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2012 Laboratório de Comandos Elétricos II Curso Técnico em Eletrotécnica NILTON CÉSAR FIGUEIRA COLÉGIO IGUAÇU , FOZ DO IGUAÇU PARANÁ

87725064 AP de Laboratorio de Comandos Eletricos 2012

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  • 2012

    Laboratrio de

    Comandos Eltricos II

    Curso Tcnico em Eletrotcnica

    NILTON CSAR FIGUEIRA

    C O L G I O I G U A U , F O Z D O I G U A U P A R A N

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    LABORATRIO DE COMANDOS ELTRICOS ELETROTCNICA COLGIO IGUAU FOZ

    DO IGUAU -PR

    Curso de Eletrotcnica

    Laboratrio de Comandos Eltricos

    4 Mdulo

    Esta apostila visa fornecer apio terico para os alunos do Curso de Eletrotcnica do Colgio

    Iguau de Foz do Iguau, na matria de Laboratrio de Comandos Eltricos II. Sero abordados

    as chaves de partida de motores de induo trifsicos, arquitetura e princpios de

    funcionamento sobre CLP, Soft-Starters e Inversores de Freqncia.

    Cabe destacar que para o aluno neste momento, a oportunidade de desenvolver e adquirir a

    capacidade de raciocnio lgico para elaborar projetos de acionamento envolvendo motores e,

    por conseguinte demais dispositivos para a automao de sistema industrial.

    Nilton Csar Figueira

    Foz do Iguau, 10/03/2012

    Site do professor

    http: //sites.google.com/site/niltoncesarfigueira

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    SUMRIO

    1. MOTORES ASSNCRONOS ................................................................................................... 5

    1.1. A CURVA CONJUGADO X ACELERAO DE UM MIT ................................................. 6

    2. CHAVES DE PARTIDA DE MOTORES DE INDUO TRIFSICOS ........................................... 7

    2.1. CHAVE DE PARTIDA DIRETA ......................................................................................... 7

    2.1.1. ESQUEMA DE LIGAO DA CHAVE DE PARTIDA DIRETA .................................... 8

    2.1.2. DIMENSIONAMENTO DA CHAVE DE PARTIDA DIRETA ........................................ 8

    2.2. PARTIDA ESTRELA-TRINGULO .................................................................................. 10

    2.2.1 ESQUEMA DE LIGAO DE UMA CHAVE ESTRELA-TRINGULO ........................ 10

    2.2.2. EQUACIONAMENTO DE UMA CHAVE ESTRELA-TRINGULO ............................ 12

    2.2.3. EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DE UMA CHAVE ESTRELA-TRINGULO .... 14

    2.2.4. VANTAGENS DA CHAVE ESTRELA-TRINGULO .................................................. 15

    2.2.5. DESVANTAGENS DA CHAVE ESTRELA-TRINGULO............................................ 15

    2.3. PARTIDA COMPENSADA ............................................................................................. 16

    2.3.1. AUTOTRANSFORMADOR DE PARTIDA ............................................................... 16

    2.3.2. ESQUEMA DE LIGAO DA CHAVE COMPENSADORA ...................................... 18

    2.3.3. EQUACIONAMENTO DA CHAVE DE PARTIDA COMPENSADORA ...................... 19

    2.3.4. EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DE UMA CHAVE COMPENSADORA .......... 22

    2.3.5. VANTAGENS DA CHAVE COMPENSADORA ........................................................ 22

    2.3.6. DESVANTAGENS DA CHAVE COMPENSADORA.................................................. 23

    3. PARTIDA ELETRNICA (SOFT STARTER) ............................................................................. 23

    3.1. FUNCIONAMENTO DA SOFT-STARTERS ..................................................................... 24

    3.1.1. CIRCUITO DE POTNCIA ...................................................................................... 25

    3.1.2. CIRCUITO DE CONTROLE ..................................................................................... 25

    3.2. PRINCIPAIS FUNES DA SOFT-STARTER .................................................................. 25

    3.2.1. RAMPA DE TENSO NA ACELERAO................................................................ 25

    3.2.2. RAMPA DE TENSO NA DESACELERAO ......................................................... 26

    3.2.3. PULSO DE TENSO DE PARTIDA (KICK START) ................................................... 27

    3.2.4. LIMITAO DE CORRENTE .................................................................................. 28

    3.3. PROTEES ................................................................................................................. 28

    3.4. DESCRIO DOS PARMETROS ................................................................................. 29

    3.5. FORMAS DE LIGAO ................................................................................................. 29

    3.5.1. LIGAO DIRETA ................................................................................................. 29

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    3.5.2. LIGAO COM CONTATOR EM PARALELO (CONTATOR DE BY PASS) ............... 30

    3.5.3. LIGAO EM PARTIDA SEQUENCIAL DE DIVERSOS MOTORES ......................... 31

    3.5.4. LIGAO SIMULTNEA DE DIVERSOS MOTORES .............................................. 31

    3.5.5. DIAGRAMA DE COMANDO DA SOFT-STARTER .................................................. 32

    4. INVERSORES DE FREQUNCIA NO ACIONAMENTO DE MOTORES .................................... 32

    4.1. INTRODUO AO INVERSOR DE FREQUNCIA .......................................................... 32

    4.2. FUNCIONAMENTO DO INVERSOR DE FREQUNCIA .................................................. 33

    4.3. TIPOS DE INVERSORES DE FREQUNCIA .................................................................... 35

    4.3.1. INVERSOR ESCALAR ............................................................................................ 35

    4.3.2. INVERSOR VETORIAL .......................................................................................... 35

    4.4. BLOCOS COMPONENTES DO INVERSOR .................................................................... 36

    4.4.1. BLOCO CPU .......................................................................................................... 36

    4.4.2. BLOCO IHM ......................................................................................................... 36

    4.4.3. BLOCO INTERFACES ............................................................................................ 37

    4.4.4. BLOCO ETAPA DE POTNCIA .............................................................................. 37

    4.5. SISTEMA DE ENTRADA DE DADOS E SADA DE DADOS ............................................. 37

    4.6. FORMAS DE VARIAO DE VELOCIDADE EM UM INVERSOR DE FREQUNCIA ........ 37

    4.6.1. ACIONAMENTO PELA IHM .................................................................................. 37

    4.6.2. ACIONAMENTO PELAS ENTRADAS DIGITAIS ..................................................... 38

    4.6.3. ACIONAMENTO PELA FUNO MULTISPEED .................................................... 38

    4.6.4. ACIONAMENTO PELAS ENTRADAS ANALGICAS .............................................. 39

    4.6.5. PELO POTENCIMETRO ...................................................................................... 39

    4.6.6. PELA FONTE DE TENSO OU CORRENTE EXTERNAS .......................................... 39

    4.7. CONSIDERAES SOBRE O USO DE INVERSORES DE FREQUNCIA .......................... 39

    5. CONTROLADOR LGICO PROGRAMVEL .......................................................................... 40

    5.1. INTRODUO AO CLP ................................................................................................. 41

    5.1.1. DESCRIO DOS PRINCIPAIS ITENS .................................................................... 42

    5.2. FUNCIONAMENTO DOS CLP ....................................................................................... 46

    5.3. VANTAGENS E DESVANTAGENS DO USO DO CLP ...................................................... 49

    5.4. PROGRAMAO DO CLP ............................................................................................ 49

    REFERNCIA BIBLIOGRAFICA ...................................................................................................... 51

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    1. MOTORES ASSNCRONOS

    Os motores assncronos ou de induo, por serem robustos e baratos, so os motores mais

    largamente empregados na indstria. Nestes motores, o campo girante roda a velocidade

    sncrona, como nas mquinas sncronas.

    Teoricamente, para o motor girando a vazio e sem perdas, o rotor teria tambm a velocidade

    sncrona. Entretanto, ao ser aplicado um conjugado externo ao motor, o seu rotor diminuir de

    velocidade na justa proporo necessria para que a corrente induzida pela diferena de

    rotao entre o campo girante (sncrono) e o rotor, passe a produzir um conjugado

    eletromagntico igual e oposto ao externamente aplicado. O conjugado eletromagntico

    proporcional ao fluxo produzido pelo campo girante, e corrente e fator de potncia do rotor.

    A perda de rotao do rotor (necessria para que o conjugado eletromagntico seja

    produzido), expressa por unidade de velocidade sncrona, chama-se escorregamento:

    O conjugado eletromecnico pode ser expresso pela relao:

    Onde:

    a potncia do campo girante que gira a uma velocidade angular sncrona . Por outro lado, se a potncia mecnica fornecida atravs do eixo, que gira a uma velocidade angular radianos por segundo

    Portanto:

    . .

    Ou seja, a potncia cedida pelo eixo igual potncia disponvel no entreferro mquina (potncia do campo girante), menos as parcelas correspondentes s perdas no rotor . . A rotao do eixo do motor expressa por:

    . .

    Onde:

    = rotao em rpm no eixo do rotor; f = freqncia em Hz; P = nmero de plos;

    S = escorregamento

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    Figura 1.1: Estrutura bsica de um motor de induo.

    A freqncia da corrente induzida no rotor igual ao escorregamento vezes a freqncia do

    estator, ou seja:

    . Onde:

    a freqncia da corrente estatrica a freqncia da corrente rotrica 1.1. A CURVA CONJUGADO X ACELERAO DE UM MIT

    Figura 1.2: Caractersticas um motor com partida a plena tenso.

    Na figura 1.2 temos a caracterstica da curva de partida de um MIT. Podemos notar a curva da

    corrente no estator a plena tenso, bem como o torque fornecido pelo rotor da mquina

    durante o processo de acelerao.

    Repare que a curva do torque da carga tambm aumenta com a acelerao ou amento de

    rotao (h outras curvas caractersticas de cargas). No ponto onde a curva do conjugado da

    carga cruza a do conjugado do motor, o ponto ideal de funcionamento do sistema.

    No eixo da abscissa temos a rotao do motor. Repare que 100% da RPM nominal

    equivalente rotao sncrona (rotao do campo girante do estator igual ao do rotor) e nesta

    velocidade o motor no desenvolve conjugado.

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    2. CHAVES DE PARTIDA DE MOTORES DE INDUO TRIFSICOS

    Durante a partida de um MIT, a velocidade de um motor praticamente nula e a corrente

    mxima se mantendo neste patamar at prximo da velocidade de trabalho do motor. Isto

    quer dizer que a corrente de um motor funo da tenso aplicada sobre ele.

    A funo das chaves de partida a reduo da tenso durante a partida dos motores e aps

    certo intervalo, fornecer tenso nominal ao motor, quando ento j estar prximo de

    atingir a sua rotao de trabalho.

