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SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL UNIDADE LONDRINA - PR
CURSO QUALIFICAÇÃO EM ELETRICISTA INDUSTRIAL
COMANDOS ELÉTRICOS E PRINCIPAIS DISPOSITIVOS MATERIAL DE APOIO E
CONSULTA
COMANDOS ELÉTRICOS E PRINCIPAIS DISPOSITIVOS
SENAI – Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial - Unidade Londrina – PR.
Professor: Omar Custódio Vieira
SENAI LONDRINA
1 Motores elétricos .................................................................................................. 3
1.1 Tipo de Motores ................................................................................................ 4
1.2 Funcionamento ................................................................................................. 4
1.3 Campo Giratório ............................................................................................... 5
1.4 Escorregamento ............................................................................................... 8
1.5 Componentes ................................................................................................... 9
1.5.1 CARCAÇA .................................................................................................... 9
1.5.2 ESTATOR ................................................................................................... 10
1.5.3 ROTOR ....................................................................................................... 10
1.5.3.1 Tempo de Rotor Bloqueado ........................................................................ 11
1.5.4 Caixa de Ligação ........................................................................................ 11
1.6 Síncronos ....................................................................................................... 12
1.7 Motores de corrente continua ......................................................................... 12
1.7.1 Vantagens ................................................................................................... 13
1.7.2 Desvantagens ............................................................................................. 13
1.7.3 Aplicações ................................................................................................... 13
1.8 Motores universais.......................................................................................... 13
1.8.1 Vantagens ................................................................................................... 14
1.8.2 Desvantagens ............................................................................................. 14
1.8.3 Aplicações ................................................................................................... 14
1.9 Motores de duas velocidades ......................................................................... 14
1.9.1 Motores Dahlander...................................................................................... 14
1.9.2 Aplicações ................................................................................................... 15
1.9.3 Motores de duplo enrolamento ................................................................... 15
1.10 DADOS DA PLACA DE IDENTIFICAÇÃO ...................................................... 15
1.10.1 Tensão Nominal .......................................................................................... 15
1.10.2 Corrente nominal......................................................................................... 16
1.10.3 Freqüência Nominal .................................................................................... 16
1.10.4 RPM Nominal .............................................................................................. 16
1.10.5 IP/IN ............................................................................................................ 16
1.10.6 Grau de Proteção IP ................................................................................... 16
1.10.7 Rendimento ................................................................................................. 17
1.10.8 Conjugado ( Torque ) .................................................................................. 18
1.10.9 Energia e Potencia Mecânica ..................................................................... 18
1.10.10 Energia e Potencia Elétrica ..................................................................... 20
1.10.10.1 Circuito de Corrente Contínua ............................................................. 20
1.10.10.2 Circuito de Corrente Alternada............................................................. 20
1.10.10.3 Potencias - Aparente - Ativa - Reativa ................................................. 21
1.10.10.3.1 Potencia Aparente (S) .......................................................................... 21
1.10.10.3.2 Potencia Ativa (P) ................................................................................ 21
1.10.10.3.3 Potencia Reativa (Q) ............................................................................ 22
1.10.11 Fator de Potencia .................................................................................... 22
1.10.11.1 Importância da Correção do Fator de Potencia ................................... 22
1.10.11.1.1 Correção do Fator de Potência ............................................................ 23
1.10.12 Classe de Isolamento .............................................................................. 23
1.11 TIPOS DE LIGAÇÃO EM MOTORES TRIFÁSICOS ...................................... 24
1.11.1 Seis Pontas ................................................................................................. 24
1.11.2 Doze Pontas ............................................................................................... 25
1.12 MONOFÁSICO ............................................................................................... 26
1.12.1 Tipo de Mores Monofásico .......................................................................... 27
1.12.1.1 Pólos Sombreados .................................................................................. 27
1.12.1.2 Fase Dividida ........................................................................................... 28
1.12.1.3 Condensador de Partida .......................................................................... 28
1.12.1.4 Condensador Permanente ...................................................................... 29
1.12.1.5 Dois Condensadores ............................................................................... 29
2 Dispositivos de Proteção Contra Sobrecarga Elétrica ........................................ 35
2.1 Fusíveis .......................................................................................................... 35
2.1.1 Fusíveis Diazed (Tipo D) ............................................................................. 35
2.1.2 Fusíveis NH ................................................................................................ 38
2.2 Disjuntores Termomagnético .......................................................................... 42
2.3 Disjuntor Motor ............................................................................................... 47
3 Dispositivos de comandos elétricos ................................................................... 54
3.1 Simbologia utilizada em comandos elétricos .................................................. 54
3.2 Botoeiras ........................................................................................................ 55
3.2.1 Botão NA (normalmente aberto) ou NO (normal open) ............................... 56
3.2.2 Botão NF (normalmente fechado) ou NC (normal close) ............................ 56
3.2.3 Botões com contatos reversíveis C-NO-NC (comum normal open e normal
close) 57
3.3 Chaves de comando ....................................................................................... 57
3.3.1 Chave de duas posições ............................................................................. 57
3.3.2 Chave de três posições ............................................................................... 58
3.3.3 Chave de comando com o contato reversível ............................................. 58
3.4 Botões de emergência .................................................................................... 58
3.5 Sinalizadores .................................................................................................. 58
3.6 Sistemas de identificação (anilhas) ................................................................ 59
3.7 Tipos de terminais .......................................................................................... 59
3.8 Chaves de fim de curso .................................................................................. 60
3.8.1 Aplicações ................................................................................................... 60
3.8.2 Chave fim de curso NA ............................................................................... 60
3.8.3 Chave fim de curso NF ............................................................................... 61
3.8.4 Chave fim de curso reversível ..................................................................... 61
3.8.5 Tipo de acionamento de fim de curso (cabeçote) ....................................... 61
3.9 Chave bóia ..................................................................................................... 61
3.9.1 Aplicações ................................................................................................... 62
3.10 Contatores ...................................................................................................... 62
3.10.1 Tipos de Contatores .................................................................................... 63
3.10.2 Dimensionamento ....................................................................................... 63
3.10.3 Contatores de comando .............................................................................. 63
3.10.4 Contatores de potência ............................................................................... 63
3.10.5 Aplicações ................................................................................................... 63
3.11 Ponte retificadora ........................................................................................... 70
3.11.1 Aplicações ................................................................................................... 70
3.12 Reles .............................................................................................................. 71
3.12.1 Dispositivos de sobrecarga ......................................................................... 71
3.12.2 Reles temporizadores ................................................................................. 72
3.12.2.1 Com retardo na energização ................................................................... 72
3.12.2.2 Com retardo no desligamento ................................................................. 73
3.12.3 Aplicações ................................................................................................... 73
3.12.4 Reles falta de fase ...................................................................................... 77
3.12.4.1 Aplicações ............................................................................................... 77
3.12.4.2 Aplicações ............................................................................................... 77
3.12.5 Reles de acionamento bi-manual ................................................................ 79
3.12.5.1 Aplicações ............................................................................................... 79
3.12.6 Reles de Nível ............................................................................................. 79
3.12.6.1 Aplicação ................................................................................................. 80
3.12.7 Reles Bi Manual .......................................................................................... 80
3.12.7.1 Aplicações ............................................................................................... 80
3.12.8 Reles de interfase ....................................................................................... 80
3.12.8.1 Aplicações ............................................................................................... 80
3.12.9 Micro relê .................................................................................................... 81
3.12.9.1 Aplicações ............................................................................................... 81
3.13 Sensores ........................................................................................................ 81
3.13.1 Sensores PNP ............................................................................................ 81
3.13.2 Sensores NPN ............................................................................................ 82
3.13.3 Indutivos ...................................................................................................... 82
3.13.3.1 Aplicações ............................................................................................... 82
3.13.4 Capacitivos ................................................................................................. 83
3.13.4.1 Aplicações ............................................................................................... 83
3.13.5 Ópticos ........................................................................................................ 83
3.13.5.1 Aplicações ............................................................................................... 83
3.13.6 Magnéticos .................................................................................................. 84
3.13.6.1 Aplicações ............................................................................................... 84
4 Tipos de acionamentos de motores elétricos ..................................................... 85
4.1 Partida direta .................................................................................................. 85
4.1.1 Aplicações ................................................................................................... 86
4.2 Partida Direta com Múltiplos acionamentos .................................................... 86
4.2.1 Aplicações ................................................................................................... 88
4.3 Partida reversora ............................................................................................ 88
4.3.1 Aplicações ................................................................................................... 91
4.4 Partida estrela triângulo .................................................................................. 91
4.4.1 Partida estrela triângulo reversora .............................................................. 93
4.5 Partida compensadora .................................................................................... 94
4.5.1 Partida compensadora reversora ................................................................ 96
4.6 Motor dahlander ............................................................................................. 98
4.6.1 Reversora dahlander ................................................................................... 99
4.7 Frenagem por injeção de corrente continua ................................................. 100
4.7.1 Aplicações ................................................................................................. 102
5 Diagramas ........................................................................................................ 103
6 Bibliografia ....................................................................................................... 140
3
1 MOTORES ELÉTRICOS
Todos os tipos motores transformam algum tipo de energia em
movimento, no caso do motor elétrico a energia utilizada é a elétrica.
Os motores mais amplamente utilizados nos acionamentos elétricos são
os motores de indução monofásicos e trifásicos. Estes motores, quando alimentados com
tensão e freqüência constantes, sempre que não estejam operando a plena carga
(potência da carga igual a potência nominal do motor) estarão desperdiçando energia.
