Comandos Eletricos Mt

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Material Instrucional especialmente elaborado pelo Prof. Jorge Henrique para uso exclusivo do CETEB-CA. Curso: Mecatrônica Docente: Discente: Módulo: I Turno: Carga Horária: 40h Turma: 3 SUMÁRIO Fusíveis Relés Bimetálicos Relés Temporizados Transdutores Contatores Tensões no Circuito Trifásico Motores Partida de Motores Botões Sinaleiros Terminologia Fórmulas para cálculo em energia elétrica Bibliografia 4 11 15 18 23 27 28 31 36 37 38 40 41 4 1. FUSÍVEIS 1.1 DEFINIÇÕES O curto-circuito é o contato direto acidental entre os condutores de uma rede. Pode ser entre fases ou entre fase e neutro. Pode ocorrer devido a algum problema na própria rede ou no interior de alguma máquina ou equipamento. A corrente atinge rapidamente valores elevados, limitados apenas pela resistência ôhmica dos condutores ou capacidade da fonte geradora. Sem uma proteção adequada, danos graves ocorrerão (componentes inutilizados, equipamentos danificados, choques) e o risco de incêndio é grande. Fusíveis são uma boa proteção contra curtos-circuitos. Não são muito adequados contra sobrecargas. Para tais casos devem ser usados disjuntores. O fusível é um componente elétrico que tem a importante finalidade de interromper a passagem da corrente elétrica em um circuito quando esta assume um valor muito acima do especificado, protegendo assim os outros componentes desse circuito. O fusível, então, é classificado como um dispositivo de proteção simples e econômico e é principalmente utilizado em aplicações domésticas e na indústria leve. Os pequenos fusíveis usados em circuitos eletrônicos são geralmente simbolizados por . Em . instalações elétricas é comum o símbolo Quando o fusível atua, torna-se necessário a sua substituição. Deve-se proceder a verificação do circuito para se identificar a causa da queima do fusível, só então fazendo a substituição, tomando-se as devidas ações de segurança. Para a correta substituição de um fusível é necessária a observação fiel dos seus valores característicos (corrente, tensão, tempo de atuação, etc.). O princípio de funcionamento dos fusíveis é pela fusão parcial ou total de seu “elemento fusível”, abrindo o circuito elétrico e interrompendo a passagem de corrente. O tempo de fusão é proporcional ao quadrado da corrente aplicada e a inércia térmica do conjunto que forma o elemento fusível. Portanto, variando-se os elementos do conjunto que forma o elemento fusível, podemos ter um fusível de ação muito rápida (FF), rápida (F), média (M), lenta (T), ou muito lenta (TT), todos eles baseados em um mesmo método de ensaio. Para isso existem curvas características para cada tipo de fusível, as quais fornecem faixas para o tempo de fusão em função da corrente aplicada. Geralmente, apenas os pontos mais importantes e suficientes para definir ou ensaiar o fusível são reproduzidos nos quadros de dados técnicos dos catálogos dos fabricantes. Esta diversidade é necessária, uma vez que cargas comuns como motores têm um pico de corrente na partida que deve ser suportado e, portanto, o tipo retardado deve ser usado. Equipamentos sensíveis como os eletrônicos precisam de uma ação rápida para uma correta proteção. É importante evitar confusões. Um fusível rápido colocado no lugar de um retardado provavelmente irá abrir ao se ligar a carga. E um retardado no lugar de um rápido poderá não proteger os componentes em caso de um curto interno no equipamento. O que não se pode esquecer é que um fusível apresenta queda de tensão em seus terminais e entre terminais e contatos do suporte, quando em funcionamento. Normalmente, os fusíveis de ação retardada têm queda de tensão mais baixa em comparação com os fusíveis de ação rápida. Este detalhe é muito importante e mais perceptível quando se trabalha com tensões muito baixas, da ordem de 6 a 12 Volts e correntes elevadas. Em certos casos, podemos ter, sobre o conjunto fusível-suporte, uma queda de tensão igual ou superior a 1V. Independente da forma do fusível, considera-se em um projeto: Corrente nominal: corrente máxima que o fusível suporta em regime contínuo; Tensão nominal: tensão máxima a que o fusível pode ficar submetido em funcionamento normal; Temperatura de trabalho: referente ao ambiente a que o fusível vai trabalhar; Sobrecargas: sobrecargas a que o fusível poderá ser submetido, para não comprometer a segurança do circuito; − Capacidade de interrupção: corrente presumida (calculada) a que o circuito do fusível pode ser submetido em caso de curto-circuito (da ordem de kA); − − − − 5 − Transientes: variações rápidas e de curta duração dos valores de tensão ou de corrente, que podem causar atuação indevida do fusível. Com relação aos transientes, deve-se atentar principalmente quando o valor de i² t está muito próximo ao valor escolhido do fusível. Quando esse valor chegar em torno de 90% da corrente nominal, o fusível sempre se romperá; − Posição do fusível dentro do equipamento (espaço disponível, disposição, etc.); Outros detalhes a observar para cada caso. 1.2 TIPOS Há vários tipos de fusíveis, cada qual apropriado a uma ou mais aplicações. A seguir serão dadas algumas definições e figuras sobre alguns tipos de fusível. 1.2.1 ROLHA Tipo de fusível, atualmente pouco usado, mas que já foi muito utilizado, geralmente em conjunto com um tipo de chave faca, também pouco usada hoje em dia. Abaixo temos a figura e a descrição de um fusível tipo ROLHA. Fusível Rolha, em porcelana, contato em latão, visor, protetor transparente, 30A - 250VCA 1.2.2 Fusível CARTUCHO Os fusíveis do tipo cartucho são produzidos colocando-se o elemento fusível no interior de um cilindro de vidro, papel ou material sintético. Os fusíveis de vidro são utilizados em circuitos de baixa potência e circuitos eletrônicos, onde o vidro transparente possibilita uma análise visual do estado do fusível sem a retirada do mesmo do circuito. Há ainda os fusíveis de cartucho que usam corpo cilíndrico feito em papel ou material sintético. Para esses tipos de fusíveis, não há a possibilidade de visualização do elemento fusível, sendo necessário o teste elétrico para se avaliar o estado do mesmo. Esses fusíveis são usados até potências médias e, em alguns tipos, é colocada uma areia especial no interior do fusível com a finalidade de diminuir o arco elétrico e evitar danos ao invólucro do fusível. Fusível de vidro, cartucho, faixa de corrente de 0,1A a 30A Porta fusíveis circulares para fusível tipo cartucho 6 Porta fusível retangular para PCI (Placa de Circuito Impresso), fusível tipo cartucho. Porta fusível retangular para fixação em painel (fusível tipo cartucho) 1.2.3 Fusíveis DIAZED Os fusíveis do tipo DIAZED são produzidos em material cerâmico, em formato que lembra uma garrafinha e são utilizados na proteção de curto-circuito em instalações elétricas residenciais, comerciais e industriais e que, quando normalmente instalados, permitem o seu manuseio sem riscos de toque acidental. O suporte do fusível é instalado no suporte apropriado, de modo que fique visível ao operador um sinalizador de queima, que é expelido quando o fusível se abre. Esse sinalizador apresenta cores indicadoras do valor de corrente do referido fusível. Alguns contêm areia especial no interior para diminuir o efeito do arco elétrico criado na abertura. Possuem categoria de utilização gL/gG em três tamanhos (DI, DII e DIII) atendem as correntes nominais de 2A a 100A e possuem elevada capacidade de interrupção: − Até 20A - 100kA − 25 a 63A - 70kA − 80 e 100A - 50kA em até 500VCA Através de parafusos de ajuste, impedem a mudança para valores superiores, preservando as especificações do projeto. Permitem fixação por engate rápido sobre trilho ou parafusos. Fusível DIAZED Conjunto completo, composto por: 7 Base (com fixação rápida ou por