Sm12ss03 04

Curso Técnico em Eletromecânica

Instalações Elétricas Industriais

Armando de Queiroz Monteiro NetoPresidente da Confederação Nacional da Indústria

José Manuel de Aguiar MartinsDiretor do Departamento Nacional do SENAI

Regina Maria de Fátima TorresDiretora de Operações do Departamento Nacional do SENAI

Alcantaro CorrêaPresidente da Federação das Indústrias do Estado de Santa Catarina

Sérgio Roberto ArrudaDiretor Regional do SENAI/SC

Antônio José CarradoreDiretor de Educação e Tecnologia do SENAI/SC

Marco Antônio DociattiDiretor de Desenvolvimento Organizacional do SENAI/SC

Confederação Nacional das Indústrias

Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial

Curso Técnico em Eletromecânica

Instalações Elétricas Industriais

Paulo Roberto BisoniFrederico Samuel de Oliveira Vaz

Paulo Roberto Pereira Júnior

Florianópolis/SC2010

É proibida a reprodução total ou parcial deste material por qualquer meio ou sistema sem o prévio consentimento do editor. Material em conformidade com a nova ortografia da língua portuguesa.

Equipe técnica que participou da elaboração desta obra

Coordenação de Educação a DistânciaBeth Schirmer

Revisão Ortográfica e NormatizaçãoContextual Serviços Editoriais

Coordenação Projetos EaDMaristela de Lourdes Alves

Design Educacional, Ilustração, Projeto Gráfico Editorial, Diagramação Equipe de Recursos Didáticos SENAI/SC em Florianópolis

AutoresPaulo Roberto BisoniFrederico Samuel de Oliveira VazPaulo Roberto Pereira Júnior

Ficha catalográfica elaborada por Luciana Effting CRB14/937 - Biblioteca do SENAI/SC Florianópolis B622i

Bisoni, Paulo Roberto Instalações elétricas industriais / Paulo Roberto Bisoni, Frederico Samuel

de Oliveira Vaz, Paulo Roberto Pereira Júnior. – Florianópolis : SENAI/SC, 2010.

87 p. : il. color ; 28 cm.

Inclui bibliografias.

1. Instalações elétricas. 2. Instalações industriais. 3. Condutores elétricos. 4. Semicondutores. 5. Acionamento elétrico. I. Vaz, Frederico Samuel de Oliveira. II. Pereira Júnior, Paulo Roberto. III. SENAI. Departamento Regional de Santa Catarina. IV. Título.

CDU 621.316.17

SENAI/SC — Serviço Nacional de Aprendizagem IndustrialRodovia Admar Gonzaga, 2.765 – Itacorubi – Florianópolis/SCCEP: 88034-001Fone: (48) 0800 48 12 12www.sc.senai.br

Prefácio

Você faz parte da maior instituição de educação profissional do estado. Uma rede de Educação e Tecnologia, formada por 35 unidades conecta-das e estrategicamente instaladas em todas as regiões de Santa Catarina.

No SENAI, o conhecimento a mais é realidade. A proximidade com as necessidades da indústria, a infraestrutura de primeira linha e as aulas teóricas, e realmente práticas, são a essência de um modelo de Educação por Competências que possibilita ao aluno adquirir conhecimentos, de-senvolver habilidade e garantir seu espaço no mercado de trabalho.

Com acesso livre a uma eficiente estrutura laboratorial, com o que existe de mais moderno no mundo da tecnologia, você está construindo o seu futuro profissional em uma instituição que, desde 1954, se preocupa em oferecer um modelo de educação atual e de qualidade.

Estruturado com o objetivo de atualizar constantemente os métodos de ensino-aprendizagem da instituição, o Programa Educação em Movi-mento promove a discussão, a revisão e o aprimoramento dos processos de educação do SENAI. Buscando manter o alinhamento com as neces-sidades do mercado, ampliar as possibilidades do processo educacional, oferecer recursos didáticos de excelência e consolidar o modelo de Edu-cação por Competências, em todos os seus cursos.

É nesse contexto que este livro foi produzido e chega às suas mãos. Todos os materiais didáticos do SENAI Santa Catarina são produções colaborativas dos professores mais qualificados e experientes, e contam com ambiente virtual, mini-aulas e apresentações, muitas com anima-ções, tornando a aula mais interativa e atraente.

Mais de 1,6 milhões de alunos já escolheram o SENAI. Você faz parte deste universo. Seja bem-vindo e aproveite por completo a Indústria do Conhecimento.

Sumário

Conteúdo Formativo 09

Apresentação 11

12 Unidade de estudo 1

Condutores

Seção 1 -Tipos de conduto-res

Seção 2 - Seção mínima dos condutores

16 Unidade de estudo 2Dispositivos Elétricos Utilizados em Baixa Tensão

Seção 1 - Fusíveis

Seção 2 - Disjuntores

Seção 3 - Interruptores diferenciais residuais

Seção 4 - Contatores

Seção 5 - Relés desobrecarga

Seção 6 - Relé de proteção

Seção 7 - Relés de tempo

Seção 8 - Botoeiras

Seção 9 - Sinaleiros

13

13


Chaves de Partida

Seção 1 - Partida direta

Seção 2 - Partida estrela-triângulo

Seção 3 - Partida compen-sadora

Seção 4 - Partida série-paralela

Seção 5 - Dimensionamento dos componentes básicos da chave

Seção 6 - Chave de partida estrela-triângulo

Seção 7 - Chave de partida estrela série-paralela


Semicondutores

Seção 1 - Diodo

Seção 2 - Interruptores usuais em fontes chaveadas

Seção 3 - Controle de con-versores

67

68

69


Acionamentos Eletrônicos

Seção 1 - Inversor de frequência

Seção 2 - Controle escalar e vetorial

Seção 3 - Parâmetros do Inversor de frequência

Seção 4 - Instalação do inver-sor de frequência

Seção 5 - Soft-starter

Finalizando 83

Referências 85

17

19

23

26

32

37

41

43

45

71

72

73

76

76

47

48

49

50

53

55

60

8 CURSOS TÉCNICOS SENAI

Conteúdo Formativo

9INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS

Carga horária da dedicação

Carga horária: 75 horas

Competências

Interpretar projetos elétricos e de automação industrial para montagem e ma-nutenção de sistemas elétricos industriais. Dimensionar, selecionar e instalar componentes e acionamentos eletromecânicos para montagem e manutenção de sistemas elétricos industriais.

Conhecimentos

▪ Instalações elétricas industriais.

▪ Proteção de sistemas elétricos.

▪ Tipos de acionamentos de motores elétricos.

▪ Inversores de frequência e soft-starter.

▪ Materiais e componentes elétricos para instalações elétricas industriais: condu-tores, contatores, disjuntores, relés, semicondutores, interruptores, botoeiras e fusíveis.

▪ Normas técnicas: NBRs, normas da concessionária para instalações elétricas industriais.

Habilidades

▪ Interpretar e aplicar normas técnicas, (NBRs, normas da concessionária para instalações

▪ elétricas industriais) regulamentadoras e de preservação ambiental.

▪ Interpretar desenhos técnicos eletromecânicos.

▪ Interpretar catálogos, manuais e tabelas técnicas.

▪ Identificar os dispositivos de sistemas elétricos.

▪ Identificar os dispositivos de sistemas de automação.

▪ Utilizar sistemas de medição.

▪ Aplicar softwares específicos.

▪ Parametrizar inversores de frequência, soft-starter.


▪ Elaborar leiautes, diagramas e esquemas de sistemas elétricos.

▪ Aplicar conceitos de tecnologia dos materiais elétricos.

▪ Diagnosticar problemas relacionados ao funcionamento de sistemas elétricos.

▪ Dimensionar e selecionar componentes elétricos para instalações elétricas industriais: condutores, contatores, disjuntores, relés, semicondutores, interrup-tores, botoeiras, fusíveis.

Atitudes

▪ Zelo no manuseio dos equipamentos e instrumentos de medição.

▪ Cuidados no manuseio de componentes eletroeletrônicos e eletromecânicos.

▪ Adoção de normas de segurança do trabalho.

▪ Proatividade e trabalho em equipe.

▪ Destino correto aos resíduos, conforme orientação de responsabilidade socio-ambiental. Organização e conservação do laboratório e dos equipamentos.

Apresentação

INSTALAÇÕES ELÉTRICAS INDUSTRIAIS 11

Seja bem-vindo! Esperamos que este material seja de grande utili-dade para a realização de suas ati-vidades em sala de aula e na sua vida profissional.O profissional que atua na área de eletromecânica poderá desem-penhar atividades de instalação, melhorias e manutenção em ins-talações elétricas industriais, espe-cificando e dimensionando ma-teriais elétricos, sendo necessário que ele esteja bem preparado para exercer com eficácia suas ativida-des. Neste material serão apresenta-dos os principais elementos que compõem uma instalação elétri-ca industrial, seu funcionamento, principais características e aplica-ção, usando como base as Nor-mas Técnicas de Saúde e Seguran-ça.Bom estudo!

Paulo Roberto Bisoni, Frederico Samuel de Oliveira Vaz e Paulo Roberto Pereira Junior

Paulo Roberto Bisoni é técnico em Eletromecânica pelo CEFET de Jara-guá do Sul, graduando em Engenharia Elétrica pela Universidade Regio-nal de Blumenau (FURB). Participou de capacitações e treinamentos em diversas áreas de formação técnica profissional. Atua desde 2002 como docente no SENAI SC na unidade de Jaraguá do Sul, ministrando as disciplinas de Desenho Técnico Elétrico, Instalações Elétricas em Bai-xa Tensão Residenciais e Prediais, Instalações Elétricas em Baixa Tensão Industrial e Manutenção Elé[email protected]

Frederico Samuel de Oliveira Vaz é pós-graduado em Projeto e Análi-se de Máquinas Elétricas Girantes pelo Centro Universitário de Jaraguá do Sul (UNERJ) e graduado em Engenharia Elétrica pela Universidade Estadual de Santa Catarina (UDESC). Atuou na área de fabricação de motores elétricos na WEG Equipamentos Elétricos S.A. entre 2002 e 2009. É professor dos cursos técnicos e tecnológicos do SENAI Jaraguá do Sul desde [email protected]

Paulo Roberto Pereira Júnior é formado pelo SENAI SC em Jaraguá do sul nos cursos técnico em Eletromecânica e Tecnologia em Eletroele-trônica. Trabalhou nas áreas de produção, manutenção e projetos em algumas empresas da região e atualmente leciona nos cursos de ensino médio, aprendizagem e técnico no SENAI em Jaraguá do [email protected]

Unidade de estudo 1

Seções de estudo

Seção 1 – Tipos de condutoresSeção 2 – Seção mínima dos condutores


SEção 1Tipos de condutores

Os condutores elétricos são elementos fundamentais em qualquer circuito elétrico e são responsáveis por con-duzir a corrente elétrica que circula no circuito. A circula-ção de corrente faz com que o condutor elétrico tenha um aquecimento que dissipa o calor, denominado Efeito Jou-le.

O Efeito Joule não pode ser evi-tado e, por isso, deve-se otimizá-lo por meio da seleção correta do tipo de condutor, observando as características dos materiais em-pregados na fabricação e seção transversal (bitola) e atendendo as condições mínimas necessárias para utilização em determinado tipo de circuito. No âmbito industrial, os conduto-res mais utilizados são geralmente de cobre ou de alumínio, podendo ser isolados ou não, dependendo de sua aplicação. Os condutores de alumínio nor-malmente são aplicados em linhas de transmissão e distribuição de energia elétrica por causa da me-nor densidade do material. Isso é um fator importante, tendo em vista o dimensionamento de tor-res e postes que devem ser mais leves e compactos diminuindo consideravelmente os custos de construção.

Condutores

Existem três tipos de condutores:

▪ fio – condutor maciço sólido constituído por apenas uma via; ▪ cabo – condutor formado por um conjunto de fios encordoados,

podendo ser simples ou singelo com vários condutores isolados eletri-camente entre si; ▪ barramento – condutor maciço sólido com seção transversal retan-

gular, utilizado normalmente na montagem de painéis elétricos com grau de dificuldade de montagem e manuseio considerável.

São vários os fatores que determinam a capacidade de corrente de um condutor e, por isso, deve-se levar em consideração aspectos como:

▪ temperatura ambiente a qual os condutores ficarão expostos; ▪ tipo de instalação e o número de condutores carregados (caso de

interior de painéis ou quadro elétrico); ▪ temperatura interna (muitas vezes desconhecida, considerando-se

para efeitos de dimensionamento 40 °C); e ▪ tipo instalação (livre ou aglomerada).

A próxima seção apresenta a seção mínima dos condutores para cada circuito que será visualizada por meio de um quadro ilustrativo.

SEção 2Seção mínima dos condutores

Conforme item 6.2.6.1.1 da NBR 5410 (ABNT, 2004), a seção mínima dos condutores de fase, em circuitos de corrente alternada, e dos condu-tores vivos, em circuitos de corrente contínua, não deve ser inferior aos valores dados no Quadro 1:


Tipos de linha Utilização do circuitoSeção mínima do

condutor mm2 - Material

Instalações fixas em geral

Condutores e cabos isolados

Circuitos de Iluminação.1,5 Cu

16 Al

Circuitos de força2.2,5 Cu

16 Al

Circuitos de sinalização e circuitos de controle.

0,5 Cu3

Condutores nusCircuitos de força.

10 Cu

16 Al

Circuitos de sinalização e circuitos de controle.

4 Cu

Linhas flexíveis com cabos isolados

Para um equipamento específico.

Como especificado na norma do equipamento.

Para qualquer outra aplicação

0,75 Cu4

Circuitos a extrabaixa tensão para aplicações especiais.

0,75 Cu

1) Seções mínimas por razões mecânicas.

2) Os circuitos de tomadas de corrente são considerados circuitos de força.

3) Em circuitos de sinalização e controle destinados a equipamentos eletrônicos é admitida uma seção mínima de 0,1 mm2.

4) Em cabos multipolares flexíveis contendo sete ou mais veias é admitida uma seção mínima de 0,1 mm2.

Quadro 1 - Seção Mínima dos Condutores

Fonte: ABNT (2004).

Conforme item 6.2.6.2 da NBR 5410 (ABNT, 2004), o condutor neutro não poderá ser comum a mais de um circuito. O condutor neutro deverá possuir, no mínimo, a mesma seção transversal que os condutores fase nos seguintes casos:

▪ em circuitos monofásicos e bifásicos; ▪ em circuitos trifásicos, quando a seção transversal do condutor fase

for igual ou inferior a 25 mm2; ▪ em circuitos trifásicos que seja prevista a presença de harmônicas.

Conforme item 6.2.6.2.6 da NBR 5410 (ABNT, 2004), num circuito tri-fásico com neutro e cujos condutores de fase tenham uma seção supe-rior a 25 mm2, a seção do condutor neutro pode ser inferior à dos con-dutores de fase, sem ser inferior aos valores indicados na tabela a seguir.


Tabela 1 - Seção reduzida do condutor neutro

Seção dos condutores de fase mm2

Seção reduzida do condutor neutro mm2

S≤25 S

35 25

50 25

70 35

95 50

120 70

150 70

185 95

240 120

300 150

400 185

1) As condições de utilização desta tabela são dadas 6.2.6.2.6.

Fonte: ABNT (2004).

Conforme item 6.4.3.1.3 da NBR 5410 (ABNT, 2004), o condutor aterramento ou proteção pode-rá ser determinado conforme a Tabela 2. Quando a aplicação da tabela conduzir a seções não pa-dronizadas, devem ser escolhidos condutores com a seção padroni-zada mais próxima.

DICA A Tabela 2 é válida apenas se o condutor de aterramento ou pro-teção for constituído do mesmo metal que os condutores de fase. Quando este não for o caso, consultar IEC 60364-5-54.

Conforme item 6.4.3.1.4 da NBR 5410 (ABNT, 2004), a seção de qualquer condutor de proteção, que não faça parte do mesmo cabo ou não esteja contido no mesmo condutor fechado que os condutores de fase, não deve ser inferior a:

▪ 2,5 mm2 em cobre se os con-dutores forem providos de prote-ção contra danos mecânicos; ▪ 4 mm2 em cobre se os condu-

tores não forem providos de pro-teção contra danos mecânicos.

Nesta primeira unidade você acompanhou os tipos de condu-tores, os circuitos que eles atuam e as seções mínimas para cada condutor.Na unidade 2 você conhecerá di-versos dispositivos elétricos e sua atuação.