É importante ressaltar também o fato de que um motor de indução
transforma em energia mecânica aproximadamente 85% de toda a energia elétrica que
recebe os 15% restantes são consumidos pelo próprio motor, sendo assim devemos
acionar os motores elétricos da forma mais racional possível.
4
1.1 TIPO DE MOTORES
1.2 FUNCIONAMENTO
Para compreender o funcionamento de um motor de Indução temos que
entender os princípios físicos básicos da conversão de energia elétrica em energia
mecânica.
Uma corrente circulando por um condutor (A) produz um campo
magnético, representado na figura 1.0 pelas linhas circulares chamadas de linhas de
indução magnética. No centro da figura encontra o condutor (A) e as linhas circulares em
volta são uma representação gráfica do campo magnético gerado pela corrente. Neste
caso o condutor percorrido por uma corrente elétrica transforma-se em um eletro imã.
5
Se um condutor (B) é movimentado dentro de um campo magnético,
aparecerá uma tensão induzida entre os terminais do condutor (B), proporcional ao
número de linhas de indução cortadas por segundo e a intensidade das mesmas. Se o
condutor (B) formar um circuito fechado, circulará por ele uma corrente elétrica.
Podemos enrolar o condutor (A) para formar espiras e várias espiras
juntas formaram uma bobina. O campo magnético presente ao redor de cada condutor
Interage com os demais para formar um campo combinado.
Quando dois condutores paralelos (A e B) são percorridos por uma
corrente elétrica (Ia e Ib) produzem cada um deles um campo magnético (Figura 2.0). A
interação entre estes dois campos magnéticos produzirá uma força (F) de atração ou
repulsão entre os condutores, proporcional à corrente que circula por ambos condutores e
à distância (d) entre eles.
Figura 2.0
1.3 CAMPO GIRATÓRIO
Um bobinado trifásico, igual ao mostrado na figura 3, alimentado por um sistema de tensões trifásico (figura 4) produzirá um campo magnético girante (figura 5.0).
Figura 3 Figura 4
6
Na figura 5.0, os pontos identificados com os números correspondem aos
momentos em que a tensão de uma das três fases é igual a zero.
Desta maneira é mais fácil fazer a composição dos vetores de indução
magnética para cada instante.
Na figura pode-se ver que a resultante destes vetores está girando
(campo girante) com uma velocidade proporcional a freqüência e ao número de pólos do
motor.
Figura 5.0
A velocidade do campo girante descrito anteriormente, chamada de
velocidade síncrona, é proporcional à freqüência do sistema de tensões trifásico e ao
número de pólos do bobinado.
A velocidade de um motor de indução é determinada pela freqüência da
energia fornecida ao motor e pelo numero de pares de pólos existentes no estator.
7
No motor assíncrono ou de indução o campo girante roda a velocidade
síncrona, como nos motores síncronos. A velocidade do campo girante obtêm-se pela
seguinte expressão:
Para análise de funcionamento pode se considerar o motor de indução
como um transformador, onde o enrolamento primário deste transformador é formado pelo
estator e o enrolamento secundário pelo rotor. Inclusive o nome “motor de indução” se
deve ao fato de que toda a energia requerida pelo rotor para a geração de torque é
“induzida” pelo primário do transformador (estator) no secundário (rotor).
Como existem dois campos magnéticos, um no estator e outro no rotor,
aparecerá uma força entre o rotor e o estator que fará com que o rotor gire, já que é o
único que pode se movimentar pois está montado sobre rolamentos, disponibilizando
assim energia mecânica (torque) no seu eixo.
Consideraremos um motor de dois pólos com o “rotor bloqueado”, Nesta
condição, se aplicarmos tensão trifásica com freqüência de 60Hz nos terminais do
bobinado do estator, este produzirá um campo magnético girante com velocidade de 3600
RPM . As linhas de indução deste campo magnético “cortarão” as espiras do rotor com
velocidade máxima induzindo assim a máxima tensão nas espiras do rotor, e como estas
estão em curto-circuito, circulará também a máxima corrente por elas. Como toda a
energia produzida no rotor tem de ser “induzida” pelo estator, circulará no bobinado do
estator uma corrente elevada (6 a 8 vezes maior que a corrente nominal do motor). Se
esta condição for mantida por mais que alguns segundos os fios do bobinado do estator
irão esquentar de forma indevida, podendo até danificar (queimar) o bobinado, pois não
foram projetados para suportar esta corrente por um período de tempo grande.
Agora vamos para o outro extremo. Vamos supor que o rotor do motor
possa girar exatamente à velocidade de 3600 RPM. Neste caso as linhas de indução do
campo magnético girante produzido pelo estator “não cortarão” as espiras do rotor pois os
dois estão girando com mesma velocidade. Sendo assim não haverá tensão induzida,
nem corrente, nem geração de campo magnético. Para a produção de energia mecânica
(torque) no motor é necessária a existência de dois campos magnéticos, sendo assim,
não haverá torque no eixo do motor.
Porem vamos supor que a velocidade do rotor esteja em 3550 RPM. O
campo magnético girante tem uma velocidade de 3600 RPM, é assim que as linhas de
8
indução do campo magnético girante do estator “cortarão” as espiras do rotor com uma
velocidade de 50 RPM (3600 RPM – 3550 RPM = 50 RPM), produzindo uma tensão e
uma corrente induzida no rotor. A interação entre os dois campos magnéticos, o do
estator e o do rotor, produzirão uma força, que pela sua vez produzirá torque no eixo do
motor.
Desta forma concluímos que na partida o rotor esta parado e a linhas do
campo magnético irão passar pelo rotor a 3600 RPM, provocando uma aumento na
corrente de 6 a 8 vezes a corrente nominal do motor, a medida que o rotor vai acelerando
esta corrente vai diminuído. Quando a velocidade do rotor se aproxima da velocidade
síncrona (3600 RPM) o torque produzido diminuirá, fazendo diminuir também a velocidade
do rotor. Existirá então um ponto de equilíbrio entre a carga do motor e a velocidade do
rotor.
1.4 ESCORREGAMENTO
A diferença entre a velocidade síncrona (Campo Giratório) e velocidade
do rotor é conhecida como “escorregamento”.
Pode ser calculada da seguinte forma:
Se a carga no eixo do motor aumenta, a velocidade do rotor tenderá a
diminuir, e o escorregamento aumentará. Se o escorregamento aumenta a velocidade
com que as linhas de indução do campo magnético do rotor “cortam” o estator aumentará,
aumentando também a tensão e corrente induzida no rotor.
Se a corrente é maior, o campo magnético gerado por esta também será
maior, aumentando assim o torque disponível no eixo do motor, chegando novamente
numa condição de equilíbrio. Se o torque requerido pela carga é maior que o nominal do
motor, e se esta condição é mantida por muito tempo, a corrente do motor será maior que
a nominal e o motor será danificado.
9
1.5 COMPONENTES
Estator: Carcaça (1), Núcleo de Chapas (2),Enrolamento trifásico (8)
Rotor: Eixo (7), Núcleo de chapas (3), Barras e anéis de curto-circuito (12) Outras partes:
Tampas (4), Ventilador (5), Proteção do ventilador (6), Caixa de ligação (9),
Terminais (10), Rolamentos (11).
Nestes motores o rotor é fabricado com espiras em curto-circuito
formando uma verdadeira gaiola. O estator é formado por três bobinas (bobinado
trifásico), com pares de pólos em cada fase.
1.5.1 CARCAÇA
A carcaça dos motores elétricos são na sua maioria produzida em ferro
fundido, porem podemos encontrar pequenos motores com carcaça em confeccionadas
em chapas de aço, alumínio ou até mesmo materiais plástico.
São projetadas para proporcionar uma boa troca de calor com o meio
10
ambiente, suportar os esforços mecânicos de acordo com sua categoria, evitar acúmulo
de líquidos. A carcaça deve ser selecionada de acordo com o tipo de flange a ser utilizada
para acoplamento e fixação do mesmo. Também devemos escolher em qual lado da
carcaça devera ficar a caixa de ligação do motor.
1.5.2 ESTATOR
Tem seu núcleo composto por laminas de aço silício de grão orientado
utilizados na produção de núcleos de transformadores, motores e outros instrumentos
elétricos. Esses aços são processados de modo a se obter excelentes propriedades
magnéticas (baixas perdas e elevadas permeabilidades) na direção de laminação e um
isolamento elétrico adequado em suas superfícies.
O núcleo do estator possui ranhuras por onde serão inseridas as bobinas
que formarão o enrolamento do estator.
1.5.3 ROTOR
O rotor é o elemento girante do motor elétrico, seu núcleo também é
composto por laminas de aço silício. No motor assíncrono o rotor possui dois anéis um
11
cada extremidade do rotor, estes anéis são construídos em alumínio e interligados por
meio de tiras de alumínio incrustadas no núcleo do rotor de maneira a formar uma espécie
de gaiola, daí a origem do nome “rotor gaiola de esquilo”, de fato se observarmos o rotor
ignorando o núcleo de chapa o que veríamos seria muito semelhante, a uma daquelas
gaiolas onde os esquilos ou ratos de gaiola ficam correndo para se exercitar dentro das
gaiolas.
1.5.3.1 Tempo de Rotor Bloqueado
Tempo de rotor bloqueado é o tempo necessário para que o enrolamento
da máquina, quando percorrido pela sua corrente de partida, atinja a sua temperatura
limite, partindo da temperatura em condições nominais de serviço e considerando a
temperatura ambiente no seu valor máximo.
