acionamento é possível direcionar o sentido de giro do motor. K1 faz o motor

girar por exemplo, à direta e k2 faz o motor girar em sentido contrário.

O botão S1 quando acionado liga o contator k1 que se mantém energizado

através de seu contato auxiliar NA (13 e 14). Os contatos principais de K1 que estão

em série com o motor se fecham e o motor gira. Ao energizar k1, o contato auxiliar

NF(21 e 22) se abre impedindo que k2 energize caso S2 seja pressionado

acidentalmente ou de propósito.

Análise semelhante se dá ao pressionar S2. Neste caso, o motor girará em

sentido contrário ao anterior. Quando k2 estiver energizado, k1 é impedido de ligar.

Esta técnica na qual um contator energizado impede a ligação de outro contator é

denominada de intertravamento por contato de contatores. Nesta técnica de comando

a inversão de rotação só é possível quando o motor for desligado, no caso em

análise, por S0. Neste sistema de partida não há inversão instantânea de rotação.

Quando for necessário fazer inversão instantânea de rotação, coloca-se em série com

as bobinas de k1 e k2 contatos fechados dos botões S1 e S2 em substituição aos

contatos NF dos mesmos contatores.

Page 169: Comandos Elétricos - Senai - MG

169

33..44..33 PPaarrttiiddaa eemm eessttrreellaa--ttrriiâânngguulloo

Circuito de carga

Figura 3.12: Circuito de carga - Partida Estrela/Triângulo.

Quando a corrente de partida de um motor é muito elevada poderá

sobrecarregar os condutores da rede de alimentação, causando queda de tensão

superior ao limite estabelecido pela concessionária de energia. A partida em estrela-

triângulo tem como objetivo permitir que o motor dê partida com corrente reduzida,

pois a tensão nas bobinas ( tensão de fase) do motor será 3 menor que a tensão de

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170

linha (tensão da rede elétrica). Para este tipo de partida é necessário que o motor

tenha possibilidade de trabalhar com dois níveis de tensão, por exemplo: 220/380V.

Analisar o esquema de ligações do circuito de carga representado na Figura 3.12.

Circuito de comando

Figura 3.13: Circuito de comando - Partida Estrela/Triângulo.

Funcionamento

A Figura 3.13 mostra o esquema de comando para o circuito da Figura 3.12. O

botão de comando S1 através de seu contato NA (13 e 14) aciona o contator k3 e ao

mesmo tempo impede, através de seu contato NF (21 e 22), o ligamento de k2.

Quando a bobina de K3 energiza seus contatos principais fecham as bobinas do motor

em estrela e ao mesmo tempo liga o contator principal k1, responsável por aplicar as

fases na bobina do motor.

Page 171: Comandos Elétricos - Senai - MG

171

O motor inicia sua partida (marcha). Transcorrido certo tempo, o contato

temporizado de k3 (55 e 56) se abre desligando sua bobina. Quando k3 desliga, seu

contato auxiliar NF (11 e 12) que se encontrava aberto, volta a fechar. Como o

contator principal encontra-se energizado, seu contato auxiliar NA (23 e 24) também

está fechado. Nesta situação k2 energiza e fecha em triângulo as bobinas do motor e

se mantém energizado através de seu contato auxiliar (13 e 14). Ao energizar a

bobina de k2 seu contato auxiliar (21 e 22) que está em série com a bobina de k3 se

abre impedindo que k3 volte a energizar se o botão S1 for acionado acidentalmente ou

de propósito. Este sistema de proteção é denominado “intertravamento” por contato

de contator e por botão. O desligamento geral do circuito é possível através de S0. Se

houver qualquer falha no circuito de carga ou comando, os fusíveis e o relé térmico F3

atuam desligando todo circuito.

Page 172: Comandos Elétricos - Senai - MG

172

33..44..44 PPaarrttiiddaa eemm eessttrreellaa--ttrriiâânngguulloo ccoomm rreevveerrssããoo

Circuito de carga

Figura 3.14: Circuito de carga - Partida Estrela/Triângulo com reversão.

Page 173: Comandos Elétricos - Senai - MG

173

Diagrama de comando

Figura 3.15: Circuito de comando - Partida Estrela/Triângulo com reversão.