O condutor neutro poderá ser di-mensionado em função da seção dos condutores de fase conforme tabela anterior (tabela 1), quando as três condições seguintes forem simultaneamente atendidas:

▪ o circuito será presumivel-mente equilibrado, em serviço normal; ▪ as correntes das fases não

conterão uma taxa de terceira harmônica e múltiplos superiores a 15%; ▪ o condutor neutro será prote-

gido contra sobrecorrentes.

DICA Os valores da Tabela 1 são válidos apenas quando os condutores de fase e o con-dutor de neutro forem do mesmo metal.

Tabela 2 - Seção mínima do condutor de proteção

Seção dos condutores de fase SSeção mínima do condutor de

proteção correspondente

mm2 mm2

S≤16 S

16<S≤35 16

S>35 S/2

Fonte: ABNT (2004).

Unidade de estudo 2

Seções de estudo

Seção 1 – FusíveisSeção 2 – DisjuntoresSeção 3 – Interruptores diferenciais residuaisSeção 4 – ContatoresSeção 5 – Relés de sobrecargaSeção 6 – Relés de tempoSeção 7 – Relé de proteçãoSeção 8 – BotoeirasSeção 9 – Sinaleiros


SEção 1Fusíveis

Nesta seção você estudará como os dispositivos elétricos são clas-sificados e a operação dos fusíveis na condução elétrica.

Os dispositivos elétricos utiliza-dos normalmente em baixa tensão podem ser classificados como: de seccionamento e de proteção.

▪ Dispositivos de secciona-mento: comutadoras, seccio-nadoras (a vazio ou sob carga), interruptores e contatores. ▪ Dispositivos de proteção:

proteção contra sobrecargas (relé térmico, termistores) e proteção contra curto-circuito (fusível, relé eletromagnético). Podem ser aplicados isoladamente ou em conjunto, necessitando análise detalhado para cada aplicação.

Além dos dispositivos de seccio-namento e proteção, os disjunto-res têm sido considerados os dis-positivos mais completos por se tratarem de um elemento que in-tegra em um só dispositivo as fun-ções dos dispositivos de seccio-namento e proteção. De maneira geral, os disjuntores possuem a função de interruptores (liga/des-liga), função relé térmico (contra sobrecarga) e função relé eletro-magnético (contra curto-circuito). Sua aplicação em série com ou-tros disjuntores ou fusíveis exige dos especialistas na área cuidados especiais com a coordenação para que mantenham a atuação do sis-tema de proteção de acordo com os critérios de seletividade.

Dispositivos Elétricos Utilizados em Baixa Tensão

Os fusíveis são dispositivos de proteção mais tradicionais na alimentação de diversas cargas, tendo como principal função a proteção contra curto-circuito de sistemas elétricos, atuando também como limitadores das cor-rentes de curto-circuito.

A operação dos fusíveis é dada pela fusão do elemento fusível, contido em seu interior. O elemento fusível é um condutor de seção transversal dimensionado para que sofra com a passagem de corrente elétrica um aquecimento maior que o dos outros condutores devido à sua alta re-sistência.Os fusíveis possuem em seu interior um elemento fusível que geralmen-te é de cobre, prata, estanho, chumbo ou liga. O corpo do fusível, geral-mente de porcelana ou esteatita, é hermeticamente fechado. Os fusíveis possuem ainda um elemento indicador de operação, possibilitando ao profissional da área observar seu estado de funcionamento. O elemento fusível é ainda envolvido, por completo, por um material granulado ex-tintor, utilizado em areia de quartzo com granulometria adequada.A Figura 1 mostra, em corte, a composição interna dos fusíveis D e NH.

Figura 1 - Composição Interna dos Fusíveis D e NH

Fonte: WEG (2007a, p. 234).


Em função da corrente nominal de cada fusível, o elemento fusível poderá ter várias formas. Consti-tui-se de um ou mais fios ou lâmi-nas em paralelo, com trechos de seção reduzida e, ainda, com um ponto de solda de maior vulnera-bilidade cuja temperatura de fusão é menor que o elemento fusível, atuando assim em sobrecargas de longa duração.Em circuitos de potência são uti-lizados fusíveis D ou NH com o objetivo de proteger a carga ali-mentada contra correntes de cur-to-circuito e de forma seletiva (em combinação com relés) contra so-brecargas de longa duração. Já na proteção de circuitos de comando geralmente são utilizados fusíveis tipo D com características de in-terrupção retardada.

Existem diversos critérios de classificação de fusíveis. Den-tre eles, os mais utilizados são o da tensão de alimentação (baixa ou alta tensão) e o das características de interrupção (retardados ou ultrarrápidos).

Os fusíveis utilizados na prote-ção de circuitos de alimentação de motores são da classe funcio-nal (gL), o que indica que é um elemento de proteção geral e sua característica é de interrupção de efeito retardado (gG). Os moto-res, que são cargas indutivas no instante da partida, necessitam de uma corrente diversas vezes maior que a corrente nominal e que deverá ser tolerada. No caso de fusíveis ultrarrápidos, em fun-ção da corrente de partida, eles não suportariam essa corrente e queimariam, situação que estaria em desacordo com a função do fusível, pois a corrente de partida não representa nenhuma condi-ção anormal.

DICA Os tempos determinados abaixo foram retirados de dados práticos levando em consideração o tempo máximo de rotor bloqueado dos motores. É importante ressaltar que os tempos de partida podem variar de acordo com cada tipo de carga.

Tempo de partida (aceleração):

▪ partida direta: 5s; ▪ partida estrela-triângulo: 10s; ▪ partida compensadora: 15s; ▪ partida estrela série-paralelo: 10s.

Caso o fusível retardado seja submetido a condições de curto-circuito, a corrente de interrupção instantânea é muito semelhante aos fusíveis ultrarrápidos, pois a intensidade térmica é elevada a tal nível que funde o elemento fusível instantaneamente.

Outro critério importante de classificação dos fusíveis é a forma construtiva, basicamente são classificados em tipo D (diametral) e tipo NH (alta capaci-dade, baixa tensão).

Os fusíveis tipo D (ver Figura 2) têm sua aplicação voltada para proteção de curto-circuito em instalações residenciais, comerciais e industriais. Estão disponíveis em diversas correntes normalizadas (dependendo do fabricante), com capacidade de ruptura de acordo com a corrente do fu-sível de 100 kA, 70 kA e 50 kA e tensão máxima de 500 V.” (WEG, 2007a, p. 235).

Figura 2 - Fusível Tipo “D”

Fonte: Adaptado de WEG (2008a, p. 5).

Os fusíveis do tipo NH [ver Figura 3] têm sua aplicação mais restrita na indústria. Deverão ser manuseados apenas por pessoal qualificado para a intervenção e substituição deste elemento em circuitos de potência. Também estão disponíveis em diversos valores de correntes normaliza-das (dependendo do fabricante), com capacidade de ruptura de 120 kA e tensão máxima de 500 V.


Normalmente, utilizam-se os fu-síveis tipo D até os valores de corrente disponíveis para estes e, somente acima desse valor de corrente, utiliza-se os tipo NH, por questões econômicas. (WEG, 2007a, p. 235).

Figura 3 - Fusível Tipo “NH”

Fonte: Adaptado de WEG (2008a, p. 2).

Nas figuras 4 e 5 estão apresenta-das as curvas de tempo em rela-ção à corrente do fusível.

Figura 4 - Curva Característica Fusível Tipo D

Fonte: WEG (2008a, p. 7).

Figura 5 - Curva Característica Fusível tipo NH


SEção 2Disjuntores

Nesta seção serão apresentados os disjuntores e minidisjuntores, os materiais que os compõem, suas utilidades e forma de atua-ção.

Os disjuntores são dispositivos de proteção de circuitos mais comuns em baixa tensão.

Na maioria das aplicações, são termomagnéticos, equipados com disparo térmico (proteção contra sobre carga – característica de longa duração) e disparo eletro-magnético (proteção contra cur-to-circuito – característica instan-tânea). Geralmente são instalados em quadros de distribuição.


Os minidisjuntores são dispositivos de proteção desenvolvidos com o objetivo de proteger as instalações elétricas contra so-brecarga e curto-circuito. Também podem ser utilizados na pro-teção de equipamentos elétricos levando em conta as especifi-cações técnicas (corrente nominal, capacidade de interrupção de curto-circuito e curva de disparo).

Com disponibilidade de diversas correntes e curvas de disparo, depen-dendo do fabricante, os minidisjuntores podem ser monopolar, bipolar, tripolar ou até tetrapolar.

Figura 6 - Minidisjuntores

Fonte: Adaptado de WEG (2006, p. 2).

Os minidisjuntores possuem mecanismos de disparo livre, o que garante a atuação do disjun-tor mesmo que a alavanca de acionamento esteja travada na posição ligada. Disparadores térmicos contra sobrecarga e magnéticos contra curto-circuito garantem uma atuação rápida e segura na detecção e extinção da falha. Em caso de curto-cir-cuito, contatos especiais de pra-ta garantem a segurança contra soldagem produzida pelo arco elétrico. Já a câmara de extinção de arco tem por função absorver toda a energia liberada pelo arco elétrico e extinguir o mesmo caso ocorra um curto-circuito. (WEG, 2007a, p. 333).

DICA Não é possível formar um minidisjuntor bipolar interligando apenas as manoplas de dois mono-polares. Há um intertrava-mento interno do meca-nismo de disparo.


Figura 7 - Características Construtivas

Fonte: ABB (2004, p. 4).

Os minidisjuntores curva de dis-paro B possuem de 3 a 5 vezes a corrente nominal do disparo instantâneo. Com esta caracte-rística os disjuntores curva B são voltados à proteção de cargas resistivas. Ex.: chuveiros, tornei-ras elétricas, aquecedores elétri-cos, etc.Os minidisjuntores curva de dis-paro C possuem de 5 a 10 vezes a corrente nominal do disparo instantâneo. Com esta carac-terística os disjuntores curva C desempenham a função de proteger cargas indutivas. Ex.: lâmpadas fluorescente, circuitos com cargas motrizes, etc. (WEG, 2007a, p. 334).

Figura 8 - Curva de disparo

Fonte: WEG (2008b, p. 3).


É importante ressaltar que para se obter uma seleção adequada do disjuntor, sua corrente nominal deverá ser, na maioria dos casos, menor ou igual à corrente máxima admitida pelo condutor da instalação (capacidade de cor-rente dos condutores forneci-da pelos fabricantes).

Os disjuntores em caixa molda-da são acionados pela aplicação de uma força externa (alavanca, motor, etc.) sobre um elemento que tem como função acionar um conjunto de contatos principais e auxiliares, ao mesmo instante que comprime um jogo de molas de abertura. Ao final do percurso do mecanismo de acionamento, uma trava mantém o sistema de posi-ção dos contatos fechados e as molas de abertura comprimidas.

Figura 9 - Disjuntor em Caixa Moldada


Um comando de abertura, direta-mente no mecanismo ou por meio do sistema de disparo, provoca o destravamento do mecanismo que ocasiona a separação brusca dos contatos fechados provoca-dos pela liberação das molas de abertura comprimidas. Com a abertura dos contatos principais ocorre a interrupção de corrente no circuito que tem valor máximo denominado na capacidade de in-terrupção. A Figura 10 demonstra o funcionamento dos disjuntores em caixa moldada.

Figura 10 - Funcionamento de Disjuntores em Caixa Moldada

Fonte: WEG (2007a, p. 296).


O disjuntor-motor pode ser uti-lizado na proteção de circuitos elétricos e partida/proteção de motores. Com elevada capacida-de de interrupção, possibilita sua aplicação mesmo em instalações com elevado nível de curto-circui-to. Garante ainda proteção total ao circuito e ao motor por meio de seus disparadores térmicos (ajustáveis para proteção contra sobrecargas e equipados também com mecanismos diferenciados com sensibilidade à falta de fase) e magnéticos (calibrados para pro-teção contra curtos-circuitos e as-sim suportar a corrente de partida do motor).O disjuntor-motor é acionado pelos botões ou é rotativo, depen-dendo do modelo e fabricante e tem a função de indicação de dis-paro, permitindo ao usuário veri-ficar visualmente o desligamento manual do disjuntor ou de seu dis-paro via mecanismo de proteção. O mecanismo de acionamento pode ser bloqueado com cadeado ou similar na posição desligado, garantindo assim segurança em manutenções.A utilização deste dispositivo na proteção de motores em substi-tuição às proteções tradicionais, fusível e relé térmico, incorpora-das a um único dispositivo, traz uma série de vantagens, das quais destacam-se:

▪ funciona como chave geral; ▪ desligamento simultâneo de

todas as fases, evitando funciona-mento bifásico; ▪ união perfeita entre as curvas

de proteção térmica e magnética com possibilidade de regulagem desta última também; ▪ em caso de abertura por cur-

to-circuito, basta rearmá-lo, não necessitando sua substituição.

Figura 11 - Disjuntor Motor com Acio-

namento por Botão e Rotativo

Fonte: WEG (2009b, p. 5-7).

A curva de disparo do disjuntor-motor apresenta como caracterís-tica o tempo de disparo em rela-ção à corrente nominal. As curvas demonstram valores médios das faixas de tolerâncias para tempe-ratura ambiente de 20 °C, inicial-mente em estado frio. Quando trabalhando em temperatura de operação, o tempo de disparo tér-mico é reduzido para aproximada-mente 25% do valor apresentado. Em condições normais de ope-ração, todos os três contatos do disjuntor devem conduzir. Para obter informações precisas sobre a curva de disparo, deve-se con-sultar o catálogo ou o manual do disjuntor-motor, específico para cada modelo e fabricante.

Figura 12 - Posição de Montagem

Disjuntor Motor

Fonte: WEG (2009b, p. 37).

12333

33

DD 720 0TMP

I S 140D

360°

1L12L2

3L3

Na Seção 3 você conhecerá um dispositivo que protege contra choques elétricos e incêndios.

SEção 3Interruptores diferenciais residuais

Os interruptores diferenciais residuais (DRs) são utilizados para proteção de pessoas e instalações elétricas tanto em contatos diretos quanto indiretos e ainda na proteção contra os efeitos de correntes de fuga terra, detectando as fugas de corrente que pos-sam existir em circuitos elétri-cos. Este dispositivo garante a segurança contra choques elétricos e incêndios. Apesar de se ter a sensação de cho-que, em caso de contato da fase com o corpo humano, não há risco de vida, caso o circuito seja protegido por este dispositivo.

Figura 13 - Interruptores Diferenciais

Residuais


Quando o assunto é choque elé-trico, de acordo com a IEC 60479, deve- se distinguir duas situações: riscos de contatos diretos e ricos de contatos indiretos.


Segundo a ABNT NBR 5410 (ABNT, 2004), contatos diretos são aqueles que ocorrem direta-mente com as partes vivas, ou seja, partes sob tensão em condições normais de serviço, por exemplo, o toque acidental de uma pessoa com o barramento energizado de um quadro de distribuição. Já os contatos indiretos são aqueles que ocorrem com partes que não são vivas em condições normais. Em se tratando dos efeitos causados ao corpo humano, tanto faz se o contato é direto ou indireto.Os DRs são ideais no controle de isolação da instalação, evitando disperdícios de energia por fuga excessiva de corrente e garantin-do assim uma qualidade da insta-lação.

DICA O dispositivo (DR) não deso-briga a utilização de prote-ções contra sobrecorrente e também não dispensa o aterramento das massas.

O primeiro fator a ser analisado se um DR pode ser aplicado na pro-teção contra contatos diretos e indiretos ou apenas na proteção contra contatos indiretos é a sensibilidade ou corrente diferencial residual no-minal de atuação (IDn) do dispositivo.O dispositivo com corrente diferencial residual nominal de 30 mA po-derá ser aplicado na proteção contra contatos diretos e indiretos por ser tratar de um dispositivo de alta sensibilidade. Já o dispositivo com corrente diferencial de 300 mA, por se tratar de um dispositivo de alta sensibilidade, deverá ser aplicado apenas na pro-teção contra contatos indiretos ou na proteção contra risco de incêndio (conforme normas de instalação), limitando as corrente de fuga à terra em locais com materiais inflamáveis, em processo ou armazenados. Ex.: papel, fragmentos de madeira, plásticos, líquidos inflamáveis, etc.Existem também interruptores diferenciais projetados para operar com correntes de fuga de 500 mA, porém eles só protegem as instalações contra riscos de incêndio, não oferecendo segurança contra riscos aos usuários.

O interruptor diferencial tem como função monitorar perma-nentemente, por meio de um transformador de corrente toroi-dal, a soma vetorial das correntes que percorrem todo o circui-to. Em condições normais de funcionamento, onde o circuito estiver operando sem problemas, a soma vetorial das correntes deverá ser praticamente nula.