Este tempo é um parâmetro que depende do projeto da máquina.
Encontra-se normalmente no catálogo ou na folha de dados do fabricante.
1.5.4 Caixa de Ligação
A caixa de ligação dos motores geralmente são constituídas do mesmo
material da carcaça e tampas.
Para que o grau de proteção do motor seja mantido, o prensa-cabos
utilizado para a instalação terá que assegurar o mesmo grau de proteção descrito na
placa. A não observação desse detalhe não garante o grau de proteção (IP) descrito na
tampa do motor .
Os cabos dos motores são identificados com números ou letras.
12
Quando identificados por números são de 1 a 6 , 1 a 9 ou 1 a 12.
Quando identificados por letras são as seguintes:
U1 V1 W1 U2 V2 W2 U3 V3 W3 U4 V4 W4.
1.6 SÍNCRONOS
Motores síncronos são bastante semelhantes aos motores de indução no
seu aspecto geral, embora usualmente os motores síncronos possuem potências
elevadas e/ou rotação muito baixa quando comparado com o motor de indução normal.
As aplicações dos motores síncronos na indústria, na maioria das vezes,
resultam em vantagens econômicas e operacionais consideráveis ao usuário devido as
suas características de funcionamento. As principais vantagens da utilização dos motores
síncronos são as seguintes:
Melhora do fator de potência.
Manter a velocidade constante tanto nas situações de sobrecarga como
também durante momentos de oscilações de tensão, dentro dos limites do conjugado
máximo.
Possui alto rendimento e performance na conversão de energia elétrica
em mecânica, alta capacidade de torque, mantendo a velocidade constante mesmo em
aplicações com grandes variações de carga.
Maior estabilidade na utilização com inversores de freqüência podendo
atuar em uma ampla faixa de velocidade, mantendo a estabilidade independente da
variação de carga,(ex.: laminadores, extrusoras de plástico, etc.).
1.7 MOTORES DE CORRENTE CONTINUA
São conhecidos por seu controle preciso de velocidade e por se ajuste fino, portanto são
largamente utilizados que exigem tais características. Vale comentar que, graças à
grande evolução da eletrônica de potencia, fontes estáticas de correntes continua com
tiristores confiáveis, de baixo custo e manutenção simples, substituíram os grupos
conversores rotativos. Com isso, motores de corrente continua, apesar de seu custo
elevado, passaram a constituir alternativa em uma série de aplicações que necessitem
desse ajuste fino de velocidade.
13
1.7.1 Vantagens
Possuem um controle preciso de velocidade.
1.7.2 Desvantagens
Os motores de corrente continua tem um custo elevado.
1.7.3 Aplicações
São utilizados em fabricas de embalagens devido a seu elevado torque e
capacidade de operar em varias velocidades.
1.8 MOTORES UNIVERSAIS
Vários aparelhos eletrodomésticos, especialmente de cozinha, e diversas
ferramentas portáteis utilizam outro tipo de motor monofásico, denominado universal, cujo
princípio de funcionamento é completamente diferente do motor de indução. A
denominação de motor universal deriva do fato de poder operar tanto sob alimentação
CA, o estator e o rotor devem ser de chapas laminadas, para evitar perdas por interesse e
correntes parasitas.
Trata-se de um motor de velocidade variável, com baixas velocidades
para pequenas cargas. O conjugado de partida também é elevado. Devido a isso, são
usados comumente em pequenos eletrodomésticos como furadeiras elétricas e lixadeiras
que requerem conjugado elevado, e em liquidificadores, aspiradores de pó e bombas
centrífugas, que requerem alta velocidade.
Normalmente são fabricados para potências fracionárias de até ¾ cv.
Para potências acima de alguns poucos cv, funcionam precariamente em
corrente alternada. Há um grande faiscamento nas escovas, e o rendimento e o fator de
potência decresce.
14
1.8.1 Vantagens
O fato de poder operar tanto sob alimentação CA como CC.
1.8.2 Desvantagens
Praticamente não funciona em corrente alternada com potências acima de
alguns poucos Cv.
1.8.3 Aplicações
São usados em pequenos eletrodomésticos que requerem alta velocidade
Exemplo: Eletrodomésticos tipo, batedeira de bolo, liquidificador, aspirador de pó.
1.9 MOTORES DE DUAS VELOCIDADES
1.9.1 Motores Dahlander
O enrolamento Dahlander é o preferido para motores de duas
velocidades, sendo uma velocidade maior e outro menos. O número de rotações em
velocidade menor corresponde sempre á metade do número de rotações em velocidade
maior. O rendimento do motor em velocidade maior é melhor do que em velocidade
menor. A potência do motor em velocidade maior é 1.5 até 1.8 vezes maior do que em
velocidade menor.
O enrolamento Dahlander consiste em seis bobinas, que podem ser
combinadas de duas formas. O motor possui seis terminais, como o motor para uma
velocidade, porém não pode ser adaptado para duas tensões.
15
1.9.2 Aplicações
Qualquer equipamento que tenha que rodar em duas velocidades.
Exemplo: Tornos, Batedeiras, Talhas.
1.9.3 Motores de duplo enrolamento
Esses tipos de motor existem dois enrolamentos separados, o que possibilita duas
Velocidades em um só motor. Cada enrolamento é ligado para obter a respectiva
velocidade, deixando o segundo enrolamento desligado e vice-versa. Isso traz a
desvantagem de que apenas metade do motor está ativa, o que diminui seu rendimento.
Ex. esteiras, escadas rolantes.
1.10 DADOS DA PLACA DE IDENTIFICAÇÃO
1.10.1 Tensão Nominal
São as tensões de alimentação elétricas da qual o motor foi projetado
para trabalhar. As tensões mais comum são 220, 380 e 440.
16
1.10.2 Corrente nominal
É máxima corrente elétrica que o motor pode suportar em regime de
trabalho contínuo.
1.10.3 Freqüência Nominal
É a freqüência em que o motor foi projetado para operar, no Brasil a
freqüência padrão é de 60 Hz , porem em muitos paises é de 50 Hz (Europa)
1.10.4 RPM Nominal
Numero de Rotações por minuto, operando com a freqüência nominal.
1.10.5 IP/IN
É o numero de vezes que a corrente elétrica do motor almenta durante a
partida do motor, ente valor fica em torno de 6 a sete vezes a corrente nominal do motor.
1.10.6 Grau de Proteção IP
Os invólucros dos equipamentos elétricos, conforme as características do
local em que serão instalados e de sua acessibilidade devem oferecer um determinado
grau de proteção. Por exemplo, um equipamento a ser instalado num local sujeito a jatos
de água deve possuir um invólucro capaz de suportar tais jatos sob determinados valores
de pressão e ângulo de inclinação sem que haja penetração de água.
As normas IEC e ABNT – NBR 6146 definem os graus de proteção dos
equipamentos elétricos por meio das letras características IP seguidas por dois
algarismos.
1° Algarismo – indica o grau de proteção contra penetração de corpos
sólidos estranhos e contato acidental.
0 – Sem proteção;
1 – Corpos estranhos com dimensões acima de 50 mm;
2 – Corpos estranhos com dimensões acima de 12 mm;
4 – Corpos estranhos com dimensões acima de 1 mm;
5 – Proteção contra acúmulo de poeiras prejudiciais ao gerador;
17
2° Algarismo – Indica o grau de proteção contra penetração de água no
interior do gerador.
0 – Sem proteção;
1 – Pingos de água na vertical;
2 – Pingos de água na inclinação de 15° com a vertical;
3 – Água da chuva na inclinação de 60° com a vertical;
4 – Respingos de água em todas as direções;
5 – Jatos de água em todas as direções;
6 – Água de vagalhões (BALDE);
7 – Imersão temporária;
8 – Imersão permanente.
As combinações entre dois algarismos, isto é, entre os dois critérios de
proteção é indicada pelo IP da máquina. Estas combinações podem ser de muitas
maneiras, mas os mais usuais para geradores abertos são IP 21 e IP 23, para aplicações
mais rigorosas como ambientes empoeirados temos IP 54, e nos casos onde os
equipamentos são lavados periodicamente com mangueiras (fábrica de papel, indústrias
alimentícias, indústrias de tinturaria, etc.) temos o IP 55.
1.10.7 Rendimento
Na placa de identificação do motor existe um parâmetro chamado de
rendimento e identificado pela letra grega η. Este parâmetro é uma medida da quantidade
de potência elétrica transformada pelo motor em potência mecânica. A potência
transmitida à carga pelo eixo do motor é menor que a potência elétrica absorvida da rede,
devido às perdas no motor. Essas perdas podem ser classificadas em:
perdas no enrolamento estatórico (perdas no cobre);
perdas no rotor;
perdas por atrito e ventilação;
perdas magnéticas no núcleo (perdas no ferro);
As perdas, que são inerentes ao processo de transformação, são
quantificadas através do rendimento.
“Potência absorvida” Pa é a potência elétrica que o motor retira da rede o
rendimento será a relação entre as duas, ou seja:
18
1.10.8 Conjugado ( Torque )
O conjugado (também chamado torque, momento ou binário) é a medida
do esforço necessário para girar um eixo. É sabido, pela experiência prática que, para
levantar um peso por um processo semelhante ao usado em poços - ver figura - a força F
que é preciso aplicar à manivela depende do comprimento E da manivela. Quanto maior
for a manivela, menor será a força necessária.
