ELETROTÉCNICA INDUSTRIAL

Objetivo Geral da Disciplina

Planejar, projetar, executar no contexto da eficiência energética, projetos elétricos industriais, tecnicamente

viáveis, economicamente justificáveis e segurança garantida, com a consciência da necessidade de soluções

integradas entre as diversas áreas do conhecimento. Desenvolvendo principalmente o senso crítico do

resultado das aplicações destas técnicas na Sociedade e em seu Meio.

Objetivos Específicos

. Analisar, definir e elaborar criteriosamente a melhor alternativa para a energização de cada motor acoplado

em máquinas de processamento existentes nas indústrias;

. Conhecer as principais características operacionais dos dispositivos de comando e proteção existentes num

sistema elétrico industrial;

. Capacidade em dimensionar e especificar um sistema elétrico industrial em condições normais e

principalmente em situações de anormalidades (sobre tensões, curto-circuitos, harmônicos, entre outros );

. Analisar, elaborar, acompanhar as montagens de um sistema elétrico industrial e ter a capacidade em

resolver os possíveis problemas (defeitos) relacionados aos acionamentos dos motores elétricos;

. Desenvolver um projeto elétrico industrial, avaliando-se criteriosamente em 4(quatro) fases fundamentais:

ponderações e informações iniciais; concepção de projeto; cálculos / dimensionamentos e especificações;

ponderações e recomendações finais;

. Ter a consciência da necessidade da formação da equipe interdisciplinar na elaboração de qualquer projeto;

. Ter a capacidade em analisar, definir e projetar sistemas elétricos no contexto da eficiência energética;

. Assumir a postura da necessidade periódica na atualização profissional, exercendo as atividades do dia-a-

dia com muita ética.

ATIVIDADES DESENVOLVIDAS NAS AULAS DE LABORATÓRIO

O Laboratório da disciplina Eletrotécnica Industrial, consta atualmente com 09 módulos didáticos,

representando um sistema elétrico industrial. Esses módulos são sistematizados e trabalhados na disciplina.

Para que o aluno consiga um bom aproveitamento nas aulas de laboratório, os módulos são trabalhados

individualmente (01 módulo por aluno ) e como consequência 7 alunos no máximo por sub turma de

laboratório ( N1, N2, N3, N4, N5). Ao longo do semestre de acordo com a sequência pré-estabelecida os

alunos percorrem 5 módulos.

Os 5(cinco) MÓDULOS trabalhados individualmente referem-se a:

MÓDULO1

Sistema convencional para acionamento de motores elétricos de indução trifásicos.

MÓDULO 2

Sistema convencional para acionamento de motores elétricos de indução trifásicos.

MÓDULO 3

Proteções em sistemas industriais

MÓDULO 4

Teoria do diagrama de força e controle de um inversor de frequência e os seus respectivos acionamentos

básicos.

MÓDULO 5

Acionamentos de motores elétricos de indução trifásicos, via Controlador Lógico Programável ( CLP )

Dentro da especificidade de cada bancada, genericamente os assuntos trabalhados nos módulos encontram-

se assim divididos:

. 1ª AULA DE CADA MÓDULO:

O aluno irá avaliar o objetivo da experiência, dentro do contexto de um sistema elétrico industrial e

dependendo da especificidade de cada módulo, seguindo as informações gerais a seguir :

- Avaliar o princípio de funcionamento do diagrama de força e de comando, através de: explicações orais,

sistematização cartesiana ( I x t ) , ( Componentes x tempo), de acordo com a lógica apresentada;

- Analisar e testar parte específica do diagrama de força e de comando, através de uma metodologia

previamente especificada;

- Consiste na energização, tanto do diagrama de força e de comando;

- Coleta e análises de resultados apresentados (V, I, P, etc) , para confrontar com a teoria apresentada;

- Verificar se o funcionamento do sistema encontra-se de acordo com a avaliação teórica realizada na aula

anterior.

- Estudo teórico de algumas situações específicas para cada painel .

2ª AULA DE CADA MÓDULO:

- Uma vez entendido o objetivo da experiência e até mesmo o seu princípio de funcionamento, na

2ª aula, são simuladas ou inferidas diferentes tipos de anormalidades ( defeitos ), para que o aluno

possa através de um diagnóstico sistematizado, identificar e localizar através de instrumentos

específicos o ponto defeituoso de qualquer processo de acionamento vinculado a motores elétricos.

O Laboratório da disciplina Eletrotécnica Industrial, consta atualmente com 9(nove) módulos didáticos,

representando um sistema elétrico industrial.

