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3 Centro de Educação Tecnológica do Estado da Bahia Unidade de Camaçari Sumário Transformadores 4 Definições Fundamentais 4 Perdas no Transformador 8 Transformação Trifásica 9 Motores de Corrente Contínua 10 Atuadores 11 Generalidades 11 Composição Básica e Funcionamento 12 Rotor 12 Enrolamento 13 Coletor 13 Estator 13 Ímã Permanente 13 Escovas 13 Motor de Fase Partida 14 Partes de um Motor de Fase Partida 14 Fator de Potência 16 Circuito Monofásico 16 Circuito Trifásico 17 Potência em Corrente Alternada 17 Fator de Potência 20 Fusível 21 Disjuntores 22 Sensor Capacitivo 23 Sensor Indutivo 24 Sensor Óptico 24 Fim de Curso 25 Relés 26 Relé Falta de Fase 26 Temporizador 26 Contator 29 Exercícios Práticos 30 Ligações de motores trifásicos com partida direta 30 Ligações de motores trifásicos com partida direta, com reversão 31 Ligações de motores trifásicos com partida em Estrela triângulo 32 Ligações de motores trifásicos com partida tensão compensada 33 Ligações de motores DAHLANDER com reversão 34 Ligações de motores em anéis (Rotor bobinado) 35 Frenagem por indução magnética 36 Exercícios Propostos 37 Simbologia 38 Bibliografia 41

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Sumário Transformadores 4 Definições Fundamentais 4 Perdas no Transformador 8 Transformação Trifásica 9 Motores de Corrente Contínua 10 Atuadores 11 Generalidades 11 Composição Básica e Funcionamento 12 Rotor 12 Enrolamento 13 Coletor 13 Estator 13 Ímã Permanente 13 Escovas 13 Motor de Fase Partida 14 Partes de um Motor de Fase Partida 14 Fator de Potência 16 Circuito Monofásico 16 Circuito Trifásico 17 Potência em Corrente Alternada 17 Fator de Potência 20 Fusível 21 Disjuntores 22 Sensor Capacitivo 23 Sensor Indutivo 24 Sensor Óptico 24 Fim de Curso 25 Relés 26 Relé Falta de Fase 26 Temporizador 26 Contator 29 Exercícios Práticos 30 Ligações de motores trifásicos com partida direta 30 Ligações de motores trifásicos com partida direta, com reversão 31 Ligações de motores trifásicos com partida em Estrela triângulo 32 Ligações de motores trifásicos com partida tensão compensada 33 Ligações de motores DAHLANDER com reversão 34 Ligações de motores em anéis (Rotor bobinado) 35 Frenagem por indução magnética 36 Exercícios Propostos 37 Simbologia 38 Bibliografia 41

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TRANSFORMADORES Definições fundamentais O transformador opera segundo o princípio da indução mútua entre duas (ou mais) bobinas ou circuitos indutivamente acoplados. Um transformador teórico de núcleo a ar, no qual dois circuitos são acoplados por indução magnética. Na foto abaixo vemos um transformador de potencial Na figura 13.1 O circuito ligado à fonte de tensão alternativa, V1, é chamado de primário (circuito 1). O primário recebe sua energia de uma fonte alternativa. Dependendo do grau de acoplamento magnético entre os dois circuitos, esta energia é transferida do circuito 1 ao circuito 2. Se os dois circuitos são frouxamente acoplados, como no caso do transformador a núcleo de ar, mostrado na Fig.13-1, somente uma pequena quantidade de energia é transferida do primário (circuito 1) para o secundário (circuito 2). Se as duas bobinas ou circuitos estão enrolados sobre um núcleo comum de ferro, eles estão fortemente acoplados. Neste caso, quase toda a energia recebida da fonte, pelo primário, é transferida por ação transformadora ao secundário.