Se dobrarmos o tamanho E da ma nivela, a força F necessária será
diminuída à metade. No exemplo da figura, se o balde pesa 20N e o diâmetro do tambor é
0,20m, a corda transmitirá uma força de 20N na superfície do tambor, isto é, a 0,10m do
centro do eixo. Para contrabalançar esta força, precisam de 10N na manivela, se o
comprimento E for de 0,20m. Se E for o dobro, isto é, 0,40m, a força F será a metade, ou
seja 5N. Como vemos, para medir o “esforço” necessário para girar o eixo não basta
definir a força empregada: é preciso também dizer a que distância do eixo a força é
aplicada. O “esforço” é medido pelo conjugado, que é o produto da força pela distância, F
x E.
No exemplo citado, o conjugado vale:
C = 20N x 0,10m = 10N x 0,20m = 5N x 0,40m = 2,0Nm
C = F . E ( N . m )
1.10.9 Energia e Potencia Mecânica
A potência mede a “velocidade” com que a energia é aplicada ou
consumida. No exemplo anterior, se o poço tem 24,5 metros de profundidade, a energia
gasta, ou trabalho realizado para trazer o balde do fundo até a boca do poço é sempre a
19
mesma, valendo 20N x 24,5m = 490Nm (note que a unidade de medida de energia
mecânica, Nm, é a mesma que usamos para o conjugado - trata-se, no entanto, de
grandezas de naturezas diferentes, que não devem ser confundidas).
A potência exprime a rapidez com que esta energia é aplicada e se
calcula dividindo a energia ou trabalho total pelo tempo gasto em realizá-lo. Assim, se
usarmos um motor elétrico capaz de erguer o balde de água em 2,0 segundos, a potência
necessária será:
Se usarmos um motor mais potente, com capacidade de realizar o
trabalho em 1,3 segundos, a potência necessária será:
A unidade mais usual para medida de potência mecânica é o CV (cavalo-
vapor), equivalente a 736W. Então as potências dos dois motores acima serão:
como, 1cv = 736W então:
Para movimentos circulares:
onde:
C = conjugado em Nm
F = força em N
r = raio da polia em m
v = velocidade angular em m/s
d = diâmetro da peça em m
n = velocidade em rpm
Relação entre unidades de potência
P (kW) = 0,736 . P (cv) ou
P (cv) = 1,359 P (kW)
20
Á relação entre unidades de potência P (kW) = 0,736 . P (cv) ou P (cv) =
1,359 P (kW)
1.10.10 Energia e Potencia Elétrica
Embora a energia seja uma coisa só, ela pode se apresentar de formas
diferentes. Se ligarmos uma resistência a uma rede elétrica com tensão, passará uma
corrente elétrica que irá aquecer a resistência. A resistência absorve energia elétrica e a
transforma em calor, que também é uma forma de energia. Um motor elétrico absorve
energia elétrica da rede e a trans for ma em energia mecânica disponível na ponta do
eixo.
1.10.10.1 Circuito de Corrente Contínua
A “potência elétrica”, em circuitos de corrente contínua, pode ser obtida
através da relação da tensão ( U ), corrente ( I ) e resistência ( R ) envolvidas no circuito,
ou seja:
Onde: U = tensão em volt
I = corrente ampère
R = resistência em ohm
P = potência média em Watt
1.10.10.2 Circuito de Corrente Alternada
No caso de “resistências”, quanto maior a tensão da rede, maior será a
corrente e mais depressa a resistência irá se aquecer. Isto quer dizer que a potência
elétrica será maior. A potência elétrica absorvida da rede, no caso da resistência, é
calculada multiplicando-se a tensão da rede pela corrente, se a resistência (carga), for
monofásica:
Em sistemas trifásicos a equação é a seguinte:
OBS.: Esta expressão vale para a carga formada por resistências, onde
21
não há defasagem da corrente.
Para as “cargas reativas”, ou seja, onde existe defasagem, como é o caso
dos motores de indução, esta defasagem tem que ser levada em conta e a expressão
fica:
Onde U e I são, respectivamente, tensão e corrente de linha e é o
ângulo entre a tensão e a corrente de fase. A unidade de medida usual para potência
elétrica é o watt (W), correspondente a 1 volt x 1 ampère, ou seu múltiplo, o quilowatt =
1.000 watts. Esta unidade também é usada para medida de potência mecânica. A unidade
de medida usual para energia elétrica é o quilo-watt-hora (kWh) correspondente à energia
fornecida por uma potência de 1kW funcionando durante uma hora - é a unidade que
aparece, para cobrança, nas contas de luz.
1.10.10.3 Potencias - Aparente - Ativa - Reativa
1.10.10.3.1 Potencia Aparente (S)
É o resultado da multiplicação da tensão pela corrente ( para
sistemas monofásicos e para sistemas trifásicos). Corresponde à potência
que existiria se não houvesse defasagem da corrente, ou seja, se a carga fosse formada
por resistências. Então,
Lembre-se que para cargas resistivas, =1
potencia ativa é igual a Potencia Aparente. A unidade de medidas para potência aparente
é o Volt-ampère (VA) ou seu múltiplo, o quilo-volt-ampère (kVA).
1.10.10.3.2 Potencia Ativa (P)
É a parcela da potência aparente que realiza trabalho, ou seja, que é
transforma da em energia:
22
1.10.10.3.3 Potencia Reativa (Q)
É a parcela da potência aparente que “não” realiza trabalho. Apenas é
transferida e armazenada nos elementos passivos (capacitores e indutores) do circuito.
1.10.11 Fator de Potencia
O fator de potência, indicado por , onde é o ângulo de defasagem
da tensão em relação à corrente, é a relação entre a potência real ativa ( P ) e a potência
aparente ( S ).
Assim,
- Carga Resistiva: = 1
- Carga Indutiva: atrasado
- Carga Capacitiva: adiantado
Os termos, atrasado e adiantado, referem-se à fase da corrente em
relação à fase da tensão.
Um motor não consome apenas potência ativa que é convertida em
trabalho mecânico, mas também potência reativa, necessária para magnetização, mas
que não produz trabalho. No triangulo das potencias, o vetor P representa a potência ativa
e o ( Q ) a potência reativa, que somadas resultam na potência aparente ( S ). A relação
entre potência ativa, medida em kW e a potência aparente medida em kVA, chama-se
fator de potência.
1.10.11.1 Importância da Correção do Fator de Potencia
Visando otimizar o aproveitamento do sistema elétrico brasileiro,
reduzindo o trânsito de energia reativa nas linhas de transmissão, sub-transmissão e
distribuição, a portaria do DNAEE número 85, de 25 de março de 1992, determina que o
fator de potência de referência das cargas passasse dos então atuais 0,85 para 0,92. A
mudança do fator de potência, dá maior disponibilidade de potência ativa no sistema, já
23
que a energia reativa limita a capacidade de transporte de energia útil. Os motores
elétricos são componentes fundamentais dentro das indústrias, representa mais de 60%
do consumo de energia. Logo, é imprescindível a utilização de motores com potência e
características bem adequadas à sua função. O fator de potência varia com a carga do
motor.
1.10.11.1.1 Correção do Fator de Potência
O aumento do fator de potência é realizado, com a ligação de uma carga
capacitiva, em geral, um capacitor ou motor síncrono super-excitado, em paralelo com a
carga.
Por exemplo:
Um motor elétrico, trifásico de 100cv (75kW), IV pólos, operando com
100% da potência nominal, com fator de potência original de 0,87 e rendimento de 93,5%.
O fator de potência desejado é de 0,95.
Solução:
Utilizando-se da tabela 1.2, na intersecção da linha 0,87 com a coluna de
0,95, obtém-se o valor de 0,238, que multiplicado pela potência do motor em kW,
absorvida da rede pelo motor, resulta no valor da potência reativa necessária para elevar-
se o fator de potência de 0,87 para 0,95.
Onde:
kVAr = Potência trifásica do banco de capacitores a ser instalado
P(cv) = Potência nominal do motor
F = fator obtido na tabela 1.2
Rend. % = Rendimento do motor
1.10.12 Classe de Isolamento
Sendo o motor de indução uma máquina robusta e de construção simples,
a sua vida útil depende quase exclusivamente da vida útil da isolação do bobinado e da
vida mecânica dos rolamentos. Vida útil da isolação refere-se ao envelhecimento gradual
do isolante, não suportando mais a tensão aplicada e produzindo curto-circuito entre as
24
espiras do bobinado. Para fins de normalização, os materiais isolantes e os sistemas de
isolamento (cada um formado pela combinação de vários materiais) são agrupados em
CLASSES DE ISOLAMENTO, cada qual definida pelo respectivo limite de temperatura, ou
seja, pela maior temperatura que o material pode suportar continuamente sem que seja
afetada sua vida útil. As classes de isolamento utilizadas em máquinas elétricas e os
respectivos limites de temperatura conforme norma NBR-7094, são mostradas na tabela a
seguir:
1.11 TIPOS DE LIGAÇÃO EM MOTORES TRIFÁSICOS
1.11.1 Seis Pontas
Fechamento motor trifásico 6 pontas 220 e 380 volts
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1.11.2 Doze Pontas
Fechamento 12 pontas 220 volts triangulo paralelo.