Caso o circuito apresente alguma falha de isolamento em um equipa-mento alimentado por esse circuito, ocasionando um fuga de corrente à terra, a soma vetorial das correntes que percorrem o circuito protegido pelo dispositivo não é mais nula, é justamente essa diferença de corrente que o DR tem a função de detectar.

Da mesma forma, se uma pessoa tocar uma parte viva do circuito prote-gido, a corrente irá circular pelo corpo humano, provocando igualmente um desequilíbrio na soma vetorial das correntes. Esse desequilíbrio será também detectado pelo DR tal como se fosse uma corrente de falta à terra.


Figura 14 - Curva de Funcionamento

Fonte: WEG (2006, p. 4).

Figura 15 - Diagrama de Ligação

Fonte: ABB (2004, p. 10).

Os interruptores diferenciais residuais bipolares são utilizados normal-mente na proteção de sistemas fase/neutro ou fase/fase. Já os interrup-tores diferenciais residuais podem ser utilizados em qualquer tipo de rede. Caso utilizar o DR tetrapolar como bipolar, a fase deverá passar pelos terminais 5-6 e o neutro por 7-8. Todos os condutores do circuito devem ser conectados ao DR, entretanto, o terra não deverá ser conec-tado ao dispositivo. Após a saída do dispositivo, o condutor neutro deve permanecer isolado de toda a instalação e não pode ser conectado ao terra.

Na seção anterior você pôde estudar os interruptores diferenciais resi-duais (DRs), um dispositivo utilizado para proteger o homem de cho-ques elétricos e incêndios.Agora, na Seção 4, você aprenderá sobre os dispositivos contatores e visualizará os elementos que compõem esse dispositivo.


SEção 4 Contatores

Os contatores são dispositivos de manobra mecânica, não manual, eletromagnética, que têm uma única posição de repouso. São construídos para elevada frequ-ência de manobras, capazes de es-tabelecer, conduzir e interromper correntes em condições normais do circuito, inclusive suportar so-brecargas no funcionamento. De acordo com a sua aplicação, o contator pode ser utilizado indivi-dualmente ou acoplado a relés de sobrecarga. Existem contatores de potência e contatores auxilia-res.

Figura 16 - Contator

Fonte: WEG (2007a, p. 247).

Os principais elementos construti-vos de um contator são: contatos (principais e auxiliares), sistema de acionamento (bobina), carcaça e acessórios.

Os contatos principais em estado fechado desempenham a função de ligação entre a rede e a carga conduzindo corrente ao circuito principal. Esses contatos são pro-jetados para que tenham capaci-dade de estabelecer e interromper correntes de cargas resistivas, ca-pacitivas e indutivas. O profissio-nal da área deve observar a cate-goria de emprego deste contator.

1. Carcaça inferior

2. Núcleo fixo

3. Anel de curto-circuito

4. Bobina

5. Mola de curso

6. Núcleo móvel

7. Cabeçote móvel

8. Contatos móveis principais

9. Contatos móveis auxiliares

10. Molas de contato

11. Contatos fixos principais

12. Contatos fixos auxiliares

13. Parafusos com arruelas

14. Carcaça superior

15. Capa

Figura 17 - Elementos Construtivos do Contator

Fonte: WEG (2007a, slide 7).

0102

0304

05

06

0711

0809

10

1415

1213


DICA Os contatos principais nos contatores geralmente se-rão em número de três, quatro eventualmente e, em casos específicos, dois e até um.

Os contatos auxiliares dimensio-nados com função de comutação de circuitos auxiliares de coman-do, sinalização e intertravamento, entre outras aplicações, podem ser do tipo NA (Normalmente Aberto) ou NF (Normalmente Fechado), e ainda adiantados ou retardados, dependendo das ca-racterísticas do contato.

Figura 18 - Blocos de Contatos

Auxiliares

Fonte: Adaptado WEG (2007a, p. 246).

Seu acionamento eletromagnético é realizado através da alimentação da bobina que pode ser de cor-rente alternada (CA) ou contínua (CC), por serem dotados de siste-mas específicos (bobina, núcleo) para cada tipo de corrente.Em seguida você observará deta-lhadamente essas formas de acio-namento.

Acionamento CA

Ao alimentar a bobina um cam-po magnético é gerado, atraindo o núcleo móvel, ocasionando as-sim a movimentação dos contatos principais e auxiliares. Para contatores acionados por corrente alternada, existem os anéis de curto-circuito, que estão fixos sobre o núcleo do contator, geralmente fixos no núcleo fixo. Para contatores com um anel na parte fixa e outro na parte mó-vel, deve-se observar, na hora da montagem, para que fique um anel voltado para cima e outro para baixo; os anéis evitam o ruí-do devido à passagem da corrente alternada por zero.Um entreferro reduz a remanên-cia após a interrupção da tensão de comando e evita o “colamen-to” do núcleo. Após a desenergi-zação da bobina de acionamento, o retorno dos contatos principais e auxiliares para a posição original de repouso é efetuado através de molas.

Acionamento CC

O que difere o acionamento CC do CA é a constituição do circuito magnético que não apresenta anéis de curto-cir-cuito e ainda possui bobina de enrolamento com deriva-ção (parte para atracamento e outra para manutenção), um contato NF retardado na abertura que curto-circuita parte do enrolamento duran-te o atracamento.

A derivação desse enrolamento tem a função de reduzir a potên-cia absorvida pela bobina após o fechamento do contator, evitando dessa forma o sobreaquecimento e a queima da bobina.Recomenda-se aplicar aciona-mento CC em circuitos onde os equipamentos de acionamento da bobina sejam sensíveis aos efeitos causados pela tensão induzida do campo magnético da corrente al-ternada (semicondutores) muito comum em circuitos que com-põem CLP, inversores de frequ-ência e soft-starter. Segundo a norma IEC 947-4, a identificação de contatores e de-mais dispositivos de manobra de baixa tensão é utilizada para for-necer informações a respeito da função de cada terminal e sua localização em relação a outros terminais e facilitar e uniformizar a execução de projetos e a monta-gem de painéis.As bobinas são identificadas de forma alfanumérica com A1 e A2. Os terminais do circuito principal (potência) são identificados por números unitários e por sistema alfanumérico como na figura a seguir.


Figura 19 - Identificação de Terminais de Potência

Fonte: WEG (2007a, p. 247).

Os terminais 1L1, 3L2 e 5L3 geralmente são conectados aos dispositivos de seccionamento ou proteção, sendo que os terminais do contator fi-cam voltados para a rede (fonte de alimentação) e os terminais 2T1, 4T2 e 6T3 são conectados aos relés de sobrecarga ou diretamente à carga.Os terminais dos contatos auxiliares são identificados ou marcados nos diagramas, através de figura com dois números, a unidade representa a função do contato e a dezena representa a sequência de numeração conforme Figura 20.

Figura 20 - Identificação de Terminais dos Contatos Auxiliares

Fonte: WEG (2007a, p. 247).

Os números de função 1,2 são utilizados para designação de contatos Normalmente Fechados e os números de função 3,4 são utilizados para designação de contatos Normalmente Abertos.

Figura 21 - Identificação dos Contatos

Auxiliares

Fonte: WEG (2007a, p. 248).

Os traços que antecedem os nú-meros de função indicam a sequ-ência. Seguindo a norma, os ter-minais pertencentes a um mesmo elemento de contato devem rece-ber o mesmo número de sequên-cia. No entanto, contatos com o mesmo número de função devem receber número de sequência di-ferente. Os números de função 5-6 são designações de contatos NF retardados na abertura, en-quanto os números de função 7-8 são utilizados para designar a fun-ção de contatos NA adiantados no fechamento. Na Figura 22 é possível observar como se dá essa identificação.

Figura 22 - Identificação de Sequência

dos Contatos

Fonte: Adaptado de WEG (2007a, p.

248).


A vida útil mecânica é obtida pela da realização de ensaios, de-terminando, assim, o número de manobras sem carga que o conta-tor poder realizar sem apresentar defeitos mecânicos. Esse ensaio é realizado com o contator instala-do sob condições usuais de servi-ço, com classe de funcionamento intermitente.Já a vida útil elétrica é determina pelos ensaios com o contator sob carga, sendo obtido assim o nú-mero de manobras que os conta-tos dos polos podem efetuar sem apresentar defeitos necessitando de manutenção. Esse fator ligará diretamente a categoria de empre-go, da corrente e tensão nominal de serviço. Os ensaios para determinar a vida útil elétrica são realizados nos regimes de emprego AC3 e AC4, podendo variar dependendo do tipo de fabricante. A vida útil elétrica dos contatos está situada na faixa de um milhão de mano-bras em regime AC3. Já a vida útil mecânica está situada na faixa de dez milhões de manobras, o que garante o perfeito funcionamen-to do contator durante toda a sua vida útil elétrica.

DICA É importante ressaltar que a elevada vida útil mecânica não garante que se poderá efetuar diversas substituições dos contatos. A subs-tituição dos contatos é apenas uma opção válida e muito emprega-da, mas deve ser levado em conta que a cada manobra do contator é ocasionado faiscamento, em especial na abertura. Esse processo provoca a carbonização das partes internas e o depósito de material condutor nas câmaras do contator, fator determinante na vida útil elétrica do contator. Sempre que se substituir apenas os contatos, deve-se observar esses aspectos e verificar junto ao fabricante a dis-ponibilidade de venda de contatos avulsos.

Os contatores devem ser montados preferencialmente na vertical em local que não está sujeito à trepidação. É permitida uma inclinação em relação ao plano de montagem de aproximadamente 30°, o que possibi-lita a instalação em navios. É importante observar que tipo de contator está sendo instalado e ainda seguir as orientações de inclinação e posicionamento de cada fabricante.

Figura 23 - Posição de Montagem de Contatores

Fonte: WEG (2010, p. 15).

Ao dimensionarmos os contato-res devemos ter a máxima aten-ção, pois a seleção correta do dispositivo é que definirá o bom funcionamento de máquinas e equipamentos por ele acionado, tal como sua vida útil tanto elétri-ca quanto mecânica especificada pelo fabricante.


Seguindo os critérios definidos para a seleção dos contatores, podemos otimizar e garantir uma maior segurança contra colamen-to de contatos e possibilitar uma maior vida útil elétrica. Do ponto de vista elétrico, o processo de li-gação depende do circuito que o contator está operando, em cor-rente contínua ou alternada.

Em corrente alternada:

▪ cargas resistivas – a tensão está em fase com a corrente; ▪ cargas indutivas – surge uma

defasagem entre a tensão e a cor-rente. a corrente antes de se esta-bilizar, passa por um transitório, que pode ser desmembrada em dois componentes, a alternada e a contínua. Este componente contínua decresce em função da constante de tempo do circuito, L/R; ▪ cargas capacitivas – ocorre,

igualmente, uma defasagem entre a tensão e a corrente. A estabi-lização da corrente transitória acontece com uma velocidade que é dependente da constante de tempo, RxC.Em corrente contínua:

▪ cargas indutivas – a corrente não assume instantaneamente um valor nominal, por causa da indutância do circuito, que difi-culta o crescimento. A constante de tempo do circuito é dada pela relação entre o valor final da corrente e a velocidade inicial de

crescimento da mesma. A corrente chega a 95% de seu valor final após um tempo de três vezes a constante de tempo. Em sistemas industriais, esta constante apresenta valores de até 15 ms; ▪ cargas capacitivas – a corrente é limitada pela resistência do cir-

cuito e podem ocorrer picos. O comportamento do circuito é definido pela constante de tempo, RxC, que é inversamente proporcional à velocidade de decréscimo da corrente.

Acompanhe os critérios de escolha mais importantes.

Categoria de emprego

Por meio da categoria de emprego são definidas as condições para es-tabelecer e interromper a corrente e a tensão nominal de serviço cor-respondente para a utilização em condições normais de operação do contator nos mais diversos tipos de aplicação para CA e CC.

Observe o quadro a seguir:

Tipo de corrente

Categorias de emprego

Aplicações típicas

CA

AC – 1Manobras leves; carga ôhmica ou pouco indutiva (aquecedores, lâmpadas incandes-centes e fluorescentes compensadas).

AC – 2Manobras leves; comando de motores com anéis coletores (guinchos, bombas, com-pressores). Desligamento em regime.

AC – 3Serviço normal de manobras de motores com rotor gaiola (bombas, ventiladores, compressores). Desligamento em regime.*

AC – 4

Manobras pesadas. Acionar motores com carga plena; comando intermitente (pulsa-tório); reversão à plena marcha e paradas por contracorrente (pontes rolantes, tor-nos, etc.).

AC – 5aChaveamento de controle de lâmpadas de descargas elétricas.

AC – 5bChaveamento de lâmpadas incandescentes.

AC – 6a Chaveamento de transformadores.

AC – 6b Chaveamento de bancos de capacitores.

AC – 7aAplicações domésticas com cargas pouco indutivas e aplicações similares.

AC – 7bCargas motoras para aplicações domésticas.


Tipo de corrente

Categorias de emprego

Aplicações típicas

CA

AC – 8aControle de compressor-motor hermeticamente refrigerado com reset manual para liberação de sobrecarga.**

AC – 8b

Controle de compressor-motor hermeticamente refrigerado com reset automático para liberação de sobrecarga.**

AC – 12 Controle de cargas resistivas e cargas de estado sólido com isolamento através de acopladores ópticos.

AC – 13 Controle de cargas de estado sólido com transformadores de isolação.

AC – 14 Controle de pequenas cargas eletromagnéticas (≤ 72 VA).

AC – 15 Controle de cargas eletromagnéticas (> 72 VA).

CC

DC – 1Cargas não indutivas ou pouco indutivas (fornos de resistência).

DC – 3

Motores CC com excitação independente: partindo em operação contínua ou em chaveamento intermitente. Frenagem dinâmica de motores CC.

DC – 5

Motores CC com excitação série: partindo operação contínua ou em chaveamento intermitente. Frenagem dinâmica de motores CC.

DC – 6 Chaveamento de lâmpadas incandescentes.

DC – 12 Controle de cargas resistivas e cargas de estado sólido através de acopladores óp-ticos.

DC – 13 Controle de eletroímãs.

DC – 14 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, sendo que o motor opera nesse meio refrigerante.

Quadro 2 - Categorias de emprego de contatores conforme IEC 947-4 Fonte: WEG (2007a, p. 257).


Após a determinação da categoria de emprego do contator, deve-se fazer a seleção da tensão principal, potência ou corrente a acionar.

Tensão de comando

A tensão de comando é um cri-tério empregado após a definição do tipo de contator a ser utiliza-do, juntamente com a frequência da rede. Diferencia-se a princípio pelo sistema utilizado, sendo mais usada a tensão em corrente alter-nada e com menor incidência em corrente contínua.

Frequência de mano-bras

A frequência de manobras, ou o número de manobras por hora que o contator poderá realizar, também é um fator fundamental na seleção dos contatores, pois quanto maior este valor, menor será a vida dos contatos. Os va-lores de frequência de manobras para os diversos tipos de aplicação podem ser encontrados nos catá-logos fornecidos pelo fabricante.

Quantidade de conta-tos auxiliares

A quantidade de contatos auxilia-res dependerá das necessidades de comando intertravamento e sinalizações constantes em cada circuito.

Na seção que você acabou de estudar foram trabalhados diversos con-ceitos referentes ao contator, dentre eles você aprendeu: os elementos que constroem um contator, as formas de acionamento, que podem ser de corrente alternada (CA) ou contínua (CC), e as aplicações do conta-tor.

Na próxima seção que você iniciará será apresentado um dispositivo utilizado para proteger o superaquecimento dos equipamentos elétricos.

SEção 5Relés de sobrecarga

Relés de sobrecarga são dispositivos constituídos por um par de lâ-minas metálicas (um par por fase), com princípio de funcionamento baseado nas diferentes dilatações térmicas que os metais apresentam quando submetidos a uma variação de temperatura. Também são constituídos por um mecanismo de disparo contido num invólucro isolante e com alta resistência térmica.

Figura 24 - Relé de Sobrecarga


Relés de sobrecarga são aplicados na proteção de um possível supera-quecimento dos equipamentos elétricos, como transformadores e mo-tores.

O superaquecimento do motor pode ser ocasionado por sobrecarga mecâ-nica na ponta do eixo, tempo de partida elevado, rotor bloqueado, falta de fase ou variações excessivas de tensão e frequência da rede.

Nos possíveis problemas apresentados acima, o aumento de corrente (sobrecorrente) no motor é monitorado por todas as fases do relé de sobrecarga.

Conforme visto na representação esquemática acima, um relé de sobrecarga pode ser dividido em duas partes.