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TRANSFORMADOR

A energia elétrica produzida nas usinas hidrelétricas é levada, mediante condutores de eletricidade, aos lugares mais adequados para o seu aproveitamento. Ela iluminará cidades, movimentará máquinas e motores, proporcionando muitas comodidades. Para o transporte da energia até os pontos de utilização, não bastam fios e postes. Toda a rede de distribuição depende estreitamente dos transformadores, que elevam a tensão, ora a rebaixam. Nesse sobe e descem, eles resolvem não só um problema econômico, reduzindo os custos da transmissão a distância de energia, como melhoram a eficiência do processo. Antes de qualquer coisa os geradores que produzem energia precisam alimentar a rede de transmissão e distribuição com um valor de tensão adequado, tendo em vista seu melhor rendimento. Esse valor depende das características do próprio gerador, enquanto a tensão que alimenta os aparelhos consumidores, por razões de construção e, sobretudo de segurança, tem valor baixo, nos limites de algumas centenas de volts (em geral, 110 ou 220). Isso significa que a corrente, e principalmente a tensão fornecida, variam de acordo com as exigências. Nas linhas de transmissão a perda de potência por liberação de calor é proporcional à resistência dos condutores e ao quadrado da intensidade da corrente que os percorre (P = R.i2). Para diminuir a resistência dos condutores seria necessário usar fios mais grossos, o que os tornaria mais pesados e o transporte absurdamente caro. A solução é o uso do transformador que aumenta a tensão, nas saídas das linhas da usina, até atingir um valor suficientemente alto para que o valor da corrente desça a níveis razoáveis (P = U.i). Assim, a potência transportada não se altera e a perda de energia por aquecimento nos cabos de transmissão estará dentro dos limites aceitáveis.

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Na transmissão de altas potências, tem sido necessário adotar tensões cada vez mais elevadas, alcançando em alguns casos a cifra de 400.000 volts. Quando a energia elétrica chega aos locais de consumo, outros transformadores abaixam a tensão até os limites requeridos pelos usuários, de acordo com suas necessidades. Existe uma outra classe de transformadores, igualmente indispensáveis, de potência baixa. Eles estão presentes na maioria dos aparelhos elétricos e eletrônicos encontrados normalmente em casa, tais como, por exemplo, computador, aparelho de som e televisor. Cabe-lhes abaixar ou aumentar a tensão da rede doméstica, de forma a alimentar convenientemente os vários circuitos elétricos que compõem aqueles aparelhos.

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O princípio básico de funcionamento de um transformador é o fenômeno conhecido como indução eletromagnética: quando um circuito é submetido a um campo magnético variável, aparece nele uma corrente elétrica cuja intensidade é proporcional às variações do fluxo magnético.

Os transformadores, na sua forma mais simples, consistem de dois enrolamentos de fio (o primário e o secundário), que geralmente envolvem os braços de um quadro metálico (o núcleo). Uma corrente alternada aplicada ao primário produz um campo magnético proporcional à intensidade dessa corrente e ao número de espiras do enrolamento (número de voltas do fio em torno do braço metálico). Através do metal, o fluxo magnético quase não encontra resistência e, assim, concentra-se no núcleo, em grande parte, e chega ao enrolamento secundário com um mínimo de perdas. Ocorre, então, a indução eletromagnética: no secundário surge uma corrente elétrica, que varia de acordo com a corrente do primário e com a razão entre os números de espiras dos dois enrolamentos.

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A corrente elétrica deve ser alternada pelo fato de só haver indução magnética com a variação do campo magnético. A relação entre as voltagens no primário e no secundário, bem como entre as correntes nesses enrolamentos, pode ser facilmente obtida: se o primário tem Np espiras e o secundário Ns, a voltagem no primário (Vp) está relacionada à voltagem no secundário (Vs) por Vp / Vs = Np / Ns, e as correntes por Ip/Is = Ns/Np. Desse modo um transformador ideal (que não dissipa energia), com cem espiras no primário e cinqüenta no secundário, percorrido por uma corrente de 1 Ampére, sob 110 volts, fornece no secundário, uma corrente de 2 Ampéres sob 55 volts.