Fechamento 12 pontas 380 volts estrela paralela
Fechamento 12 pontas 440 (triangulo serie) e 760v estrela serie
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1.12 MONOFÁSICO
Os motores monofásicos são assim chamados porque os seus
enrolamentos de campo são ligados diretamente a uma fonte monofásica. Os motores de
indução monofásicos são a alternativa natural aos motores de indução trifásicos, nos
locais onde não se dispõe de alimentação trifásica, como residências, escritórios, oficinas
e em zonas rurais. Apenas se justifica a sua utilização para baixas potências (1 a 2 KW).
Entre os vários tipos de motores elétricos monofásicos, os motores com
rotor tipo gaiola destacam-se pela simplicidade de fabricação e, principalmente, pela
robustez e manutenção reduzida. Por terem somente uma fase de alimentação, não
possuem um campo girante como os motores trifásicos, mas sim um campo magnético
pulsante. Isto impede que tenham torque de arranque, tendo em conta que no rotor se
induzem campos magnéticos alinhados com o campo do estator. Para solucionar o
problema de arranque utilizam-se enrolamentos auxiliares, que são dimensionados e
posicionados de forma a criar uma segunda fase fictícia, permitindo a formação do campo
girante necessário para o arranque.
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1.12.1 Tipo de Mores Monofásico
1.12.1.1 Pólos Sombreados
O motor de pólos sombreados, também chamado de motor de campo
distorcido (ou shaded pole), graças ao seu processo de arranque, é o mais simples,
confiável e econômico dos motores de indução monofásicos. Construtivamente existem
diversos tipos, sendo que uma das formas mais comuns é a de pólos salientes. Cada pólo
vai ter uma parte (em geral 25% a 35% do mesmo) é abraçada por uma espira de cobre
em curto-circuito. A corrente induzida nesta espira faz com que o fluxo que a atravessa
sofra um atraso em relação ao fluxo da parte não abraçada pela mesma.
O resultado disto ‚ semelhante a um campo girante que se move na
direção da parte não abraçada para a parte abraçada do pólo, produzindo o torque que
fará o motor partir e atingir a rotação nominal.
O sentido de rotação, portanto, depende do lado em que se situa a parte
abraçada do pólo. Consequentemente, o motor de campo distorcido apresenta um único
sentido de rotação. Este geralmente pode ser invertido, mudando-se a posição da ponta
de eixo do rotor em relação ao estator. Existem outros métodos para se obter inversão de
rotação, mas muito mais dispendiosos. Quanto ao desempenho, os motores de campo
distorcido apresentam baixo torque de arranque (15% a 50% do nominal), baixo
rendimento e baixo fator de potência. Devido a esse fato, eles são normalmente
fabricados para pequenas potências, que vão de alguns milésimos de cv a 1/4 cv.
Pela sua simplicidade, robustez e baixo custo são ideais em aplicações
tais como: movimentação de ar (ventiladores, exaustores, purificadores de ambiente,
unidades de refrigeração, secadores de roupa e de cabelo), pequenas bombas e
compressores, projetores de slides, gira-discos e aplicações domésticas. Apesar de sua
aparente simplicidade, o projeto deste tipo de motor é de extrema complexidade,
envolvendo conceitos de duplo campo girante, campos cruzados e complexa teoria
eletromagnética.
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1.12.1.2 Fase Dividida
Este motor possui um enrolamento principal e um auxiliar (para o
arranque), ambos defasados de 90 graus. O enrolamento auxiliar cria um deslocamento
de fase que produz o torque necessário para a rotação inicial e a aceleração. Quando o
motor atinge uma rotação predeterminada, o enrolamento auxiliar‚ é desligado da rede
através de uma chave que normalmente é atuada por uma força centrífuga (chave ou
disjuntor centrífugo) ou em casos específicos, por relé de corrente, chave manual ou
outros dispositivos especiais. Como o enrolamento auxiliar é dimensionado para atuar
apenas no arranque, se não for desligado logo após o arranque danifica-se.
O ângulo de defasagem que se pode obter entre as correntes do
enrolamento principal e do enrolamento auxiliar é pequeno e, por isso, estes motores têm
torque de arranque igual ou pouco superior ao nominal, o que limita a sua aplicação a
potências fracionárias e a cargas que exigem pouco torque de arranque, tais como
máquinas de escritórios, ventiladores e exaustores, pequenos polidores, compressores
herméticos, bombas centrífugas, etc. Motor de Fase Dividida;
1.12.1.3 Condensador de Partida
É um motor semelhante ao de fase dividida. A principal diferença reside
na inclusão de um condensador eletrolítico em série com o enrolamento auxiliar de
arranque. O condensador permite um maior ângulo de defasagem entre as correntes dos
enrolamentos principal e auxiliar, proporcionando assim, elevados torques de arranque.
Como no motor de fase dividida, o circuito auxiliar é desligado quando o motor atinge
entre 75% a 80% da velocidade síncrona. Neste intervalo de velocidades, o enrolamento
principal sozinho desenvolve quase o mesmo torque que os enrolamentos combinados.
Para velocidades maiores, entre 80% e 90% da velocidade síncrona, a curva do torque
com os enrolamentos combinados cruza a curva de torque do enrolamento principal de
maneira que, para velocidades acima deste ponto, o motor desenvolve menor torque,
para qualquer escorregamento, com o circuito auxiliar ligado do que sem ele.
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Devido ao fato de o cruzamento das curvas não ocorrer sempre no
mesmo ponto e, ainda, o disjuntor centrífugo não abrir sempre exatamente na mesma
velocidade, é prática comum fazer com que a abertura aconteça, na média, um pouco
antes do cruzamento das curvas. Após a abertura do circuito auxiliar, o seu
funcionamento é idêntico ao do motor de fase dividida.
Com o seu elevado torque de arranque (entre 200% e 350% do torque
nominal), o motor de condensador de partida pode ser utilizado numa grande variedade
de aplicações e‚ fabricado para potências que vão de ¼ cv a 15 cv.
1.12.1.4 Condensador Permanente
Neste tipo de motor, o enrolamento auxiliar e o condensador ficam
permanentemente ligados, sendo o condensador do tipo eletrostático. O efeito deste
condensador é o de criar condições de fluxo muito semelhantes às encontradas nos
motores polifásicos, aumentando, com isso, o torque máximo, o rendimento e o fator de
potência, além de reduzir sensivelmente o ruído.
Construtivamente são menores e isentos de manutenção, pois não
utilizam contactos e partes móveis, como nos motores anteriores. Porém o seu torque de
arranque é inferior ao do motor de fase dividida (50% a 100% do conjugado nominal), o
que limita sua aplicação a equipamentos que não requerem elevado torque de arranque,
tais como: máquinas de escritório, ventiladores, exaustores, sopradores, bombas
centrifugas, esmeris, pequenas serras, furadeiras, condicionadores de ar, pulverizadores,
etc. São fabricados normalmente para potências de 1/50 a 1,5 cv.
1.12.1.5 Dois Condensadores
É um motor que utiliza as vantagens dos dois anteriores: arranque como o
do motor de condensador de partida e funcionamento em regime idêntico ao do motor de
condensador permanente. Porém, devido ao seu alto custo, normalmente são fabricados
apenas para potências superiores a 1 cv.
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2 DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO CONTRA SOBRECARGA ELÉTRICA
2.1 FUSÍVEIS
Os fusíveis são dispositivos de grande importância dentro dos sistemas
de proteção elétrica. Pessoas, equipamentos, animais, entre outros podem não ser
atingidos em caso de algum acidente elétrico, graças à existência dos fusíveis. A sua
principal função é proteger o sistema de qualquer curto-circuito.
O fusível é um dispositivo simples projetado para superaquecer e queimar
extremamente rápido em uma situação em que aconteça algum tipo de sobrecarga no
sistema elétrico. Em um fusível, um pedaço fino de fio vaporiza rapidamente quando uma
corrente elevada passa por ele. Isso interrompe a corrente no cabo imediatamente,
protegendo-o do superaquecimento. Os fusíveis devem ser substituídos cada vez que
queimarem.
2.1.1 Fusíveis Diazed (Tipo D)
O fusível Diazed (tipo D) possui a mesma função de proteção ao
curto-circuito, porém a sua utilização é feita em indústrias nos circuitos com motores
elétricos. É do tipo retardado e fabricado para correntes de 2 a 63 A (Vmax = 500V e Icc =
50 kA).
Os fusíveis de proteção Diazed são formados por: tampa, anel de
proteção, fusível, parafuso de ajuste e base unipolar ou tripolar (com fixação rápida ou
por parafusos).
Esse tipo de fusível possui em sua extremidade, um indicador que tem a
cor correspondente à sua corrente nominal, que é a mesma cor do parafuso de
ajuste.
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2.1.2 Fusíveis NH
O fusível NH (N-baixa tensão; H-alta capacidade) é usado nos mesmos
casos do Diazed, porém é fabricado para correntes maiores que o anterior, sendo de 4 a
630 A (Vmax = 500V e Icc = 120 kA).
O conjunto é formado por fusível e base. A colocação e/ou retirada do
fusível é feita com o punho saca-fusível. Existe nele um sinalizador de estado
(bom/queimado), porém não em cores diferentes, como no
Diazed.
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2.2 DISJUNTORES TERMOMAGNÉTICO
Os disjuntores são de grande uso em grande parte das instalações
elétricas, possuindo uma importante função dentro dos equipamentos para proteção
elétrica.
O disjuntor tem o mesmo princípio de funcionamento do fusível: abre o
circuito assim que a corrente atinge níveis maiores do que a capacidade do sistema.