parafusos); Anel de Proteção (ou alternativamente Capa de Proteção); Parafuso de Ajuste; Fusível; Tampa. No sistema 'D' (figura acima), a troca de um fusível por outro de maior valor só é possível com a substituição do parafuso de ajuste (exceção: para 2, 4 e 6A, quando o parafuso tem a mesma bitola, embora diferenciado nas cores). A tabela abaixo indica a correspondência das cores do sinalizador de abertura do fusível com a corrente nominal de operação. INTENSIDADE INTENSIDADE INTENSIDADE COR DE CORRENTE (A) COR DE CORRENTE (A) COR DE CORRENTE (A) Rosa 2 Cinza 16 Preto 35 Marrom 4 Azul 20 Branco 50 Verde 6 Amarelo 25 Laranja 63 Vermelho 10 1.2.4 Fusíveis NH Os fusíveis NH são construídos colocando-se o elemento fusível no interior de um corpo de cerâmica em formato de paralelepípedo, com lâminas de material condutor (contatos ou “facas”) dispostas longitudinalmente, possuindo também um indicador de abertura do fusível. Esses fusíveis são usados na proteção de sobrecorrentes de curto-circuito e sobrecarga em instalações elétricas industriais. Possuem várias categorias de utilização e tamanhos e atendem correntes nominais de 6A a 1250A. Limitadores de corrente têm elevada capacidade de interrupção que chega a 120kA em até 500VCA. Os punhos garantem manuseio seguro na montagem ou substituição dos fusíveis. Os seus valores de energia de fusão e interrupção facilitam a determinação da seletividade e coordenação da proteção. Fusíveis NH Punho para manuseio 1.2.5 Fusíveis NEOZED Os fusíveis NEOZED possuem tamanho reduzido e são aplicados na proteção de curto-circuito em instalações típicas residenciais, comerciais e industriais. Possui categoria de utilização gL/gG, em dois tamanhos (D01 e D02) atendendo as correntes nominais de 2A a 63A. Limitadores de corrente são aplicados para até 50kA em 400VCA. A sua forma construtiva (semelhante ao fusível cartucho), garante total proteção de toque acidental quando de sua montagem ou substituição. 8 Possuem anéis de ajuste evitam alteração dos fusíveis para valores superiores, mantendo a adequada qualidade de proteção da instalação. A fixação pode ser rápida por engate sobre trilho ou por parafusos. Fusível NEOZED, com bases/chaves de instalação. 1.2.6 Fusíveis SITOR Os fusíveis SITOR são fusíveis ultra-rápidos apropriados em instalações industriais para a proteção de semicondutores de potência, tiristores, GTO's e diodos. Sua construção é semelhante aos fusíveis NH, sendo necessária a utilização dos punhos para seu manuseio. Possui Categoria de utilização gR / aR, atendendo as correntes nominais de 32A a 710 A. Encontrado em dois tamanhos (1e 2), podendo ser usado em AC (até 1000 V) ou DC (até 600 V). Fusível SITOR 1.2.7 Fusíveis SILIZED Os fusíveis ultra-rápidos SILIZED são utilizados na proteção de curto-circuito de semi-condutores e estão adaptados às curvas de carga dos tiristores e diodos de potência, permitindo quando da sua instalação seu manuseio sem riscos de toque acidental. Sua forma de construção é semelhante à do DIAZED. Possui categoria de utilização gR, em três tamanhos atendem as correntes nominais de 16A a 100A. Limitadores de corrente possuem elevada capacidade de interrupção: 50kA em até 500VCA. Através de parafusos de ajuste, evitam alterações dos fusíveis, preservando as especificações do projeto. Permitem a fixação rápida por engate rápido sobre trilho ou parafusos. 9 Fusíveis SILIZED 1.2.8 Fusíveis MINIZED Compactos, mono, bi e tripolares, com os minifusíveis NEOZED são utilizados na manobra e proteção de circuitos elétricos. Podem ser encontrados em correntes nominais até 63A. A corrente presumida de curtocircuito de 50kA em até 400VCA. Com alavanca de manejo confortável, possui mecanismo de ação independente do operador, o que garante manobra sob carga. Fornecem total segurança ao toque acidental na montagem ou substituição dos fusíveis e nos terminais de ligação. Possui bloqueio mecânico que impede a manobra do seccionador sem fusíveis. Além de possuir uma durabilidade mecânica (em torno de 10.000 manobras), apresenta uma fixação rápida por engate sobre trilho. Fusível MINIZED 1.2.9 Fusível Cartucho para chave tipo Matheus São fusíveis destinados à operação em redes de distribuição. É composto de um elemento fusível no interior de um cartucho de papelão. Esse fusível é introduzido dentro de outro cartucho Matheus. Tem, além da função de proteção, também a função de fixação da parte móvel do cartucho Matheus, que garante que a permanência na sua posição de funcionamento (vertical). Quando acontece o rompimento do elemento fusível, a parte móvel do cartucho perde sua fixação e este cai, ficando sustentado por sua parte inferior. Serve, portanto, como sinalizador, indicando aos operadores do sistema elétrico que houve um problema que causou o rompimento do fusível. Podemos ver esse conjunto montado nos postes onde existem transformadores na rede de distribuição urbana. 10 Elo fusível para cartucho Matheus Cartucho tipo Matheus Chave de Manobra tio MATHEUS: utilizada em sistema de distribuição,uso em redes,onde os esforços provenientes de curto-circuito seja um fator relevante,operada por vara de manobra equipada com gancho para operação sob carga. Como exemplo, abaixo está uma tabela usada para determinação de parâmetros de escolha de fusíveis. Curvas tempo-corrente média para fusíveis NH 11 Diâmetros de fios prata e cobre para fusíveis 1.2.10 DIMENSIONAMENTO DO FUSÍVEL Para dimensionar um fusível, devemos usar a seguinte fórmula: In = Irb * K, onde: In – corrente nominal do fusível Irb – corrente de rotor bloqueado do motor K – constante do motor, que varia de 0,3 a 0,5, dependendo da corrente de rotor bloqueado do motor. 2. RELÉS BIMETÁLICOS 2.1 DEFINIÇÕES As lâminas bimetálicas, bastante utilizadas em eletroeletrônica, são construídas pela junção de dois materiais metálicos condutores, com dilatações térmicas diferentes. Então, quando essas lâminas são submetidas a variações de temperatura, apresentam deformação curvilínea, pois os materiais, apesar de unidos, têm dilatação diferente. 12 Aproveitando as propriedades da condução e da deformação, essas lâminas são utilizadas em vários tipos de circuitos elétricos e eletrônicos, desempenhando várias funções, como controle de temperatura, sinalização, proteção de circuitos. Lâminas bimetálicas têm utilização em eletrodomésticos como ferros elétricos, geladeiras, além de relés e disjuntores. Os relés são componentes do sistema elétrico que efetuam a comutação (abertura e fechamento) de contatos, abrindo e fechando circuitos, utilizando diversos tipos de construção. Como exemplo, temos os relés magnéticos, que utilizam os efeitos eletromagnéticos para o seu funcionamento, ou seja, quando o circuito elétrico de sua bobina é excitado ocorre a comutação dos contatos pelos efeitos do circuito magnético. Mas há outros tipos de acionamento e formas as mais diversas. Relé eletromagnético de trava com 1 a 6 contatos reversíveis com capacidade de 10A. Tensões disponíveis de bobina desde 6VCC até 220VCC e 6 até 440VCA. Os relés bimetálicos são relés baseados no princípio da dilatação de pares bimetálicos sobre os quais são montados os contatos móveis. Quando esse contato é percorrido por corrente elétrica, tem uma deformação que é proporcional à intensidade dessa corrente. Dessa forma, os fabricantes determinam a deformação da lâmina bimetálica de acordo com o valor de corrente que percorrerá a lâmina. Daí ser possível determinar a abertura de um contato dependendo da corrente elétrica que passará por ele, determinando assim um valor de proteção para determinado circuito. Quando corrente acima do previsto passar pelo contato formado pela lâmina bimetálica, esta se deformará e o circuito será aberto, suprimindo a passagem de corrente. Cessando a circulação de corrente pelo circuito, a lâmina