Circuito principal ou de potência

Circuito auxiliar ou de comando

O circuito auxiliar é constituído basicamente dos contatos auxilia-res (NA – Normalmente Aberto e NF – Normalmente Fechado) por onde deverá circular toda a cor-


1. Botão de rearme

2. Contatos auxiliares

3. Botão de teste

4. Lâmina bimetálica auxiliar

5. Cursor de arraste

6. Lâmina bimetálica principal

7. Ajuste de corrente

Figura 25 - Representação Esquemática de um Relé Térmico de Sobrecarga

Fonte: WEG (2007a, p. 271).

Conforme visto na representação esquemática acima, um relé de sobrecarga pode ser dividido em duas partes.

Circuito principal ou de potência

O circuito principal é constitu-ído de três pares de lâminas bimetálicas de aquecimento, alavanca de desarme, ter-minais de entrada (1L1, 3L2 e 5L3) e terminais de saída (2T1, 4T2 e 6T3).

Circuito auxiliar ou de comando

O circuito auxiliar é constituído basicamente dos contatos auxilia-res (NA – Normalmente Aberto e NF – Normalmente Fechado) por onde deverá circular toda a cor-

rente de comando, botão de regulagem, botão de rearme (reset), botão de seleção (manual e automático) e bimetal de compensação da temperatu-ra (possibilitando que o relé tenha condições de operação na faixa de -20 a 50 °C sem alterações na curva de desarme).

Com a passagem da corrente nominal do motor (corrente para a qual o relé foi ajustado), os bimetais se curvam. A curvatura do elemento ocorre porque o bimetal é constituído por uma liga de dois materiais com coeficientes de dilatação diferentes, sendo que a curvatura será para o lado com material com menor coeficiente de dilatação.

Figura 26 - Deflexão do Bimetal

Fonte: WEG (2007a, p. 272).

Com a circulação da corrente nominal do motor ocorre a curvatura dos bimetais, mas é insuficiente para o desarme. Caso ocorra uma sobre-carga, os bimetais apresentarão uma curvatura maior ocasionando o deslocamento da alavanca de desarme. Tal deslocamento é transmitido mecanicamente ao circuito auxiliar, provocando o desarme do mesmo.


A atuação do relé não sofre in-fluência da variação da tempera-tura ambiente, pois o bimetal de compensação sofrerá o mesmo deslocamento, mantendo assim a relação inicialmente definida. Com o auxílio de um dial pode-se ajustar o ponto de atuação do relé, ou seja, a curvatura das lâminas, e o consequente desligamento, possibilitando o ajuste do valor de corrente que provoca a atuação do relé.

Os relés são compostos por duas hastes móveis (1 e 2) ligadas a uma alavanca móvel (3). Essa alavanca é a responsável pela transmissão do movimento dos bimetais ao circuito auxiliar.

Nas figuras 27, 28 e 29 estão re-presentadas três situações:

Figura 27 - Posição de Repouso no Relé

Fonte: WEG (2007a, p. 273).

Figura 28 - Sobrecarga Bipolar no Relé

Fonte: WEG (2007a, p. 273).

Figura 29 - Sobrecarga Tripolar no Relé

Fonte: WEG (2007a, p. 273).

DICA Sempre que o deslocamento da alavanca 3 atingir a posição “S”, haverá o desarme do relé. Caso o relé sofra uma sobrecarga tripolar, o deslocamento dos bimetais será uniforme, deslocando as hastes 1 e 2 que empurram a alavanca 3 em deslocamento paralelo ao dos bimetais, ocorrendo o desarme do relé.

No caso de uma sobrecarga bipolar, a haste 2 permanecerá na po-sição inicial por meio do bimetal que se encontra sem corrente e por meio de um braço de alavanca o movimento dos bimetais sob corrente é transmitido para alavanca 3. Essa relação de alavancas amplia o movimento, desarmando o relé com uma menor dilatação dos bimetais. Em consequência desse sistema de alavancas, o tem-po de desarme do relé é menor para uma sobrecarga bipolar do que em casos de sobrecarga tripolar.

Proteção com relés + TCs

Transformadores de corrente (TCs) são dispositivos projetados com o objetivo de reduzir as altas correntes dos circuitos primários, reprodu-zindo em seus secundários a corrente de seus circuitos primários com uma relação previamente definida e adequada, tornando possível a utili-zação, em seu secundário, de instrumentos de proteção de menor custo.Em TCs as correntes de saturação para utilização em dispositivos de proteção atingem elevados níveis (10 a 20xIn), dessa forma, o TC não sofre saturação nos instantes da partida e sobrecarga de motores elétri-cos.Já os TCs de medição não são adequados para proteção, pois saturam facilmente e com esse efeito “escondem” o que realmente passa no cir-cuito.

A relação tempo x corrente de desarme de relés térmicos de sobrecarga é conhecida como curva característica.


Figura 30 - Curvas Características de

Relés Térmicos de Sobrecarga

Fonte: WEG ([19--], p. 23).

t = Tempo de Desarme

XIE = Múltiplos da Corrente de Regulagem

3 = Curva Característica para carregamento Tripolar

2 = Curva Característica para Carregamento Bipolar

Como se pôde observar na Figu-ra 30, no eixo horizontal se en-contram os valores múltiplos da corrente de regulagem (XIE) e no eixo vertical, o tempo de desarme (t). Também temos a curva 3 que representa o comportamento dos relés quando submetidos à sobre-carga tripolar e na curva 2 para sobrecarga bipolar.Os valores de desarme apresen-tados nas curvas são válidos para sobrecargas a partir da tempera-tura ambiente, sem aquecimento prévio, ou seja, inicialmente em estado frio.Os relés, que se encontram em operação sob corrente nominal e temperatura de trabalho nor-mal, deverão se considerados pré-aquecidos (estado quente), um

tempo de atuação em torno de 25 a 30% dos valores das curvas. Com este pré-aquecimento devido à passagem da corrente nominal, os bi-metálicos já sofreram um deslocamento de aproximadamente 70% do necessário para o desarme.

DICA Exemplo

Nas curvas de desligamento vistas anteriormente, para uma sobre-carga de 2xIn, tem-se, a frio, um tempo de 60s para que ocorra o desarme do relé. Observe a seguir como é determinado o tempo de resposta no caso de bimetálicos já aquecidos.

Tq = 0,3 x Tf

Tq = 0,3 x 60 = 18s

Sendo:

▪ Tq = tempo de desligamento “a quente”; ▪ Tf = tempo de desligamento “a frio”.

A norma IEC 947-4-1 especifica os tempos de desarme no caso de so-brecarga conforme a tabela abaixo:

Tabela 3 - Tempos de desarme conforme IEC 947-4-1

Sobrecarga Tempo Estado

1,05 x In > 2h a frio

1,20 x In < 2h a quente

1,50 x In

< 4 min

< 8 min

< 12 min

classe 10

classe 20

classe 30

7,20 x In

4 < Tp < 10

6 < Tp < 20

9 < Tp < 30

classe 10

classe 20

classe 30Fonte: WEG (2007a, p. 275).

Segundo a IEC 947, um relé térmico de sobrecarga deve ser capaz de trabalhar numa faixa de 5 °C a + 40 °C. Essa faixa de variação de tempe-ratura pode oscilar dependendo do fabricante e modelo do dispositivo, sendo assim, deve-se observar as especificações de variação de tempe-ratura informadas e os valores referidos à umidade relativa do ar, que podem variar de acordo com a temperatura ambiente.


A fim de não sofrer influência com a variação da temperatura ambiente sobre suas caracterís-ticas de desarme, os relés são montados com bimetais de com-pensação. Para evitar que a tem-peratura ambiente influencie no tempo de disparo do relé, o cur-sor atua sobre a lâmina bimetálica de compensação, na qual não há circulação de corrente elétrica, ou seja, aquecida somente pela tem-peratura ambiente que sofrerá uma curvatura de igual proporção das lâminas principais. Isso garan-tirá que as lâminas aquecidas pela corrente, determinem um mesmo tempo de disparo em qualquer condição de temperatura ambien-te.

DICA A posição de montagem dos relés deve seguir sempre as orientações fornecidas pelo fabricante, mas em geral é possível afirmar que os relés podem ser fixados em pare-des verticais. Inclinações de até 30° na vertical e 90° na horizontal são admissíveis para todos os lados (sempre observando a limitação da mola dos contatores).

Figura 31 - Posição de Montagem de Relés de Sobrecarga

Fonte: WEG (2007a, p. 276).

A corrente nominal do motor é utilizada para ajuste do relé atra-vés do botão de regulagem, é ainda característica fundamental na seleção do mesmo, pois a cor-rente do motor definirá a faixa de corrente do relé de sobrecarga. Deve-se consultar as caracterís-ticas de rede indicadas pelo fa-bricante a cada modelo de relé, como é o caso de relés WEG apropriados para instalações com frequência de 0 Hz (CC) e 400 Hz, com restrição aos relés acoplados a TCs que devem ser aplicados em rede de 50/60 Hz. Nessa faixa de frequência a influência sobre os valores de desarme deverá ser desprezada. A tensão nominal de isolação indica o maior valor de tensão que o dispositivo pode su-portar.A proteção de um motor com relé de sobrecarga tem seu desempe-nho garantido nos casos de ope-ração contínua ou respeitado o limite de frequência de manobras do fabricante, que na maioria dos casos é 15 manobras/hora.Caso os relés tripolares sejam uti-lizados na alimentação de cargas monofásicas ou bifásicas a co-nexão desse dispositivo deve ser efetuada conforme Figura 32, ou seja, dessa forma o relé se com-porta como se estivesse carregado para serviço trifásico.

Figura 32 - Relé Térmico de Sobrecarga

Tripolar para Serviço Monofásico (a)

ou Bifásico (b)

Fonte: WEG (2007a, p. 277).

A nomenclatura utilizada para fornecer informações a respeito da numeração de sequência e da função de cada terminal ou sua localização com respeito a outros terminais, deve estar de acordo com a norma IEC 947. Seguindo a norma, os terminais do circuito principal dos relés de sobrecarga deverão ser marcados da mesma forma que os terminais de potên-cia dos contatores.


Figura 33 - Identificação dos Terminais de Potência do Relé de Sobrecarga

Fonte: WEG (2007a, p. 277).

Já os terminais dos circuitos auxiliares do relé deverão ser marcados da mesma forma que os de contatores, com funções específicas, conforme exemplos a seguir. O número de sequência deve ser o 9 e, se uma segun-da sequência existir, será identificada com o zero.

Figura 34 - Identificação dos Terminais dos Contatos Auxiliares do Relé de

Sobrecarga

Fonte: WEG (2007a, p. 278).

Figura 35 - Tecla Multifunção Relé de Sobrecarga

Fonte: WEG (2007a, p. 279).

Na próxima seção você estudará dispositivos que controlam o tem-po do funcionamento, tornando automáticos os processos indus-triais, as máquinas, especialmente, as relações de sequência, inter-rupções de comandos e chaves de partida.

SEção 6Relés de tempo

Temporizadores são disposi-tivos de controle de tempos de curta duração que têm por finalidade fornecer um sinal de saída conforme sua função e o tempo ajustado. São uti-lizados na automação de má-quinas, processos industriais, especialmente em sequencia-mento, interrupções de co-mandos e chaves de partida.

Os relés de tempo com retardo na energização (RE) são dispositivos aplicados no sequenciamento de comandos e interrupções, painéis de comando e chaves compensa-doras. Podemos encontrar estes relés nas configurações com 1 ou 2 saídas NA/NF.Com a energização dos terminais de alimentação A1-A2/A3-A2, inicia-se a contagem do tempo (t) ajustado no dial. Depois de trans-corrido esse tempo, acorrerá a comutação dos contatos de saída, permanecendo nessa posição até que a alimentação seja interrom-pida.


Figura 36 - Diagrama Temporal

Fonte: WEG (2007a, p. 280).

a – Instante da Comutação dos Contatosb – Retorno para a Posição de RepousoT – Temporização Ajustado no Dial

Figura 37 - Diagrama de Ligação: Relé de Tempo com Retardo na Energização

Fonte: WEG (2008c, p. 7).

Alimentação: A1–A2/A3-A2.

Saída 1:

15 – Contato comum.

16 – Contato NF.

18 – Contato NA.

Saída 2:

25 – Contato comum.

26 – Contato NF.

28 – Contato NA.

Os relés de tempo estrela-triângulo (Y-D) são dispositivos fabricados especialmente para utilização em chaves de partida estrela-triângu-lo. Neste relé se encontram dois circuitos de temporização, sendo possível ajustar apenas o controle de tempo que executa a conexão estrela, e o segundo, com tempo preestabelecido e fixo (100 ms) para controle do intervalo entre a troca das conexões estrela e tri-ângulo.

Com a energização dos terminais de alimentação A1-A2/A3-A2, o contato de saída estrela (15 – 18) comutam instantaneamente, per-manecendo os terminais aciona-dos durante todo o tempo (t1) ajustado no dial. Depois de trans-corrida a temporização ajustada o contato estrela retorna ao repou-so (15 – 16), iniciando a contagem do tempo (t2) fixo de 100 ms; ocorrido no tempo (t2) os con-tatos de saída triângulo (25 – 28) serão acionados e permanecem acionados até que a alimentação seja interrompida.


Figura 38 - Diagrama Temporal

Fonte: WEG (2007a, p. 283).

a – Instante da Comutação dos contatosb – Retorno para a Posição de RepousoT1 – Tempo Ajustável para Conexão EstrelaT2 – Tempo Fixo para Conexão Triângulo (100 ms)

Figura 39 - Diagrama de Ligação Relé de Tempo Estrela-Triângulo


Alimentação: A1–A2/A3-A2Saída 1: Contato Estrela15 – Contato Comum16 – Contato NF18 – Contato NA

Saída 2: Contato Triângulo25 – Contato Comum26 – Contato NF28 – Contato NA

Ao especificar um temporizador, deve-se especificar primeiramente o modo de operação, em seguida, a faixa de ajuste do tempo, tensão de comando e o número de contatos, observando-se as configurações necessárias para aplicação.

A alimentação se encontra dispo-nível em diversos níveis de tensão tanto em corrente alternada quan-to em corrente contínua. Para consultar os níveis de tensão e fai-xas de ajuste do temporizador, é indicado consultar o catálogo do fabricante, pois pode existir dife-rença significativa entre os fabri-cantes. A temporização desejada deve ser ajustada pelo seu DIAL de ajuste frontal cuja escala geralmente se apresenta em segundos, porém pode se encontrar temporizado-res com escala de minutos.


2

4 68

10s

16 18 A2

25 26 28

A1 15 A3

2

4 68

10s1

RTW-ET

Figura 40 - Dial Ajuste de Temporização


Temporizadores pneumáticos são elementos fixados diretamente na parte frontal dos contatores. Funcionam como temporizador com retar-do na energização e desenergização. O bloco temporizador pneumático WEG possui uma faixa de ajuste de 0,1 a 30 segundos, possibilitando a combinação com blocos de contatos auxiliares frontais e laterais, obede-cendo à capacidade máxima de contatos auxiliares de cada contator. Não possui bobina, reduz o espaço ocupado em painéis, condição esta cada vez mais crítica para fabricantes de máquinas e na montagem de CCMs.

Figura 41 - Temporizador pneumático

Fonte: WEG (2007a, p. 281).

1 3

10

300,1


Figura 42 - Diagrama de Funcionamento

Fonte: WEG (2007a, p. 282).

SEção 7Relés de proteção

O relé de sequência de fase é o dispositivo ideal para o monitoramento e controle de sistemas trifásicos contra a inversão da sequência das fases (L1-L2-L3). Detecta qualquer inversão de sequência de fases e, por isso, é muito utilizado na proteção dos motores trifásicos, painéis de coman-do e diversos acionamentos CA.O relé de sequência de fase não comuta a saída (15-18 aberto) do relé, impossibilitando o sistema o qual está inserido entrar em operação. Isso ocorre por causa da inversão de fases na alimentação do sistema. A saída do relé só é comutada (15-18 fechado) para a posição que habilita a ope-ração do sistema caso a rede elétrica esteja conectada com a sequência de fases adequada.


Fonte: WEG (2008c, p. 10).


Fonte: WEG (2008c, p. 10).

L1/L2/L3 – Alimentação/Moni-toramento

Saída:15 – Contato Comum16 – Contato NF18 – Contato NA


O relé de falta de fase é o dispo-sitivo que tem como finalidade a proteção de sistemas trifásicos com ou sem neutro.