    2.1. CHAVE DE PARTIDA DIRETA

    A partida direta a forma mais simples de partir um MIT, na qual as trs fases so ligadas

    diretamente ao motor, ocorrendo um pico de corrente. Sempre, que possvel, a partida dever

    ser direta, por meio de contatores.

    A partida direta dever ser utilizada nos seguintes casos:

    Baixa potncia do motor

    A mquina acionada no necessita de uma acelerao progressiva ou esta equipada com

    redutores mecnicos de velocidade

    Conjugado de partida elevado

    Assim, fica fcil enumerar as vantagens de uma chave de partida direta:

    Equipamento simples, de fcil construo e projeto

    Conjugado de partida elevado

    Partida rpida

    Baixo custo

    Nos casos em que a corrente do motor elevada, podem ocorrer as seguintes conseqncias

    prejudiciais:

    Elevada queda de tenso no sistema de alimentao da rede. Em funo disto, provoca

    interferncias em equipamentos instalados no sistema;

    O sistema de proteo (cabos, contatores), dever ser superdimensionado, ocasionando

    um custo elevado;

    A imposio das concessionrias de energia que impem restries de queda de tenso na

    rede (abaixo de 5 CV uso comercial e abaixo de 10 CV uso industrial)

    OBSEVAES:

    Na partida direta, a corrente de partida diretamente proporcional tenso de

    alimentao e diminu medida que a velocidade aumenta

    O conjugado de partida varia proporcionalmente ao quadrado da alimentao

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    2.1.1. ESQUEMA DE LIGAO DA CHAVE DE PARTIDA DIRETA

    Figura 2.1: Esquema de comando de uma partida direta.

    No diagrama de fora, a proteo por curto-circuito fornecida por trs fusveis: L1, L2 e L3. As

    trs fases so conectadas aos contatos de fora do contator K1; do contator K1, as fases so

    conectadas ao rel trmico FT1, o qual efetua a proteo por sobrecarga. Do rel trmico FT1,

    os trs cabos so conectados aos bornes de ligao do motor.

    O circuito de comando alimentado pela fase L e neutro N. A proteo do circuito de comando

    e proporcionado pelo fusvel L1. O circuito funciona da seguinte maneira:

    Ao pressionarmos a botoeira S1 (NA), o circuito de corrente at a bobina do contator K1 ser

    fechado alimentado a bobina de K1 e acendendo a lmpada H1. Assim, K1 ir atracar,

    fechando os contatos NA e abrindo os NF. O contato NA (13-14) fechando, fornece um

    caminho em paralelo com a botoeira S1 para alimentar a bobina de K1 e a lmpada H1.

    O contato NA (13-14) tem a funo de selo (contato de selo), pois quando tirarmos a presso

    sobre a botoeira S1 ela abrir, porm, como o contato NA (13-14) estar fechado, o bobina de

    K1 continuar energizada, mantendo a atrao sobre a armadura mvel.

    Simultaneamente ao fechamento do contato NA (13-14), os contatos de fora de K1 tambm

    fecharam, acionando o motor. Veja que para desligar o motor, podemos acionar a botoeira S0

    (NF) ou ento, ocorrendo uma atuao do rel trmico FT1. Atuao de FT1 causar a abertura

    dos contatos NF (95-96). Lembrando que neste caso teremos que rearmar manualmente o

    dispositivo de trava do contato do rel trmico para podermos religar o motor.

    2.1.2. DIMENSIONAMENTO DA CHAVE DE PARTIDA DIRETA

    Como a chave de partida direta muito simples, vamos direto a um exemplo. Imagine que

    tenhamos um motor de 20 cv, seis plos, 380 V/60 Hz, com tenso de comando de 220 V,

    Tp = 2 s e queiramos determinar as caractersticas dos componentes da chave de partida direta

    para acionarmos este motor.

    Dados de placa do motor:

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    In (380) = 32, 35 A (corrente nominal do motor)

    Ip/In = 7, 5 ( a relao caracterstica de fbrica entre a corrente de partida e a corrente

    nominal do motor)

    Assim temos a corrente de partida Ip = 244,07 A

    Tp o tempo de partida do motor

    a. DIMENSIONAMENTO DO CONTATOR K1:

    Para dimensionarmos K1, devemos levar em conta a corrente nominal do motor (In), para

    determinarmos a corrente do contator (Ie). Assim temos:

    32,35 % Basta localizar no catlogo do fabricando o contator que tenha esta corrente.

    b. DIMENSIONAMENTO DO REL DE SOBRECARGA FT1:

    O rel deve ter uma faixa de ajuste em que a corrente nominal do motor esteja includa. Basta

    localizar no catlogo do fabricante o rel que possua a referida faixa de ajuste.

    c. DIMENSIONAMENTO DOS FUSVEIS:

    Tomando como base a corrente e o tempo de partida, tem-se:

    Figura 2.2: Esboo da curva caracterstica do fusvel.

    Entrando com os valores de corrente e tempo de partida, escolhemos o fusvel (If) de 50 A. Ao

    final, a corrente do fusvel deve satisfazer as seguintes condies:

    & 1,2 ( & ) &*,: a mxima corrente de curto-circuito que o fusvel permite circular no sistema deve ser menor que a mxima corrente suportada pelos contados do contator.

    & ) &*,./: a mxima corrente de curto-circuito que o fusvel permite circular no sistema deve ser menor que a mxima corrente suportada pelos contados do rel trmico.

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    EXERCCIO PROPOSTO 2.1: Faa um comando onde dois motores (M1 e M2) acionados por

    partida direta, onde M2 apenas possa ser ligado se M1 estiver ligado.

    2.2. PARTIDA ESTRELA-TRINGULO

    Consiste na alimentao do motor com uma reduo de tenso nas bobinas durante a sua

    partida. O motor parte em estrela, isto , com uma tenso de 58% da tenso nominal, e aps

    certo tempo a ligao convertida em tringulo, assumindo a tenso nominal.

    Esta chave proporciona uma reduo na corrente de partida de aproximadamente 33%. Deve

    ser usada em aplicaes que tenha o conjugado resistente de at um tero do conjugado de

    partida do motor em estrela.

    Uma vez que o conjugado de partida proporcional ao quadrado da tenso de alimentao,

    teremos um conjugado de 20% a 50% do conjugado nominal. A velocidade do motor estabiliza-

    se quando os conjugados motor e resistente se equilibram, geralmente entre 75% a 85% da

    velocidade nominal. Os enrolamentos so ligados em tringulo e o motor recupera as suas

    caractersticas nominais. A passagem da ligao estrela para a ligao em tringulo feita por

    um temporizador.

    Figura 2.3: Corrente de partida e conjugado de partida na chave estrela-tringulo.

    Para ser possvel a ligao estrela-tringulo, os motores devem ter a possibilidade de ligao

    em dupla tenso (220V/380V, 380V/660V). Os motores devem ter no mnimo seis bornes de

    ligao.

    2.2.1 ESQUEMA DE LIGAO DE UMA CHAVE ESTRELA-TRINGULO

    A seguir iremos analisar o esquema de ligao de uma chave estrela-tringulo. Para isto, nos

    basearemos nos diagramas de comando e de fora a baixo.

    Veja que no diagrama de fora, precisamos de trs contatores. O K3 faz o fechamento em

    estrela e ser fechado durante a partida do motor. Aps transcorrido o tempo de partida

    programado no temporizador KT1, K3 ser aberto.

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    O contator K1 ser fechado na partida junto com K3 e o motor parte em estrela (K3 e K1

    fechados). Assim que transcorrer o tempo de ajuste em KT1, K3 ser aberto e K2 fechado.

    Ento o motor estar ligado em tringulo (K1 e K2 fechados).

    Figura 2.4: Diagrama de comando e fora da chave estrela-tringulo.

    No diagrama de comando, ao pressionar SH1 ser energizado e mantido energizado pelo

    contato de K1 NA-13/14 o rel de tempo KT1. KT1 um rel de tempo projetado para este tipo

    de partida e quando energizado, o contato NF-15/16 comuta para NA-15/18 (o ponto 15

    comum) e o outro contato de KT1 NF-25/26 (NA-25/28 o ponto 25 comum) no comuta.

    Ento o rel comear a contar o tempo programado. Depois de transcorrido o tempo

    ajustado em KT1, o contato 15-18 volta para 15-16 e aps cerca de 30 a 100 ms o contato 25-

    26 comuta para 25-28 e continua assim, at que a alimentao seja retirada.

    Ento, transcorrido o tempo programado em KT1, o contato 15/18 comuta para 15/16,

    desligado K3, porm K1 continuar energizado pelo seu selo NA-23/24. Neste momento o

    circuito das bobinas do motor estar aberto. Cerca de 30 a 100 ms ocorre a comutao do

    contato de KT1 25/26 para 25/28. Como K3 j est desligado, seu contato NF2-21/22 em srie

    com a bobina de K2 estar novamente fechado e o contator K2 ser ligado. O motor ento est

    ligado em tringulo e recupera suas caractersticas nominais. A lmpada H1 acender.

    O contato NF-21/22 de K3 em srie com a bobina de K2 abre. Isto para garantir

    intertravamente eltrico, pois os dois contatores nunca podem ser energizados ao mesmo

    tempo.

    O contato de K2 NA-13/14 fecha em paralelo com o NA-25/28 para garantir que K2 fique

    energizado, apesar de que neste tipo de comando, o rel de tempo KT1 ficar sempre

    energizado, mais uma garantia. Para desligar o comando atravs da botoeira NF SH1 ou

    atuao do rel trmico ou a queima do fusvel de comando.

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    2.2.2. EQUACIONAMENTO DE UMA CHAVE ESTRELA-TRINGULO

    2.2.2.1. EQUACIONAMENTO DO TORQUE

    Sendo Vn a tenso de alimentao de cada uma das fases do enrolamento do motor, o

    conjugado desenvolvido e dado pela seguinte equao:

    0 2 ( 3 Sendo:

    4: Torque desenvolvido na ligao delta 5: Constante do motor 6: Tenso nominal de cada uma das fases

    3 3789:9 0 2 ( 3789:9 Quando feita a ligao em estrela, temos a tenso de fase 6& aplicada ao motor e esta tenso dada por:

    3 3;89:9=

    Temos ento o torque em estrela dado por:

    0> 2 ( ?3789:9= @

    0> 2 (

    3789:9=

    Podemos escrever esta equao da seguinte forma:

    0> 0=

    Como o motor parte em y, temos uma reduo de um tero do conjugado do motor.