Perdas no transformador

Graças às técnicas com que são fabricados, os transformadores modernos apresentam grande eficiência, permitindo transferir ao secundário cerca de 98% da energia aplicada no primário. As perdas - transformação de energia elétrica em calor - são devidas principalmente à histerese, às correntes parasitas e perdas no cobre. 1. Perdas no cobre. Resultam da resistência dos fios de cobre nas espiras primárias e secundárias. As perdas pela resistência do cobre são perdas sob a forma de calor e não podem ser evitadas. 2. Perdas por histerese. Energia é transformada em calor na reversão da polaridade magnética do núcleo transformador. 3. Perdas por correntes parasitas. Quando uma massa de metal condutor se desloca num campo magnético, ou é sujeita a um fluxo magnético móvel, circulam nela correntes induzidas. Essas correntes produzem calor devido às perdas na resistência do ferro.

Relações no transformador ideal Consideremos um transformador ideal, de núcleo de ferro, conforme mostra a Fig. 13-2, onde os fluxos dispersos φ 1 e φ 2 = 0 e k = 1. Tal transformador possui apenas fluxo mútuo φ m, comum a ambas as bobinas, primárias e secundárias. Quando V1 é instantaneamente positivo, como se vê na Fig. 13-2, a direção da corrente primária I1 produz a direção do fluxo mútuo φ m , como se vê. O circuito ligado à fonte de tensão alternativa, V1, é chamado de primário (circuito 1). O primário recebe sua energia de uma fonte alternativa. Dependendo do grau de acoplamento magnético entre os dois circuitos (Fig. 13-2), esta energia é transferida do circuito 1 ao circuito 2. Se os dois circuitos são frouxamente acoplados, como no caso do transformador a núcleo de ar, mostrado na Fig.13-1, somente uma pequena quantidade de energia é transferida do primário (circuito 1) para o secundário (circuito 2).

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Se as duas bobinas ou circuitos estão enrolados sobre um núcleo comum de ferro, eles estão fortemente acoplados. Neste caso, quase toda a energia recebida da fonte, pelo primário, é transferida por ação transformadora ao secundário.

A força eletromotriz induzida primária, E1, de acordo com a convenção dos pontos e com a lei de Lenz, produz uma polaridade positiva na parte superior da bobina primária, que se opõe instantaneamente à tensão aplicada V1. Semelhantemente, no secundário, para a direção de φ m mostrada, a polaridade positiva E2 deve ser tal que crie um fluxo desmagnetizante oposto φm (lei de Lenz). Uma carga ligada aos terminais do secundário produz uma corrente secundária I2, que circula em resposta à polaridade de E2 e produz um fluxo desmagnetizante.

Transformação Trifásica Para transformar-se a tensão de uma fonte trifásica, se requer ou uma bancada de transformadores monofásicos, como mostra a Fig. 13-25, ou, alternadamente, um único transformador trifásico com seis enrolamentos num núcleo comum de ferro9 (como mostra na Fig. 13-25). (Usaremos em toda esta explanação transformadores monofásicos individuais, mas as mesmas ligações e resultados advêm do uso de enrolamentos idênticos num transformador polifásico.) Note-se que os transformadores individuais da Fig. 13-25 têm a mesma capacidade em kVA e a mesma relação da alta e baixa tensão. Note-se também que os transformadores têm as fases indicadas e apropriadamente marcadas, de maneira que o sub-índice ímpar mostra a polaridade instantânea positiva (Seç. 13-10) em ambos os lados de alta e baixa tensão.

Imaginemos que a tensão trifásica de linha disponível, para a excitação dos transformadores é 2300 V, 60 Hz, como mostra a Fig. Abaixo. As três tensões de linha estão defasadas a 120º, como mostra a figura e esta relação representa as tensões entre as três linhas e a fonte de energia: V AB, VBC, VCA, respectivamente, onde cada uma tem valor de 2.300 V, alguma coisa acima da tensão nominal do lado de alta dos transformadores individuais. Isto, evidentemente, dita o tipo de ligação dos transformadores individuais que deve ser Y, como mostra a Fig. Abaixo. Note-se que, ao fazer isto, deve-se tomar cuidado para assegurar que os terminais H1,

de polaridade instantânea positiva, sejam ligados à rede, enquanto os terminais H2 de cada transformador são ligados num ponto comum (N). Note-se que as bobinas de alta tensão são designadas por A, B e C na Fig. Abaixo, enquanto que as bobinas de baixa tensão (ainda não ligadas) são designadas por a, b e c, respectivamente.