se resfriará e voltará à sua posição inicial, fechando ou não o circuito, dependendo de sua configuração. Os relés bimetálicos são então utilizados para proteção contra sobrecargas. Conduzem até o valor nominal especificado de corrente, mas interrompem o circuito acima desse valor. Esses relés têm uma faixa de ajuste da corrente de atuação e, dentro dessa faixa, qualquer valor de corrente pode ser selecionado. Relés de sobrecarga são usados para proteger INDIRETAMENTE equipamentos elétricos, como motores e transformadores, de um possível superaquecimento. O superaquecimento de um motor pode, por exemplo, ser causado por: − − − − − Sobrecarga mecânica na ponta do eixo; Tempo de partida muito alto; Rotor bloqueado; Falta de uma fase; Desvios excessivos de tensão e freqüência da rede. Em todos estes casos citados acima, o incremento de corrente (sobrecorrente) no motor é monitorado em todas as fases pelo relé de sobrecarga. Podem ser integrados em aparelhos de funções múltiplas, tais como contatores, disjuntores-motores, contatores-disjuntores ou podem ser instalados independentemente. A proteção correta contra as sobrecargas é evidente para otimizar o tempo de vida útil dos motores, impedindo o funcionamento em condições anormais de aquecimento, assegurando a continuidade de serviços das máquinas, equipamentos e instalações, evitando paradas bruscas e principalmente poder partir novamente o mais rápido possível após um disparo nas melhores condições de segurança para os equipamentos e usuários. A seguir serão mostrados figuras de tipos de relés e tabelas com dados técnicos de relés bimetálicos. 13 Relé Bimetálico da SIEMENS Especificação: Funcionamento / Indicações do relé térmico: Ajuste de escala: permite o ajuste da corrente de atuação do relé, dentro de sua faixa de atuação botão "reset": manual/automático (azul): permite a reposição do relé depois de uma atuação por sobrecorrente de modo manual (M ou H) ou automático (A) botão "desliga" (vermelho): função teste/stop: permite o teste de funcionamento do relé (fechamento dos contatos) ou sua parada (abertura dos contatos). Relé Térmico Série SR-2 – STECK, com instruções de operação e ajuste 14 2.2 DIMENSÕES São importantes no projeto, por questões de espaço, localização, tamanho de quadro, etc. Abaixo segue um exemplo das dimensões de um relé bimetálico. Instruções e indicações para início da operação do relé: 1. Ajustar a escala à corrente nominal da carga. 2. Botão de destravação (azul): Antes de por o relé em funcionamento, premer o botão de destravação. O contato auxiliar é ajustado pela fábrica para religamento manual (com bloqueio contra religamento automático). Comutação para religamento automático: premer o botão de destravação e girá-lo no sentido anti-horário, até o encosto, da posição H (manual) para A (automático). 3. Botão “Desliga" (vermelho). O contato auxiliar abridor será aberto manualmente, se for apertado este botão. 15 4. Indicador Lig./Desl-(verde). Se o relé estiver ajustado para religamento manual, um indicador verde sobressairá da capa frontal se ocorrer o disparo (desligamento) do relé. Para religar o relé, premer o botão de destravação. Na posição "automático", não há indicação. 5. Terminal para bobina do contator, A2. Os terminais do circuito principal dos relés de sobrecarga são marcados da mesma forma que os terminais de potência dos contatores. Os terminais dos circuitos auxiliares do relé são marcados da mesma forma que os de contatores, com funções específicas, conforme exemplos acima. O número de seqüência deve ser `9' (nove) e, se uma segunda seqüência existir, será identificada com o zero. 3. RELÉS TEMPORIZADOS 3.1 DEFINIÇÕES Os relés temporizados são utilizados quando se necessita controlar o tempo de retardo na comutação de um circuito. Podem abrir ou fechar contatos conforme programação ou ainda fazer as duas ações ao mesmo tempo. São compostos de um contador interno, que será alimentado quando for necessário iniciar a contagem de tempo. O contador tem um baixo consumo de energia e os mecanismos de contagem mais utilizados são os mecânicos e os eletrônicos. Utilizados na automação de máquinas e processos industriais, especialmente em seqüenciamento, interrupções de comandos e em chaves de partida. A seguir, estão listados alguns termos comuns na literatura técnica para relés: − Pickup: ponto em que a tensão ou corrente injetada sensibilizam o relé de proteção, causando o início da operação em relés eletrônicos ou digitais e/ou o movimento do disco de indução em relés eletromecânicos; − Trip: ponto em que o relé de proteção fecha os contatos de saída. Isso ocorre quando o valor da corrente ou tensão de pickup permanece no sistema por um período de tempo especificado pelo usuário ou por um tempo definido por uma curva, também pré-determinada pelo usuário; − Dropout: retorno dos contatos dos relés de proteção à sua posição de repouso ou reset da unidade de proteção após ter executado com sucesso sua operação. 16 Abaixo, seguem figuras de alguns relés temporizados e suas características. CTA – Relé de Tempo Relé de tempo com retardo na desenergização, o relé permanece sempre alimentado. Quando um contato externo se fecha, o relé CTA fecha, conta o tempo pré-ajustado e depois se abre independente do contato externo estar fechado ou não. Possuem diversas opções de tensão de alimentação. CTAD - Relé de tempo Relé de tempo com retardo na desenergização, aplicada a tensão de alimentação, o relé CTAD se fecha imediatamente, conta o tempo pré-ajustado e depois se abre. Para repetir o ciclo é necessário interromper e aplicar novamente a tensão de alimentação. Possuem diversas opções de tensão de alimentação. OPT – Relé de Tempo (pequeno) Relé de tempo com retardo na energização (tamanho pequeno), aplicada tensão de alimentação o relé OPT conta o tempo pré-ajustado e depois fecha. O relé só abre quando a alimentação for interrompida. Possuem diversas opções de tensão de alimentação. 17 Quando excitado, o dispositivo entra em funcionamento. Decorrido o tempo pré-regulado, estabelece-se no temporizador a comutação dos contactos mantendo-se nessa posição enquanto se mantiver excitado Os Relés temporizadores WEG RTW são dispositivos eletrônicos que permitem, em função de tempos ajustados, comutar um sinal de saída de acordo com a sua função. Muito utilizados em automação de máquinas e processos industriais como partidas de motores, quadros de comando, fornos industriais, injetoras, entre outros. Relé de tempo estrela-triângulo Especialmente fabricado para utilização em chaves de partida estrela-triângulo. Este relé possui dois contatos reversores e dois circuitos de temporização em separado, sendo um de tempo variável para controle do contator que executa a conexão estrela, e outro, com tempo pré-estabelecido e fixo (100ms) para controle do contator que executa a conexão triângulo. Funcionamento Após aplicada tensão nominal aos terminais A1 e A2, o contato de saída da etapa de temporização estrela comuta (15–18). Após decorrida a temporização selecionada (0 a 30s), o contato de saída da etapa estrela retorna ao repouso (15–16), principiando então a contagem do tempo fixo (100ms), ao fim do qual é atuado o contato de saída da etapa triângulo (25–28). 