    2.2.2.2. DETERMINAO DAS CORRENTES DA CHAVE ESTRELA-TRINGULO

    Para determinarmos as correntes nos circuitos de uma chave estrela-tringulo, primeiro

    consideremos o diagrama unifilar da figura 2.5. Assim consideremos IK1, IK2 e IK3 as correntes

    que circulam no contatores K1, K2 e K3 respectivamente. O que nos interessa as correntes

    que circulam pelos contatores.

    Para tanto, consideremos a ligao do motor em tringulo para obtermos os respectivos

    valores de corrente. A figura 2.5 tambm tem a ligao do motor em tringulo. Considerando

    que corrente de linha igual corrente nominal:

    A; A A relao entre a corrente em delta e a corrente de linha (alimentao) dada por:

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    A A;=

    Como a corrente de delta a mesma que circula nos contatores K1 e K2, tem-se que:

    A A2 A2 A;= , BC ( A

    E sua impedncia dada por:

    D EA= D =A ( E

    Figura 2.5: diagrama unifilar da chave estrela-tringulo e a ligao do motor em delta.

    Para calcularmos a corrente no contator K3 (IK3), devemos considerar a ligao estrela, pois

    ele somente entre em funcionamento na ligao estrela do motor. A figura 2.6 mostra o

    diagrama de fora da ligao em estrela com suas respectivas correntes.

    Figura 2.6: Ligao do motor em estrela.

    Desta forma temos a corrente em estrela dada pela tenso dividida pela impedncia:

    F E=D A> E=

    = ( EA

    A> A=

    A> , ==A

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    A corrente do rel de sobrecarga FT1 a mesma do contator K1, pois o rel est ligado abaixo

    desse contator e a corrente que circula nele a mesma do contator K1. Com isso temos todas

    as correntes do circuito:

    A2 A2 , BC ( A A2= , == ( A AG0 , BC ( A A corrente de partida tem uma reduo de 33% em relao partida direta, devido a ligao

    estrela-tringulo.

    2.2.3. EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DE UMA CHAVE ESTRELA-TRINGULO

    Dimensionar uma chave de partida estrela-tringulo para um motor de 100 cv, dois plos, 380

    V/660 V 60 Hz, com tenso de comando de 220 V, tempo de partida Tp=10 s.

    Dados de placa do motor:

    HIJ K 134,44 %; NONP 8,2

    Da, obtemos a corrente de partida: R NONP ( HIJ K 1102,49 %

    Nmeros de contatos auxiliares:

    Normalmente em uma chave estrela-tringulo necessita-se, para o contator K1, de dois

    contatos NA e para os contatores K2 e K3, um contato NA e um NF.

    a. Dimensionamento dos contatores K1 e K2:

    0,58 ( U 78 % b. Dimensionamento do contator K3:

    0,33 ( U 44,4 % c. Dimensionamento do rel de sobrecorrente:

    O rel de sobrecorrente que ser utilizado dever ter uma faixa de ajuste em que esteja a

    corrente que passa pelo contator K1.

    0,58 ( U 78 % d. Dimensionamento dos fusveis: No momento da partida, a corrente de partida

    reduzida de um tero,

    0,33 ( R U 363,8 % Sendo o tempo de partida 10 segundos, temos o esboo da curva caracterstica do fusvel na

    figura 2.7.

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    Figura 2.7: Curva caracterstica do fusvel.

    Para fazer o clculo de corrente devemos atender as trs condies, como no clculo para a

    partida direta. preciso considerar a ligao do motor em estrela. Com isso teremos a

    seguinte corrente:

    0,58 ( Ento, preciso verificar as condies necessrias:

    &XY[\ 1,2 ( &XY[\ ) &XY[\], &XY[\ ) &XY[\],./ 2.2.4. VANTAGENS DA CHAVE ESTRELA-TRINGULO

    Baixo custo em relao chave compensadora

    Pequeno espao ocupado pelos componentes

    Sem limite mximo de manobras

    2.2.5. DESVANTAGENS DA CHAVE ESTRELA-TRINGULO

    Se o motor no atingir pelo menos 90% de sua rotao nominal, na comutao para a

    ligao tringulo, o pico de corrente quase o mesmo da partida direta

    O motor deve ter pelo menos seis terminais acessveis para a ligao

    O valor da tenso da rede deve coincidir com o valor de tenso da ligao tringulo do

    motor

    EXERCCIO PROPOSOTO 2.2: Projete o comando de uma chave estrela-tringulo utilizando o

    mesmo circuito de fora apresentado na figura 2.6, porm, o rel de tempo KT1 utilizado ser

    o RTW-RE da Weg. Este temporizador possui a funo de retardo na energizao, isto , aps a

    energizao do rel, inicia-se a contagem de tempo ajustado em um dial. Decorrido este

    perodo ocorrer a comutao dos contatos de sada, os quais permanecem neste estado at

    que a alimentao seja interrompida.

    Na figura a baixo temos a representao do temporizador com os contatos disponveis do rel

    de tempo do tipo RTW-RE-1E da Weg.

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    Exerccio proposto 2.3: Projete um comando para a reverso do sentido de rotao de um

    motor de induo trifsico. O comando deve permitir acionar o motor para a direita ou

    esquerda, porm, ao desligar o motor deve ser previsto uma temporizao de intertravamento

    que s permitir ligar novamente o motor aps transcorrido o tempo ajustado no

    temporizador. Isto para garantir a parada do motor, antes de outro acionamento. Use o

    mesmo temporizador do exerccio anterior.

    2.3. PARTIDA COMPENSADA

    Essa chave de partida alimenta as bobinas do motor com tenso reduzida na partida. A

    reduo da tenso feita por meio de um autotransformador em srie com as bobinas. Aps

    realizada a partida, as bobinas do motor recebem tenso nominal. Na maior parte dos casos a

    chave de partida compensadora composta dos seguintes equipamentos:

    Um autotransformador ligado em y

    Trs contatores

    Um rel de sobrecarga

    Trs fusveis retardados

    Um rel de tempo

    Pode-se optar por colocar um disjuntor motor em vez de rel de sobrecarga e fusveis

    retardados, porm nossos exemplos sero todos com rel de sobrecarga e fusveis.

    2.3.1. AUTOTRANSFORMADOR DE PARTIDA

    O autotransformador de partida possui um ncleo magntico plano, formado por trs colunas

    de chapa de ao silcio fechadas no topo. Trs enrolamentos esto localizados nas colunas. Os

    terminais inferiores desses enrolamentos so conectados em estrela, formando um centro que

    suspenso. Ao longo do enrolamento do autotransformador so feitos TAPS operacionais nas

    alturas das tenses de 50%, 65% e 80% da tenso aplicada na fase. So colocados sensores

    (sondas trmicas) que acompanham o crescimento da temperatura dos enrolamentos do

    autotransformador e impedem o acionamento se a temperatura atingir determinado valor.

    Desta forma, o conjugado motor da mquina acionada e a corrente que circula no

    enrolamento do motor ficam reduzidos por fatores correspondentes ao TAP escolhido para a

    operao. A corrente ao longo de todo o processo de partida do motor fica reduzida em

    funo da aplicao de uma tenso menor do que a nominal nos terminais do motor em

    processo de partida.

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    Como conseqncia direta deste fato, o conjugado tambm se reduz e a curva caracterstica

    de conjugado X rotao tem um valor inferior curva caracterstica de a plena tenso. Este

    novo posicionamento da curva caracterstica depende do TAP escolhido no

    autotransformador.

    Essa partida usada geralmente para motores acima de 15 cv. A partida feita em trs etapas:

    i. O autotransformador ligado primeiramente em estrela e em seguida o motor ligado

    rede por intermdio de uma parte dos enrolamentos do autotransformador. A partida

    feita com uma tenso reduzida em funo da relao de transformao. O

    autotransformador possui derivaes que permitem escolher a relao de transformao e

    a tenso reduzida mais apropriada.

    ii. Na segunda etapa, antes de passar tenso plena, a ligao em estrela aberta. Esta

    operao realizada quando se atinge a velocidade de equilbrio no final do primeiro

    perodo.

    iii. A ligao plena tenso aps a segunda etapa, em que o autotransformador desligado

    do circuito. A corrente e o conjugado de partida variam nas mesmas propores obtendo-

    se a seguinte faixa de ajuste: R^_`ab^ 1,7 c 4 defe c ghiieje hklcm

    Figura 2.8: Autotransformador trifsico com os seus TAPS.

    Na figura 2.9 temos um grfico que ilustra o comportamento da corrente de partida da chave

    compensadora com relao partida direta. Com relao ao conjugado, teremos uma partida

    de 50% a 85% do conjugado nominal, dependendo do TAP a ser escolhido, tambm ilustrado

    na figura 2.9.

    Assim temos a reduo da tenso aplicada no motor, de acordo com a derivao do

    autotransformador (TAP) no qual est ligado:

    TAP 65%: reduz para 42% o valor da partida direta

    TAP 80%: reduz para 64% o valor da partida direta

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    A chave de partida compensadora pode ser usada para partir motores sob carga, os quais

    podem ser de tenso nica e possurem apenas trs cabos.

    Figura 2.9: Conjugado e corrente de partida na chave compensadora.

    2.3.2. ESQUEMA DE LIGAO DA CHAVE COMPENSADORA

    Figura 2.10: Diagrama de fora e comando de uma chave compensadora.

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    Pressionando o boto SH1, acionado o contator K3, que fecha o lado secundrio do

    autotransformador e atravs de seu contato NA-13/14 energiza a bobina do contator K2,

    conectando o autotransformador rede. K2 fica selado pelo seu contato NA-13/14 (este

    mesmo contato tambm serve para selar K3 observe que o NA-13/14 de K3 fica fechado).

    Com K3 e K2 fechados nesta sequncia, o motor parte com tenso reduzida.

    O contato NA-43/42 de K2 energiza o rel de tempo KT1. Aps transcorrido o tempo

    programado em KT1, o contato NF-15/16 de KT1 comuta e K3 desenergizado. Ento

    fechado o contato NF-21/22 de K3 e atravs do contato NA-13/14 de K2 energizado a bobina

    de K1.

    Com a energizao de K1, seu contato NF-21/22 abre, desenergizando K2 e o contator K1 se

    mantm acionado pelo seu contato NA-13/14. Com isso, o motor passa a receber a tenso

    plena da rede.

    Para desligar o comando, basta pressionar a botoeira NF SH0. O rompimento do fusvel de

    comando F21 ou a atuao do rel de sobrecarga (rel FT1 contato NF-95/96) ou a atuao da

    proteo contra alta temperatura no enrolamento do autotrafo (o termistor T1 X1/X2)

    provocam o desligamento do motor, somente possibilitando a nova partida aps restabelecido

    estes dispositivos de proteo.