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Motores de Corrente Contínua

Este applet mostra um motor de corrente contínua, que está ilustrado de uma forma simples apresentando apenas as partes mais importantes para maior clareza. Ao invés de uma armadura com muitas curvas e um núcleo de ferro, há somente um simples condutor retangular que gira, sendo que seu eixo foi omitido.

A seta vermelha indica a direção convencional da corrente (de mais para menos). Você pode reconhecer as linhas do campo magnético (direcionada do pólo norte em vermelho até o pólo sul em verde) através da cor azul. As setas pretas representam à força de Lorentz que é exercida no condutor que transporta uma corrente no campo magnético. A força de Lorentz mencionada é ortogonal à direção da corrente e às linhas do campo magnético. A orientação destas forças é resultante da bem conhecida regra dos três dedos (para a mão direita!):

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O tamanho do motor está diretamente relacionado com a potência, ou seja, depende da potência do mesmo, de forma que podemos encontrar tamanhos que vão desde alguns poucos centímetros até vários decímetros. A velocidade de rotação conseguida com esses motores varia entre 1000 e 4000 RPM (rotação por minuto). Acionar um motor DC é muito simples, apenas é necessário aplicar uma tensão de alimentação entre seus terminais ou bornes. Para mudar o sentido de giro, basta inverter a polaridade da alimentação. Mudando a polaridade de tensão aplicada, o motor gira em sentido contrário. Ao contrário de outros tipos de motores, os motores de DC não podem ser posicionados e/ou travados numa posição específica, sempre giram livremente na velocidade e direção determinadas pelo sentido da tensão de alimentação aplicada.

ATUADORES

Os motores de corrente contínua de forma geral, podemos dizer que sua forma é padronizada, a não ser quando se trata de aplicações especiais, nas quais se fabricam motores de formas e tamanhos especiais. Estes elementos costumam ter formas cilíndricas ou quadradas, e seu interior também é do tipo cilíndrico, já que não devemos esquecer que dentro gira uma bobina, possuem diferentes formas e tamanhos.

Generalidades Os motores de Corrente Contínua (C.C.), também chamados Direct Current (D.C.), são os tipos de atuadores mais usados em robótica. Seu uso generalizado se deve à facilidade que oferecem para controlar a velocidade. Existem de diferentes tamanhos, formas e potências, mas todos são baseados no mesmo princípio de funcionamento.

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Composição Básica e Funcionamento O motor de CC é constituído por duas peças fundamentais: rotor e estator. Dentro delas estão localizados todos os outros elementos que o compõe. Rotor

• Coletor • Eixo • Núcleo e Enrolamento (bobina do rotor)

Estator

• Escovas e porta-escovas • Ímã permanente • Carcaça • Tampas

Rotor: O rotor é a parte móvel do motor, proporciona o par binário (ou torque) para mover a carga. É formado por: Eixo: é uma barra de aço fresada que fornece a rotação para o núcleo, enrolamento e coletor.