18 Relé de tempo estrela-triângulo 4. TRANSDUTORES 4.1 DEFINIÇÕES Todo o dispositivo ou equipamento que transforma uma forma de energia em outra forma de energia. Em instrumentação elétrica/eletrônica designa todo o dispositivo ou equipamento que converte qualquer grandeza física não elétrica (temperatura, calor, pressão) ou mesmo sinais elétricos em um sinal elétrico. No nosso cotidiano estamos cercados de transdutores que nos ajudam em atividades e processos que consideramos simples: na geladeira, ferro elétrico, alarmes, etc. Esses dispositivos nos auxiliam em muitas aplicações, sejam elas domésticas, comerciais ou industriais. O processamento de sinais é realizado através de sinais elétricos, pela facilidade de transmissão, manuseio, etc. Então, quando conseguimos transformar algum tipo de grandeza em grandeza elétrica, torna-se mais fácil medir e controlar essa grandeza. Como exemplo, usa-se sondas em cirurgias, medidores de energia elétrica, sensores nos mais diversos tipos de alarme. Em todas essas aplicações são utilizados transdutores, para transformação de tipos diferentes de sinais em sinais elétricos e então ter informações preciosas sobre essas atividades. Os transdutores são identificados pelas funções que exercem ou por nomes particulares, já consagrados pelo uso. 19 São exemplos de transdutores: − Microfone: capta a vibração mecânica da voz e transforma em sinal elétrico; − Termômetro: capta a temperatura do corpo e transforma em sinal elétrico; − Câmeras: possui sensores que captam imagens e transformam em sinais elétricos. 4.2 CLASSIFICAÇÃO DOS TRANSDUTORES Podemos classificá-los com base em: − No princípio elétrico de funcionamento; − Na aplicação a que se destinam; − Na quantidade física, propriedade ou condição que é medida. Outro processo usual de classificação consiste na divisão em dois grandes grupos: − Passivos: precisam de uma fonte de alimentação externa; − Ativos: auto-alimentados geram na saída uma tensão ou corrente. 4.3 SELEÇÃO DE TRANSDUTORES Para selecionarmos transdutores, devemos considerar os seguintes parâmetros: Utilização (ou limites de utilização); Sensibilidade; Freqüência (ou tempo) de resposta; Compatibilidade com o meio ambiente; Precisão; Características elétricas; − Condições de aplicação e robustez. − − − − − 4.4 ALGUNS TIPOS DE TRANSDUTORES − − − − − − − Transdutores resistivos Transdutores de medida de deslocamento Transdutores capacitivos Transdutores indutivos Transdutores piezoeléctricos Transdutores fotoeléctricos (fotocéculas) Transdutores de medida de temperatura (termostatos) Na tabela abaixo, são dadas referências de tipos de transdutores, indicando a grandeza a ser medida, a grandeza que varia no transdutor e o nome do transdutor ou da grandeza resultante. 20 Grandeza a medir Grandeza do parâmetro Grandeza Medida ou Instrumento de Medição Temperatura de gases líquidos e sólidos Resistência, etc Temperatura Desvio angular Impulsos de tensão Tacômetro Desvio angular Resistência Potenciômetro Força Resistência Sensor de membrana Vibração Tensão Sensor de vibração Intensidade de iluminação Resistência LDR Caudal Impulsos de tensão Transdutor de caudal Umidade relativa Capacidade Transdutor de umidades Ponto de orvalho Resistência Transdutor de orvalho ou condensação Distância Amplitude duma tensão sinusoidal; desfasagem em relação a uma senoide de referência; atraso temporal dum trem de impulsos Transdutores de ultrasons Grandeza Digital: Interrupção de corrente Contato elétrico Sensor de nível Grandeza Digital: Interrupção de corrente Contato elétrico Bimetal A seguir, veremos alguns exemplos físicos de transdutores. TRANSDUTORES DE CORRENTE OU TENSÃO EFICAZES (RMS) TGE 200 São utilizados para medição da corrente ou tensão eficazes de uma instalação. Estes transdutores necessitam de fonte de alimentação mesmo com saída 10mA. A figura mostra que o sinal de entrada (tensão ou corrente) é convertido em tensão alternada retificada em onda completa e transformado em função quadrática. Este sinal é amplificado e convertido em corrente na saída. 21 TRANSDUTORES DE POTÊNCIA ATIVA E REATIVA TGE 200 Medem as potências ativa e reativa de um sistema elétrica, proporcionando condições de análise do fator de potência dessa instalação. Estes transdutores necessitam de uma fonte auxiliar de alimentação. A unidade básica de medição fornece uma saída de -1mA.0...+1mA que pode ser amplificada para a saída escolhida conforme tabela 1 mediante um amplificador adequado. O circuito detecta a potência real mesmo quando a forma de onda da entrada estiver distorcida. O diagrama de bloco da figura 9 mostra que os sinais de corrente de tensão são modulados e uma seqüência de pulsos retangulares é gerada, com altura proporcional à tensão instantânea e largura proporcional à corrente instantânea. A integração desse sinal é proporcional à potência medida. O circuito dispõe ainda de proteção contra transitórios e sobrecarga. Vide a tabela 5 quanto aos tipos oferecidos. Transdutores para medição de temperatura de gases e sólidos Termistor estanque, para medição de temperatura de líquidos 22 Transformadores de Potencial (TP’s): São utilizados na medição e proteção. Através de um valor de tensão mais alto fornecem um pequeno sinal que é enviado ao controle. Além de outras aplicações, são encontrados nas cabines de entrada de energia, fornecendo a tensão secundária de 220V, em geral, para alimentar os dispositivos de controle da cabine reles de mínima e máxima tensão (que desarmam o disjuntor fora destes limites), iluminação e medição. A tensão de primário é alta, 13.8Kv ou maior. O núcleo é de chapas de aço-sílicio, envolvido por blindagem metálica, com terminais de alta tensão afastados por cones salientes, adaptados a ligação às cabines. Podem ser mono ou trifásicos. Permitem informações sobre falta de fase, valor da tensão, etc. Transformadores de Corrente (TC’s): São utilizados também em medição e proteção elétrica. Através de um valor alto de corrente, fornece um pequeno sinal para o controle. Usado na medição de corrente, em cabines e painéis de controle de máquinas e motores. Consiste num anel circular ou quadrado, com núcleo de chapas de aço-sílicio e enrolamento com poucas espiras, que se instala passando o cabo dentro do furo, este atua como o primário. A corrente é medida por um amperímetro ligado ao secundário (terminais do TC). É especificado pela relação de transformação de corrente, com a do medidor sendo padronizada em 5A, variando apenas a escala de leitura e o número de espiras do TC. Relé fotoelétrico: Destinado a comandar automaticamente circuitos de iluminação, acendendo as lâmpadas ao anoitecer e apagando-as ao amanhecer. Tensão de alimentação de 110, 220VCA ou 24VCC. 23 Para desenvolvimento de medidores ou reguladores de velocidade angular com indicação do sentido de rotação. O dispositivo consta de um disco óptico e um conjunto led – fototransistor A resistência elétrica do dispositivo varia com a força aplicada na superfície da membrana: a resistência varia entre aprox. 2MOhm e 1kOhm para forças entre 10g e 10Kg. Caudalímetro eletromagnético do tipo indutivo. O dispositivo gera uma tensão alternada de freqüência proporcional ao valor do caudal. Este dispositivo consiste num condensador variável, cuja capacidade é função da umidade relativa do ar. Os circuitos de interface mais usados recorrem a um oscilador RC, em que C é a capacidade do sensor. A grandeza de saída é assim a freqüência de oscilação do oscilador, que será portanto função da umidade relativa do ar 5. CONTATORES 5.1 DEFINIÇÕES Dispositivo de manobra mecânico, acionado eletromagneticamente, construído para uma elevada freqüência de operação, que tem uma única posição de repouso e é capaz de estabelecer, conduzir e interromper correntes em condições normais do circuito, inclusive sobrecargas no funcionamento. O contator é de acordo com a potência (carga), um dispositivo de comando e pode ser utilizado individualmente, acoplado a relés de sobrecorrente, na proteção de sobre-cargas. Basicamente existem contatores principais e contatores auxiliares. As categorias de emprego identificam claramente a correspondência com a corrente nominal de serviço (In) ou com a potência nominal do motor e a tensão nominal (Vn). Os principais elementos construtivos de um contator são: − Contatos; − Núcleo; 24 − Bobina; − Molas; − Carcaça. - Contato