    2.3.3. EQUACIONAMENTO DA CHAVE DE PARTIDA COMPENSADORA

    2.3.3.1. CONJUGADO DE PARTIDA DA CHAVE COMPENSADORA

    Como utilizado um autotransformador para a partida do motor, devemos levar em conta as

    equaes que relacionam as suas tenses e correntes.

    39n8o:op9n8o:o

    3o:opo:o o o o 89;ot :9 n8ot8uot

    A9n8o:o ( p9n8o:o Ao:o ( po:o U A9n8o:o Ao:o ( o

    Figura 2.11: Autotransformador e suas correntes.

    J vimos que o torque dado pela equao:

    0 2 ( 3 Sendo:

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    4: Torque do motor; 5: Constante do motor e 6: Tenso do motor O torque de partida nominal pode ser escrito da seguinte forma: 0v 2v ( 3

    Como: 3o:o39n8o:o o o conjugado com a adio da chave compensadora ser: 0vw 2vw ( 3o:o

    Assim: 0vw 2vw o ( 39n8o:o Como a tenso de entrada do autotransformador a prpria tenso da fonte de alimentao,

    teremos:

    0vw 2vw o ( 3 U 0vw o ( 2vw 3 U 0vw o0v A equao mostra que o conjugado compensado o produto do conjugado nominal (obtido

    com a aplicao da tenso nominal do motor) pela relao do nmero de espiras ao quadrado.

    Assim, se for aplicado uma relao de transformao de 0,5, o conjugado fica reduzido a 25%

    do conjugado nominal. No quadro abaixo temos a representao da relao entre os

    conjugados dos TAPS comercialmente mais encontrados:

    Tabela 2.1: Conjugados de acordo com os TAPS de autotransformadores comerciais.

    fundamental conhecer o conjugado resistente imposto pela carga no processo de partida

    para escolher o TAP que ser utilizado, pois como foi visto a reduo do conjugado de partida

    muito grande e o motor pode no ter conjugado suficiente para vencer o conjugado

    resistente da carga e no partir.

    2.3.3.2. DETERMINAO DAS CORRENTES DA CHAVE COMPENSADORA

    Para determinarmos as correntes no circuito da chave compensadora, primeiramente vamos

    considerar o diagrama unifilar do circuito de fora abaixo.

    Figura 2.12: Diagrama unifilar do circuito de fora

    de uma chave compensadora.

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    No contator K1 temos a corrente nominal aplicada:

    A2 A Como a impedncia do motor constante, sendo aplicado corrente e tenso nominal tem-

    se: D EA Desta forma, quando aplicarmos a tenso reduzida, temos: D 2(EA

    Como a impedncia constante: EA

    2(EA Como a potncia no primrio a mesma que a do

    secundrio pode escrever a seguinte equao:

    E ( A xc jeh yilkilc c jeh hklcm Av8 A z mh{h: v8 Ev8 ( Av8 As equaes do secundrio so as seguintes:

    E ( A; E 2 ( E; A 2 ( A Fazendo a igualdade das potncias do primrio e secundrio:

    v8 Ev8 ( Av8 | E ( A 2 ( E ( 2 ( A E ( A} | A} 2 ( A Ento a corrente no contator K2 dada por: A} 2 ( A Clculo da corrente no contator K3:

    A A} ~ A}= | A}= A A} A}= A 2 ( A | A}= 2 ( A 2 ( A A}= A2 2

    A corrente no rel de sobrecarga FT1 a mesma que no contator K1, pois o rel est ligado

    abaixo deste contator e a corrente que circula nele a mesma do contator K1. Com isso temos

    todas as correntes do circuito.

    A} A; A} 2 ( A; A}= Ax2 2z; 9 AG0 A2 A tabela 2.2 mostra os valores das correntes nos contatores K2 e K3 para os seguintes TAPS

    dos autotransformadores:

    Tabela 2.2: Corrente nos contatores K2 e K3 a partir das relaes de TAPs do autotrafo.

    A reduo da corrente de partida proporcional ao quadrado do fator de reduo K.

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    2.3.4. EXEMPLO DE DIMENSIONAMENTO DE UMA CHAVE COMPENSADORA

    Dimensionar uma chave de partida compensadora para um motor de 30 cv, oito plos, 220

    V/60 Hz, com tenso de comando de 220 V, TAP de 80% e tempo de partida

    4R 15 e{h. Dados de placa do motor:

    J K 77,1 %; R 8; R 617 %

    a. Dimensionamento do contator K1: 77,1 % b. Dimensionamento do contator K2: 5 ( 0,8 ( 77,1 49,3 %

    c. Dimensionamento do contator K3: H 5 5 H 77,10,8 0,8 H 12,3 %

    d. Dimensionamento do rel de sobrecarga: ./ ./ 77,1 % Deve ser escolhido um rel que tenha a faixa de ajuste dentro da corrente nominal do motor.

    e. Dimensionamento dos fusveis: A corrente de partida se reduz pelo fator 5, e como estamos considerando K=0,8, temos 5 0,64

    Assim: R^_`ab^ 617 ( 0,64 R^_`ab^ 394,9 % e considerando o tempo de partida 15 s. No esboo da curva do fusvel, temos:

    Figura 2.13: Esboo da curva do fusvel.

    O fusvel escolhido ser o de 125 A.

    ; 5 ( ; H 5 5; e ./ 2.3.5. VANTAGENS DA CHAVE COMPENSADORA

    Na comutao do TAP de partida para a tenso da rede, o motor no desligado e o

    segundo pico bem menor.

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    Para que o motor possa partir satisfatoriamente, possvel variar o TAP de 65%, 80% ou

    at 90% da tenso da rede.

    O valor da tenso da rede pode ser igual ao valor da tenso da ligao tringulo ou estrela

    do motor.

    O motor somente necessita de trs bornes externos.

    2.3.6. DESVANTAGENS DA CHAVE COMPENSADORA

    Limitao de manobras.

    Custo mais elevado em funo do autotransformador.

    Maior espao ocupado no painel devido o tamanho do autotransformador.

    EXERCCIO PROPOSTO 2.4: Projete o comando de uma chave compensadora e utilize o mesmo

    circuito de fora da figura 2.10, porm, utilize um rel de tempo tipo RTW-RD da Weg. Este

    rel do tipo retardo na desenergizao, ou seja, aps a energizao do rel, os contatos de

    sada comutam instantaneamente. Quando se retira a tenso do rel, os contatos retornam

    posio original depois de transcorrido o tempo programado no rel.

    EXRCCIO PROPOSTO 2.5: Projete uma chave compensadora que utiliza um autotransformador

    para partir 2 motores. Veja bem, voc ter um autotransformador a poder partir qualquer

    dos motores (M2 e M2) desde que no seja simultaneamente. No esquece de colocar no

    sistema de comando o termistor em srie para proteo do autotrafo por sobreaquecimento.

    3. PARTIDA ELETRNICA (SOFT STARTER)

    Com o advento da eletrnica de potncia, torna-se cada vez mais econmico e prtico o uso de

    chaves eletrnicas de partida de motores. As chaves de partida soft-starter so destinadas ao

    comando de motores, assegurando a acelerao e desacelerao progressivas e permitindo

    uma adaptao da velocidade s condies de operao.

    A alimentao do motor, quando colocado em funcionamento, feito por aumento

    progressivo de tenso, o que permite uma partida sem golpes e reduz o pico de corrente. Isso

    obtido por meio de um conversor com tiristores antiparalelo, montados de dois a dois em

    cada fase da rede.

    A subida progressiva de tenso pode ser controlada pela rampa de acelerao ou dependente

    da corrente de limitao, ou ligada a estes dois parmetros. Assim a soft-starter assegura:

    O controle das caractersticas de funcionamento, principalmente durante os perodos de

    partida e parada;

    A proteo trmica do motor e do controlador;

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    A proteo mecnica da mquina acionada por supresso dos golpes e reduo da

    corrente de partida.

    Utilizando a partida direta, os motores de induo apresentam surtos de corrente e conjugado

    indesejveis. Para minimizar tais surtos, usamos as partidas estrela-tringulo e compensadora.

    De fato estas tcnicas conseguem uma reduo na corrente de partida, porm a comutao

    por degraus de tenso. Entretanto nenhuma delas se compara com a partida suave. A figura a

    baixo permite comparar as curvas de comportamento da corrente de partida para as tcnicas

    mais usais:

    Figura 3.1: Comparativo entre as tcnicas de partida.

    3.1. FUNCIONAMENTO DA SOFT-STARTERS

    O funcionamento de soft-starters est baseado na utilizao de tiristores, ou melhor, de uma

    fonte tiristorizada, na configurao antiparalela, que comandada por uma placa de controle

    eletrnica, a fim de ajustar a tenso de sada, conforme programao feita pelo usurio. Veja

    na figura 3.2 o diagrama simplificado de uma soft-starter. A soft-starter controla a tenso da

    rede, por meio do circuito de potncia constitudo por seis tiristores, variando-se o ngulo de

    disparo dos tiristores, variamos a valor da tenso eficaz aplicada ao motor.

    Vamos analisar o circuito de potncia e o circuito de controle da chave soft-starter.

    Figura 3.2: Diagrama de blocos simplificado de uma soft-starter.

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    3.1.1. CIRCUITO DE POTNCIA

    Este circuito formado por tiristores, onde circula a corrente de carga para o motor, as

    protees e por sensores (geralmente TC).

    O circuito RC (snubber) representado no sistema a cima, tem como funo a proteo dos

    tiristores devido a variao de tenso . O TC fornece informaes para a proteo e manuteno do controle de corrente em

    valores pr-definidos.

    3.1.2. CIRCUITO DE CONTROLE

    o bloco responsvel pelo comando, proteo e sinalizao do circuito de potncia, bem

    como os circuitos utilizados para comando, sinalizao e interface homem/mquina (IHM), que

    so configurados pelo usurio em funo da aplicao.

    3.2. PRINCIPAIS FUNES DA SOFT-STARTER

    As chaves soft-starter so, hoje totalmente digitais e permitem programao pelo usurio, de

    acordo com a aplicao desejada. Os tiristores so comandados por um microprocessador,

    com as seguintes funes bsicas:

    Controle das rampas de acelerao e desacelerao;

    Limitao de corrente ajustvel;

    Conjugado na partida;

    Frenagem por injeo de corrente contnua;

    Proteo dos acionamentos por sobrecarga;

    Proteo do motor por sobrecarga ou partidas demasiadamente freqentes;

    Deteco de desequilbrio falta de fase ou falha nos tiristores;

    Vamos descrever estas funes bsicas, porm convm ressaltar que cada fabricante muitas

    funes em seus produtos os quais denominamos parmetros de programao.