Com neutro na instalação

O relé de falta de fase com neutro na instalação se destina à proteção e ao controle de sistema trifásico com neutro. O dispositivo irá mo-nitorar a falta de fase de uma ou mais fases e também verificar a tensão no neutro e efetuar o des-ligamento, quando a falta ocorre. O neutro obrigatoriamente deve-rá estar conectado ao dispositivo. Com contato reversor, estes dis-positivos geralmente são forneci-dos com retardo no desligamen-to de até 5s para que não efetue desligamentos desnecessários durante a partida do motor que pode ocasionar quedas de tensão maiores que a estabelecida para atuação do dispositivo.

Sem neutro na instalação

O relé de falta de fase sem neutro na instalação se destina à prote-ção de sistemas trifásicos contra falta de fase e falta de fase com realimentação. O dispositivo irá monitorar a amplitude das três fases estando elas dentro dos li-mites ajustados, o dispositivo de proteção comuta os contatos para a posição de trabalho (15-18). Caso ocorra a queda de tensão de uma das fases em relação à ou-tra para valores abaixo do limite percentual ajustado no DIAL de ajuste de sensibilidade (proteção contra fase fantasma do motor), irá comutar o contato de saída bloqueando o funcionamento do sistema. Não é necessária a cone-xão do neutro ao dispositivo.

Ajuste de sensibilidade

A sensibilidade do relé poderá ser ajustada por meio do dial, conforme percentual desejado que pode variar entre 70 a 90%; o percentual ajus-tado definirá o percentual de quebra de uma fase em relação às outras.


Fonte: WEG (2008c, p. 11).


Fonte: WEG (2008c, p. 11).

Relés de mínima e má-xima tensão

Utilizados na supervisão de redes de alimentação mono-fásicas e trifásicas. Permitem o acionamento de alarme ou o desligamento de circuitos de modo a proteger equipa-mentos contra variação da tensão da rede além dos limi-tes pré-fixados.

Ajustam-se os valores máximos e mínimos de tensão admissíveis para o equipamento a ser protegi-do por meio de dois potenciôme-tros independentes.O relé de saída estará energizado para tensões de alimentação den-tro da faixa ajustada e desenergi-zado acima ou abaixo dessa. Estes relés também atuam por falta de fase sem neutro e, ainda, podem ser dotados de retardos no desli-gamento de até 5s para evitar que ocorram desligamentos dos siste-mas durante o tempo de partida no caso de instalação de motores de grandes potências.



Fonte: WEG (2008c, p. 13).


Fonte: WEG (2008c, p. 13).

SEção 8Botoeiras

Nesta seção você conhecerá as chaves elétricas acionadas manu-almente e aprenderá a diferenciar as botoeiras pulsadoras das boto-eiras com trava.As botoeiras são chaves elétri-cas acionadas manualmente que apresentam, geralmente, um con-tato aberto e outro fechado. De acordo com o tipo de sinal a ser enviado ao comando elétrico, as botoeiras são caracterizadas como pulsadoras ou com trava.

um contato aberto e um contato fechado, sendo acionada por um botão pulsador liso e reposiciona-da por mola.

Figura 50 - Contato NA

Fonte: WEG (2007a, p. 341).

Enquanto o botão não for acio-nado, os contatos 11 e 12 per-manecem fechados, permitindo a passagem da corrente elétrica, ao mesmo tempo em que os con-tatos 13 e 14 se mantêm aber-tos, interrompendo a passagem da corrente. Quando o botão é acionado, os contatos se invertem de forma que o fechado abre e o aberto fecha. Soltando o botão, os contatos voltam à posição inicial pela ação da mola de retorno.As botoeiras com trava também invertem seus contatos mediante o acionamento de um botão, en-tretanto, ao contrário das botoei-ras pulsadoras, permanecem acio-nadas e travadas mesmo depois de cessado o acionamento.

Figura 51 - Seletora com Trava

Fonte: WEG (2008d, p. 2).

Figura 49 - Botão de Pulsador


As botoeiras pulsadoras, invertem seus contatos mediante o aciona-mento de um botão e, devido à ação de uma mola, retornam à po-sição inicial quando cessa o acio-namento. Essa botoeira possui


Esta botoeira é acionada por um botão giratório com uma trava que mantém os contatos na úl-tima posição acionada. Como o corpo de contatos e os bornes são os mesmos da Figura 51 e apenas o cabeçote de acionamento foi substituído, esta botoeira também possui as mesmas características construtivas, isto é, um contato fechado nos bornes 11 e 12 e um aberto 13 e 14. Quando o botão é acionado, o contato fechado 11/12 abre e o contato 13/14 fecha e se mantém travado na posição, mesmo de-pois de cessado o acionamento. Para que os contatos retornem à posição inicial é necessário acio-nar novamente o botão, agora no sentido contrário ao primeiro acionamento.Outro tipo de botoeira com trava, muito usada como botão de emer-gência para desligar o circuito de comando elétrico em momentos críticos, é acionada por botão do tipo cogumelo.

Figura 52 - Botoeira de Emergência

com Trava

Fonte: WEG (2008d, p.2).

Mais uma vez, o corpo de conta-tos e os bornes são os mesmos, sendo trocado apenas o cabeçote de acionamento.

DICA O botão do tipo cogumelo, também conhecido como botão soco-trava, quando é acionado, inverte os contatos da botoeira e os man-tém travados. O retorno à posição inicial se faz mediante um peque-no giro do botão no sentido horário, o que destrava o mecanismo e aciona automaticamente os contatos de volta para a mesma situação de antes do acionamento.

Observe o quadro abaixo:

IDENTIFICAÇÃO DE BOTÕES SEGUNDO IEC 73 e VDE 0199

Cores Significado Aplicações típicas

Vermelho

▪ Parar, desligar

▪ Emergência

▪ Parada de um ou mais motores.

▪ Parada de unidades de uma máquina.

▪ Parada de ciclo de operação.

▪ Parada em caso de emergência.

▪ Desligar em caso de sobreaquecimento perigoso.

Verde

▪ Partir, ligar, pulsar

▪ Partida de um ou mais motores.

▪ Partir unidades de uma máquina.

▪ Operação por pulsos.

▪ Energizar circuitos de comando.

Preto

Amarelo

▪ Intervenção ▪ Retrocesso.

▪ Interromper condições anormais.

Azul

▪ Qualquer função, exceto as acima

▪ Reset de relés térmicos.

▪ Comando de funções auxiliares que não tenham correlação direta com o ciclo de operação da máquina.

Branco

Quadro 3 - Identificação de botoeiras Fonte: WEG (2007a, p. 342).


SEção 9Sinaleiros

Nesta seção você estudará a res-peito dos indicadores luminosos, suas utilizações em relação às co-res e seus significados.

Sinaleiros são indicadores lumino-sos, são lâmpadas incandescentes ou LEDs, utilizados na sinalização visual de eventos ocorridos ou prestes a ocorrer. São empregados, geralmente, em locais de boa visi-bilidade que facilitem a visualização do sinalizador.

Figura 53 - Lâmpada de Sinalização


Observe o quadro abaixo:

IDENTIFICAÇÃO DE SINALEIROS SEGUNDO IEC 73 e VDE 0199

Cores Significado Aplicações típicas

Vermelho ▪ Condições anormais,

perigo ou alarme

▪ Temperatura excede os limi-tes de segurança

▪ Aviso de paralisação (ex.: sobrecarga).

Amarelo

▪ Atenção, cuidado ▪ O valor de uma grandeza

aproxima-se de seu limite.

Verde ▪ Condição de serviço

segura ▪ Indicação de que a máquina

está pronta para operar.

Branco ▪ Circuitos sob tensão,

funcionamento normal ▪ Máquina em movimento.

Azul ▪ Informações espe-

ciais, exceto as acima

▪ Sinalização de comando remoto.

▪ Sinalização de preparação da máquina.

Quadro 4 - Identificação de SinaleirosFonte: WEG (2007a, p. 342).

Na Unidade 2 você aprendeu sobre diversos dispositivos elétricos, sua formação, funcionamento, classificação e aplicação.

Na próxima unidade serão estudadas as formas de iniciar o funciona-mento dos motores, ou seja, a chave de partida de um motor.

Unidade de estudo 3

Seções de estudo

Seção 1 – Partida diretaSeção 2 – Partida estrela-triânguloSeção 3 – Partida compensadoraSeção 4 – Partida série-paralelaSeção 5 – Dimensionamento dos componentes básicos da chaveSeção 6 – Chave de partida estrela-triânguloSeção 7 – Chave de partida estrela série-paralela


SEção 1Partida Direta

Esta seção apresenta como ocorre a partida direta dos motores elétri-cos, apontando também alguns prejuízos da utilização desta forma de partida.

Sempre que for possível, o motor elétrico deverá ter partida direta, com auxílio de contatores. Para este tipo de partida o motor parte com valo-res de conjugado (torque) e corrente de partida plenos, pois suas bobi-nas recebem tensão nominal da rede conforme as figuras abaixo:

Figura 54 - Ligação e Tensão em Triângulo (U∆) (a) e Tensão em Estrela (UY) (b)

Fonte: WEG (2007a, p. 343).

Figura 55 - Diagrama de Comando (a) e Diagrama de Potência (b)

Chaves de Partida

Todos os motores elétricos são projetados para tensão e corrente nominal, sendo assim, se a insta-lação permitir, deve-se optar por este tipo de partida.

No caso deste método, o motor provoca uma elevada corrente de partida ocasionando prejuízos como:

▪ acentuada queda de tensão no sistema de alimentação da rede, o que ocasiona interferências em equipamentos instalados no sistema; ▪ exigência de superdimensiona-

mento de condutores e dispositi-vos, pois se não feito isto, ocorre a redução drástica da vida útil destes; ▪ a imposição das concessioná-

rias de energia elétrica, que limi-tam a queda de tensão na rede.

A maneira encontrada para evi-tar esses problemas, é utilizando outro método de partida com redução de tensão na partida e, consequentemente, a corrente de partida.

A próxima partida estudada ocor-re através da alimentação do mo-tor com redução de tensão nas bobinas no momento da partida.


SEção 2Partida estrela-triângulo

Caso a corrente de partida ultra-passe os valores permitidos oca-sionando sérios danos ao sistema, utilizamos outros métodos de partida, neste momento vamos conhecer a partida estrela-triângu-lo na qual consiste em alimentar o motor com redução de tensão nas bobinas, durante a partida.

Na partida é efetuado o fe-chamento das bobinas em es-trela, ou seja, o motor poderá receber tensão de estrela, po-rém alimentamos com tensão de triângulo (tensão da rede).

Dessa maneira as bobinas do motor receberão apenas 58% (1/√3 ) da tensão em estrela que deveriam receber.

Figura 56 - Ligação Estrela com Tensão de Triângulo (UD)

Fonte: WEG (2007a, p. 344).

Após o tempo de partida (Tp = 10s) o motor deverá ser ligado em triângulo, assim as bobinas pas-sam a receber a tensão nominal.

Figura 57 - Ligação Triângulo com Tensão de Triângulo

Fonte: WEG (2007a, p. 344).

O valor de corrente de partida é reduzido para aproximadamente 33% do seu valor para partida direta.

Indicada para máquinas com conjugado resistente de partida de até 1/3 do conjugado de partida do motor. Exclusivamente aplicada em partidas de máquinas em vazio, ou com pouca carga. Sua carga plena só poderá ser aplicada após atingir a rotação nominal.

No instante da comutação a corrente não deve atingir valores inaceitá-veis (muito elevados), pois dessa forma a redução de corrente do pri-meiro instante não ocorre no segundo momento e nem o conjugado re-sistente da carga não deve ultrapassar o conjugado de partida do motor.

Para que o motor tenha possibilidade de ligação em chave de parti-da estrela-triângulo, é fundamental que tenha dupla tensão (220/380 V, 380/660 V, 440,760 V) e ainda tenha no mínimo seis cabos. Você deverá sempre conferir se a menor tensão coincide com a tensão da rede.


Figura 58 - Diagrama de Comando (a) e Potência (b)

SEção 3Partida compensadora

Nesta seção você conhecerá a partida compensadora, que neces-sita da utilização de um autotrans-formador para iniciar o funciona-mento do motor.

Com a utilização da partida com-pensadora, na partida, o motor é alimentado com tensão reduzida em suas bobinas.

Durante a partida, a redução de tensão nas bobinas é feita através da ligação de um autotransformador em série com as mesmas e após o motor ter acelerado as bobinas voltam a receber tensão nominal.

A redução da corrente de partida depende do Tap em que estiver ligado o autotransformador.TAP 65% → redução para 42% do seu valor de partida direta;TAP 80% → redução para 64% do seu valore de partida direta.A chave de partida compensadora pode ser usada para motores que par-tem sob carga. O conjugado resistente de partida da carga deve ser infe-rior à metade do conjugado de partida do motor.


Figura 50 - Diagrama de Comando (a) e Potência (b)

Estrela-triângulo Compensadora

Custo menor Custo maior.

Menores dimensõesTipo de chave com maiores dimensões.

Deve partir praticamente a vazioAdmite partidas com carga (pode variar o tap conforme exigência da carga). Ex.: partidas longas.

Corrente de partida reduzida para 33%

Corrente de partida reduzida:

▪ No tap 80% para 64%;

▪ No tap 65% para 42%.Quadro 5 - Comparativo estrela triângulo X compensadoraFonte: WEG (2007a, p. 352).

Dando continuidade ao estudo das formas de partida do motor, você aprenderá, na próxima seção, a respeito da partida série-paralela.

SEção 4Partida série-paralela

O motor parte com tensão reduzida em suas bobinas. A chave série-paralela propor-ciona uma redução de cor-rente para 25% do seu valor para partida direta. Apropria-da para cargas com partida necessariamente a vazio, pois o conjugado de partida fica reduzido a ¼ de seu valor de tensão nominal (partida dire-ta). Este tipo de chave é utili-zado para motores de quatro tensões e no mínimo nove cabos.

As chaves da partida série-paralela se dividem em duas.


Triângulo série-paralelo (∆ - ∆∆)

Chave de partida própria para motor com a execução dos enrolamentos em 220/380/440/660 V ou 220/440 V. A tensão da rede deve ser ne-cessariamente 220 V.Na partida, executa-se a ligação triângulo-série (D) (apto a receber 440 V), depois, aplica-se tensão de triângulo paralelo (220 V). Logo, as bobi-nas recebem 50% da tensão nominal.

Figura 60 - Ligação Triângulo Série (∆) com Tensão 220 V

Fonte: WEG (2007a, p. 349).

Após a partida, o motor deve ser ligado em triângulo paralelo (DD), as-sim as bobinas passam a receber tensão nominal (220 V).

Figura 61 - Ligação Triângulo Paralelo (∆ ∆) com Tensão 220 V

Fonte: WEG (2007a, p. 350).

Estrela série-paralelo (Y-YY)

Chave própria para motor com execução dos enrolamentos em 220/380/440/760 V ou 380/760 V. A tensão da rede deve ser necessa-riamente 380 V. Na partida, executa-se a ligação estrela-série (apto a receber 760 V) e, depois, aplica-se tensão de estrela-paralelo (380 V). Logo, as bobinas recebem 50% de tensão nominal.

Figura 62 - Ligação Estrela-Série (Y)

com Tensão 380 V

Fonte: WEG (2007a, p. 350).

Após a partida, o motor deve ser ligado em estrela paralelo (YY), assim as bobinas passam a receber tensão nominal (220 V).

Figura 63 - Ligação Estrela-Paralelo

com tensão 380 V

Fonte: WEG (2007a, p. 351).


Figura 64 - Diagrama de Comando

Tabela 4 - Escolha chave em função do motor e da rede

MOTOR TIPO DE CHAVE DE PARTIDA

Execução dos enrolamentos

Número de

cabos

Tensão da

redeDireta

Estrela-triângulo

CompensadoraTriângulo

série-paralelo

Estrela série-

paralelo

220 3 220 X X

380 3 380 X X

440 3 440 X X

220/380 6220 X X X

380 X X

220/440 6220 X X X

440 X X

380/660 6 380 X X X

440/Y 6 440 X X X

220/380/440/YY

9/12

220 X X X

380 X X X

440 X X X

Fonte: WEG (2007a, p. 353).


DICA As chaves assinaladas po-dem ser utilizadas para a respectiva execução de en-rolamento, número de ca-bos e tensão de rede. Y e YY representam o esquema de execução dos enrolamentos em 760 V, porém sua utiliza-ção é somente para partida estrela-triângulo, ou seja, não se trata de uma tensão nominal.

SEção 5Dimensionamento dos componentes básicos da chave

Nesta seção você acompanhará o estudo do roteiro de cálculo para obter a dimensão do tem-po de partida, corrente de parti-da, corrente nominal do motor e corrente nominal do fuzil. Mas antes de você aprender os cálcu-los, será apresentado, ainda nesta seção, um quadro ilustrativo com a nomenclatura dos elementos re-lacionados à chave de partida, que você necessita conhecer para po-der compreender os cálculos.