principal: É aquele componente de ligação que, em estado fechado, conduz a corrente do circuito principal, de valor mais alto. Os contatos principais de um contator são dimensionados com o objetivo principal de estabelecer e interromper correntes de motores, podendo ainda, acionar cargas resistivas, capacitivas e outras. - Contatos auxiliares: São dimensionados para a comutação de circuitos auxiliares para comando, sinalização e intertravamento elétrico, entre outras aplicações. O formato dos contatos auxiliares está de acordo com a função: normalmente aberto (NA ou NO) ou normalmente fechado (NF ou NC), podendo ser ainda adiantados ou retardados, dependendo da linha e modelo do contator utilizado. - Acionamento: Semelhante ao relé eletromagnético, o campo magnético é produzido através da bobina, atraindo a parte móvel dos contatos, fazendo assim a movimentação dos contatos principais e auxiliares. - Nomenclatura de contatos: A identificação dos terminais de contatores e relés associados tem por finalidade fornecer informações a respeito da função de cada terminal ou sua localização com respeito a outros terminais ou para outras aplicações: − Bobinas: São identificadas de forma alfanumérica com A1 e A2. 25 − Terminais do circuito principal (força): São identificados por números unitários e por um sistema alfanumérico. Os terminais 1L1, 3L2 e 5L3 voltam-se para a rede (fonte) e os terminais 2T1, 4T2 e 6T3 para a carga. − Terminais de contatos auxiliares: Os terminais dos circuitos auxiliares devem ser marcados ou identificados nos diagramas, através de figura com dois números, a saber: − A unidade representa a função do contato; − A dezena representa a seqüência de numeração. O exemplo abaixo ilustra este sistema de marcação: − Número de função: Os números de função 1 e 2 são próprios de contatos normalmente fechados e 3 e 4 próprios de contatos normalmente abertos. Os traços antes dos números indicam a seqüência. Os números de função 5 e 6 são próprios de contatos NF retardados na abertura, enquanto os números de função 7 e 8 são próprios de contatos NA adiantados no fechamento. 5 Contato normalmente fechado, atrasado na abertura. 6 7 Contato normalmente aberto, adiantado no fechamento. 8 − Número de seqüência: Os terminais pertencentes a um mesmo elemento de contato devem ser marcado com o mesmo número de seqüência. Logo, todos os contatos de mesma função devem ter números de seqüência diferentes. 26 5.2 TERMINOLOGIA (Simplificada) A seguir estão termos da linguagem técnica no trabalho com circuitos de comando: − Corrente Nominal de Operação (Ie) Corrente que pode ser interrompida por um dispositivo de manobra, em condições normais de operação. − Corrente Nominal de Serviço (In) Corrente que é função das condições de operação de um circuito, determinada pelas condições de emprego, em função da qual são escolhidos os diversos dispositivos. − Corrente de Partida Corrente que um motor consome, quando ligado porém ainda em repouso. Seu valormédio é cerca de 6 a 8 vezes a corrente nominal nos motores de gaiola. − Corrente de Pico Máximo valor instantâneo de corrente, por exemplo no ato da ligação. − Corrente Térmica ao ar livre (Ith) É a máxima corrente utilizada para testes de ensaio da elevação da temperatura ao ar livre, em 8 horas sob carga. − Tensão Nominal (Vn) Valor eficaz da tensão pelo qual um dispositivo de manobra é designado. 5.3 ESPECIFICAÇÕES DO CONTATOR – PARÂMETROS − − − − − − Definir categoria de Emprego Identificar Corrente Nominal e Tensão Nominal. Identificar Tensão de Comando da Bobina. Definir número de Contatos Auxiliares. Verificar vida útil quando aplicável. Selecionar Relé de Sobrecarga. 5.4 CLASSIFICAÇÃO DOS CONTATORES A classificação dos contatores é feita em categorias para orientar o usuário para não usar um contator não adequado para a sua aplicação. Um usuário não informado pode empregar um contator muito caro com uma vida eletro-mecânica maior que a necessária, ou, ao contrário, usar um contator de baixo custo com vida eletro-mecânica menor que a necessária. A norma IEC 947-4 apresenta a seguinte classificação: Contatores em CA : 27 − AC-1: se aplica a todos aparelhos em CA com fator de potência ≥0,95. Utilização: aquecimento, distribuição. − AC-2: se aplica aos motores de anéis: para partida, frenagem em contracorrente ou acionamento por pulsos. − AC-3: se aplica aos motores em Gaiola com interrupção de In. Utilização: elevadores, escadas rolantes, correias transportadoras, compressores, bombas, misturadores não metálicos, climatizadores. − AC-4: nestas categorias os contatores são empregados nos casos em que há frenagem por contracorrente e acionamento por pulsos tanto nos motores em gaiola como nos com anéis. Contatores em DC a IEC 947-4 estabelece a seguinte classificação: − DC-1: os contatores desta categoria se destinam a operar aparelhos cujas constante de tempo (C/R) é inferior ou igual a 1 ms. − DC-2: neste caso os contatores podem ser aplicados para partida, frenagem contracorrente bem como acionamento por impulsos de motores shunt; a constante de tempo deve ser inferior ou no máximo igual a 2 ms. − DC-5: os contatores desta classe são aplicados na partida, frenagem contracorrente e acionamento por pulsos de motores série com constante de tempo ≤ 7,5 ms. O contator deve ser capaz de estabelecer um pico de corrente com valor igual a 2,5 vezes corrente nominal e interromper a mesma corrente sob uma tensão que pode chegar a ser igual à da rede. Contator para manobra de motores com rotor gaiola, com desligamento em regime de carga. 6. TENSÕES NO CIRCUITO TRIFÁSICO 6.1 DEFINIÇÕES A tensão entre duas fases quaisquer de uma linha trifásica é a mesma, sendo esta a sua referência de tensão (também chamada tensão de linha ou tensão entre fases). Transformadores (e outros elementos trifásicos como motores) podem ter seus enrolamentos ligados em dois arranjos distintos: triângulo e estrela. A Figura abaixo mostra o esquema típico de uma ligação de um transformador para a distribuição secundária. O primário tem seus enrolamentos ligados em triângulo e, assim, cada um recebe a tensão de 13,8 kV (poderia ser também em estrela mas foi colocado desta forma para visualizar as diferenças). Já o secundário tem os enrolamentos ligados em estrela e o nó central é chamado de neutro, o que adiciona um quarto condutor ao circuito (são os 4 fios que se vê na parte intermediária dos postes). O condutor neutro é geralmente ligado a um aterramento ficando, portanto, com um potencial nulo em relação à terra. Nesta configuração, a tensão entre fases é igual a 1,73 vezes a tensão entre fase e neutro. Esse arranjo dá uma flexibilidade na ligação aos consumidores. Para a maioria dos consumidores de pequeno porte os 127 V de uma fase e o neutro são suficientes, o que é chamado de ligação monofásica (só uma fase). Se o consumidor tem um número de cargas maior, pode ser interessante fornecer duas fases e o neutro (ligação bifásica), para um melhor equilíbrio de cargas na rede. Notar que o consumidor bifásico tem, além dos 127 V entre fases e neutro, a tensão de 220 V entre fases. Assim, ele pode optar por usar esta tensão para aparelhos de maior potência (chuveiro, por exemplo), a fim 28 de reduzir o custo da instalação (bitola menor do condutor). A ligação trifásica deve ser usada se o número de cargas é ainda maior e/ou se existem equipamentos trifásicos como motores. Lembrar que motores trifásicos são mais simples e eficientes e apresentam menos problemas que os monofásicos. Para consumidores de grande porte (indústrias, supermercados, etc.) ligados à distribuição primária e que têm, portanto, suas próprias subestações, existem padrões mais elevados de tensão para menores custos das instalações. Valores usuais são 220/380 V ou 254/440 V ou maiores. Definindo: − − − − Tensão de linha