Os MÓDULOS didáticos existentes são:

MÓDULO 01

DISPOSITIVOS DE PROTEÇÕES

Este módulo tem como objetivo verificar à atuação seletiva de alguns dispositivos, tais como: relé eletrônico

de subtensão, relé eletrônico de sobre tensão, relé eletrônico de sequência de fase, relé eletrônico de

temperatura, relé eletrônico de nível, relé bimetálico de sobrecarga, fusíveis e disjuntor termomagnético,

através de simulações pré-definidas. Mostrando ainda, como são interligados estes equipamentos de

proteções dentro de um sistema e principalmente quando da sua montagem, evidenciar a necessidade de

uma definição clara e objetiva do diagrama de força e de comando.

Figura do módulo de proteção

MÓDULO 02

ENERGIZAÇÃO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO COM TENSÃO NOMINAL

(CHAVE DE PARTIDA DIRETA ).

Este módulo tem como objetivo conhecer mais sistematicamente uma chave de partida direta. Estudando

ainda, várias alternativas de acionamentos à distância, e como complemento avaliar e testar as principais

anormalidades provenientes destas alternativas.

Foto painel: partida direta – quadro terminal de força

Foto painel: partida direta – local de acionamento

MÓDULO 03

ENERGIZAÇÃO DE MOTORES EM CADEIA

A nível didático é apresentado o painel ”ENERGIZAÇÃO DE 3(TRÊS) MOTORES EM CADEIA, COM

ACIONAMENTO MANUAL E AUTOMÁTICO”, evidenciando que em sistemas reais de acionamentos

em cadeia, não significa obrigatoriamente da necessidade do sistema manual e automático. Evidenciando

ainda que há existência de um sistema manual e/ou automático serão caracterizados de acordo com as

necessidades do processo e do acionamento alternado dos motores. Dentro deste contexto, este painel tem

como objetivo avaliar a importância dos acionamentos em cadeia de motores elétricos e fazer com que o

aluno familiarize com as inter-relações dentro de um sistema, de um comando manual e automático.

Buscando o entendimento das lógicas apresentadas e posteriormente confrontar o sistema analisado com o

sistema real, evidenciando as dificuldades em testar este sistema, pois os comandos não estão apresentados

de uma maneira totalmente correta, por exemplo a não identificações dos contatos, bobinas, botões e

temporizadores.

Acionamento em cadeia para 3 motores ( MIT)

Acionamento em cadeia para 6 motores ( MIT)

MÓDULO 04

CHAVE COMPENSADORA A AT COM FRENAGEM

Para definição correta de um sistema de energização de um motor de indução trifásico temos que analisar

cuidadosamente os diversos parâmetros envolvidos, tais como: a carga mecânica acionada, a característica

do sistema de suprimento e as características do próprio motor.

Dentre as diversas alternativas, temos a opção de energizar o motor de indução através de uma chave

compensadora a autotransformador, que consiste basicamente em aplicar no instante da sua energização,

uma tensão menor que a nominal, proporcional ao valor do tap utilizado. Como consequência reduz-se a

corrente de partida do primário e o conjugado de K². Basicamente estas alterações proporcionam uma menor

queda de tensão no sistema, minimizando interferências em equipamentos e condicionam ao motor-carga

um acionamento mais lento e progressivo.

Neste sentido, este painel tem como objetivos:

1. Contextualizar a necessidade de um sistema com duplo sentido de rotações de motores elétricos.

2. Analisar o princípio de frenagem, utilizando-se de uma fonte Vcc, aplicados aos terminais do motor em

Y.

3. Analisar o princípio de frenagem, utilizando-se de uma fonte Vcc, aplicados aos terminais do motor em

Δ.

4. Analisar a lógica de funcionamento do sistema manual com frenagem.

5.Analisar a lógica de funcionamento do sistema automático com frenagem.

. Confrontar os transitórios da opção partida direta e compensadora a autotransformador;

6.Simular no Software CADE_SIMU, o sistema de força e de comando.