Funcionamento

Pressionado o botão S1 (13 e 14) ou S2 (13 e 14) o contator K4, liga e se

mantém ligado através de seu contato de selo NA (13-14) e os terminais 4, 5 e 6 do

motor serão fechados em estrela, veja Figura 3.14. Ao ligar K4, o contator principal K1

ou K2 também será ligado e o motor parte em estrela. O sentido de giro dependerá de

qual contator, K1 ou K2, foi acionado. Portanto, acionando S1 ligam-se os contatores K1

e K4 e o motor gira, por exemplo, à direita; acionando S2 ligam-se os contatores K2 e

K4 e o motor gira em sentido contrário ao anterior.

Page 174: Comandos Elétricos - Senai - MG

174

É importante notar que em série com a bobina de K2 existem os contatos

fechados (21 e 22) de S1 e K1 que impedem o ligamento de K2 e em série com K1

existem os contatos fechados (21 e 22) de S2 e K2 que impedem o ligamento de K1.

Esta técnica de intertravamento é denominada de intertravamento por contato de

contator e botão.

Após um tempo pré-determinado pelo relé de tempo de K4 o contato NF (55 e

56) se abre e K4 é desligado, conseqüentemente K3 é ligado e os terminais 4, 5 e 6 do

motor serão fechados em triângulo com os terminais 1, 2 e 3. (Figura 3.14).

Com o fechamento em estrela as bobinas do motor ficam submetidas a uma tensão

3 menor que a tensão da rede elétrica, nesse caso a corrente de partida também

será menor não sobrecarregando os condutores de alimentação.

Quando o contator K3 muda o fechamento do motor para triângulo as bobinas do

motor ficam submetidas a 100% da tensão da rede e o motor gira a plena carga.

Page 175: Comandos Elétricos - Senai - MG

175

33..44..55 PPaarrttiiddaa ccoommppeennssaaddaa ccoomm aauuttoottrraannssffoorrmmaaddoorr

Diagrama de carga

O sistema de partida compensada também tem como função permitir que o

motor dê partida com tensão. O autotransformador geralmente possui derivações

(TAP’s) de 50%, 65% e 80%. Se, por exemplo, for utilizado os tap’s de 65%, durante a

partida o motor partirá com uma tensão correspondente a 65% da tensão da rede de

alimentação.

Analisar a Figura 3.16 a seguir.

Figura 3.16: Partida compensada com autotransformador.

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176

Diagrama de comando

Figura 3.17: Comando para partida compensada com autotransformador.

Funcionamento

Para que o motor possa dar partida é necessário que os contatores K2 e K3

sejam energizados (ligados). Inicialmente, quando o botão S1 for acionado o contator

K1 será bloqueado, e simultaneamente K2 energiza e mantém-se energizado pelo

contato de selo (13 e 14) e assim, seu contato (11 e 12) que está em série com a

bobina de K1 reforça o bloqueio de K1. Ao ligar K2, o contator K3 também será ligado e

nesse momento o motor dará partida com tensão reduzida em suas bobinas. Após o

tempo pré-determinado por KT, e com o motor girando em plena carga, o contato

temporizado (55 e 56) se abre e desliga o contator K2 e K3. Simultaneamente o

contato temporizado (67 e 68) se fecha e o contator K1 liga e se mantém ligado pelo

seu contato de selo (13 e 14). Observa-se pelo diagrama que enquanto K1 estiver

energizado, K2 ficará bloqueado, mesmo se S1 for acionado acidentalmente ou de

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177

propósito. O botão S0 desliga todo o circuito a qualquer momento. Os fusíveis e relé

térmico protegem a carga e o comando contra sobre carga e curto-circuito.

33..44..66 PPaarrttiiddaa ccoonnsseeccuuttiivvaa ddee mmoottoorreess

Circuito de carga

Para este circuito foram utilizados disjuntores motores ao invés de fusíveis e

relés térmicos e no circuito de comando foram utilizados os contatos auxiliares NA dos

disjuntores. Os contatores K1, k2 e k3 ligam respectivamente os motores M1, M2, M3.

Temporizadores pneumáticos estão acoplados mecanicamente aos contatores k1 e k2.

A seguir, apresenta-se o circuito de comando e a descrição de funcionamento do

diagrama de comando e carga.