V: tensão entre duas fases da linha (primário). Corrente de linha I: corrente que circula por cada fase (primário). Tensão de fase Vf: tensão sobre a carga (secundário). Corrente de fase If: corrente que circula pela carga (secundário). Na configuração triângulo, a tensão de linha é igual à de fase. Assim: V = Vf e, para a corrente, I = 1,73*If. Na configuração estrela, a corrente de linha é igual à de fase. Assim: I = If e, para a tensão, V = 1.73*Vf. Para a potência, vale em ambos os casos: Potência aparente P = 1,73* V I. Potência ativa PA = 1,73* V I cos φ. Potência reativa PR = 1,73* V I sen φ 29 Onde cos φ é o fator de potência, que é a relação entre potência ativa e potência aparente. Obs.: todas essas igualdades supõem um sistema equilibrado, isto é, as tensões entre fases são idênticas e as cargas c também. Agora um exemplo prático: suponhamos que V = 220 V e que as cargas c sejam os enrolamentos de um motor trifásico com tensão nominal de 220 V. Assim, na configuração triângulo, o motor estará operando em condições normais, pois a tensão em cada enrolamento será 220 V. A corrente If dependerá da potência do motor. Entretanto, se ligado em estrela, a tensão em cada enrolamento será Vf = 220/1,73. Isto significa que o motor irá operar com uma potência menor. Logo que são ligados, isto é, na partida, os motores demandam um pico elevado de corrente da rede pois ainda não atingiram a rotação nominal. Se a partida é dada na configuração estrela, o pico será menor devido à menor tensão em cada enrolamento. Essa técnica é bastante utilizada para reduzir os picos de partida e é chamada de partida em estrela-triângulo. Isso é feito por um conjunto de chaves magnéticas que ligam o motor na configuração estrela e certo tempo depois comutam para o triângulo. A comutação pode ser manual ou automática com temporizadores. 7. MOTORES 7.1 DEFINIÇÕES Os motores são máquinas que recebem energia elétrica da rede caracterizada por tensão, corrente e fator de potência e fornecem energia mecânica no seu eixo caracterizada pela rotação e conjugado. 7.2 TIPOS São os seguintes os tipos de motores a serem considerados: 7.2.1 Motores de indução tipo Gaiola: nestes motores há: − Um estator com enrolamento montado na carcaça do motor que vai fornecer o campo girante do motor; − Um rotor com o enrolamento constituído por barras curto-circuitadas que sob ação do campo girante irá fornecer energia mecânica no eixo do motor. − Rotor, carcaça, rolamento, prisioneiro, ventilador, tampa, escudo. Quando o motor é energizado (partida) ele funciona como um transformador com o secundário em curtocircuito e, portanto, exige da linha uma corrente muito maior que a nominal, podendo chegar a 7 vezes a corrente nominal. À medida que o campo girante "arrasta" o rotor aumentando sua velocidade a corrente vai diminuindo até atingir a corrente nominal quando a rotação atinge seu valor nominal. Se o motor é energizado em vazio ele adquire rapidamente sua velocidade nominal e a diminuição da corrente será, correspondentemente, rápida também. Nesta situação, o motor pode partir com uma tensão bem abaixo da nominal (5O%, por exemplo) e quando sua velocidade chega próxima ao valor nominal, a tensão retorna a100% do seu valor. 7.2.2 Motores de indução com rotor bobinado: Os enrolamentos do rotor são análogos aos do estator e os terminais são ligados a 3 anéis coletores com escovas. Os motores com rotores bobinados e anéis encontram seu maior campo de aplicação quando há necessidade de torques elevados de partida. A partida é feita introduzindo-se um resistor em série com o enrolamento do motor através dos anéis. Com isto, é reduzida a corrente sem diminuir ou mesmo aumentar o torque de partida. Se forem usados diferentes valores de resistores pode-se conseguir valores elevados do torque na partida (por exemplo 3 vezes o torque nominal) com uma corrente de partida 1,5 vezes a nominal. A contra-partida é o aumento das perdas. 30 7.2.3 Motores de corrente contínua: Nestes motores o controle da velocidade é feito pelo inserção de resistores com derivações que permitem ir reduzindo gradativamente o valor da resistência e, ao mesmo tempo, obter um elevado torque de partida. F(N) = L 2 l B sin Torque é igual a: T=KØI (Ø = fluxo de campo) Sua velocidade estiver próxima da nominal poderá ser alimentado com sua tensão nominal. Se o motor partir "em carga" a situação é mais complicada, pois se tentarmos dar a partida com 50% da tensão nominal ele pode não conseguir atingir sua rotação nominal e começar a aquecer por estar com uma corrente maior que a nominal. Isto acontece porque o conjugado oferecido pelo motor no seu eixo será menor quando a tensão for menor (a corrente é menor e a energia elétrica de entrada será menor e portanto a energia mecânica disponível no eixo será menor). Será preciso partir com 65%, 80% ou 100% da tensão nominal com correntes correspondentemente maiores e solicitações elétricas aos contatores (e aos circuitos) cada vez maiores. As empresas fornecedoras de energia elétrica (as concessionárias) exigem que haja uma limitação da corrente de partida dos motores, de acordo com as condições do seu sistema: a potência instalada disponível (gerada ou comprada) e o dimensionamento dos condutores. Esta exigência é feita para não prejudicar a qualidade da energia fornecida, pois no momento da partida de um motor grande de um consumidor haverá uma queda de tensão nos alimentadores e outros consumidores receberão a energia sob uma tensão mais baixa. Uma concessionária de uma pequena cidade irá, pois, exigir redução da corrente de partida em motores pequenos enquanto que concessionárias de grandes cidades poderão admitir a partida direta (com 100% da tensão) de motores bem maiores. Para reduzir a tensão de entrada, podem ser usados: − − − − Resistores ou indutores em série Transformadores ou auto-transformadores Chaves estrela-triângulo Chaves compensadoras 7.3 CORRENTE DE PARTIDA Os motores elétricos são construídos obedecendo a normas, segundo o uso a que se destinam, que os padronizam conforme definições da NEMA ou da ABNT. (Deverá constar na plaqueta de identificação a letra correspondente ao seu padrão construtivo). A NEMA define os códigos de letras conforme a tabela abaixo: Letra Código KVA que o motor necessita para partida direta (por KVA) A 0,00 a 3,14 B 3,15 a 3,54 C 3,55 a 3,99 D 4,00 a 4,49 E 4,50 a 4,99 F 5,00 a 5,59 G 5,60 a 6,29 31 H J K L M N P R S T U V 6,30 a 7,09 7,10 a 7,99 8,00 a 8,99 9,00 a 9,99 10,00 a 11,19 11,20 a 12,49 12,50 a 13,99 14,00 a 15,99 16,00 a 17,99 18,00 a 19,99 20,00 a 22,39 22,40 Para a ABNT, 5 códigos são definidos, conforme a tabela seguinte: Letra Código Corrente de partida direta (Motores com enrolamento tipo gaiola) A ALTA Até 6 x IN B NORMAL 3,80 a 6,00 x IN C NORMAL 3,80 a 6,00 x IN D NORMAL 3,80 a 6,00 x IN F BAIXA Até 4 x IN Onde: IN = Corrente Nominal do motor. IP = Corrente de Partida do motor. 8. PARTIDA DE MOTORES 8.1 DEFINIÇÕES Para o uso de grandes motores, devemos ter um cuidado especial na partida, pois nesses casos, como a corrente de partida nos motores chega a 8 vezes em média o valor da corrente nominal, a rede deverá fornecer valores muito grandes de corrente, o que pode causar uma série de danos ao sistema elétrico e aos próprios motores. Para minimizar os efeitos da partida desses motores usamos métodos para diminuir a corrente na partida. Veremos alguns deles, principalmente a partida usando chave estrela/triângulo. 8.2. TIPOS DE PARTIDA 8.2.1 Chave de Partida direta manual É o método mais simples, em que não são empregados dispositivos especiais de acionamento. A chave de comando direto existe em grande número de modelos e diversas capacidades de corrente. 