7. Aplicar as técnicas apropriadas para testar o sistema de força e de comando.

8. Diagnósticos dos defeitos simulados, testar e localizar o ponto defeituoso.

Figura do módulo AT com frenagem

MÓDULO 05

CHAVE REVERSORA MANUAL E AUTOMÁTICA COM UM SISTEMA DE FRENAGEM

Este módulo consiste basicamente de um motor de indução trifásico com duplo sentido de rotação, com um

controle de frenagem. A utilização de um freio, além de minimizar este tempo de ociosidade, aumenta a

produtividade e melhora sensivelmente a segurança e eficiência da máquina acionada. O freio a ser

analisado utiliza o recurso da eletrônica para reduzir a velocidade de um motor automaticamente. Quando

o comando de parada é acionado, um circuito eletrõnico (fonte CC) converte a tensão alternada em contínua

controlada, em que alimenta temporariamente o motor, enquanto este estiver girando. O freio eletrônico

utiliza o próprio motor em seu próprio freio, criando um campo magnético estacionário no estator, pela

injeção de uma corrente contínua, proveniente da fonte retificadora, produzindo a ação de redução da

velocidade do rotor até a parada total, num intervalo de tempo que depende praticamente da intensidade da

corrente injetada no estator, no instante da frenagem, para um determinado tipo de carga. O importante é

observar que a frenagem é realizada no sentido da rotação do motor, não ocorrendo a inversão do mesmo.

A nível de comando apresenta a possibilidade de acionamento do sistema no manual ou no automático.

Com objetivos básicos de:

. Analisar o comportamento de uma chave reversora acoplada a um sistema de frenagem;

. Analisar e descobrir as principais anormalidades provenientes desta alternativa.

. Analisar o princípio de frenagem do motor, as suas limitações e as suas vantagens.

.Apresentar um procedimento metodológico para testar o diagrama de força e de comando.

Figura do módulo reversora com frenagem

MÓDULO 06

ACIONAMENTOS DE MOTORES ELÉTRICOS DE INDUÇÃO, ATRAVÉS DE UMA

CHAVE COMPENSADORA A AUTOTRANSFORMADOR

Para definição correta de um sistema de energização de um motor de indução trifásico temos que analisar

cuidadosamente os diversos parâmetros envolvidos, tais como: a carga mecânica acionada, a característica

do sistema de suprimento e as características do próprio motor.

Dentre as diversas alternativas, temos a opção de energizar o motor de indução através de uma chave

compensadora a autotransformador, que consiste basicamente em aplicar no instante da sua energização,

uma tensão menor que a nominal, proporcional ao valor do tap utilizado. Como consequência reduz-se a

corrente de partida do primário e o conjugado de K². Basicamente estas alterações proporcionam uma menor

queda de tensão no sistema, minimizando interferências em equipamentos e condicionam ao motor-carga

um acionamento mais lento e progressivo.

Este módulo tem como objetivos:

. A análise da lógica de funcionamento de uma chave compensadora a autotransformador, utilizando-se de

somente 1(um) autotrafo para acionamento de 2(dois) motores;

. Estimular o raciocínio para acionamento de n motores, utilizando-se desta mesma lógica apresentada;

. Avaliar os pontos críticos para a elaboração de um comando racional e eficiente;

. Estudar os possíveis defeitos no sistema de comando e força;

. Encontrar uma metodologia correta para testar todo o comando;

. Desenvolver uma análise crítica de quando utilizar este tipo de alternativa.

Figura do módulo AT para 2 MIT

MÓDULO 07

ENERGIZAÇÃO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO COM DUPLO SENTIDO DE

ROTAÇÃO, ATRAVÉS DE UMA CHAVE ESTRELA-TRIÂNGULO

Para definição correta de um sistema de energização de um motor de indução trifásico temos que analisar

cuidadosamente os diversos parâmetros envolvidos, tais como: a carga mecânica acionada, a característica

do sistema de suprimento e as características do próprio motor. Dentre as diversas alternativas, temos a

opção de energizar o motor de indução através de uma chave estrela-triângulo, que consiste basicamente

em aplicar no instante da sua energização, uma tensão menor que a nominal. Como consequência reduz-

se a corrente de partida. Basicamente estas alterações proporcionam uma menor queda de tensão no sistema,

minimizando interferências em equipamentos e condicionam ao motor-carga um acionamento mais lento e

progressivo.

De acordo com os fundamentos teóricos apresentados nas aulas, este painel tem como objetivos:

. A análise criteriosa do diagrama de força e de comando;

. A avaliação dos pontos críticos Quando da utilização desta alternativa;

. Estudar os possíveis defeitos que poderão acontecer neste sistema;

. Avaliar a importância das proteções no sentido de caracterizar o porquê das suas utilizações;

. A análise crítica de quando utilizar esta alternativa.