Porém, o disjuntor pode ser reutilizado, diferente do fusível que funciona uma única vez e
necessita ser trocado.
Esses dispositivos são compostos basicamente de um interruptor
conectado a uma lâmina bimetálica ou a um eletroímã.
O disjuntor termomagnético é o dispositivo que se encontra na maioria
dos quadros elétricos residenciais, proporcionando à entrada de energia elétrica de
nossas casas. A sua função é proteger os circuitos no interior destas. Cada um dos
disjuntores é responsável por proteger uma parte da nossa instalação elétrica.
Os disjuntores protegem os circuitos contra curto-circuito e sobrecarga,
disparando quando se verifica uma destas situações e prevenindo assim danos na
instalação que podem levar até ao incêndio.
Este tipo disjuntor possui três funções:
1. Manobra (abertura ou fecho voluntário do circuito);
2. Proteção contra curto-circuito que efetua a abertura do disjuntor com o
aumento instantâneo da corrente elétrica no circuito protegido;
3. Proteção contra sobrecarga que provoca a abertura quando a corrente
elétrica permanece, por um determinado período, acima da corrente nominal do
disjuntor.
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2.3 DISJUNTOR MOTOR
O Disjuntor-Motor é um aparelho composto de disparadores térmicos e
magnéticos que atua na partida do motor elétrico, assegurando o comando e a proteção
do motor e da partida em si contra: queima causada por variação de tensão e corrente na
rede, elevação de temperatura do motor e condutores, e contra sobrecargas. Para essa
proteção o Disjuntor-Motor deve exercer 4 funções básicas:
Seccionamento: Sua função é isolar da rede os condutores ativos
quando o motor está desligado e protege quando há queima de fases do motor;
Proteção contra curto-circuitos: Essa função detém e interrompe o mais
rápido possível correntes elevadas de curto-circuitos para impedir a deterioração da
instalação.
Proteção contra Sobrecargas: tem como função deter correntes de
sobrecarga e interromper a partida, antes que a temperatura do motor e dos condutores
fique muito elevada e deteriore os isolantes;
Comutação: sua função é ligar e desligar o motor, podendo ser manual,
automático ou a distância.
A vantagem de utilizar o Disjuntor-Motor além da tradicional associação
(seccionador, fusível, contator, rele térmico) é a redução de custos com um aparelho
simples e de dimensões reduzidas, que realiza com maior precisão as funções exigidas
de proteção.
O Disjuntor pode ou não ser associado ao contator. Quando está
associado é possível realizar ligação a distância, quando do contrário deve ser acionado
manualmente. Na associação disjuntor/contator, ambos exercem a função de
proteção.
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3 DISPOSITIVOS DE COMANDOS ELÉTRICOS
3.1 SIMBOLOGIA UTILIZADA EM COMANDOS ELÉTRICOS
Ao desenharmos um circuito elétrico, onde aparecem vários componentes,
representamos esses através de símbolos, com o objetivo de facilitar a construção
do desenho. Embora existam normas que padronizam esses símbolos, a realidade é
que encontramos nas indústrias uma variedade muito grande de símbolos para um
mesmo componente pois algumas empresas preferem criar simbologia própria do
que seguir determinada norma. Apesar de tudo, com uma boa observação, é
possível para o profissional da área decifrar todos os símbolos que eventualmente
se possa encontrar.
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3.2 BOTOEIRAS
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Os botões de comando de diversos tipos 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. Pulsantes são
aqueles que após cessar a força que os pressiona volta ao estado anterior. Os travantes
possuem uma trava que os mantém pressionados até que uma nova ação seja tomada
com a finalidade de retorná-los a posição inicial.
3.2.1 Botão NA (normalmente aberto) ou NO (normal open)
Os botões NA são contatos abertos com numerações terminadas em 3 e
4, podendo variar de acordo com a precisão. ( Exemplo: 3 e 4 / 13 e 14 / 23 e 24 e etc.)
3.2.2 Botão NF (normalmente fechado) ou NC (normal close)
Os botões NF são contatos fechados com numerações terminadas em 1
e 2 e como no botão NA varia de acordo com a pressão. Exemplo: 1 e 2 / 11 e 12 / 21 e
22 e etc.)
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3.2.3 Botões com contatos reversíveis C-NO-NC (comum normal open e normal
close)
Contatos reversíveis possuem os contatos abertos e fechados (11,12,13 e
14) e são usados em reles e chaves.
3.3 CHAVES DE COMANDO
São aquelas destinadas a comandar uma ação, e podem ser desde as
menores, monopolares, que ligam cargas através da energização das bobinas dos
contatores, ate aquelas que ligam ou desligam diretamente a alimentação trifásica dos
motores.
3.3.1 Chave de duas posições
As chaves de duas posições são utilizadas em circuitos elétricos para a
seleção de modo automático e manual. Ela não permite que o circuito fique desligado.
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3.3.2 Chave de três posições
O que diferencia a chave de três posições da de duas posições é que ele
possui a posição OFF podendo assim desligar o circuito.
3.3.3 Chave de comando com o contato reversível
São as que possuem os contatos Comum, NO(normal open) e NC(normal
close).
3.4 BOTÕES DE EMERGÊNCIA
É um botão que desativa o funcionamento da maquina podendo ser tipo
soco (o mais usado), pois trava o botão no lugar abrindo um contato fazendo com que não
passe corrente no circuito.
3.5 SINALIZADORES
Botões que possuem internamente uma lâmpada ou rede de LEDS para
indicar a situação em que se encontra o sistema. Podem ser de várias cores e várias
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tensões.
3.6 SISTEMAS DE IDENTIFICAÇÃO (ANILHAS)
Usados em conectores, condutores e em vários outros componentes, os
identificadores auxiliam na montagem de uma instalação completamente mapeada,
ficando muito fácil executar qualquer tipo de serviço posterior.
São vários os modelos, cores e tamanhos existentes, tendo cada um sua aplicação.
Os identificadores trazem impressos letras, números e símbolos, atendendo a mais
diversificada necessidade.
Os identificadores utilizados em condutores são também chamados de anilhas.
3.7 TIPOS DE TERMINAIS
Uma conexão realizada com cabo flexível não oferece boa garantia de contato. Para
que isso aconteça de forma mais eficiente, utilizam-se terminais prensados nas
pontas desses condutores.
São diversos os tamanhos e modelos existentes, variando conforme o fabricante.
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3.8 CHAVES DE FIM DE CURSO
Botão acionado mecanicamente através da limitação de curso do seu
batente. O miolo da chave é que contém os contatos e os terminais do dispositivo fim de
curso.
3.8.1 Aplicações
Os fins de curso têm a maior aplicação como limitadora de deslocamento e proteção de
máquinas.
3.8.2 Chave fim de curso NA
Possui contato aberto para ser fechado ao atingir Chave fim de curso NF
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seu FDC e ligar algum.
3.8.3 Chave fim de curso NF
Possui contato fechado para ser aberto ao atingir seu FDC desligando
algum.
3.8.4 Chave fim de curso reversível
Ao atingir o FDC inverte a rotação ou o lado do motor.
3.8.5 Tipo de acionamento de fim de curso (cabeçote)
Elemento que abriga os mecanismos de acionamento da chave fim-de-curso. É escolhido
de acordo com o comando a ser executado. Existem vários tipos de cabeçote, que
trabalham em dois movimentos básicos: percurso de ação retilínea e percurso de ação
angular, e seu retorno pode ser automático ou por acionamento.
O seu funcionamento ocorre da seguinte maneira: acionando-se o cabeçote de comando,
através de partes móveis de maquinas como hastes, excêntricos, ressaltos, etc. Será
executada a comutação dos contatos, que irão operar diretamente em circuitos auxiliares
e de comando.
3.9 CHAVE BÓIA
A chave bóia elétrica é um regulador de nível ideal para o controle de
nível em liquidos, comandos de bombas, eletrovalvulas, sistemas de alarme e
similares.
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3.9.1 Aplicações
A chave bóia é utilizada na detecção e controle de nível de liquidos em
tanques ou reservatórios.
3.10 CONTATORES
É uma chave com acionamento eletromagnético que liga e desliga
circuitos. É constituído de uma bobina que quando alimenta cria um campo magnético no
núcleo fixo que por sua vez atrai o núcleo móvel que fecha o circuito. Cessando
alimentação da bobina, desaparece o campo magnético, provocando o retorno do núcleo
através de molas.
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3.10.1 Tipos de Contatores
Os contatores podem ter somente um dos tipos de contatos (auxiliares ou principais)
ou ambos. Assim, classificam-se como contatores (ou ainda: de força, ou principal, ou bi,
tri, tetrapolar) aqueles que possuem os contatos principais (mesmo que tenham também
contatos auxiliares) e, contatores auxiliares aqueles que aí sim, só possuem contatos
auxiliares. Este último exercerá funções apenas no circuito de comando da instalação,
como por exemplo, aumentar o número de contatos auxiliares disponíveis de um contator
tripolar (ligando-os em paralelo). Com função semelhante à dos contatores auxiliares
existem os relés de comando que mudam basicamente só na aparência física.
3.10.2 Dimensionamento
Ver a distribuição de entradas e saídas, sem tumultuar as ligações em
seus contatos, respeitando a tensão de sua bobina.
3.10.3 Contatores de comando
São contatores auxiliares, desprovidos dos contatos de força.
3.10.4 Contatores de potência
Contatores de potência são relés de comando projetados para correntes
elevadas.