Núcleo: está localizado sobre o eixo. È fabricado com camadas de lâminas de aço e sua função é proporcionar um trajeto magnético entre os pólos para que o fluxo magnético do enrolamento circule. As lâminas têm por objetivo reduzir as correntes parasitas do núcleo. O aço do núcleo

deve ser capaz de manter em baixa as perdas por histereses. O núcleo contém fendas ao longo da armadura

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. Enrolamento: consta de bobinas isoladas entre si e entre o núcleo e a armadura. Estas bobinas são alojadas nas fendas e são conectadas eletricamente com o coletor que, devido a seu movimento de rotação, proporciona um caminho de condução comutado. Coletor: também chamado comutador. É formado por lâminas de material condutor (anéis coletores), separadas entre si e do centro do eixo por um material isolante, para evitar curtos-circuitos com ditos elementos. O coletor se encontra sobre um dos extremos do eixo do rotor, de forma que gira com este e está em contato com as escovas. A função do coletor é recolher a tensão produzida no enrolamento induzido, e transmiti-la ao circuito por meio das escovas. Estator: Constitui a parte fixa do motor. Sua função é fornecer o fluxo magnético que será usado pelo bobinado do rotor para realizar o movimento giratório. É formado por: Carcaça: serve como suporte, além de proporcionar uma trajetória de retorno ao fluxo magnético do rotor e do ímã permanente, para completar o circuito magnético. Ímã Permanente: É formado por um material ferro-magnético muito remanente. Encontra-se fixado dentro da carcaça e sua função é proporcionar um campo magnético uniforme ao enrolamento do rotor, de forma que interaja com o campo formado pelo bobinado e se origine movimento do rotor como resultado desta interação de campos. Escovas: São fabricadas em carvão no caso de motores potentes, e, em metais brandos (flexíveis) no caso de motores de pequena potência. Sua dureza é menor que a do coletor e se localiza numa das tampas do estator. A função das escovas é transmitir a tensão e a corrente da fonte de alimentação para o coletor, por conseqüência ao bobinado do motor.

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MOTORES DE FASE PARTIDA Partes de um motor de Fase Partida Fig. 1 – Motor de fase partida Fig.2 – Rotor completo de um motor de fase partida

Fig. 3 – Estator de um motor de fase partida, montado na carcaça.

Fig. 4 – Esquema do circuito dos enrolamentos e posição do interruptor centrífugo quando o motor funciona a velocidade normal.

Fig. 5 – Uma das proteções de um motor de corrente alternada de potência inferior ao de um cavalo.

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Fig.6 – Dois variantes da parte fixa de um tipo de interruptor centrífugo, fixado numa jorquilha em forma de U montada sobre uma placa de bornes.

Fig. 7 – Mecanismo rotativo de um interruptor centrífugo.

Fig. 8 – Fases de funcionamento de um interruptor centrífugo.

Fig. 9 – Partes rotativas e fixas de um tipo de interruptor centrífugo.

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Fig. 10- Os dois enrolamentos do estator de um motor de fase partida. Observe os quatros pólos de cada enrolamento.

Fig. 11 – Modificação que introduz um interruptor centrífugo no circuito de um motor. FATOR DE POTÊNCIA Circuitos Monofásicos Se tivermos um gerador com uma só bobina que ao funcionar gera uma tensão entre seus terminais, chamamos a este gerador de “gerador monofásico”. Nos geradores de corrente alternada monofásicos convencionou-se chamar um dos terminais deste gerador de neutro (N), e o outro de fase (F). Se ligarmos este gerador a um circuito, teremos um circuito monofásico. Portanto, um circuito monofásico é aquele que tem uma fase e um neutro (F e N) e a tensão no circuito é igual à

tensão entre fase e neutro, também chamada de tensão de fase (VFN ou VF ).

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Circuitos Trifásicos

Quando temos um gerador com três bobinas, ligadas conforme figura, ele é um gerador trifásico e dá origem a um circuito trifásico. Podemos ter os circuitos trifásicos a três fios (F1, F2 e F3) e a quatro fios (F1, F2, F3 e N).