    3.2.1. RAMPA DE TENSO NA ACELERAO

    Ao configurar este parmetro, o usurio determina que a partida do motor seja controlada por

    uma rampa de tenso inicial 6R (a qual deve garantir o torque de partida) sendo acelerado at 100% da tenso da rede de alimentao, dentro do intervalo de tempo 4 tambm configurvel.

    Levando em conta que o conjugado proporcional ao quadrado da tenso e que a corrente

    cresce linearmente, podemos controlar o conjugado de partida do motor, assim como a sua

    corrente de partida em funo do controle da tenso eficaz aplicada aos seus terminais.

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    Figura 3.3: Representao da rampa de acelerao e da tenso aplicado ao motor durante a

    rampa e aps a acelerao durante o tempo de partida setado.

    Figura 3.4: Curvas caractersticas durante a rampa de acelerao do motor.

    O valor da tenso de partida 6R deve ser ajustado de acordo com o tipo de carga acionada. Vejamos dois exemplos:

    a. BOMBAS

    Para esta aplicao, o valor da tenso de partida no deve receber um valor elevado, a fim de

    evitar golpes de arete, que se traduz pela onda de presso da coluna de lquido durante os

    processos de partida/parada. Concomitantemente a tenso no pode se setada com valor

    muita baixo, sob pena de falta de torque para acelerar, por isso o conjugado do motor deve ser

    no mnimo superior a 15% do conjugado resistente.

    b. VENTILADORES

    Assim como as bombas, o valor de ajuste da tenso de partida deve ser baixo o suficiente para

    garantir torque suficiente. O ajuste do tempo de partida no deve ser muito curto. Pode-se

    usar a limitao de corrente de partida para entender o tempo de partida, enquanto a inrcia

    do sistema superada. O conjugado de partida do motor deve estar no mnimo a 15% superior

    ao conjugado do ventilador.

    3.2.2. RAMPA DE TENSO NA DESACELERAO

    Existem duas possibilidades para que seja executada a parada do motor: por inrcia, em que a

    soft-starter leva instantaneamente a tenso de sada a zero, assim o motor vai perdendo

    gradativamente velocidade de acordo com a energia cintica da carga.

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    Da mesma maneira que a soft-starter permite a partida suave do motor, tambm possibilita a

    parada suave. Na parada controlada, a soft-starter reduz gradativamente a tenso dentro de

    um tempo predefinido.

    Na rampa de desacelerao, o valor da tenso 6 reduz o seu valor na forma de uma rampa decrescente at o valor de desligamento final, em que o motor pra de girar, retirando a

    tenso dos seus terminais. O tempo de desligamento pode ser configurado, de acordo com o

    range permitido por cada fabricante, assim com a tenso de desligamento 6.

    Figura 3.5: Rampa de tenso de desacelerao.

    Figura 3.6: Forma da onda da tenso na rampa de desacelerao.

    3.2.3. PULSO DE TENSO DE PARTIDA (KICK START)

    Esta funo aplicada em cargas de elevada inrcia de partida, onde se exige um esforo extra

    do acionamento, em funo do alto conjugado resistente.

    Ento, neste caso, aplicada uma tenso inicial maior do que a definida na rampa de

    acelerao. um pulso de tenso com amplitude e durao programveis.

    Esta aplicao de rampa de tenso muito til em situaes onde se necessite de uma parada

    suave do ponto de vista mecnico. Principalmente em bombas centrfugas, onde precisa

    minimizar os golpes de arete.

    Figura 3.7: Representao da funo kick start.

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    Deve-se habilitar este parmetro somente onde ele seja estritamente necessrio pois ao

    habilit-lo via de regra a funo limitao de corrente ser desabilitada durante a durao do

    pulso de kick start.

    3.2.4. LIMITAO DE CORRENTE

    Na maioria dos casos em que a carga apresenta uma inrcia elevada, utilizada esta funo,

    que faz com que o sistema rede e soft-starter forneam ao motor somente a corrente que seja

    necessria para a acelerao da carga. Este recurso garante um acionamento realmente suave.

    A limitao de corrente tambm muito utilizada na partida de motores cuja carga apresenta

    um valor mais elevado de momento de inrcia.

    3.3. PROTEES

    Alm da partida e parada de motores de induo, a soft-starter executa a funo de proteo

    do motor, emitindo um alarme quando da atuao de uma proteo, permitindo que o usurio

    verifique o erro ocorrido. Podemos encontrar algumas funes, tais como:

    Sobrecorrente imediata na sada: Ajusta o mximo valor de corrente que a soft-starter

    pode conduzir para o motor, por um tempo predeterminado.

    Figura 3.8: Sobrecorrente imediata.

    Subcorrente imediata: Ajusta o mnimo de corrente que a soft-starter pode conduzir para

    o motor, por um tempo predeterminado. Esta funo serve para aplicaes onde o sistema

    de acionamento no pode trabalhar a vazio, como por exemplo, sistemas de

    bombeamento.

    Figura 3.9: Subcorrente imediata.

    Outros parmetros: Alm dos parmetros j citados, a soft-starter possui vrias protees,

    dependendo do fabricante do equipamento, como por exemplo: sobretemperatura nos

    tiristores, sequncia de fase invertida, falta de fase na rede, falta de fase no motor.

    Econmia de energia eltrica: Quando o motor opera com carga reduzida,

    conseqentemente com baixo fator de potncia. A soft-starter tem uma funo que

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    aperfeioa o ponto operacional do motor, minimizando as perdas de energia reativa,

    fornecendo apenas a energia ativa requerida pela carga, o que caracteriza um

    procedimento de economia de energia eltrica. A funo de economia de energia eltrica

    utilizada com vantagens em aplicaes onde o motor permanece funcionando a vazio

    por um longo perodo de tempo. Isto feito reduzindo-se a tenso aplicada aos terminais

    do motor durante o tempo em que o mesmo permanece operando com baixo corrente de

    carga ou a vazio. Reduzindo a tenso, reduz-se a corrente a vazio, e conseqentemente as

    perdas no ferro que so proporcionais ao quadrado da tenso.

    Na prtica, a funo de otimizao de energia s faz sentido ao ser ativada quando a carga

    for menor que 50% da carga nominal durante um perodo de operao superior a 50% do

    tempo de operao do motor

    Figura 3.10: Forma de onda durante a funo economia de energia.

    3.4. DESCRIO DOS PARMETROS

    Os parmetros so agrupados de acordo com suas caractersticas e particularidades, conforme

    apresentados em seguida.

    PARMETROS DE LEITURA: Variveis que podem ser visualizadas no display, mais no podem

    ser alteradas pelo usurio, como por exemplo: tenso, corrente, potncia ativa.

    PARMETROS DE REGULAO: So os valores ajustveis a serem utilizados pelas funes da

    soft-starter, como por exemplo: tenso inicial, tempo de rampa de acelerao, tempo de

    rampa de desacelerao.

    PARMETROS DE CONFIGURAO: Definem as caractersticas da soft-starter, as funes a

    serem executadas, bem como as entradas e sadas, como por exemplo: parmetros dos rels

    de sada e das entradas da soft-starter.

    PARMETROS DO MOTOR: Define as caractersticas nominais do motor, como por exemplo:

    ajuste da corrente do motor.

    PARMETROS DEFAULT: So as configuraes originais de fbrica, configurados para atender

    o maior nmero de aplicaes na tentativa de reduzir a programao por parte do usurio.

    3.5. FORMAS DE LIGAO

    Existem vrias formas de ligar a soft-starter, as quais esto elencadas a seguir:

    3.5.1. LIGAO DIRETA

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    Nesse tipo de ligao, o motor ligado diretamente soft-starter. Dependendo do modelo da

    soft-starter, pode ser ligada diretamente, ou com auxlio de contatores, fusveis e rels de

    sobrecorrente, como indicado na figura 2.16 a abaixo.

    Figura 3.11: Ligao direta da soft-starter.

    3.5.2. LIGAO COM CONTATOR EM PARALELO (CONTATOR DE BY PASS)

    Essa ligao feita para diminuir as perdas na soft-starter quando o motor est em regime

    normal de trabalho. Para tanto utilizado um contator em paralelo quando o motor estiver

    em regime normal de trabalho. Veja a figura a baixo.

    Figura 3.12: Ligao de contator de by-pass.

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    3.5.3. LIGAO EM PARTIDA SEQUENCIAL DE DIVERSOS MOTORES

    Podem ser ligados diversos motores com a mesma soft-starter, reduzindo os custos das

    partidas. Para tanto, partido um motor, e aps ser concluda a sua partida, esse motor

    alimentado com a tenso da rede, e a soft-starter fica liberada para fazer a partida de outro

    motor.

    Figura 3.13: Partida seqencial de motores.

    Para a partida seqencial recomenda-se o uso de motores da mesma potncia e caractersticas

    de carga, assim pode ser utilizado o mesmo ajuste para todos os motores. Se forem utilizados

    motores com potncias ou cargas diferentes, devem ser ajustados os parmetros de cada

    motor em separado, via entrada digital ou via rede.

    3.5.4. LIGAO SIMULTNEA DE DIVERSOS MOTORES

    Para efetuar esta ligao, a capacidade da soft-starter deve ser maior ou igual soma das

    potncias de todos os motores.

    Figura 3.14: Ligao simultnea de motores com soft-starter.

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    3.5.5. DIAGRAMA DE COMANDO DA SOFT-STARTER

    A soft-starter possui um determinado nmero de entradas e sadas digitais e analgicas. As

    sadas podem ser parametrizadas para comando: ligar e desligar a soft-starter etc; sinalizao:

    alarme, sobrecorrentes, falta de alimentao etc; controle: indicao de final de rampa etc. As

    tenses de operao desses rels e sadas digitais podem ser 110 VCA a 240 VCA a 24 VDC,

    dependendo do fabricante.

    Figura 3.15: Diagrama de comando de uma soft-starter.

    4. INVERSORES DE FREQUNCIA NO ACIONAMENTO DE MOTORES

    4.1. INTRODUO AO INVERSOR DE FREQUNCIA

    H alguns anos, para se ter um controle preciso de velocidade era utilizado motores de

    corrente contnua. Entretanto isto acarretava diversos problemas, como custo do motor e

    necessidade de retificao da tenso de alimentao. Atualmente podemos utilizar um

    dispositivo eletrnico denominado inversor de freqncia, para o controle de velocidade de

    motores de induo, mais baratos que os de corrente contnua, ficando o uso de motores CC

    para situaes especficas.