3.10.5 Aplicações
Usado de preferência em comandos elétricos automáticos à distância.
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3.11 PONTE RETIFICADORA
É formado de quatro diodos que retificam a onda de VAC para VDC, o
diodo por ser constituído de silício dentro tem um lado que transmite com mais facilidade
a parte positiva da senoide e o outro lado a parte negativa, através disso ele corta a onda
ao meio e transforma a energia alternada em continua.
3.11.1 Aplicações
Fontes que recebem alimentação em corrente alternada e precisam gerar
corrente continua.
71
3.12 RELES
3.12.1 Dispositivos de sobrecarga
Trata-se de um dispositivo de proteção sobrecargas. Ele é acionado por
efeito térmico sobre uma chapa bi metálica.
É utilizado para proteção de motores elétricos contra sobrecargas.
Existem basicamente dois tipos: Bimetálico e Eletrônico. Os bimetálicos possuem
três elementos pelos quais passa a corrente do motor. Quando é excedido o limite
72
de corrente, ocorre o curvamento dos elementos bimetálicos por efeito Joule e isso
faz com que seja acionado um contato auxiliar que comuta de posição, motivo pelo
qual os relés térmicos devem ser usados com contatores ou componentes de
acionamento semelhante.
3.12.2 Reles temporizadores
Os temporizadores possuem funcionamento semelhante a um contator auxiliar,
diferenciando-se na comutação dos contatos que não ocorrem simultaneamente a
energização ou desenergização de sua bobina. O atraso (tempo) pode ser regulado
de acordo com a necessidade da instalação.
Os temporizadores mais usados são eletrônicos ou pneumáticos. Alguns modelos
são motorizados. Nem todos temporizadores necessitam de alimentação individual.
Alguns são usados como blocos aditivos e outros simplesmente ligados em série
(como se fosse um interruptor simples) com o componente a temporizar.
3.12.2.1 Com retardo na energização
Energizando-se a bobina, os contatos levam um tempo predeterminado para mudar
de posição. Ao desligar, instantaneamente os contatos assumem a posição normal.
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3.12.2.2 Com retardo no desligamento
Energizando-se a bobina, os contatos instantaneamente mudam de posição.
Quando desenergizada, seus contatos demoram um tempo pré-ajustado para
retornar à posição normal.
3.12.3 Aplicações
Pode ser utilizado em diversos tipos de aplicações industriais como
partidas de motores elétricos, quadros de comando, fornos industriais, injetoras entre
outras. Também pode ser utilizado em aplicações residenciais e comerciais.
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3.12.4 Reles falta de fase
Este relé é um componente eletroeletrônico que monitora um circuito elétrico
verificando a presença, ou não, das três fases. Desliga-o caso isso ocorra, evitando
que a máquina funcione com falta. Alguns modelos verificam também a presença do
neutro, sendo então chamados de relé falta de fase e neutro.
A ligação desses componentes exige um circuito apropriado com dispositivos de
controle a distância integrado (contator, por exemplo), pois a atuação ocorre com a
modificação da posição de um contato auxiliar, que então deve atuar em um circuito
de comando. Normalmente o contato que deve ser conectado em série ao circuito é
o contato NA (normalmente aberto), pois fecha assim que recebe os condutores
energizados da rede elétrica.
3.12.4.1 Aplicações
Reles de nível Os relés de nível são bastante utilizados para verificação de nível de água.
O funcionamento baseia-se na medição da corrente elétrica do líquido do reservatório por
meio de um conjunto de eletrodos os quais funcionam como sensores de presença ou
ausência de líquido
3.12.4.2 Aplicações
São utilizados em circuitos de comando elétricos.
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3.12.5 Reles de acionamento bi-manual
O Relé de Proteção Bimanual (RPB) tem a função de obrigar seus
operadores a utilizar ambas as mãos para o acionamento de equipamentos onde o risco
para o mesmo é iminente. O operador é obrigado a acionar as entradas B1 e B2 em
sincronismo, onde a diferença máxima do tempo para o acionamento é de 300ms, caso
essa condição não ocorra é necessário o desacionamento dos botões, para que ocorra o
reset do aparelho, e com isso o processo poderá ser recomeçado.
O RPB conta também com os LEDs de indicação, onde é possível visualizar o estado dos
botões (B1 e B2), saída e se o aparelho está ou não energizado.
3.12.5.1 Aplicações
O rele de proteção bi-manual encontra aplicação em todos os
equipamentos cujas características coloquem em risco os operadores dos mesmos, tais
como, prensas hidráulicas, maquinas de solda, guilhotinas, rebitadeiras, puncionadoras,
etc.
3.12.6 Reles de Nível
É um dispositivo eletrônico de controle que permite o monitoramento e a
regulagem automática de nível de líquidos condutivos (não explosivos) através de
eletrodos submersos. Possui seletor frontal que permite ajustar o circuito eletrônico a
resistividade do liquido.
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3.12.6.1 Aplicação
Prevenção de funcionamento a seco de bombas, proteção contra
transbordamento de tanques de enchimentos, acionamento de solenoides, alarmes(
sonoros ou luminosos).
3.12.7 Reles Bi Manual
Rele de saída que comuta seus contatos para a posição de trabalho
somente quando os dois botões de comandos ligados ao aparelho forem acionados com
um intervalo de tempo menor ou igual a 0,3 seg.
3.12.7.1 Aplicações
O rele de proteção Bi manual encontra aplicação em todos os
equipamentos cujas características coloquem em risco os operadores dos mesmo, tais
como, Prensas Hidráulicas, maquinas de solda etc.
3.12.8 Reles de interfase
São reles eletrônicos que podem ser usados para acoplar entradas e
saídas, na multiplicação de contatos, chaveamento de pequenas cargas e do rele sem
sinal de controle.
3.12.8.1 Aplicações
Os reles de interface são dispositivos para aplicações de comando e
manobra com larga aplicação na industria, normalmente confeccionados com
81
componentes de alta qualidade.
3.12.9 Micro relê
São reles de baixa potência. Normalmente eles possuem em seu interior
um REED SWITE (elemento ativo dos sensores magnéticos) a vantagem desse
acionamento REED SWITE é que não possui arco voltaico, possibilitando dessa forma
uma maior vida útil.
3.12.9.1 Aplicações
Comandos elétricos.
3.13 SENSORES
3.13.1 Sensores PNP
Os sensores PNP possuem entrada positiva, sinal negativo e saída
positiva. Geralmente é mais utilizado por ter uma maior facilidade para encontrá-lo.
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3.13.2 Sensores NPN
Os sensores NPN possuem entrada negativa, sinal positivo e saída
negativa.
3.13.3 Indutivos
Os sensores indutivos atuam pela aproximação de materiais metálicos.
3.13.3.1 Aplicações
Em máquinas operatrizes, injetoras de plástico, indústria cerâmica,
máquinas de embalagens, indústria automobilística, etc
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3.13.4 Capacitivos
Os sensores capacitivos atuam com a aproximação de qualquer tipo de material.
3.13.4.1 Aplicações
Encontram aplicações em alarmes, sensores de posição, sensores de
níveis delíquidos em reservatórios, etc.
3.13.5 Ópticos
Os sensores ópticos atuam quando ocorre a interrupção dos raios de luz
provenientes de um emissor para um receptor, devidamente alinhados.
3.13.5.1 Aplicações
Barreiras ópticas ,detecção de peças a grande distância .
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3.13.6 Magnéticos
Os sensores de campo magnético reagem a um campo magnético
externo. Seu principal campo de aplicação é a detecção da posição de pistões em
cilindros pneumáticos.
3.13.6.1 Aplicações
Utilizados em atuadores elétricos pneumáticos.
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4 TIPOS DE ACIONAMENTOS DE MOTORES ELÉTRICOS
4.1 PARTIDA DIRETA
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4.1.1 Aplicações
Esta chave é apropriada para motores de baixa inércia inicial de carga.
Geralmente usa-se chave de partida direta para motores até 10HP, porém é possível
utilizá-la para motores maiores, de acordo com o tipo de carga que esta sendo acionado.
Existem também condições especiais em que um motor de 10HP ou menos não pode ser
acionado por chave de partida direta.
4.2 PARTIDA DIRETA COM MÚLTIPLOS ACIONAMENTOS
Vários botões ativando liga ou desliga um único motor
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4.2.1 Aplicações
Quando precisa ligar mais em motor em apenas um botão, ou um motor
em vários pontos de acionamento.
4.3 PARTIDA REVERSORA
A partida que inverte a rotação do motor quando uma chave ou botão é
acionado, dependendo assim do comando.
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4.3.1 Aplicações
Esteiras e maquinas que precisão de duas rotações
4.4 PARTIDA ESTRELA TRIÂNGULO
Este tipo de partida é utilizado para cargas cuja inércia faça com que o
motor demore em torno de 10s para atingir a rotação nominal. Na pratica ela é apropriada
para motores desde 7HP até em torno de 60HP.
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4.4.1 Partida estrela triângulo reversora
É a partida que sai em estrela, vai para triangulo aumentando a tensão
nas bobinas do motor e também inverte o sentido da rotação
.
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4.5 PARTIDA COMPENSADORA
Aplicável em todos os motores trifásicos, desde que funcionem com a tensão da
rede elétrica local, não interessando o tipo de ligação nem o número de terminais. A
redução da tensão é feita com um autotransformador de partida trifásico,
alimentado-se o motor com um percentual da tensão da rede, até sua aceleração
total. Após isso, o transformador é retirado do circuito e o motor recebe tensão total.