Toda a etapa de dimensiona-mento, critérios e os exemplos apresentados a seguir foram re-tirados do Módulo 1 – Comando e Proteção (WEG, 2007a).

Símbolo Significado

In

Corrente nominal do motor.

Ie

Capacidade do contator, conforme categoria de emprego.

Ip

Corrente de partida do motor.

Ip/In Fator para obter “Ip”.

IF

Corrente nominal do fusível.

IFMÁX

Corrente máxima do fusível para contatores e relés.

TP Tempo de partida.

IL Corrente de linha.

Z Impedância do motor.

I∆

Corrente de fase em triângulo.

IY

Corrente de fase em estrela.

Un Tensão nominal da rede.

IK1 Corrente no contator K1.




K Fator de redução de tensão.

IS Corrente no secundário do autotransformador.

IPR Corrente no primário.

ZEQ Impedância equivalente.

IR Corrente reduzida para ligação série.

Quadro 6 - NomenclaturaFonte: WEG (2007a, p. 354).

1. Características técnicas dos dispositivos.

2. Condições de serviço.

a.Regime de serviço contínuo

b.Fator de serviço (FS) conside-rado um (1)

▪Caso seja necessário aumentar o FS, deverá ser considerado também no dimensionamen-to de todos os dispositivos e cabos de alimentação deste motor.

c. Fator de segurança

▪Deve ser considerado um fator de segurança no dimen-sionamento dos componentes básicos da chave para asse-gurar seu bom desempenho e vida útil, que podem ser prejudicados por:

▪ oscilações na rede (queda de tensão);

▪ altas corrente de partida (acima de 6 x In);

▪ tempos de partida muito longos.

3. O fator de segurança poderá ser considerado até 1,15.

DICA No dimensionamento de-vemos levar em conta a questão custo X benefício, optando sempre por uma composição mais econômi-ca, mas não devemos preju-dicar a segurança da instala-ção.


Dimensionamento dos compo-nentes de força de uma partida direta para acionar um motor tri-fásico de 30 cv, IV polos em rede de 380V/60 Hz (trifásica com neutro).

Figura 65 - Diagrama Unifilar Partida

Direta

Fonte: WEG (2007a, p. 355).

Do catálogo de motores WEG, podem-se tirar os seguintes valo-res referentes ao motor:

▪ In = 42,08 A;

▪ Ip/In = 7,5.

Roteiro de cálculo: contator

K 1 → 1,15 x II ne ≥

A4,48Ie ≥

K 1 →

1,15 x II ne ≥

A4,48Ie ≥

Definida a corrente mínima ne-cessária para a utilização no conta-tor você deverá consultar especifi-camente o catálogo de contatores do fabricante que será adquirido.

Consultando catálogo de contatores e relés de sobre-carga

Contator WEG (CWM 50 – AC3)

Em seguida, são definidos:

▪ número de contatos auxiliares; ▪ tensão de comando.

Relé de sobrecarga FT1

FT → In

FT → In = 42,08A

Da mesma forma que seleciona-mos o contator, consultamos no catálogo o relé de sobrecarga que desejamos adquirir.

Relé de sobrecarga WEG

(40...57 / 100 - RW 67.2D)

Faixa de ajuste 40...57

Fusível máximo: 100

Fusível de força

Consultando o catálogo de moto-res você obtém o Ip/In e com o método de partida você obtém o tempo de partida TP mais a curva característica de fusíveis, que já foi visto anteriormente (fusíveis tipo D ou NH), obtém-se o valor de IF.

nn

pp I

I

II ×=

Ip = 7,5 x 42,08 Ip = 315,6 ≅ 315A.

Tempo de partida TP = 5sCurva característica de fusíveis:

Figura 66 - Esboço da Curva Caracterís-

tica de Fusíveis

Fonte: WEG (2007a, p. 357).

Agora com os dados de Ip e Tp na curva característica de fusíveis, obtemos um fusível de 100 A (IF = 100 A). Para selecionar o fusível corretamente você deverá consul-tar se o mesmo atende as especifi-cações a seguir:

nF I20,1I ×≥ ;

A5,50IF ≥

(Catálogo) 1KII FMÁXF ≤ A100IF ≤

(Catálogo) 1FTII FMÁXF ≤

A100IF ≤

Atendendo as especificações aci-ma os fusíveis selecionados serão:

F1, F2, F3 = NH100


Diagrama partida direta

Observe a figura:

Figura 67 - Partida Direta

Na próxima seção serão abordados os elementos relacionados às chaves de partida estrela-triângulo. Você acompanhará os cálculos para obter a corrente e a capacidade do contator.

SEção 6Chave de partida estrela-triângulo

Figura 68 - Diagrama Unifilar Estrela-Triângulo

Fonte: WEG (2007a, p. 359).

Dimensionamento dos componentes de força de uma partida estrela-triângulo para acionar um motor trifásico de 30 cv, IV polos em rede de 380V/60 Hz (trifásica com neutro). Do catálogo de motores WEG, pode-se tirar os seguintes valores referentes ao motor:

▪ In = 42,08 A;

▪ Ip/In = 7,5;

Roteiro de cálculo: contatores K1 e K2

Como você pode observar na fi-gura abaixo, quando o motor es-tiver ligado em triângulo haverá corrente circulando nos contato-res K1 e K2, neste caso, denomi-nadas IK1 e IK2.

Figura 69 - Ligação Triângulo

Fonte: WEG (2007a, p. 359).

nL II =

3

II L=∆

n

n

n

n

I

3U

3

IU

Z×

==


Figura 70 - Ligação dos terminais do Motor em Triângulo

Fonte: WEG (2007a, p. 360).

Consultando o catálogo de contatores e relés de sobrecarga.


I∆ = IK1= IK2 = 3

In = 0,58 x In x 1,15

K1 = K2 ( ) 15,1I58,0I ne ××≥

( ) 15,108,4258,0Ie ××≥

A1,28Ie ≥

Contator K3

Agora na ligação estrela (Y) você poderá observar a circulação de cor-rente no contator K3, a corrente que circula no contator K3 é IK3.

Figura 71 - Ligação estrela

Fonte: WEG (2007a, p. 360).

n

n

nn

Y

I

3U3

U

Z3

U

I×

==

nn

Y I33,03I

I ×==

Portanto, nI33,03IK ×=

Figura 72 - Ligação dos Terminais do

Motor em Estrela

Fonte: WEG (2007a, p. 361).

K3 ( ) 15,1I33,0I ne ××≥ ( ) 15,108,4233,0Ie ××≥

A16Ie ≥

→

Novamente consultando o catálo-go de contatores e relés de sobre-carga.



▪ número de contatos auxiliares; ▪ temporizador (estrela-triân-

gulo); ▪ tensão de comando.


Relé de sobrecarga FT1 e FT2

IFT1 = IK1 IFT1 = 0,58 x In

( )08,4258,0Ie ×≥

A4,24Ie ≥

Da mesma forma que seleciona-mos o contator, consultamos no catálogo o relé de sobrecarga que desejamos adquirir.

Relé de sobrecarga WEG (22...32 / 63 - RW 27D)Faixa de ajuste 22...32Fusível máximo 63

Fusíveis

Corrente de partida (Ip)

Caso você tenha optado em uti-lizar o método de partida estrela-triângulo, na partida a corrente é reduzida para 33% da corrente de partida em partida direta (PD).Neste caso temos:

33,0II

II n

n

pp ×

×=

Ip = (7,5 x 42,08) x 0,33 Ip = 104,1 ≅ 104A.

Tempo de partida Tp = 10s

Com a curva característica de fu-síveis, tem-se:


tica de fusíveis

Fonte: WEG (2007a, p. 363).

Agora, com os dados de Ip e Tp na curva característica de fusíveis, obtemos um fusível de 35 A (IF = 35 A). Para selecionar o fusível corretamente você deverá consul-tar se o mesmo atende as especifi-cações a seguir:

nF I20,1I ×≥ A5,50IF ≥

Nesse caso, a condição não foi sa-tisfeita, adotamos então a solução com seis fusíveis separados e dois circuitos que deverão ser calcula-dos conforme segue:

58,0I20,1I nF ××≥ A28,29IF ≥

2K, 1KII FMÁXF ≤ A63IF ≤

;1FTII FMÁXF ≤ A63IF ≤

Agora com as condições acima satisfeitas, tem-se:

F1, F2, F3 = D35F4, F5, F6 = D35


Figura 74 - Partida Estrela-Triângulo: Configuração com Seis Fusíveis

Figura 75 - Diagrama Unifilar Compensadora

Contator K1

IK1 = In

Contator K2

Considerando “Z” constante e em condições normais com ten-são nominal (Un):

n

n

I

UZ =

Com tensão reduzida (Un x K):

S

n

IUK

'Z×

=

Como Z = Z’, tem-se:

S

n

n

n

I

UK

I

U ×= nS IKI ×=

→

Como a potência a ser dissipada no autotrafo é a mesma tanto no primário (PPR) como no secundá-rio (PS), tem-se que:


SSS IUP ×= nS UKU ×= nS IKI ×=

PRPRPR IUP ×= nPR UU = 2IKIPR =

PRS PP =

PRPRSS IUIU ×=× 2IKU)IK()UK( nnn ×=×××

n2 IK2IK ×=

Contator K3

PRS II3IK −=

Referindo a expressão à In:

n2

PR IK2IKI ×==

nS IKI ×= )IK()IK(3IK n

2n ×−×=

n2 I)KK(3IK ×−=

A tabela apresentada a seguir está em acordo com as expressões desen-volvidas anteriormente:

Tabela 5 - Fator de redução K

Autotrafo com TAPs em % de Un

Fator de redução (K)

Correntes

IK2 IK3

85 0,85 0,72 x In 0,13 x In

80 0,80 0,64 x In 0,16 x In

65 0,65 0,42 x In 0,23 x In

50 0,50 0,25 x In 0,25 x In

Fonte: WEG (2007a, p. 368).

DICA Na prática, os Taps mais utilizados são 65% e 80%, dessa forma de-verá ser considerado sempre o pior caso (maior corrente no ramal) para o dimensionamento. Na maioria dos autotransformadores te-mos disponíveis os taps de 65% e 80%, sendo assim:

▪ IK1 = In;

▪ IK2 = 0,64 x In; Para IK2, a pior condição é o TAP de 80%.

▪ IK3 = 0,23 x In; Para IK3, a pior condição é o TAP de 65%.

▪ IFT1 = In.

Agora que você já acompanhou e aprendeu os cálculos das chaves de partidas estrela-triângulo, estudará, na próxima seção, os cálculos refe-rentes à chave de partida série-paralela.


SEção 7Chave de partida estrela série-paralela


A corrente de partida é reduzida proporcionalmente ao quadrado do fator de redução (K). Essa relação é verdadeira pelos mesmos motivos do dimensionamento do contator K2.

Tabela 6 - Corrente de partida

TAP 80% (80% da Un) TAP 65% (65% da Un)

K = 0,80

2n

n

pp KI

I

II ×

×=

( )2nn

pp 8,0I

I

II ×

×=

64,0II

II n

n

pp ×

×=

K = 0,65

2n

n

pp KI

I

II ×

×=

( )2nn

pp 65,0I

I

II ×

×=

42,0II

II n

n

pp ×

×=

Fonte: WEG (2007a, p. 369).

Deverá ser utilizado o caso mais crítico (maior corrente) para tornar a chave apta para ambas as situações, então:

64,0II

II n

n

pp ×

×=

Acompanhe o dimensionamento dos componentes de força uma par-tida compensadora (com taps de 80% e 65%) para acionar um motor trifásico de 30 cv, 380 V, IV polos, em rede de 380V/60 Hz (trifásica com neutro).

▪ In = 42,08A;

▪ Ip/In = 7,5.

Roteiro de cálculo: contator k1

K1 1,15 x II ne ≥ 1,15 x 08,42Ie ≥

A4,48Ie ≥

→

Consultando o catálogo de conta-tores e relés de sobrecarga.Contator WEG (CWM50 – AC3)Contator K2

K2 In x 0,642IK = ( ) 1,15 x In64,0Ie ×≥

( ) 1,15 x 08,4264,0Ie ×≥

A31Ie ≥

→

Consultando o catálogo de conta-tores e relés de sobrecarga.Contator WEG (CWM 32 – AC3)Contator K3

K3 nI23,03IK ×=

( ) 1,15 x In23,0Ie ×≥

( ) 1,15 x 08,4223,0Ie ×≥

A1,11Ie ≥

→

Consultando novamente o catálo-go de contatores e relés de sobre-carga.Contator WEG (CWM 12 – AC3)


▪ número de contatos auxiliares; ▪ a necessidade de contator

auxiliar; ▪ temporizador; ▪ tensão de comando.


Curva característica de fusíveis:


tica de Fusíveis

Fonte: WEG (2007a, p. 371).

Agora com os dados de Ip e Tp na curva característica de fusíveis, obtemos um fusível de 63A (IF = 63 A). Para selecionar o fusível corretamente você deverá consul-tar se o mesmo atende as especifi-cações a seguir:

nF I20,1I ×≥ A5,50IF ≥

; 1KII FMÁXF ≤ A100IF ≤

Relé de sobrecarga FT1

FT1 ne II ≥

A08,42Ie ≥

Consultando o catálogo de conta-tores e relés de sobrecarga.

Relé de sobrecarga WEG (40...57 /100 - RW 67.2D)

Faixa de ajuste 40...57Fusível máximo 100

Fusíveis F1, F2, F3

Ip = (7,5 x 42,08) x 0,64

Ip = 202A

Tempo de partida Tp = 15s

64,0II

II n

n

pp ×

×=

DICA Nota: não é necessário veri-ficar essa condição para K2 e K3.

;1FTII FMÁXF ≤ A100IF ≤

Agora com as condições acima satisfeitas, tem-se:

F1, F2, F3 = NH63

Autotransformador

Ao especificar o autotransfor-mador que será utilizado deve-rão ser informadas a quantidade de partidas por hora, a tensão, a frequência e a potência do motor acionado. Geralmente, é especifi-cado com 10 partidas/hora, taps de 65% e 80% e ainda como op-cional termostato.

Figura 77 - Partida Compensadora


Chave de partida estrela série-paralela

Figura 78 - Diagrama Unifilar Estrela

Série-Paralela

Fonte: WEG (2007a, p. 374).

Para o dimensionamento dos contatores K1, K2 e K3, primei-ramente, deve-se analisar o fecha-mento das bobinas do motor em paralelo.

Figura 79 - Ligação em Paralelo

Fonte: WEG (2007a, p. 374).

Z

U2

2Z

U

Z

UI nn

EQ

nn

×===

Sendo: 2Z

Z2ZZ

ZZZZ

ZEQ =××

=+×

=

Por se tratar de dois conjuntos de bobinas com as impedâncias iguais, a corrente se subdivide, sendo assim, o valor de corrente é o mesmo nos dois ramais:

IK1 = IK2 = IK3 = 2

In = 0,5 x In

Contator K4

Agora para o dimensionamento do contator K4 deverá ser analisado o fechamento das bobinas em série.

Figura 80 - Ligação em Paralelo

Fonte: WEG (2007a, p. 375).

EQ

nR Z

U4IK1IKI ===

Z2ZZZEQ ×=+= Z2

UI nR ×=

×=

ZU

2I nn

nn U2IZ ×=× 2

IZU n

n×

=

nn

R I25,04I

I ×==

IK1 = IK4 = 0,25 x In

→

→


DICA O dimensionamento do contator K1 deverá ser efetuado sempre para a pior situação (0,5 x In), sendo que o mesmo está ativo tanto em série quanto em paralelo.

Então: IK1 = IK2 = IK3 = 0,5 x InIK4 = 0,25 x InIFT1 = IFT2 = 0,5 x In


No caso de acionarmos o motor com a partida estrela série-para-lela, a corrente na partida é redu-zida para aproximadamente 25% da corrente de partida sob ligação nominal. Essa relação é verdadei-ra pelos mesmos motivos do di-mensionamento do contator K4.

25,0II

II n

n

pp ×

×=

Acompanhe o dimensionamento dos componentes básicos de uma chave de partida estrela série-pa-ralelo para acionar um motor tri-fásico de 30 cv, 220/380/660/Y, IV polos, em rede de 380V/60 Hz (trifásica com neutro).

▪In = 42,08 A;

▪Ip/In = 7,5 A.

Roteiro de cálculo: contator k1, k2 e k3

K1 = K2 = K3 ( )ne I5,0I ×≥

1,15 x )08,425,0(Ie ×≥

A2,24Ie ≥

Consultando o catálogo de conta-tores e relés de sobrecarga.