Figura 3.18: Circuito de partida consecutiva de motores.

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178

Circuito de comando

Figura 3.19: Circuito de comando para partida consecutiva de motores.

Funcionamento

Acionando o botão S1, o contator K1 será energizado e manterá energizado

através do seu contato auxiliar NA (13 e 14). Neste momento o motor M1 será ligado

através dos contatos principais de k1. Após um tempo pré-determinado o contator K2

será energizado pelo contato temporizado de K1 que se encontra em série com sua

bobina e também se manterá energizado pelo contato auxiliar NA (13 e 14). Agora

quem será ligado é o motor M2 através dos contatos principais de k2. Em seguida,

após certo tempo, o contato temporizado de K2 se fecha ligando o contator K3. K3

manterá ligado através de seu contato de selo (13 e 14) que nesse momento estará

fechado. Com o ligamento de K3 o motor M3 será ligado. A qualquer momento, caso

se o botão S0 seja pressionado, os motores serão desligados. Se houver falhas por

curto-circuito ou sobrecargas, os disjuntores atuarão desligando o circuito de carga e

simultaneamente o comando.

Page 179: Comandos Elétricos - Senai - MG

179

33..44..77 SSiisstteemmaa ddee ffrreennaaggeemm

Diagrama de frenagem por corrente contínua

Um sistema de frenagem de motor trifásico de indução é possível aplicando ao

motor uma corrente contínua. A Figura 3.20, apresenta um circuito de carga e

comando com frenagem por corrente contínua.

Figura 3.20: Sistema de frenagem por corrente CC.

Page 180: Comandos Elétricos - Senai - MG

180

Funcionamento

V1 é uma ponte retificadora cuja função é converter a tensão alternada da rede

elétrica em tensão contínua pulsante. A ponte V1 e k2 são responsáveis por aplicar

tensão continua ao motor, provocando o travamento magnético do rotor. O disjuntor

Q1 e contator K1 são responsáveis pela alimentação trifásica do motor mantendo seu

funcionamento normal.

Estando a rede de alimentação energizada e o disjuntor Q1 ligado, o circuito de

carga e comando estará em condições de funcionamento. Acionando o botão S1 a

bobina de k1 será energizada e simultaneamente o contato de selo (13 e 14) se fecha

mantendo a bobina nesta condição. No mesmo instante de tempo se fecham também

os contatos principais que estão em série com o motor. O motor girará em qualquer

sentido; dependerá do fechamento realizado entre as fases e as bobinas. Se o motor

girar em sentido contrário ao desejado, basta inverter duas das fases que alimentam o

motor. Pode-se observar que o contato NF(21 e 22) de k1 está em série com a bobina

de k2 então, com k1 ligado, k2 não ligará.

Como funciona o sistema de frenagem?

Para desligar o motor, basta acionar o botão S0. Neste instante, o contato NF (21 e

22) de S0, que está em série com a bobina de k1 será aberto e k1 desligará. Porém, o

contato NA (13 e14) de S0 será fechado e ligará a bobina de k2, pois, também, o

contato NF (21 e 22) de k1 retornou à condição de repouso (fechado). Ao ligar k2 seus

contatos principais também serão ligados e uma tensão contínua será aplicada às

bobinas do motor provocando a parada instantânea do motor. Ao liberar S0 todo

sistema ficará desligado.

Apresentou-se nesse tópico apenas um exemplo de sistema de frenagem,

porém, existem outros sistemas inclusive utilizando inversores de frequência.

Page 181: Comandos Elétricos - Senai - MG

181

33..44..88 SSiisstteemmaa ddee ppaarrttiiddaa ccoomm ssoofftt ssttaarrtteerr

Sistema de partida e parada simplificado

A Figura 3.21 demonstra um sistema de partida simplificado, utilizando soft

starter. Quando o botão S1 estiver acionado a entrada digital (DI-1) será energizada e

a soft starter ligará o motor, obedecendo aos parâmetros que forem ajustados nos

trimpots. Ao desligar o botão S1, a soft starter e motor serão desligados

automaticamente. Q1 é uma chave seccionadora de abertura sob carga.

Figura 3.21: Sistema de partida e parada simplificado.