    O mtodo mais eficiente para o controle de velocidade de motores de induo trifsicos, com

    menores perdas no dispositivo responsvel pelo controle de velocidade, consiste na variao

    de freqncia f1 da fonte alimentadora atravs de conversores de freqncia, em que o motor

    pode ser controlado de modo a prover um ajuste contnuo de velocidade e conjugado com

    relao carga mecnica.

    Os motores de induo so equivalentes a um transformador em que o primrio o estator e

    o secundrio o rotor. Pelo equacionamento da mquina assncrona, o conjugado

    desenvolvido pelo motor assncrono dado pela seguinte equao:

    u. A E a tenso aplicada na bobina de um estator dada por:

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    , pu Sendo:

    C conjugado do motor (N.m)

    * fluxo de magnetizao (Wb) I2 corrente no rotor (A)

    E2 tenso no estator (V)

    f1 freqncia na rede

    N1 nmero de espiras no estator

    O fluxo alternado 1, resultante da tenso no estator U1 , induz no rotor uma f.e.m. a qual

    produz um fluxo 2 proporcional tenso U2 e inversamente proporcional frequncia.

    Portanto temos:

    u E

    Para possibilitar a operao do motor com torque constante para diferentes velocidades,

    deve-se fazer variar a tenso E proporcionalmente com a variao da frequncia , mantendo desta forma, o fluxo constante.

    4.2. FUNCIONAMENTO DO INVERSOR DE FREQUNCIA

    Os inversores utilizam a converso CA/CC e, por fim, em CA novamente. Os inversores podem

    ser classificados pela sua topologia, que dividida em trs partes: retificao de entrada,

    controle do circuito intermedirio e sada.

    Figura 4.1: Circuito de um conversor de frequncia.

    RETIFICADOR: Na rede de entrada, a frequncia fixa em 60 Hz, sendo transformada em CC. O

    filtro transforma esta CC com o valor aproximadamente em 3 389:9. CONTROLE DE CHAVEAMENTO: Na figura a cima tem o esquema simplificado de um inversor

    de frequncia (conversor). A tenso de entrada (j em CC) conectada aos terminais de sada

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    pelos transistores T1 a T6, que funcionam no corte ou saturao, como uma chave esttica. O

    controle desses circuitos executado pelo controle de chaveamento, de forma a obter um

    sistema de tenso CA, onde as fases esto 120 defasadas.

    Devem ser escolhidas a tenso e a frequncia que permitam que seja proporcional frequncia mantendo assim, o fluxo e o torque sejam constantes. INVERSOR: O circuito de controle fornece pulsos para as bases dos transistores (circuito

    inversor), que atuando sobre a tava de chaveamento, varia a frequncia do CA de sada, bem

    como o nvel de tenso CA.

    A tenso de sada varia segundo o mtodo de modulao utilizado, sedo o PWM (pulse width

    modulation) o mais utilizado em inversores de frequncia. Este mtodo fornece uma corrente

    senoidal ao motor para uma frequncia na faixa de modulao de 2 KHz

    Figura 4.2: Modulao por PWM.

    Desta forma, possvel variar a velocidade do motor de induo. A forma de controle pode ser

    vetorial ou escalar. A escalar a mais utilizada, sendo dada por uma relao direta entre a

    tenso e a frequncia.

    Figura 4.3: Grfico da tenso e x frequncia e a regio de enfraquecimento de campo.

    Mantendo-se a tenso, possvel elevar frequncia alm da nominal, porm, ocorre o

    enfraquecimento do campo, com conseqente queda do conjugado motor.

    Deve-se atentar para operaes abaixo de 50% da velocidade nominal, pois os motores de

    induo so autoventilados, e neste caso, o fluxo de ar pela carcaa ser ineficiente e a

    potncia fornecida pelo motor deve ser reduzida.

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    Nos motores de induo trifsicos com ventilao independente, a troca de calor independe

    da velocidade do eixo, podendo utilizar at 90% do conjugado nominal do motor a partir de 10

    Hz.

    4.3. TIPOS DE INVERSORES DE FREQUNCIA

    O que diferencia a arquitetura e funcionamento dos inversores so as variaes que ocorrem

    no circuito de controle. Basicamente h dois tipos de inversores.

    4.3.1. INVERSOR ESCALAR

    Este inversor somente pode ser usado em aplicaes onde somente exigido o controle de

    velocidade sem o controle do torque desenvolvido e sem conhecimento da dinmica de

    controle. So sistemas que imprimem certo erro de velocidade que, dada a aplicao, pode ser

    facilmente assimilado pelo sistema controlado. Os motores acionados por esta famlia de

    inversores tm ou devem atender a exigncias normais e o controle feito por malha aberta

    (sem realimentao), isto , no existe geralmente um tacogerador instalado no eixo do motor

    para realimentar o sistema de controle do inversor.

    4.3.2. INVERSOR VETORIAL

    O avano das tcnicas de controle permitiu que as novas estruturas de comando geradas

    pudessem atender s sofisticas solicitaes de controle de velocidade com respostas rpidas e

    de alta preciso.

    As mquinas de corrente contnua com sistema de controle de malha fechada j atendiam a

    estas solicitaes e, no acionamento em potncia, tinham total hegemonia. Com os avanos

    tericos das tcnicas vetoriais de controle, em que a avaliao das variveis internas do motor,

    num processo dinmico, efetuada e passada ao sistema de controle do inversor, a regulao

    da mquina de induo trifsica tornou-se mais precisa e mais prxima da obtida com

    maquinas de corrente contnua.

    A corrente de armadura do motor, menos as perdas no ferro, pode ser analisada como

    formada por duas parcelas distintas: aquela que responsvel pela magnetizao da mquina

    e, conseqentemente, pelo fluxo magntico que atravessa o entreferro da mquina e, aquela

    outra parcela do ramo de fora do circuito.

    Portanto, tendo o conhecimento dessas grandezas, tem-se conhecimento dos fluxos de

    energia que a mquina necessita, por meio da anlise da corrente da armadura. O sinal vido do

    eixo do motor, coletado por um tacogerador de pulso, fornece uma malha fechada de

    controle, o que possibilita:

    Alto desempenho dinmico

    Operao suave no intervalo de velocidades especificadas para o inversor (conversor)

    Pequenas oscilaes no conjugado do motor, quando ocorrem variaes na carga

    Grande preciso de velocidade

    A maioria dos inversores utilizados do tipo escalar, como j foi dito. S utilizaremos o tipo

    vetorial em duas ocasies:

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    Extrema preciso de rotao

    Torque elevado para baixas rotaes ou a zero rpm (guindastes, pontes rolantes,

    elevadores, etc.)

    4.4. BLOCOS COMPONENTES DO INVERSOR

    Figura 4.4: Blocos componentes do inversor de frequncia.

    4.4.1. BLOCO CPU

    A CPU pode ser formada por um microcontrolador ou microprocessador. Isto depende apenas

    do fabricante. De qualquer forma, neste bloco que todos os parmetros e dados do sistema

    esto armazenados, visto que tambm uma memria esta integrada a esse conjunto. A CPU

    no apenas armazena as informaes relativas ao sistema (equipamento), como tambm

    executa a funo mais vital para o inversor funcionar, qual seja, a gerao de pulsos para a

    base transistores de sada, por meio de uma lgica de controle.

    4.4.2. BLOCO IHM

    Figura 4.5: A IHM do inversor de frequncia da Weg.

    A IHM a interface homem/mquina. atravs deste dispositivo que podemos visualizar o

    que est ocorrendo no inversor (display) e parametriz-lo de acordo com a aplicao (teclas).

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    4.4.3. BLOCO INTERFACES

    A maioria dos inversores podem ser comandados por dois tipos de sinais: analgicos ou

    digitais. Normalmente quando queremos controlar a velocidade de rotao de um motor de

    induo no inversor, utilizamos uma tenso analgica de comando. Essa tenso situa-se entre

    0 a 10 volts CC. A velocidade de rotao proporcional ao seu valor.

    Para inverter o sentido de rotao, basta inverter a polaridade do sinal analgico (de 0 a 10

    VCC, sentido horrio e -10 a 0 VCC, sentido anti-horrio). Este um sistema muito utilizado em

    mquinas e ferramentas automticas.

    Alm da interface analgica, o inversor possui entradas digitais. Com um parmetro de

    programao podemos selecionar a entrada vlida (analgica ou digital).

    4.4.4. BLOCO ETAPA DE POTNCIA

    A etapa de potncia constituda por um circuito retificador, que alimenta (atravs de um

    circuito intermedirio chamado barramento CC) o circuito de sada inversor (mdulo IGBT).

    4.5. SISTEMA DE ENTRADA DE DADOS E SADA DE DADOS

    O sistema de sada e entrada de dados composto por dispositivos responsveis pela

    interligao entre o homem e a mquina. So dispositivos por onde o homem pode introduzir

    informaes na mquina ou por onde a mquina pode enviar informaes ao homem. Para os

    inversores podemos citar os seguintes dispositivos:

    Interface homem/mquina

    Entradas e sadas analgicas

    Entradas e sadas digitais

    4.6. FORMAS DE VARIAO DE VELOCIDADE EM UM INVERSOR DE FREQUNCIA

    A principal funo de inversor de frequncia a variao de velocidade do motor eltrico.

    Existem algumas formas de promover esta variao de velocidade. Vejamos algumas:

    4.6.1. ACIONAMENTO PELA IHM

    Figura 3.6: Ligao de um inversor a um motor eltrico trifsico.

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    Uma das formas de se realizar o controle de velocidade de um inversor de frequncia o

    acionamento pelas teclas da IHM. Para tal, deve se colocar o inversor em modo local, e pelo

    teclado, pode-se decrementar e incrementar a velocidade do motor localmente, bem como

    inverter o sentido de giro do motor.

    4.6.2. ACIONAMENTO PELAS ENTRADAS DIGITAIS

    Em uma aplicao industrial, torna-se invivel o acionamento de um inversor localmente

    direto nas teclas de sua IHM. Assim, a grande maioria de aplicaes com inversores de

    frequncia realizada por meio de comandos remotos. Para isso, deve-se colocar o inversor

    em modo de acionamento remoto e, por meio de botes externos, acionar ou desativar o

    motor e ainda, inverter o seu sentido de giro.

    4.6.3. ACIONAMENTO PELA FUNO MULTISPEED

    O multispeed utilizado quando se deseja at oito velocidades fixas pr-programadas. Permite

    o controle da velocidade de sada relacionando os valores definidos por parmetros, conforme

    combinao lgica das entradas digitais programadas para multispeed.