Contator WEG (CWM25 – AC3)

K4 ( )ne I25,0I ×≥

( ) 1,15 x 08,4225,0Ie ×≥

A1,12Ie ≥

Consultando catálogo de contato-res e relés de sobrecarga.

Contator WEG (CWM18 – AC3)

Em seguida, define-se:

▪ número de contatos auxiliares; ▪ a necessidade de contator

auxiliar; ▪ temporizador; ▪ tensão de comando.

Relé de sobrecarga

IFT1 = IK1 = 0,5 x In; IFT2 = IK2 = 0,5 x In FT1,FT2 ne I5,0I ×≥

08,425,0Ie ×≥

A3,22Ie ≥

Consultando o catálogo de conta-tores e relés de sobrecarga.Relé de sobrecarga WEG (22...32 / 63 - RW 27D)Faixa de ajuste 22...32Fusível máximo 63

Fusíveis F1, F2, F3

25,0II

II n

n

pp ×

×=

Ip = (7,5 x 42,08) x 0,25 Ip = 78,9 A ≅ 79A


Tempo de partida Tp = 10sCurva característica de fusíveis:


tica de Fusíveis

Fonte: WEG (2007a, p. 378).

Agora com os dados de Ip e Tp na curva característica de fusíveis, obtemos um fusível de 35 A (IF = 35 A). Para selecionar o fusível corretamente você deverá consul-tar se o mesmo atende as especifi-cações a seguir:

nF I20,1I ×≥ A5,50IF ≥

Neste caso, a condição não foi satisfeita. Adotamos, então, a solução com seis fusíveis separados e dois circuitos que deverão ser calculados conforme segue:

25,0I20,1I nF ××≥ A62,12IF ≥

; 3K,2K,1KII FMÁXF ≤ A50IF ≤

DICA Não é necessário verificar essa condição para K4.

;2FT,1FTII FMÁXF ≤

A63IF ≤

Agora, com as condições acima satisfeitas, tem-se:

F1, F2, F3 = D35F4, F5, F6 = D35


Figura 82 - Partida estrela série-paralela: configuração com seis fusíveis

Na Unidade 3 você conheceu as chaves de partidas de um motor, os componentes de força de partida e como calcular esses componentes.

Na próxima unidade você estudará sobre os semicondutores que, as-sim como os condutores, têm a função de conduzir correntes elétricas, porém possuem características diferenciadas que permitem controlar a corrente elétrica.

Unidade de estudo 4

Seções de estudo

Seção 1 – DiodoSeção 2 – Interruptores usuais em fontes chaveadasSeção 3 – Controle de conversores


SEção 1Diodo

A primeira seção apresentará o semicondutor diodo, sua função, suas partes e aplicação.

É um semicondutor de junção PN que pode ser de silício ou germânio. Sua característica é a de conduzir corrente elé-trica somente em um sentido (polarização direta = anodo para catodo) e interromper no sentido contrário (polari-zação reversa = catodo para anodo), desde que dentro de suas condições normais de trabalho. Envolve grandezas como tensão (volt), corrente (ampère), resistência elétrica (ohm), potência (watt) e ou-tras.

O diodo utilizado em fontes chaveadas deve ser adotado em função da frequência de trabalho que exige o uso de diodo rápido ou ultrarrápido. A necessidade de utilizar o diodo rápido ou ultrar-rápido vem a ser pelo tempo de recuperação do diodo para que se comporte como um diodo nor-mal em alta frequência. O diodo possui uma listra preta que indica o lado catodo do diodo.

A junção PN é separada em duas partes. O lado P é onde existe o maior número de la-cunas e o lado N é onde existe o maior número de elétrons.

Semicondutores

A junção entre o lado P e o lado N é chamada de camada de de-pleção. Essa camada possui esse nome pela ausência do maior nú-mero do portador, ou seja, no lado P (portador com maior número de lacunas) existe na junção uma pequena quantidade de íons nega-tivos. E no lado N (portador com maior número de elétrons) existe na junção uma pequena quanti-dade de íons positivos. A camada de depleção é responsável pela queda de tensão do diodo no cir-cuito. A queda de tensão para os diodos com fabricação de silício é de aproximadamente 0,7 volts. E a queda de tensão para os diodos com fabricação de germânio é de aproximadamente 0,3 volts.

Figura 83 - Junção PN

A polarização direta referencia a disposição da fonte de alimenta-ção V ligada ao diodo. O terminal positivo é ligado em direção ao pino anodo do diodo. E o termi-nal negativo é ligado em direção ao pino catodo do diodo. A cor-rente elétrica “i” circula pela carga representada por um resistor R e pelo diodo D.

Figura 84 - Polarização Direta

Figura 85 - Polarização Direta da

Junção PN com Fluxo de Elétrons

A polarização reversa também re-ferencia a disposição da fonte de alimentação V ligada ao diodo. O terminal positivo é ligado em dire-ção ao pino catodo do diodo. E o terminal negativo é ligado em di-reção ao pino anodo do diodo. A corrente elétrica não circula pela carga resistiva R e nem pelo diodo D. O nível de tensão aplicado pela fonte influencia no comporta-mento do diodo. O diodo suporta um determinado valor de tensão reversa encontrado nas folhas de dados. Conforme se aumenta o valor da tensão reversa, a cama-da de depleção também aumenta. E quando a camada de depleção atinge os extremos do catodo e do anodo, o diodo passa a conduzir, queimando-o.


Figura 86 - Polarização Reversa

Figura 87 - Polarização Reversa da

Junção PN com o Aumento da Camada

de Depleção

CátodoÂnodo

P

N

Figura 88 - Diodo Rápido para Peque-

nos Sinais

Figura 89 - Símbolo do Diodo Retifi-

cador

Na segunda seção você conhecerá três tipos de interruptores usados em fontes chaveadas, que são BJT, Mosfet e IGBT.

SEção 2 Interruptores usuais em fontes chaveadas

Existem diversos tipos de inter-ruptores que podem ser usados em fontes chaveadas, entre eles abordaremos o BJT, o Mosfet e o IGBT.

O transistor Bipolar Junction Transistor (BJT), que significa transistor de junção, bipolar pode ser dividido em dois ti-pos: NPN e/ou PNP. A diferen-ça entre esses dois tipos está no sentido que circula as cor-rentes de base (B), de coletor (C) e de emissor (E). O princí-pio de funcionamento é po-der controlar a corrente entre coletor e emissor por meio de uma pequena corrente de base. O transistor BJT pode ser usado como interruptor ou como amplificador, em fontes chaveadas são usados como interruptores e pos-suem características internas como queda de tensão (volt), capacitância (farad), resistên-cia (ohm), entre outros.

C

BE

Figura 90 - Transistor BJT BC548Figura 91 - Símbolos do Transistor NPN (esquerda) e PNP (direita)

O Metal Oxide Semicondutor Field Effect Transistor (Mosfet), que sig-nifica transistor de efeito de cam-po metal óxido semicondutor, pode ser encontrado em dois ti-pos, o Mosfet de acumulação e o Mosfet de depleção. A diferença está na forma construtiva, onde o Mosfet de depleção possui em sua estrutura uma dopagem en-tre dreno e fonte, ao contrário do Mosfet de acumulação que não a possui.

O Mosfet de acumulação é ativo com tensão de gate (G) positiva e o Mosfet de deple-ção funciona com tensão ne-gativa e positiva, sendo que com tensão zero volt possui uma corrente inicial entre dreno (D) e source (S), sendo necessário um valor de ten-são negativa para não haver corrente entre dreno e sour-ce. Existe ainda outra diferen-ça entre o Mosfet, ele pode ser canal N ou canal P. O ca-nal N significa que o Mosfet é ativo com tensão positiva e o canal P significa que o Mosfet é ativo com tensão negativa.

G

DS

Figura 92 - Mosfet IRF640

Figura 93 - Símbolos do Mosfet de Acu-mulação Canal N (esquerda) e Canal P (direita)


Figura 94 - Símbolos do Mosfet de

Depleção Canal N (esquerda) e Canal

P (direita)

O Insulate Gate Bipolar Tran-sistor (IGBT), que significa transistor bipolar de porta iso-lada, tem a característica de corrente de coletor do tran-sistor BJT e a característica de gate por tensão do Mosfet, o que simplifica a construção do circuito de comando. Pos-sui também baixas perdas de condução caracterizadas por menor resistência no coletor quando em condução.

Figura 95 - IGBT 2SH27

Figura 96 - Símbolo do IGBT

SEção 3Controle de conversores

Nesta seção você conhecerá al-guns conversores utilizados para controlar a largura dos pulsos elé-tricos.

É necessário um controle Mo-dulação por Largura de Pulso (PWM) para controlar o período e o tempo em nível alto para o conversor. Existem atualmente diversos circuitos e componentes que geram o sinal PWM, dentre eles os microcontroladores, cir-cuitos integrados como SG3525 e o SG3524 e demais circuitos que podem fornecer este sinal. Um sinal PWM é formado por um período em segundos (s) ori-ginado de uma frequência em hertz (Hz) e também pelo tempo em que o pulso permanece ligado em segundos (s). Existe uma rela-ção entre a frequência e o período que é expressa pela seguinte equa-ção: T = 1/F, sendo o período é igual a 1 dividido pela frequência.

Observe no gráfico a seguir a atu-ação dos conversores no controle dos pulsos elétricos.

Figura 97 - Forma de Onda Represen-

tando um Sinal PWM

Circuito integrado SG3525

O circuito integrado modula-dor de largura de pulso da série SG3525 opera na faixa de oito a trinta e cinco volts e o oscilador modulariza entre 100 Hz e 500 KHz. O controle do tempo mor-to e da frequência são ajustáveis via hardware.

Figura 98 - Circuito integrado SG3525

Figura 99 - Pinagem CI SG3525

Unidade de estudo 5

Seções de estudo

Seção 1 – Inversor de frequênciaSeção 2 – Controle escalar e vetorialSeção 3 – Parâmetros do inversor de frequênciaSeção 4 – Instalação do inversor de frequênciaSeção 5 – Soft-starter


Acionamentos eletrônicos

SEção 1Inversor de frequência

Nesta seção você estudará os ti-pos de controle, funcionamento, instalação e parametrização de inversores de frequência e soft-star-ters. Você conhecerá também os benefícios do uso dos inversores de frequência. Toda esta unidade foi desenvolvida e concedida pelo professor Frederico Samuel de Oliveira Vaz. Um dos instrumentos mais utili-zados atualmente na automação industrial é o inversor de frequên-cia. Com o surgimento de proces-sadores mais rápidos e a utilização dos transistores IGBTs, o aciona-mento de motores elétricos em corrente alternada ocupa a maior parte dos sistemas de controle.

paradas para manutenção (o motor assíncrono exige menos manuten-ção), redução de ruído em relação ao controle mecânico de velocidade e redução de energia.

Em um motor de corrente alternada o valor da rotação é determina-do pela frequência da rede e pelo número de polos, e é dado pela expressão:

N = 120.f/p

Sendo:N = rotação em RPM;f = frequência da rede, em Hz;P = números de polos.

O inversor de frequência atua alterando a frequência de alimentação do motor, então, pode-se considerá-lo uma fonte de tensão com frequência variável.Internamente, o inversor é formado por um circuito conforme figura abaixo, formado por uma ponte retificadora trifásica e dois capacitores de filtro. Este circuito utiliza um terra como referência, formando uma fonte CC simétrica.

Figura 100 - Circuito Interno Inversor de Frequência

Fonte: Capelli (2007, p. 97).

O inversor de frequência pos-sui a função de controle da velocidade e do torque nos motores de corrente alterna-da a partir de um comando eletrônico. É utilizado em di-versas aplicações tais como: bombas, pontes rolantes, car-regadores, ventiladores, etc.

A utilização de inversores de fre-quência apresenta vários benefí-cios tais como: redução do núme-ro de partidas e paradas bruscas diminuindo o desgaste mecânico nos equipamentos (com a utili-zação de rampas de aceleração e frenagem), redução de custo e


O barramento CC gerado alimen-ta um conjunto de seis transisto-res IGBTs que sendo comutados a partir de uma lógica de controle criam uma forma de onda alter-nada (quadrada) cuja a frequência varia em função da frequência de chaveamento.Os pulsos de disparo dos IGBTs precisam ser distribuídos de for-ma a garantir que a tensões na sa-ída sejam defasadas em 120o entre si.Na próxima seção você conhece-rá as duas formas de controle para inversores de frequência.

SEção 2Controle escalar e vetorial

Estruturalmente, os circuitos de potência costumam ser os mes-mos para os diversos fabricantes. Existem duas formas de controle para os inversores de frequência: o controle escalar e o controle ve-torial, apresentados a seguir.

Os inversores de frequên-cia com controle escalar possuem a característica de manter o torque do motor constante, equivalente ao no-minal, mesmo com a variação da velocidade do motor.

Figura 101 - Curva Representativa da

Variação U/f

Fonte: WEG (2007b, p. 188).

Podemos observar na Figura 101 uma relação constante entre ten-são e frequência até 60 Hz, onde é atingida a tensão máxima, e a partir desse ponto a corrente e, por consequência, o torque dimi-nuirão.A região onde ocorre o enfraque-cimento do campo e a redução no torque do motor, acima de 60 Hz, é apresentada na figura a seguir.

Figura 102 - Curva Característica Con-

jugado x Velocidade

Fonte: WEG (2007b, p. 189)

Para frequências abaixo de 30 Hz também ocorre a redução da corrente e a consequente redução do torque do motor, portanto, pode-se concluir que o controle escalar nos in-versores de frequência deve ser utilizado para aplicações que não sejam críticas e que não necessitem de controle de torque ou grande precisão.

Para sistemas sem variação de carga, os inversores de frequência têm a capacidade de controlar a velocidade de rotação com uma precisão aproximada de 0,5% da rotação nominal e para a variação de 0 a 100% do torque nominal a precisão da rotação cai para uma faixa entre 3% a 5% da rotação nominal.

O controle vetorial é utiliza-do em aplicações onde sejam necessárias grande precisão no parâmetro de velocidade e rápidas respostas do motor elétrico, onde o mesmo deve receber um controle preciso de torque para uma grande faixa de operação. Dentre as principais vantagens na uti-lização do inversor com con-trole vetorial estão: precisão de regulação de velocidade, torque linear para aplicações de posição, torque linear para aplicações de tração, baixa oscilações de torque com a variação de carga. (CAPELLI, 2007, p. 103).

A denominação de inversores ve-toriais é em decorrência de:

▪ a corrente total ser a soma vetorial dos seguintes componen-tes: da corrente de magnetização e da corrente geradora de torque; ▪ o torque gerado no motor ser

proporcional ao produto vetorial dos dois componentes.

A qualidade na identificação des-ses dois componentes determina o desempenho do inversor.Para a determinação desses dois componentes é necessário um processamento em tempo real de uma equação que representa ma-tematicamente o comportamento do motor, para tanto, é preciso o uso de microprocessadores com grande capacidade de processa-mento, pois os mesmos realizarão milhares de operações matemáti-cas por segundo.Basicamente, existem dois tipos de implementação de inversores vetoriais: a implementação sem sensores ou malha aberta e a im-plementação com realimentação por encoder ou malha fechada.


A denominação de inversores ve-toriais é em decorrência de:

▪ a corrente total ser a soma vetorial dos seguintes componen-tes: da corrente de magnetização e da corrente geradora de torque; ▪ o torque gerado no motor ser

proporcional ao produto vetorial dos dois componentes.

A qualidade na identificação des-ses dois componentes determina o desempenho do inversor.Para a determinação desses dois componentes é necessário um processamento em tempo real de uma equação que representa ma-tematicamente o comportamento do motor, para tanto, é preciso o uso de microprocessadores com grande capacidade de processa-mento, pois os mesmos realizarão milhares de operações matemáti-cas por segundo.Basicamente, existem dois tipos de implementação de inversores vetoriais: a implementação sem sensores ou malha aberta e a im-plementação com realimentação por encoder ou malha fechada.

Em grande parte dos sistemas onde é aplicado o controle veto-rial são utilizados encoderes acopla-dos ao motor para a implementa-ção de uma malha fechada, sendo o inversor é capaz de fazer o con-trole da velocidade e do torque do motor por meio do cálculo das componentes de corrente.Como exemplo de características de regulação e respostas dinâmi-cas para o inversor com realimen-tação por encoder temos os seguin-tes resultados:

▪ regulação de velocidade – 0,01%; ▪ regulação de torque – 5%;

faixa de variação de velocidade – 1 –1000;

▪ torque de partida – 400% máx.; ▪ torque máximo (não contínuo)

– 400% ▪ regulação de velocidade –

0,01%; ▪ regulação de torque – não tem;

faixa de variação de velocidade – 1:1000;

▪ torque de partida – 250% máx.; ▪ torque máximo (não contínuo)

– 250%.