Page 182: Comandos Elétricos - Senai - MG

182

Diagrama de partida e parada utilizando contator

A Figura 3.23 demonstra outra possibilidade de comando para partida de motor

com soft starter. Quando o botão S1 for acionado, o contato interno (13 e 14) da soft

starter se fechará e energizará a bobina de k1 que por sua vez causará o fechamento

de seus contatos principais. Quando os contatos principais de k1 (em série com as

bobinas do motor) estiverem fechados, o motor girará obedecendo aos parâmetros

que forem ajustados nos trimpots. A entrada digital1 (DI-1) permanecerá ligada

através do contato de selo (13 e 14) de k1; esta condição é necessária para manter o

soft starter e motor ligados. Ao acionar o botão S0, a entrada digital (DI-1) será

desligada, consequentemente, a soft starter e motor desligarão automaticamente.

Figura 3.22: Sistema de partida e parada utilizando contator.

Page 183: Comandos Elétricos - Senai - MG

183

Há outras possibilidades de comando, inclusive utilizando a entrada digital (DI-

2) e o contato fechado (23 e 24) da soft starter, porém, não é intenção deste trabalho

esgotar o assunto. Para se ter uma idéia, é possível, por exemplo, comandar a partida

de dois motores utilizando um único soft starter. O manual do equipamento fornece

outras informações que poderão enriquecer o aprendizado.

Os parâmetros de partida, aceleração e desaceleração da soft starter são ajustados

através de trimpots, que são:

Ajuste de tensão inicial;

Ajuste de tempo da rampa de aceleração;

Ajuste de tempo da rampa de desaceleração;

Ajuste da corrente do motor.

Para informações mais detalhadas consultar o manual do equipamento

utilizado.

33..44..99 SSiisstteemmaa ddee ppaarrttiiddaa ccoomm IInnvveerrssoorr ddee ffrreeqqüüêênncciiaa

Parametrização

Os inversores já vem de fábrica com alguns parâmetros previamente fixados.

Porém, esses parâmetros podem ser alterados pelo BOP.

O BOP possui um display de cinco dígitos com sete segmentos cada, para

mostrar os números e valores dos parâmetros, alarmes e falhas, e valores de

referência e atuais. Jogos de parâmetros não podem ser salvos no BOP.

Page 184: Comandos Elétricos - Senai - MG

184

O Quadro 1 mostra os ajustes básicos necessários para operação com o display

frontal do inversor.

Quadro 3

Parâmetros básicos

Parâmetro Significado Padrão

P0100 Modo de operação 50 Hz, (60Hz,)

P0307 Potência nominal do motor Unidade (kW (Hp)), dependendo do ajuste de P0100. [Valor depende do aparelho.]

P0310 Frequência nominal do motor 50/60 Hz

P0311 Velocidade nominal do Motor 1395 (1680) rpm [depende do aparelho]

P1082 Máxima frequência do motor 50 Hz (60 Hz)

Diagrama de carga e comando

Figura 3.23: Controle de velocidade motor trifásico de indução com inversor de frequência.

Page 185: Comandos Elétricos - Senai - MG

185

Funcionamento

Considerando a rede de energia energizada e acionando o botão S1, o contator

K1 será energizado e mantên-se energizado através do contato interno do inversor (RA

– RC) que estára fechado ao ligar o inversor. Neste momento os contatos principais de

K1 que estão em série com o motor, se fecham e energizam as entradas de

alimentação (L1, L2 e L3) do inversor. O motor somente começa a girar quando o

botão S2 for acionado. Com S3 desligado o motor gira para a direita. Sua partida será

instantânea ou lentamente acelerada até atingir a velocidade nominal conforme

parâmetros programados.

Acionando o botão S3, o motor irá parar lentamente, em seguida inverterá a

rotação. Da mesma forma a velocidade será instantânea ou lentamente acelerada até

atingir o valor nominal em rpm. O potenciômetro permite a variação da velocidade,

conforme parâmetro utilizado. Acionando S0 o motor desliga.

Há outras formas de acionamento utilizando inversor de frequência, inclusive controlar

a velocidade do motor através de sinal analógico proviniente do processo no qual o

inversor está inserido. A Figura 3.23 sugere apenas uma das possibilidades de

comando.

Page 186: Comandos Elétricos - Senai - MG

186

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