Figura da Chave YT com reversão

MÓDULO 08

ENERGIZAÇÃO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO VIA CONVERSOR DE

FREQÜÊNCIA

O avanço da eletrônica permitiu o desenvolvimento de conversores de frequência com dispositivos de

estado sólido, tais como, os transistores de potência. Os inversores comerciais de baixa tensão, normalmente

promovem uma conversão indireta da frequência, ou seja, a corrente alternada é retificada para corrente

contínua, a partir desta retificação controlada ou não, a tensão contínua é chaveada para obter um trem de

pulso que alimenta o motor. Devido a natureza indutiva do motor, a corrente que circula tem um aspecto

de corrente alternada. Atualmente o inversor de frequência com circuito intermediário a tensão constante é

muito utilizado para variar e controlar a velocidade de motores elétricos de indução com rotor em gaiola.

O mais comum é o inversor PWM, compactos e podem ser utilizados nas mais diversas aplicações que

exijam variação e controle de velocidades. Geralmente o próprio inversor agrega proteções específicas,

além de permitir as parametrizações em sistemas complexos via CLP’s, redes de comunicações específicas

e monitorados via sistema supervisórios.

De acordo com os fundamentos teóricos apresentados na sala de aula este módulo tem como objetivos:

. avaliar e explicar os materiais e equipamentos utilizados no diagrama de força de um conversor de

frequência;

. analisar e explicar os principais parâmetros de entradas e saídas do sistema de controle de um conversor

frequência;

. parametrizar as principais características de funcionamento do conversor;

. parametrizar as principais características de funcionamento do conversor;

Figura do módulo: Inversor de frequência

MÓDULO 09

CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMÁVEL ( CLP )

O Controlador programável é um dispositivo/equipamento eletrônico, com memória programável para

armazenamento de instruções próprias do controlador, sendo capaz de executar funções equivalentes as de

um sistema de controle lógico ou de uma lógica coinvencional a relés. Treata-se de um dispositivo que

incorpora flexibilidade ao projeto, pois permite modificações e ampliações posteriores no circuito de

controle existente, sendo suficiente a sua programação e a utilização , quando necessário de diispositivos

auxiliares. Com o passar do tempo os controladores programáveis passaram a tratar variáveis analógicas e

no início dos anos 80 incorporaram a função do controle de malha de instrumentação, com algorítmos de

controle PID. Este módulo tem como objetivo verificar a importância e as suas limitações no contexto de

sua utilização em um sistema de acionamento motriz, com objetivos específicos:

- Verificar as programações básicas na linguagem de programação em ladder.

- Verificar as interligações: Computador x Controlador lógico programável ( CLP) x Sistema motriz.

Controlador programável (CLP )

Controlador programável + Diagrama de força

METODOLOGIA PARA UTILIZAÇÕES DOS MÓDULOS DIDÁTICOS NA DISCIPLINA

ELETROTÉCNICA INDUSTRIAL

Os módulos serão trabalhados individualmente pelos alunos em seus respectivos horários

matriculados, onde o aluno irá avaliar o objetivo da experiência, dentro do contexto de um sistema elétrico

industrial. Genericamente os módulos dos sistemas convencionais serão trabalhados segundo uma

metodologia pré-definida, conforme a seguir:

1º De acordo com o objetivo de cada módulo, avalia-se a fundamentação teórica e posteriormente busca-

se o entendimento do princípio de funcionamento do diagrama de força e de comando, através do software

CADE_SIMU existente nos computadores do laboratório;

2º Uma vez simulado no computador e entendido a lógica de funcionamento avalia-se as fundamentações

teóricas através de questionamentos orais, sistematização cartesiana ( i x t ), componentes x tempo, de

conformidade com a lógica de cada módulo.

3º Uma vez compreendido a sua lógica de funcionamento efetiva-se o teste do módulo do diagrama de força

e de comando, através de uma metodologia previamente estudada e definida no início do semestre.

4º Nesta etapa será efetivada a energização completa do sistema, dentre as diversas possibilidades (manual

/ automático), avaliando o seu princípio de funcionamento de acordo com a lógica existente nos módulos

teóricos.

5º Dependendo do módulo coleta e análise de resultados (V, I, P, S, etc), para confronto com a teoria.

6º Estudo teórico específico de cada módulo.

7º Uma vez realizados as etapas anteriores da experiência serão simuladas ou inferidas diferentes tipos de

anormalidades (defeitos) para que o aluno possa através de um diagnóstico sistematizado, identificar e

localizar através de instrumentos específicos o ponto defeituoso de qualquer processo de acionamento

vinculado a motores elétricos. Estas simulações encontram-se intercaladas nos painéis, normalmente

através de chaves interruptoras, localizadas em pontos específicos do comando.