“O inversor vetorial em malha aberta embora apresente um desempenho inferior, a configu-ração em malha fechada possui desempenho superior ao inver-sor com controle escalar.” (CA-PELLI, 2007, p. 106).

A seguir são apresentados alguns valores típicos para estes inverso-res.

SEção 3 Parâmetros do inversor de frequência

Nesta seção você estudará algumas características do inversor de frequ-ência.As características de desempenho do inversor de frequência devem se adequar de acordo com a aplicação a ser implementada. Essa adequação é realizada pela parametrização. Embora o conteúdo relativo a inver-sores de frequência seja tratado de forma genérica, utilizaremos com referência o inversor WEG modelo CFW 09, para os demais fabricantes mudam apenas a designação e a ordem valendo os mesmo princípios eletrodinâmicos.

O parâmetro do inversor de frequência é uma grandeza pela qual o usuário pode ler ou programar valores que adéquem o compor-tamento do mesmo e do motor em uma determinada aplicação, o acesso a esses parâmetros é realizado por meio de uma IHM (inter-face homem-máquina), conforme figura a seguir.

Figura 103 - IHM (Interface Homem-Máquina)

Fonte: WEG (2006, p. 88).

Visando facilitar a identificação e descrição dos parâmetros, os mesmos serão subdivididos por características em: parâmetros de leitura, parâ-metros de regulação, parâmetros de configuração, parâmetros do motor e parâmetros das funções especiais.


As sinalizações disponíveis são: Ready, Run, Subtensão e o E00,...E11.

▪ P009 – Torque no motor. Apresenta a parcela da corrente total que é proporcional ao torque em %.

Parâmetros de regulação

São os parâmetros que po-dem ser alterados pela fun-ção do inversor.

Podemos citar:

▪ P100 - Tempos de aceleração.Determina o tempo para uma aceleração linear de 0 até a veloci-dade máxima.

▪ P101 - Tempo de desacele-ração. Determina o tempo para uma desaceleração linear da velocidade máxima até 0. ▪ P133 - Referência mínima.

Determina o valor mínimo de velocidade na saída quando o inversor é habilitado ▪ P134 - Referência máxima.

Determina o valor de velocidade máximo.

Parâmetros do motor

Os parâmetros relacionados ao motor são:

▪ P400 - Tensão do motor; ▪ P401 - Corrente do motor; ▪ P402 -Rotação do motor; ▪ P403 - Corrente do motor.

Rampas de aceleração/de-saceleração

A aceleração e a desaceleração podem ser controladas especifi-cando-se os valores de tempo e velocidade final, geralmente os inversores possuem dois tipos de rampas. Acompanhe.

Rampa linear

A rampa linear é utilizada em apli-cações em que as cargas possuem reduzido valor de inércia, na pas-sagem da velocidade 0 para o iní-cio da rampa e do final da rampa para a velocidade final. O sistema acoplado ao motor recebe um im-pulso denominado jerk.

Rampa S

A rampa S possibilita a acelera-ção e a desaceleração do motor cuja aplicação exige que se tenha partidas e paradas de forma suave. Pode ser ajustada em função da aplicação do software do inversor, onde além dos tempos de acele-ração e desaceleração existe tam-bém um percentual de distorção “S” da curva, conforme ilustra a Figura 104.

Parâmetros de leitura

Os parâmetros de leitura possibilitam a visualização dos valores programados nos parâmetros de regulação, do motor, de configuração e de funções especiais. Estes parâ-metros não possibilitam a al-teração do valor visualizado e variam de P001 até P009 para a linha de inversores WEG. (CAPELLI, 2007, p. 107).

A seguir serão apresentados al-guns parâmetros com suas res-pectivas características.

▪ P001 - Referência de veloci-dade.Valor da referência de velocidade antes da rampa.Não depende da fonte de origem da referência.

▪ P002 – Velocidade do motor.Apresenta a velocidade real, em RPM.

▪ P003 – Corrente do motor.Apresenta a corrente de saída do inversor em ampères.

▪ P004 - Tensão do circuito intermediário. Apresenta a tensão atual no cir-cuito intermediário de corrente contínua em volts.

▪ P005 – Frequência aplicada ao motor.Valor da frequência de saída do inversor, em Hz.

▪ P006 – Estado do inversor.Apresenta o estado atual do inver-sor.


Figura 104 - Rampa S ou Linear

Fonte: WEG (2006, p. 125).

Multi speed

A função multi speed possibilita a alteração de frequência na saída do inversor através de combinações nas entradas digitais [conforme Figura 105]. Essas combinações nas entradas digitais podem ser co-mandadas por chaves seletoras, contatores e CPLs, é indicada quan-do há a necessidade de mais de uma velocidade fixa, possui como grandes vantagens a simplicidade de comando e a imunidade a ruído elétrico. (CAPELLI, 2007, p. 110).

Os parâmetros relativos ao multi speed vão de P124 a P131, ou seja, é possível a implementação de oito velocidades diferentes na função multi speed.

Figura 105 - Multi Speed

Fonte: WEG (2006, p. 127).


A chave de partida eletrôni-ca, soft-starter, é um circuito composto de um conjunto tiristores/diodos para cada fase do motor, é também co-nhecida como partida suave, pois uma transição brusca da tensão não ocorre como nos métodos de partida por auto-transformador, ligação estre-la-triângulo, etc.

O comportamento da corren-te de partida é aproximada-mente contínuo, ou seja, sem grandes variações. A chave de partida eletrônica tam-bém tem a vantagem de não possuir partes móveis ou que gerem arco elétrico, como nas chaves eletromecânicas.

SEção 4Instalação do inversor de frequência

Nesta seção você acompanhará como deve ser a instalação do inversor de frequência. De acordo com o fabricante WEG, o esquema sugerido para a instalação do inversor de frequência é apresentado abaixo.

Figura 106 - Instalação do Inversor de Frequência

Fonte: WEG (2003, p. 111).

A chave seletora pode ser utilizada para a manutenção, ou em caso de emergência os fusíveis protegem a instalação contra sobrecorrente. O transformador isolador ou a reatância de rede possuem a finalidade de filtrar as harmônicas da rede elétrica, a reatância é responsável pela iso-lação galvânica do inversor da rede.

SEção 5Soft-starter

Nesta seção você estudará a aplicação da soft-starter, desde a partida até a parada do motor. No desenvolver da unidade serão apresentadas algu-mas funções programáveis para as soft-starters que possibilitam configurar o sistema de acionamento de acordo a necessidade de aplicação. Para isso você aprenderá sobre a chave de partida eletrônica, a aceleração e desaceleração do motor, a utilização da função limites de corrente, a economia de energia e os benefícios e a proteção que a soft-starter pro-porciona.


As soft-starters utilizam uma ponte tiristorizada na configuração antipara-lelo, que recebe o comando de uma placa eletrônica com o objetivo de realizar o ajuste de tensão na saída, conforme programação previamente feita pelo usuário.Uma estrutura simplificada das soft-starters é apresentada na figura a se-guir:

Figura 107 - Diagrama Simplificado da soft-starter

Fonte: WEG ([200-?], p. 16).

Podemos observar que o circuito de potência controla a tensão de rede se utilizando da variação do ângulo de disparo dos SCRs com o consequente controle do valor eficaz da tensão aplicada ao motor.

A seguir serão apresentadas algumas funções programáveis para as soft-starters que possibilitam configurar o sistema de acionamento de acordo a necessidade de aplicação.

Rampa de tensão na aceleração

As chaves soft-starters possuem uma função que realiza a aumento gradual e contínuo da tensão eficaz até atingir o valor da tensão no-minal da rede.

A obtenção do crescimento gradual de tensão é obtida variando o ângu-lo de disparo dos tiristores. Pode-se observar na figura a seguir o com-portamento da tensão ao longo do tempo. O usuário pode ajustar a tensão inicial (Up) para igualar a tensão que começa a mover a carga, a tensão, então, aumenta até a tensão da linha durante um tempo ajustável (tr). Isso assegura uma partida suave.

Figura 108 - Rampa de Tensão na

Aceleração

Fonte: WEG (2007a, p. 399)..

Rampa de tensão na desaceleração

A parada do motor pode ser realizada de duas formas, por inércia ou controlada. Na para-da por inércia a tensão vai a zero instantaneamente e a redução de velocidade da carga ocorre de acordo com a dissipação da energia cinética da mesma, na parada controlada a soft-starter reduz gradualmente a tensão até um valor mínimo pré-deter-minado, (WEG, 2007a, p. 399).

Figura 109 - Rampa de Tensão na

Desaceleração

Fonte: WEG (2007a, p. 399).


Limitação de corrente

A função de limitação de corrente é utilizada em apli-cações nas quais a inércia da carga é elevada, esta função limita a corrente ao valor ne-cessário para que seja ven-cida a inércia da carga, pos-sibilitando a aceleração da mesma.

Podemos observar na figura a se-guir que a partir da definição de um ponto de limitação de cor-rente ILIM, pode-se viabilizar a partida de motores em redes que já estão muito próximas de sua capacidade, possibilitando tam-bém que sistemas de proteção não atuem afetando o restante da instalação. Na prática, esta função é muito utilizada quando a rampa de tensão simples não atende as necessidades de partida.

Figura 110 - Limitação de Corrente

Fonte: WEG (2007a, p. 401).

Economia de energia

No modo economia de energia, a soft-starter diminui a tensão aplicada aos terminais do motor de forma que a energia fornecida seja proporcional à demanda solicitada pela carga, ou seja, a energia necessária para suprir o campo.Na figura abaixo, o ponto A define o momento onde a carga exige o máximo conjugado com o motor operando com a tensão nominal, caso ocorra a redução da carga com um consequente aumento de velocidade, rotação do motor, a demanda de corrente será reduzida e o ponto de operação será alterado junto à curva para o ponto B. Como o conjugado do motor é proporcional ao quadrado da tensão aplicada, com a redução da tensão ocorre a redução do conjugado e com a devida redução de tensão, o ponto de operação passará a ser A.

Figura 111 - Equilíbrio entre Conjugado e Tensão

Fonte: WEG (2007a, p. 402).

Como fatores negativos, para este tipo de energia, podemos destacar a ge-ração de tensões e correntes harmônicas que podem reduzir a vida útil dos capacitores para correção do fator de potência e variações no fator de po-tência que podem causar sobreaquecimento nos transformadores.


Proteções

A operação e a aplicação das soft-starters não se restringem à partida de motores, as mesmas também oferecem diversos tipos de prote-ção, os principais são:

▪ sobrecorrente imediata na saída – impõe o máximo valor de corrente que a soft-starter permite fluir para o motor por período de tempo pré-ajustado (via parametrização); ▪ subcorrente imediata – ajus-

ta o mínimo valor de corrente que a soft-starter permite fluir para o motor por período de tempo pré-ajustado (via parametrização); ▪ sequência de fase invertida

– esta proteção está disponível em apenas alguns modelos e tem a função de garantir que a carga não seja acionada com as fases invertidas, é muito utilizada para garantir o sentido de giro para alguns tipos de cargas sensíveis à alteração do mesmo, como é o caso de bombas; ▪ falta de fase na rede – detec-

ta a falta de uma fase na alimen-tação da soft-starter e bloqueia os pulsos de disparo dos tiristores; ▪ falta de fase no motor – de-

tecta a falta de uma fase na saída da soft-starter e bloqueia os pulsos de disparo dos tiristores; ▪ falha nos tiristores – detec-

ta se algum dos tiristores está danificado. Caso exista, bloqueia os pulsos de disparo e envia uma mensagem de erro através do display; ▪ defeito externo – atua através

de uma entrada digital programa-da. São associados dispositivos de proteção externos para atuarem sobre essa entrada, como por exemplo, sondas térmicas, pres-sostatos, relés auxiliares, etc.

Formas de acionamento

A seguir serão apresentados al-guns tipos de acionamentos que podem ser configurados nas cha-ves soft-starters.

Básico/Convencional

Comandos, leituras e monitora-ção de status feitos via IHM.

Figura 112 - Diagrama Básico de Acio-

namento

Fonte: WEG (2007a, p. 406).

Figura 113 - Diagrama com Inversão do

Sentido de Giro

Fonte: WEG (2007a, p. 407).

As chaves soft-starters podem ser utilizadas nas mais diversas apli-cações, entre as quais podemos citar: ventiladores, misturadores, compressores, bombas centrífu-gas, transportadores, etc.

Dentre as principais aplicações abordaremos as aplicações em bombas, compressores e ventila-dores.

▪ Bombas: é a aplicação mais comum para as soft-starters. Uma simples rampa de tensão iguala as curvas do motor e da carga. A corrente de partida é reduzida para aproximadamente 2,5 vezes a corrente nominal. A rampa de desaceleração reduz drasticamen-te o choque hidráulico. ▪ Compressores: a soft-starter

reduz a manutenção e permite que compressores “críticos” sejam desligados quando não forem necessários. Alguns com-pressores têm em suas caracterís-ticas de carga uma componente de alta inércia de partida. Um pulso de tensão com amplitude e duração programáveis pode ser gerado para que o motor possa superar essas componentes. ▪ Ventiladores: assim como

as bombas, os ventiladores têm uma necessidade de torque que aumenta com a velocidade, mas têm também uma considerável inércia. Normalmente, o limite de corrente é usado para estender o tempo de rampa enquanto a inércia do sistema é superada.

As soft-starters não podem ser utili-zadas em todas as aplicações e em quaisquer condições. A seguir será relacionada uma série de pontos a serem observados.

▪ Refrigeração: montar sempre as unidades verticalmente com a ventilação para cima. Considere uma perda de calor de 3,6 W/A da corrente circulante. Consulte os manuais para maiores infor-mações.


▪ Economia de energia: não pode ser usada em motores de anéis ou em aplicações onde ocorram rápidas mudanças de carga. ▪ Motores de anéis: requer

um único resistor de partida no circuito rotórico para operar com partida suave. ▪ Correção de fator de potên-

cia: nunca coloque capacitares na saída das soft-starters. Nunca ligue capacitores durante a rampa de aceleração. ▪ Motores com freio: alimente

o freio separadamente, energize com o relé de partida da soft-starter.

Não é recomendada a utilização de soft-starter nas seguintes apli-cações: elevadores e guindastes e aplicações que requerem torque total à velocidade zero

Para se especificar uma soft-starter é importante obter os seguintes dados:

▪ sobre a aplicação - tome cuidado com amoladores, trituradores, elevadores, guindastes, centrífugas e/ou outras aplicações com um alto número de partidas por hora; ▪ sobre os motores - tenha as informações de corrente da potência,

tensão e se os mesmos são assíncronos de velocidade única; ▪ montagem – qual é o grau de proteção IP do painel? Qual é o tipo

de refrigeração disponível? Qual é a tensão do painel de controle?

As soft-starters podem opcionalmente ser interligadas em redes de co-municação rápidas fieldbus, por meio dos protocolos padronizados mais difundidos mundialmente, podendo ser:

▪ ProfiBus ▪ DeviceNet ▪ ModBus RTU


FIELDBUS

Destinadas principalmente a integrar grandes plantas de automação in-dustrial, as redes de comunicação rápidas conferem elevada performan-ce de atuação e grande flexibilidade operacional, características exigidas em aplicações de sistemas complexos e/ou integrados.

Figura 114 - Redes de Comunicação

Fonte: WEG (2007a, p. 433).

MIW-02 MIW-02 MIW-02 MIW-02 MIW-02


Finalizando

Chegamos ao final de mais uma unidade curricular com a certeza do dever cumprido. Foram apresentados diversos conteúdos com o objetivo de desenvolver e ampliar suas competên-cias de maneira significativa. Este material apresentou inicialmente, na Unidade 1, os tipos de condutores e a seção mínima dos condutores definida por normas técnicas nacionais e internacionais.Já na Unidade 2 foram abordados os vários tipos dispositivos elétricos utilizados em montagem de painéis e instalações elétricas industriais. Em seguida, na Unidade 3, foram estudados os diver-sos métodos de partida de motores com chaves magnéticas.Na Unidade 4 foi apresentado um breve conteúdo sobre semicondutores utilizados em inver-sores de frequência e soft-starters, acionamentos que foram estudados com mais profundidade na Unidade 5. O conteúdo apresentado neste material visa contribuir para o seu desenvolvimento profissional, podendo ser aprofundado por meio de materiais complementares.

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Documents

Sm12ss03 04