    Para a ativao da funo multispeed, primeiramente preciso fazer com que a fonte de

    referncia seja dada pela funo multispeed, colocar o inversor em modo remoto e programar

    uma ou mais entradas para multispeed, conforme a tabela a baixo.

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    Figura 3.7: Tabela de parmetros e grfico de velocidade da funo multispeed do inversor

    CFW 08 da Weg.

    4.6.4. ACIONAMENTO PELAS ENTRADAS ANALGICAS

    Em muitas aplicaes industriais, deseja-se um controle de velocidade desde 0% at 100%.

    Como vimos anteriormente, esse controle no possvel se utilizarmos entradas digitais. Para

    efetuarmos esse tipo de controle, pode-se trabalhar com entradas analgicas do inversor por

    meio de sinais tenso (0 a 10 volts) ou sinais de corrente (4 a 30 mA). Esse acionamento pode

    ser realizado de duas maneiras:

    4.6.5. PELO POTENCIMETRO

    O inversor de frequncia possui em seus bornes uma fonte de 10 VCC, assim, pode-se conectar

    um potencimetro na configurao de divisor de tenso para aplicar uma tenso varivel de 0

    a 10 VCC.

    4.6.6. PELA FONTE DE TENSO OU CORRENTE EXTERNAS

    Esse tipo de configurao um dos mais utilizados quando se quer controlar a velocidade do

    inversor remotamente. O fornecimento de tenso ou corrente feito por um controlador

    externo, como um controlador lgico programvel (CLP).

    4.7. CONSIDERAES SOBRE O USO DE INVERSORES DE FREQUNCIA

    Perda de potncia: O inversor no fornece uma forma de onda perfeitamente senoidal, o

    que traz perdas ao motor na faixa de 15%.

    Influncia sobre os capacitores: Os capacitores so afetados quando percorridos por

    correntes de alta frequncia. Deve ser ter ateno para evitar que o motor seja submetido

    sobretenses devido a essa influncia.

    Sobretenses no isolamento: A comutao no inversor realizada em alta frequncia,

    provocando elevados picos de tenso que afetam o isolamento das espiras entre fases e

    entre fase e neutro.

    Limite do comprimento do circuito do motor: Uma onda de tenso injetada no terminal

    de fonte de circuito do motor, que tem uma determinada impedncia caracterstica, e

    atinge o terminal de carga em que esto ligadas as bobinas, cuja a impedncia

    caracterstica bem maior que a primeira, o que pode resultar no fenmeno da refrao e

    reflexo da onda. Assim, o motor pode ser submetido elevao de tenso nos seus

    bornes. A equao a seguir mostra o comprimento do cabo, em que podem surgir

    anomalias danosas isolao do motor:

    _ KO./O Sendo: 6RJ a velocidade de propagao da onda de tenso (150 k ) 4R Tempo de crescimento do pulso

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    Figura 3.8: Comprimento crtico do cabo.

    Distoro harmnica: Como a forma de onda no senoidal, h distoro harmnica,

    tanto de tenso quanto de corrente, o que afetar o rendimento do motor. Portanto,

    para manter a elevao de temperatura do motor dentro da sua classe de isolao,

    necessrio reduzir o torque por meio de um fator apresentado na figura a baixo.

    Figura 3.9: Fator de reduo de torque por distoro harmnica.

    Para se obter o rendimento de um motor de induo, acionado por um inversor de frequncia,

    deve-se utilizar a seguinte equao:

    _ _`

    1 ~ _` 1

    Sendo:

    _ rendimento do motor trabalhando com o inversor de frequncia rendimento do motor acionado por uma onda senoidal _` fator de reduo de torque por distoro harmnica 5. CONTROLADOR LGICO PROGRAMVEL

    O primeiro controlador totalmente programvel foi desenvolvido em 1969 pela empresa de

    engenharia Bedford Associates. Este primeiro CLP foi construdo atendendo a uma

    especificao da General Motors em 1968.

    A indstria automobilstica uma grande consumidora de rels eletromagnticos para

    controlar os processos seriados de fabricao na sua linha de montagem. Nestas indstrias, a

    cada mudana no processo de montagem, erra muito trabalhoso alterar a lgica baseada em

    rels montados em painis eltricos, alm dos altos custos envolvidos.

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    Surgi ento, a idia de se desenvolver um dispositivo de estado slido, com caractersticas de

    um computador e que pudesse ser reprogramado conforme a mudana de lgica na linha de

    produo sem a necessidade de alterao de hardware ou rels eletromagnticos.

    Baseado ento, nas especificaes da General Motors, a Bedford Associates apresentou o

    MODICON (Modular Digital Controller). O MODICON era um dispositivo que poderia funcionar

    em varias operaes distintas e facilmente programvel. O primeiro CLP comercial foi o

    MODICON 084.

    Figura 5.1: MODICON 084 o primeiro CLP comercial.

    Uma classificao histrica do CLP, em funo do sistema de programao utilizado:

    1. Gerao: Caracterizavam-se pela programao dependente do hardware utilizado. Sendo o

    Assembly a linguagem utilizada, esta linguagem depende do processador utilizado pelo

    hardware. O programa era gravado em uma memria EPROM gravada em laboratrio durante

    a construo do CLP.

    2. Gerao: Aparecem as primeiras linguagens de programao no to dependentes do

    hardware. Utilizavam terminais de programao para gravar nas EPROM o programa monitor

    do usurio. Aps as EPROM serem programadas, eram colocadas no CLP.

    3. Gerao: O CLP j tem uma porta de programao, onde um terminal de programao

    pode ser conectado, sendo possvel apagar e regravar a memria do CLP. A estrutura fsica

    tambm sofre alterao, seguindo a tendncia de se tornarem dispositivos modulares.

    4. Gerao: O CLP passa a ter uma porta de comunicao serial, podendo ser programados

    por microcomputadores. As vantagens eram poder ser utilizado varias linguagens de

    programao e poder fazer simulaes e testes.

    5 Gerao: Tendncia de padronizao dos protocolos de comunicao dos CLP, de modo que

    os dispositivos possam todos utilizar o mesmo protocolo de comunicao independentemente

    do modelo e fabricante do produto.

    5.1. INTRODUO AO CLP

    DEFINIO ABNT (Associao Brasileira de Normas Tcnicas): um equipamento digital com

    hardware e software compatveis com aplicaes industriais.

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    DEFINIO NEMA (National Eletrical Manufacturers Associatian): Aparelho eletrnico digital

    que utiliza uma memria programvel para armazenamento interno de instrues para

    implementaes especficas, tais como lgica, seqenciamento, temporizao, contagem

    aritmtica, atravs de mdulos de entrada e sada, vrios tipos de mquinas ou processos.

    Em outras palavras, o CLP um dispositivo de estado slido, microprocessado o qual possui

    um firmware residente em memria ROM e um programa de usurio em memria RAM e que

    permite ser alterado pelo prprio usurio.

    O CLP capacitado com mdulos de entrada, onde so ligadas as variveis de entrada para

    serem processadas pelo programa do usurio e apresentar sadas como respostas s variveis

    de entrada. As sadas so conectadas ao mdulo de sada. Veja a figura a baixo, representado a

    arquitetura bsica de um CLP.

    Figura 5.2: Arquitetura bsica de um CLP.

    5.1.1. DESCRIO DOS PRINCIPAIS ITENS

    1. FONTE DE ALIMENTAO

    A fonte de alimentao tem normalmente as seguintes funes bsicas:

    Converter a tenso CA da rede eltrica (110 ou 220 volts) para as tenses de alimentao

    dos circuitos eletrnicos do CLP;

    Manter a carga na bateria que alimenta memrias do tipo RAM e os circuitos de clock que

    utilizam sistemas de tempo real;

    Fornecer tenso para os circuitos de entrada e sada, geralmente 12 ou 24 volts CC.

    2. UNIDADE DE PROCESSAMENTO CENTRAL - CPU

    A CPU do CLP formada pelo microprocessador e seus circuitos de controle e comunicao. O

    microprocessador o elemento principal da arquitetura do CLP, controlando os barramentos,

    a comunicao com as memrias e os dispositivos de entrada e sada, executando o programa

    do usurio.

    O microprocessador pode ser de 8 ou 16 bits, dependendo da gerao do CLP. O

    microprocessador, descrito de uma forma bsica, l as entradas, executa a lgica de controle

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    segundo o programa do usurio escrito atravs de um software especfico e envia ou no

    sinais para a sada.

    3. BATERIA

    As baterias so usadas no CLP para manter o circuito do relgio de tempo real, reter

    parmetros ou programas em memrias do tipo RAM, mesmo no caso de falta de energia.

    Normalmente so do tipo Ni Ca ou Li e possuem circuitos carregadores.

    4. MEMRIA DO PROGRAMA OU MONITOR

    O programa monitor (firmware do CLP) o responsvel pelo funcionamento geral do CLP.

    gravado pelo fabricante em memrias do tipo PROM, EPROM ou EEPROM e o usurio no

    pode alter-lo. o sistema operacional do CLP.

    5. MEMRIA DO USURIO

    onde est armazenado o programa do usurio, apresentando a flexibilidade de programao

    do CLP, j que o usurio pode alter-lo de acordo com suas especificaes. constituda por

    memrias do tipo RAM, EEPROM e FLASH-EPROM, alm de ser tambm comum o uso de

    cartes de memria.

    6. MEMRIA DE DADOS

    a regio de memria utilizada para armazenar os dados utilizados pelo programa do usurio.

    Representam valores que sero consultados e alterados durante a execuo do programa do

    usurio.

    7. MEMRIA IMAGEM DAS ENTRADAS/SADAS

    Sempre que a CPU executa um ciclo de leitura das entradas ou executa uma alterao nas

    sadas, armazenado em uma rea de memria denominada imagem das entradas ou sadas.

    Podemos considerar como tabelas, onde a CPU ir consult-las para tomar decises durante o

    processamento do programa do usurio.

    8. CIRCUITOS AUXILIARES

    So circuitos que vo atuar em caso de falhas no CLP, alguns deles so:

    POWER ON RESET: No momento que o CLP ligado, este circuito desabilita as sadas, para

    evitar que sejam enviados sinais indesejados de atuao para os dispositivos de sada. Quando

    a CPU assume o comando do CLP, este circuito desligado.

    POWER DOWN: Este circuito monitora a tenso de alimentao, se esta ficar abaixo de um

    valor pr-determina, ele avisa o microcontrolador para que os contedos das memrias sejam

    salvos em tempo hbil.