32 Os motores somente podem partir diretamente desde que sejam satisfeitas as seguintes condições: − A corrente nominal da rede é tão elevada que a corrente de partida do motor não é relevante; − A corrente de partida do motor é de baixo valor porque sua potência é pequena; − A partida do motor é feita sem ou com mínima carga, o que reduz a corrente de partida. Nas concessionárias de fornecimento de energia elétrica permite-se partida direta de motores trifásicos até 5 CV em 220V e de 7,5CV em 380V. 8.2.2 CHAVES ESTRELA/TRIÂNGULO Na escolha da chave ET, deve-se considerar que no momento da partida (Y) em estrela, a corrente e o momento de partida ficam reduzidos a aproximadamente 1/3 dos seus valores correspondentes na ligação direta. Destinam-se a partida de motores trifásicos com rotor em curto-circuito. Este tipo de chave somente se aplica para motores cuja tensão nominal em triângulo coincide com a tensão nominal entre fases da rede alimentadora, portanto um motor 220/380 Y não pode ser ligado com chave estrela triângulo em uma rede de 380 V entre fases. é fundamental para a partida que o motor tenha a possibilidade de ligação em dupla tensão, ou seja, em 220/380V, em 380/660V ou 440/760V. Os motores deverão ter no mínimo seis bornes de ligação. A partida estrela-triângulo poderá ser usada quando a curva de conjugado do motor é suficientemente elevada para poder garantir a aceleração da máquina com a corrente reduzida. Na ligação estrela, a corrente fica reduzida para 25 a 33% da corrente de partida na ligação triângulo. O conjugado resistente da carga não poderá ultrapassar o conjugado de partida do motor nem a corrente no instante da mudança para triângulo poderá ser de valor inaceitável. Existem casos onde este sistema de partida não pode ser usado. Motores que possuem tensão nominal de operação acima de 660V deverão possuir um sistema de isolação especial, apto a esta condição. São empregadas para o arranque de motores trifásicos, tendo por finalidade reduzir a corrente de partida, de modo a limitar a queda de tensão na linha de alimentação. A utilização deste tipo de chave é muitas vezes imposta pela própria concessionária de energia elétrica de forma a não sobrecarregar suas linhas por ocasião da partida de motores elétricos de potência mais elevada (consulte a concessionária da região onde será feita a instalação). Existem casos que pelas características de algumas máquinas, obrigatoriamente devemos utilizar este tipo de chave. São máquinas com volantes superdimensionados (prensas em geral), trefiladeiras, esteiras transportadoras, máquinas injetoras, picadeiras, etc. A chave estrela triângulo em geral só pode ser empregada em partidas de máquinas em vazio, isto é, sem carga. Somente depois de ter atingido a rotação nominal, a carga poderá ser aplicada. 33 8.2.2.1 Chaves Manuais Estrela-Triângulo: Como o próprio nome sugere, necessita de um operador para realizar a comutação de estrela para triângulo. O motor é energizado com Vn/1,73 até se aproximar de sua velocidade nominal e nesse instante o operador muda a chave para a outra posição em que o motor passa a ser alimentado com sua tensão nominal. É necessário que os terminais das bobinas sejam acessíveis para que sejam feitas as conexões. Na alimentação são instalados disparadores de sobrecarga em duas fases para desligamento em caso de sobrecarga no motor. É instalada também uma bobina de tensão nula entre duas fases da alimentação, o que permite desligar o motor remotamente, desligar o motor em caso de sobrecarga diretamente em duas fases e indiretamente na terceira fase. Continuava a ser necessária a partida no local, o uso de fusíveis para proteção contra os curto-circuitos e não se podia melhorar o torque de partida que ficava reduzida a (1/3), já que ele é proporcional ao quadrado da tensão aplicada na hora da partida. 8.2.2.2 Chaves Estrela-Triângulo automáticas Com a melhoria da qualidade dos contatores e o abaixamento do seu custo, as chaves manuais foram substituídas por chaves automáticas constituídas por conjuntos de contatores dentro de uma caixa metálica. Com isto foram suprimidas algumas das desvantagens das chaves manuais e as novas chaves permitiram: • Partida e parada no local ou à distância. • Disparadores de sobrecarga nas três fases • Desligamento da chave quando há falta de tensão qualquer das 3 fases. • Dispensar o uso de fusíveis pelo uso de modernos disjuntores limitadores. • Durabilidade elevada, de acordo com a vida elétrica dos contatores • Passagem da posição partida para a posição marcha automaticamente, comandada por disparadores de tempo ajustados para cada caso e sensores de velocidade instalados nos motores. 8.3 APLICAÇÃO Guinchos, prensas viradeiras, prensas excêntricas, prensas guilhotina, máquinas operatrizes em geral, máquinas agrícolas, construção civil e outras. 8.4 OBSERVAÇÕES − A chave estrela-triângulo é muito utilizada por seu custo reduzido em relação a outros tipos de chave vantagem. − Não tem limite quanto ao seu número de manobras - vantagem. − Os componentes ocupam pouco espaço - vantagem. − A corrente de partida fica reduzida para aproximadamente 1/3 - desvantagem. − A chave só pode ser aplicada a motores cujos seis bornes ou terminais sejam acessíveis - desvantagem. − A tensão da rede deve coincidir com a tensão em triângulo do motor - desvantagem. − Com a corrente de partida reduzida para aproximadamente 1/3 da corrente nominal, reduz-se também o momento de partida para 1/3 - desvantagem. − Caso o motor não atingir pelo menos 90% de sua velocidade nominal, o pico de corrente na comutação de estrela para triângulo será quase como se fosse uma partida direta, o que se torna prejudicial aos contatos dos contatores e não traz nenhuma vantagem para a rede elétrica - desvantagem. 34 − Os motores deverão ter no mínimo 6 bornes de ligação. Estes são numerados e ligados nos terminais correspondentes da chave. Em caso de motores com 12 bornes, estes deverão ser ligados em pares. Aspecto externo de chave de partida estrela/triângulo WEG Chave de partida blindada, indicada para ambientes contendo gases inflamáveis como Usinas, Indústrias Químicas, Refinarias, etc. 35 Acima estão esquemas de vários tipos de circuitos de partida, que são utilizados em diferentes situações. A parte do circuito mais escura é o circuito principal (corrente alta) e a parte mais clara é o circuito de comando (corrente baixa). 8.5 ACIONADORES DE PARTIDA SUAVE (SOFT STARTER) Um acionador de partida suave é uma outra forma de acionador de partida de tensão reduzida para os motores de indução de C.A. O funcionamento do acionador de partida suave é similar à inserção de uma resistência em série com a fonte do motor. Inicia-se com um grande valor de resistência e, a medida que a velocidade do motor vai se aproximando da nominal, o valor dessa resistência vai diminuindo suavemente, evitando variações bruscas na velocidade. O acionador de partida suave emprega dispositivos de estado sólido para controlar o fluxo e conseqüentemente a tensão aplicada ao motor. Na teoria, os acionadores de partida suave podem ser conectados em série com a tensão de linha aplicada ao motor, ou podem ser conectados dentro do laço do delta de um motor conectado em delta, controlando a tensão aplicada a cada enrolamento. 8.5.1 Controle da Tensão 36 O controle da tensão é conseguido por meio de dispositivos de estado sólido, que funcionam como chaves em série em uma ou mais fases. Os componentes abaixo são utilizados como chaves de estado sólido: 1 TRIAC conectado por fase 1 SCR e 1 diodo em anti-paralelo conectados. 