Os valores mais usuais disponíveis na saída dos autotrafos são 50, 65 e 80%.
Na partida compensada, os valores da corrente na rede e no motor são diferentes,
por terem tensões diferentes. A maior corrente será no motor, por ter a menor
tensão, já que a potência de entrada é a mesma de saída (considerando um
transformador ideal).
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4.5.1 Partida compensadora reversora
Em algumas situações é necessário realizar uma partida compensada e
com reversão de rotação. Não é muito comum isso ocorrer, mas é sempre interessante
saber que isso é possível de ser realizado. Em seguida é apresentado um circuito para
realizar este tipo de partida. A lógica desse circuito é muito simples: faz-se uma partida
compensada normal e depois acrescenta-se os contatores necessários para fazer a
inversão de uma das fases e assim conseguir a reversão da rotação.
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4.6 MOTOR DAHLANDER
É o motor que possui dois enrolamentos dentro de si, fazendo assim
funcionar em duas velocidades.
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4.6.1 Reversora dahlander
É a partida reversora que alem de mudar a velocidade, também muda a
rotação do motor.
100
4.7 FRENAGEM POR INJEÇÃO DE CORRENTE CONTINUA
Ao acionar a ponte retificadora ligada no circuito de força ele injeta a
corrente continua no motor fazendo o motor para, ou seja, a VDC age como um freio no
motor já que o mesmo não funciona nesta condição.
101
102
4.7.1 Aplicações
Talhas, elevadores, teares, tornos e em qualquer outra aplicação que haja
necessidade de parar por segurança, posicionamento ou economia de tempo.
103
5 DIAGRAMAS
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Ajustes inversor WEG CFW-10
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Verificar compatibilidade de tensão entre inversor e rede
Verificar compatibilidade de potencia inversor e motor
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124
Reset aos parâmetros de fabrica:
P000=5 P204=5 Reseta aos parâmetros de fabrica (Pag 71)
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P000=5 P142=100% P145 =60 Hz P156= 1,2 A P169=1,5 A
OBS: P156 Deve ser 10 a 20% maio que corrente nominal do motor
Após o reset o controle será local com ajuste de frequência nas teclas < e > da IHM.
Controle Remoto:
DI1 Habilita geral
DI2 Inverte sentido de giro
DI3 Local/Remoto
DI4 Gira/Para
Para configurar modo remoto P000=5 P229=1 P230=1.
Para voltar ao modo local P000=5 P229=0 P230=0
Controle local com ajuste de frequência por potenciômetro: P000=5 P221=1
Configurar inversor para funcionar tipo partida direta ver pg 35 do manual
Para configurar sentido de giro P231=2 e entrada selecionada = 5 ( Ex P265=5)
Configuração de MultSpeed:
P000=5 (Programação)
P221=6 (MultSpeed)
P222=6 (MultSpeed)
P229=1 (Bornes)
P230=1(Bornes)
P=263=4 (Função da entrada DI1 Gira/Para
126
P264=7, P265=7, P266=7 (Função das entradas DI2, DI3, DI4 MultSpeed).
Comissionar os parâmetros 124 a 131 (Referencia de frequência MultSpeed)
Fim
Verificar parâmetros 133 e 134 Frequência mínima e máxima.
Abaixo segue sugestão para programação do CLP Zelio para execução sequencial de todas as possibilidades
de frequências com 3 variáveis binaria .
Técnico Omar Custodio Vieira.
Configuração dos inversores Siemens MM440 ou G110
Comissionamento Rápido P0003 Nível de Acesso do Usuário
1271 Básico 2 Estendido // O nível 1 apenas para aplicações muito simples 3 Avançado P0010 Comissionamento Rápido 0 Operação 1 Comissionamento Rápido (Entra em modo de programação) 30 Reset aos ajustes de fábrica(ajustar P970=1 Aguardar 3 minutos para RESET P0100 Operação Europa/América 0 Potência em KW; frequência 50 Hz 1 Potência em HP; frequência 60 Hz 2 Potência em KW; frequência 60 Hz P0205 Aplicação do Inversor 0 Torque constante // Informar tipo de torque do motor 1 Torque variável P0304 Tensão nominal do motor (10 V a 2000 V // Informar á tensão que esta na placa do motor // Exemplo 220V. P0305 Corrente nominal do motor (0 a 2x a corrente nominal do inversor) // Informar corrente (A) que esta na placa do motor. // Exemplo 1,4 A P0307 Potência nominal do motor (0,01 KW a 2000 KW) // Informar potencia (KW) que esta na placa do motor. // Exemplo 0,25 KW P0308 CosPhi do motor (cosseno de fi / cossenofi) (0,000 a 1,000) // Informar fator de potencia que esta na placa do motor. // Exemplo 0,75 % P0310 Frequência nominal do motor (12 Hz a 650 Hz) // Informar frequência (Hz) que esta na placa do motor. // ou frequência máxima que se pretende operar // Exemplo 90 HZ
P0309 Eficiência nominal do motor (0,0 a 99,9%) // Informar eficiência do motor que esta na placa do motor. // Exemplo 80%. Por força de Norma, todo motor auto ventilado pode ser submetido à corrente nominal até uma velocidade mínima de 50% da nominal. Se operar longos períodos abaixo de 50% da rotação nominal, medidas adicionais de refrigeração ou de seu monitoramento deverão ser adotadas. Os parâmetros possuem outras opções de ajuste, além das aqui apresentadas; ver na Lista de Parâmetros a relação completa de opções. Se P0700 = 2, as funções das entradas digitais deverão ser determinadas pelos ajustes de P0701 até P0708. Para selecionar referências adicionais, ver a lista de parâmetros. Se P1000 = 1 ou 3, a seleção dependerá dos ajustes de P0700 a P0708. Modos de controle vetorial somente poderão ser selecionados em conjunto com um motor assíncrono.
P0311 Velocidade nominal do motor (0 a 40.000 rpm) // Informar rotação do motor (RPM) que esta na placa do motor. // Exemplo 1710 RPM P0335 Refrigeração do motor 0 auto ventilação // Motor com ventoinha na parte de traz 1 ventilação forçada
1282 auto ventilação e ventilador interno 3 ventilação forçada e ventilador interno P0640 Fator de sobrecarga do motor (10 a 400%) // Informar fator de serviço (Fs) que esta na placa do motor. // Exemplo 115% P0700 Seleção da fonte de comando 1 BOP / AOP // Painel BOP (IHM) 2 Régua de bornes (entradas digitais) P1000 Seleção da referência de frequência 1 Potenciômetro motorizado // Painel BOP (IHM) 2 Entrada analógica 1 // Potenciômetro 3 Frequências fixas // MultSpeed 7 Entrada analógica 2 P1080 Frequência mínima de trabalho (0 a 650 Hz) // Exemplo 5 Hz P1082 Frequência máxima de trabalho (0 a 650 Hz) // Exemplo 90 Hz P1120 Rampa de aceleração (0 a 650 s) // Exemplo 10 s P1121 Rampa de desaceleração (0 a 650 s) // Exemplo 10s P1135 Rampa de desaceleração em OFF3 (0 a 650 s) // Exemplo 5 s P1300 Modo de Controle 0 V/f com característica linear 1 V/f com FCC 2 V/f com característica parabólica 3 V/f com característica programável 5 V/f para aplicações têxteis 6 V/f com FCC para aplicações têxteis 19 V/f com ref. de voltagem independente 20 Controle vetorial sem sensor 21 Controle vetorial com sensor 22 Controle vetorial de torque sem sensor 23 Controle vetorial de torque com sensor P1910 Seleciona identificação do motor 0 Desabilitada 1 Identificação de todos os parâmetros com atualização dos mesmos (recomendado). 2 Identificação de todos os parâmetros sem atualização dos mesmos 3 Identificação da curva de saturação com atualização dos parâmetros 4 Identificação da curva de saturação sem Alarme A0541 Ativada a identificação do motor P3900 Fim do Comissionamento Rápido 0 Sem cálculos do motor e sem reset aos parâmetros de fábrica 1 Com cálculos do motor e com reset aos parâmetros de fábrica (recomendado). 2 Com cálculos do motor e parâmetros de entradas/saídas digitais são resetados. 3 Com cálculos do motor e sem reset dos demais parâmetros. // Recomendado Comissionamento rápido finalizado. O inversor fica no estado "pronto para ligar".
129
Configuração do MM440 de operação para o modo MultSpeed.
No comissionamento rápido configurar P0700= 2 e P1000= 3
Na sequencia configurar função das entradas digitais:
DIN 1 P0701= 16 // Frequência fixa + Acionamento
DIN 2 P0702= 16 // Frequência fixa + Acionamento
DIN 3 P0703= 16 // Frequência fixa + Acionamento
DIN 4 P0704= 12 // Inverte sentido do giro
Agora vamos configurar as frequências fundamentais
P1001= 10 Hz / P1002 = 20 Hz / P1003= 40 Hz
Com esta programação obtemos oito frequências diferente e possibilidade de inversão do sentido do giro
com o acionamento do bit 4 (DIN4)
Para execução de um teste sequencial onde acionamos todas as frequências podemos utilizar o mesmo
exemplo do CLP Zelio utilizado no inversor WEG, com uma pequena alteração do projeto em Ladder
podemos inverter o sentido de giro
130
automaticamente.
131
132
133
134
135
136
.
137
138
139
140
6 BIBLIOGRAFIA
Recommended