    WATCH DOG TIMER: Caso ocorra uma falha durante o ciclo de processamento do programa, o

    microprocessador pode travar, entrando em um loop infinito. Para evitar este erro, o circuito

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    de watch dog timer deve ser acionado em intervalos pr-definidos, caso no o seja, o watch

    dog timer sinaliza um erro.

    9. MDULOS OU INTERFACES DE ENTRADA

    So circuitos utilizados para adequar eletricamente os sinais de entrada para o

    microprocessador (CPU) do CLP. As entradas podem ser do tipo digital ou analgica.

    ENTRADAS DIGITAIS: So aquelas que possuem apenas dois estados, ligado ou desligado.

    Sendo oriundos de dispositivos tais como: botoeiras, chaves, sensores, termostatos,

    pressostatos, chave bia, entre outros.

    As entradas podem ser em corrente contnua ou alternada. Em qualquer dos tipos utilizados,

    h uma isolao galvnica entre a entrada e a CPU. Exemplo de uma entrada digital em 24

    VCC, geralmente no maior que 50 m para evitar interferncia no sinal.

    Figura 5.3: Entrada digital em 24 VCC.

    Figura 5.4: Entrada digital em 110 ou 220 VCA.

    ENTRADAS ANALGICAS: A interface de entrada analgica permite que o CLP possa manipular

    grandezas analgicas, enviadas normalmente por sensores eletrnicos. As grandezas so

    normalmente oriundas de tenso ou corrente. As tenses esto geralmente na faixa de

    operao de 0 a 10 VCC, 0 a 5 VCC, -5 a +5 VCC, -10 a +10 VCC (quando se permite entradas

    positivas e negativas, chamamos de entradas diferenciais); no caso de corrente, normalmente

    esto na faixa de 0 a 20 mA e 4 a 20 mA.

    Como exemplo de dispositivos analgicos que normalmente encontramos no campo, citamos:

    os sensores de presso manomtrica, sensores de presso mecnica (strain gauges utilizados

    em clulas de carga), taco-geradores utilizados para a medio da rotao de eixos,

    transmissores de temperatura, transmissores de umidade relativa do ar, entre outros.

    A resoluo de uma entrada analgica medida em bits, ento quanto maior a resoluo,

    melhor a representao da grandeza analgica.

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    Figura 5.5: Exemplo de um circuito de entrada analgica.

    10. MDULOS OU INTERFACE DE SADAS

    Estes mdulos adquam os sinais eltricos vindos da CPU para atuar nos dispositivos que

    controlam o processo automatizado. Tambm podem ser os sinais do tipo digital ou analgico.

    SADAS DIGITAIS: Representadas por dois nveis: ligado ou desligado utilizados para controlar

    dispositivos como: rels, contatores, rels de estado slido, solenides, vlvulas, entre outros.

    Normalmente as sadas digitais podem ser de trs formas: sada digital rel, sada digital a 24

    VCC e sada digital a triac. Tambm de praxe o isolamento galvnico entre os mdulos de

    sada e a CPU.

    Figura 5.6: Exemplo de sada digital a rel.

    Figura 5.7: Exemplo de sada digital a transistor.

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    Figura 5.8: Exemplo de sada digital a triac.

    SADAS ANALGICAS: Convertem valores numricos em sinais proporcionais de tenso ou

    corrente, para o acionamento de dispositivos atuadores, tais como: vlvulas proporcionais,

    motores CC, servo-motores CC, inversores de freqncia, posicionadores rotativos, entre

    outros.

    Figura 5.9: Exemplo de um circuito de sada analgica.

    5.2. FUNCIONAMENTO DOS CLP

    Um controlador lgico programvel tem seu funcionamento baseado num sistema de

    microcomputador onde se tem uma estrutura de software que realiza continuamente ciclos de

    varredura. A forma mais comum de processamento da CPU do CLP o processamento cclico,

    onde as instrues do programa contidos na memria so lidas linha a linha, uma aps a outra

    seqencialmente do incio ao fim, da retornando ao incio ciclicamente.

    Figura 5.10: Esquema de processamento cclico.

    Um dado importante de uma CPU o seu tempo de ciclo, o tempo gasto para a execuo de

    uma varredura (scan). Este tempo funo do tamanho do programa do usurio (em mdia 10

    ms a cada 1000 instrues).

    O CLP apresenta estados de operao, que so basicamente dois estados:

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    PROGRAMAO: Neste estado, o CLP no executa o programa, no assume nenhuma funo

    de controle, sendo este estado utilizado para a programao do mesmo ou efetuar testes e

    alteraes no programa do usurio. Programao off-line.

    EXECUO: Estado em que o CLP assume a execuo do programa do usurio. Neste estado,

    se o CLP admitir programao, esta denominada programao on-line.

    O CLP funciona segundo um programa permanente armazenado em memria ROM

    (firmware/programa monitor/sistema operacional), que executa um ciclo de scan chamado

    scan timer e que consiste de uma srie de operaes realizadas de forma seqencial e

    repetida. A figura 5.11 representa, em forma de fluxograma, as principais fases de um ciclo de

    scan de um CLP.

    Ao ser energizado, estando o CLP em execuo o mesmo cumpre uma rotina escrita em seu

    sistema operacional. Esta rotina realiza as seguintes tarefas:

    Verifica o funcionamento da CPU, memrias e circuitos auxiliares;

    Verifica as configuraes internas (hardware) e compara com os circuitos instalados;

    Verifica os estados das chaves principais (RUN, STOP, PROG, e outras);

    Desativa todas as sadas;

    Verifica a existncia de um programa de usurio;

    Emite um aviso de erro se ocorrer alguma falha e ento pra;

    Se no encontrar nenhum erro nesta rotina, a CPU passa a fazer uma varredura constante,

    em forma de loop, das instrues.

    Entrando em loop o primeiro passo a ser executado a leitura dos pontos de entrada,

    transferindo os dados lidos para a tabela ou memria de imagem das entradas.

    Aps a gravao dos valores na tabela imagem de entradas, o processador inicia a execuo do

    programa do usurio, de acordo com as instrues armazenadas na memria.

    Terminando o processamento do programa, os valores obtidos sero transferidos para a tabela

    ou memria de imagem de sadas, como tambm a transferncia de outros operandos, como

    resultados aritmticos, contagens, etc.

    Ao trmino das atualizaes das tabelas de imagem das sadas, ento feito a transferncia

    para os cartes ou mdulos de sadas, fechando o loop. Neste momento inicia-se outro loop

    (ciclo de scan).

    O ciclo de scan monitorado por um circuito denominado watch dog timer (pode ser

    programado por hardware ou software). Este ciclo tem um tempo pr-definido e sendo

    ultrapassado o watch dog timer ativado interrompendo o processamento da CPU. O CLP

    assume um estado de erro.

    O tempo de varredura depende do tamanho do programa do usurio e das quantidades de

    entradas e sadas programadas.

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    Figura 5.11: Ciclo de varredura de um CLP.

    Ento basicamente o CLP, aps executar as sub-rotinas do seu programa monitor, l as

    entradas, atualiza o mapa de memria das entradas, executa o programa do usurio

    baseado nas entradas lidas, atualiza o mapa de memria das sadas e somente depois de

    terminar a atualizao do mapa de sada, transfere para os cartes de sada os sinais para os

    atuadores em campo para o controle do processo automatizado. Conforme esquema

    demonstrado da figura 5.12.

    Figura 5.12: Ciclo de operao de um CLP ressaltando, leitura, processamento e sada.

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    5.3. VANTAGENS E DESVANTAGENS DO USO DO CLP

    Com a reduo do custo de um CLP, devido ao desenvolvimento da indstria eletrnica e a

    competio entre as mesmas, as aplicaes com CLP podem ser avaliadas com relao aos

    benefcios oferecidos por esta tecnologia, se comparada com a utilizao de lgicas com rels

    e contadores instalados em painis. Cito algumas destas vantagens:

    A flexibilidade na mudana de lgicas no processo controlado

    Alta confiabilidade na repetio do processo

    Reduzido espao fsico para a montagem do CLP

    Possibilidade de crescimento escalar, j que os CLP so modulares

    Permite modificao no local de instalao do CLP atravs de programao com PC

    A mesma lgica pode ser aplicada em processos similares

    Comunicao com supervisrios instalados em computadores

    Poucas so as desvantagens no uso de CLP, mais cito algumas dificuldades no uso desta

    tecnologia:

    Pode haver atuao incorreta por rudo (hardware do CLP, mdulos de entrada e sada

    ou fonte) necessidade de filtros

    Treinamento para utilizao do CLP

    Caso ocorram danos no hardware, nem sempre possvel manuteno ao nvel da

    fbrica

    Figura 5.13: Comparao entre painel com rels e painel com CLP em montagem modular.

    5.4. PROGRAMAO DO CLP

    Programar um CLP significa passar instrues para o mesmo, a fim de que possa controlar

    algum processo. Podemos passar instrues para o CLP utilizando um software especifico para

    cada fabricante. Porm a linguagem utilizada basicamente a Step 5, a qual basicamente

    representada em trs tipos mais utilizados:

    Diagramas de Contados DIC ou do ingls Ladder Diagram - STL: tambm chamado

    de diagrama de rels, diagrama escada ou diagrama ladder

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    Esta forma grfica esta mais prxima da utilizada por eletrotcnicos em diagramas eltricos.

    Figura 5.14: Diagrama ladder; entradas (E); sada (S);

    Diagrama lgico DIL ou do ingls Control System Flowchart - CSF

    Linguagem semelhante utilizada em eletrnica digital, representando o esquema em blocos

    lgicos digitais.

    Figura 5.15: Diagrama de blocos lgicos. Input (I); output (Q).

    Lista de Instrues LIS ou do ingls Statement List - STL

    Semelhante a utilizada em linguagens de computadores.

    Figura 5.16: Diagrama de lista de instrues.

    Durante o curso, ser usado para desenvolvimento da lgica de programao, o software da

    Siemens LOGO! Soft. Este software na verso demo emula a funo do CLP LOGO da Siemens.

    A linguagem que utilizaremos ser a do diagrama lgico. Vamos utilizar esta linguagem por ser

    para o eletrotcnico uma linguagem pouco explorada durante o curso e na indstria, a

    programao de CLP utilizando a por blocos lgicos muito utilizada.

    A linguagem diagrama por contatos Ladder praticamente a que usamos para elaborar os

    comandos eltricos. Cabe ressaltar que o software LOGO! Soft faz a converso de uma

    linguagem para a outra, sendo muito til didaticamente.

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    REFERNCIA BIBLIOGRAFICA

    [1] PEDRO, LUIS ANTONELLI. Introduo aos Controladores Lgicos Programveis - CLPs. 1998. Apostila.

    [2] CAPELLI, Alexa