2 SCR em anti-paralelo conectados por fase. 8.5.2 Chaves de estado sólido A tensão média é controlada variando o ângulo da condução das chaves. Aumentar o ângulo da condução aumentará a tensão média da saída. Controlar a tensão média da saída por meio de chaves do estado sólido tem algumas vantagens. Uma delas é a melhoria da eficiência na partida, devido às menores perdas de energia. Uma outra vantagem do acionador suave de partida é que a tensão média pode facilmente ser alterada para servir a outras circunstâncias requeridas. Pela variação do ângulo da condução, a tensão da saída pode ser aumentada ou reduzida, e esta pode ser conseguida automaticamente por controle eletrônico. O acionador de partida suave pode ser projetado controlar somente uma fase, reduzindo o torque mas não a corrente em duas fases, (o conjunto SCR/diodo não pode ser usado nesta conexão) Ou duas fases, que reduzem o torque, mas a corrente não será reduzida nem serão balanceada, e poderão aparecer correntes de seqüência negativa que aquecem o rotor e que reduzem o torque de partida (SCR/diodo não pode ser usado nesta conexão). Ou três fases, reduzindo a corrente e o torque, fornecendo os melhores resultados para o torque gerado na partida. 37 Gráfico demonstrativo da variação da tensão, desde o menor valor na partida até o valor nominal. Notamos que não há variação brusca de tensão acontecendo o mesmo com a velocidade. O tempo de subida é ajustável. Chave Soft Starter SIRIUS compacta para motores de baixa potência 9. BOTÕES 9.1 DEFINIÇÕES São os componentes que nos permitem realizar os acionamentos nos circuitos, como ligar e desligar motores, acionar ou desligar bombas, etc. São encontrados em diversos tipos e tamanhos, de acordo com sua utilização. Nas próximas figuras aparecem alguns tipos. Botão acionador simples, em várias cores Botão cogumelo sem trava, várias cores Botão de Emergência: gira ou puxa para soltar 38 Botão de emergência com chave 10. SINALEIROS 10.1 DEFINIÇÕES Tem a finalidade de indicar o status de um circuito, facilitando para os operadores o reconhecimento das diversas situações da operação. Nas figuras abaixo estão alguns exemplos. Sinaleiro Difuso Sinaleiro Refratário várias cores 11. TERMINOLOGIA − Acionamento Manual: Componente mecânico de acionamento de um equipamento. Exemplo: botão de comando, alavanca, etc. − Acionamento por corrente alternada (CA): Circuito de comando alimentado por corrente alternada. − Acionamento por corrente continua (CC): Circuito de comando alimentado por corrente contínua. − Botão: Designação dada a dispositivos de comando, aos quais pertencem os botões de comando de diversos tipos, que possibilitam o acionamento ou interrupção da corrente de comando. Podem ser do tipo pulsante ou travante, com contatos normalmente abertos ou normalmente fechados, ou ambos. − Botão de comando de fim de curso: Botão acionado mecanicamente para sinalização, comando e limitação de curso. O miolo da botoeira é que contém os contatos e os terminais do dispositivo fim de curso. − Botão Sinalizador: Botoeira com botão transparente de forma tal, que se obtenha, assim como no sinalizador luminoso, uma indicação ótica dada por uma lâmpada embutida no mesmo. − Capacidade de Interrupção: Máxima corrente que um dispositivo de manobra ou proteção (contator, disjuntor, chave seccionadora, etc) pode interromper em condições definidas. 39 − Categoria de Emprego: Classificação dos dispositivos de comando de cargas de acordo com as finalidades para as quais são previstos. − Chave: Dispositivo de manobra mecânico, capaz de ligar, conduzir e interromper correntes sob condições de sobrecarga previstas e, também, de conduzir por tempo especificado, correntes sob condições anormais pré-estabelecidas, tais como as de curto-circuito. Certos tipos de chaves podem ligar mas não interromper correntes de curto-circuito. − Chave Principal: Dispositivo que comanda o circuito principal de alimentação, ligado direto ao consumidor, passando através desse a corrente de operação. − Chave Seccionadora: Dispositivo que na condição aberta, satisfaz as exigências de distância de isolação especificadas. − Chave Seccionadora sob Carga: Dispositivo que permite operar o circuito com sua carga ligada. − Circuito auxiliar ou de comando: Circuito por onde são acionados os dispositivos de manobra. Pode ser usado para fins de medição, comando, travamento e sinalização. − Circuito principal: Circuito formado pelas partes mais importantes, incluindo os contatos principais, destinados a conduzir a corrente de operação. − Contato: Parte de um dispositivo de manobra, através da qual um circuito é ligado ou interrompido: − Contato NF (Normalmente Fechado): Contato que abre, quando do estabelecimento, e fecha quando da interrupção; − Contato NA (Normalmente Aberto): Contato que fecha, quando do estabelecimento, e abre quando da interrupção; − Contato auxiliar: − Contato de chave auxiliar; − Contato inserido em um circuito auxiliar e operado mecanicamente pelo contator. − Contato de selo: É um contato auxiliar do contator, que tem a finalidade de selar a alimentação da bobina do contator. Este contato é ligado em paralelo com o botão de ligação do contator. − Contato principal: − Contato no circuito principal de um dispositivo de manobra; − Contato inserido no circuito principal de um contator, previsto para conduzir na posição fechada, a corrente desse circuito. − Corrente de curto-circuito: Designação genérica para a corrente possível de ocorrer no local de instalação de um dispositivo de manobra, quando os terminais estão curto-circuitados. − Corrente nominal: Corrente de operação de um circuito, determinada pelas condições de emprego, em função da qual são escolhidos os diversos dispositivos. − Corrente de partida: Corrente que o motor consome quando ligado, porém ainda em repouso (na partida ou frenagem). Seu valor médio é de seis a nove vezes a corrente nominal dos motores. − Sobrecarga: Quando é ultrapassado o valor da corrente nominal de um equipamento elétrico. Pode ser por excesso de carga no eixo do motor ou defeito mecânico no motor ou acoplamentos. − Nível de Isolamento: Conjunto de valores de tensão suportáveis nominais que caracterizam o isolamento de um equipamento elétrico em relação a sua capacidade de suportar solicitações dielétricas. − Partida lenta: São partidas em que a inércia de carga é alta, provocando um tempo de partida acima de: − 5s partida direta; − 10s partida estrela-triângulo; − 15s partida compensadora; − 10s partida estrela série-paralelo. − Proteção do motor: Proteção contra efeitos de sobrecarga e curto-circuito sobre o motor, isto é, proteção da instalação do enrolamento contra aquecimentos e esforços eletrodinâmicos inadmissíveis através de: − Relé térmico de sobrecarga; 40 Sondas térmicas; Fusíveis; Disjuntores. Seletividade: Operação conjunta dos dispositivos de proteção que atuam sobre os de manobra ligados em série para a interrupção escalonada de correntes anormais (por exemplo, curto-circuito). O dispositivo de proteção deve interromper a parte do circuito de força imediatamente anterior a falha. Os demais dispositivos de manobra devem permanecer ligados, a não ser que o dispositivo anterior tenha falhado e assim sucessivamente. − Vida útil mecânica: Caracterizada pela resistência ao desgaste do equipamento, sendo determinado pelo número de manobras sem carga que o equipamento pode realizar sem defeitos mecânicos. − − − − 12. FÓRMULAS PARA CÁLCULO DE ENERGIA ELÉTRICA 41 42 BIBLIOGRAFIA − − − − − − − − − − Anzenhofer et al, ``Eletrotécnica para Escolas Profissionais". Ed. Mestre Jou. WEG, Manual de Acionamentos Elétricos. Ohms Material Elétrico e Eletrônico – catálogo de equipamentos – www.ohm.com.br PLANO P, - (16) 237.2589 - ARARAQUARA/SP-BRASIL – material didático, apostilas Eletrônica Industrial – Editora HEMUS – 3 vol SIEMENS Automação – equipamentos eletroeletrônicos – www.siemens.com.br WEG motores e eletroeletrônica – catálogo de equipamentos Metalex material eletroeletrônico – www.metalex.com.br Induspel eletroeletrônica – www.induspel.com.br Engro instrumentos elétricos – www.engro.com.br 43