No circuito trifásico aparecem, com relação às tensões, a tensão entre fase e neutro, ou tensão de fase (VFN ou VF) e a tensão entre fases ou tensão de linha (VFF ou VL). Demonstra-se que: VL VL = � 3 x VF ou VF = -------------- (sendo que � 3 = 1,732) � 3 Os circuitos trifásicos são mais usados em indústrias e grandes instalações. Obs.: Usa-se chamar os geradores de corrente alternada de “alternadores” A figura ao lado mostra um gerador sendo bobinado em uma indústria de enrolamento POTÊNCIA EM CORRENTE ALTERNADA Quando fazemos passar por uma bobina uma corrente CC, verificamos que praticamente não há queda de tensão, a não ser a queda devido à resistência do fio com que foi construída a bobina (�U = RI). Entretanto, quando circula pela bobina o mesmo valor de CA verifica-se uma queda de tensão. Se substituirmos a bobina por um condensador ou capacitor, verifica-se que não haverá nenhuma circulação de CC, entretanto, quando ligamos a CA aparecerá uma corrente circulando por ele (pode-se demonstrar que, quanto maior a capacidade, maior a corrente alternada circulante). Verifica-se, então, que as bobinas e capacitores se comportam de maneira diferente em relação à CA.. A esta oposição à passagem da corrente dá-se o nome de reatância indutiva, quando se trata de bobinas, e reatância capacitiva, quando se trata de capacitor. A soma vetorial das reatâncias com a resistência, dá-se o nome de “impedância” (Z).

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Assim temos: Resistência... R Reatância indutiva (bobinas)... XL

Reatância capacitiva (capacitores)... .XC

Impedância (soma vetorial)... Z A reatância capacitiva opõe-se à indutiva. Assim, a reatância total do circuito ( X ) é dada pela diferença entre XL e XC (o maior destes dois valores determina se o circuito é indutivo ou capacitivo).

X = XL - XC

XL > XC... Circuito Indutivo XC > XL... Circuito Capacitivo Os valores da resistência, das reatâncias e da impedância podem ser representados graficamente através de um triângulo retângulo, como abaixo:

Z: impedância do circuito R: resistência do circuito

X: reatância total do circuito ( que é igual a XL-XC ou XC-XL ).

Uma carga ligada a um circuito de corrente alternada é, quase sempre, constituída de resistência e reatância, ou seja, temos sempre uma impedância. Assim, a expressão da potência W = U x I, em geral não é válida para circuitos de corrente alternada, devendo ser acrescida à expressão um outro fator, conforme veremos.

Pela Lei de Ohm, temos que a potência desenvolvida em um circuito é:

R x I² = W (watts)

Por outro lado, se substituirmos na expressão acima a resistência pela reatância total, teremos:

X x I² = VA Que é expressão da potência reativa desenvolvida no circuito e que depende das resistências existentes.

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Ao produto V x I (ou Z x I²) = VA chamamos de potência aparente, que é a soma vetorial das duas potências ativa e reativa. Assim, temos: W = R x I² Var = X x I² VA = Z x I² = U x I Onde: w= potência ativa (ou kw, que corresponde a 1000 W) VAr = potência reativa (ou KVAr, que corresponde a 1000 Var) VA = potência aparente (ou kVA, que corresponde a 1000VA) Assim como no caso anterior, podemos tomar as três potências acima e construir um triângulo com seus valores, ou seja:

kVA² = kW² + kVAr Cosø = kw / kVA kVA = � kw² + kVAr2

Senø = kvar / kVA

kW = kVA x cosø Tgø = KVAr / kW Kvar = kVA x Senø

Obs.: Os valores de cós (co-seno), sem (seno) e tg (tangente) podem ser obtidos através de uma tabela de funções trigonométricas.

CAPACITORES PARA CORREÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA

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FATOR DE POTÊNCIA A potência ativa (kW) é a que efetivamente produz trabalho. A potência reativa (kVAr), ou magnetizante, é utilizada para produzir o fluxo magnético necessário ao funcionamento dos motores e transformadores. Para termos uma idéia do que vem a ser duas formas de energia, vamos fazer uma analogia com um copo de cerveja. Num copo de cerveja temos uma parte ocupada só pelo líquido e outra ocupada pela espuma. Se quisermos aumentar a quantidade de líquido teremos que diminuir a espuma. Assim, de maneira semelhante ao copo de cerveja, a potência ativa (kW) que corresponde ao líquido, e potência reativa (KVAr) que corresponde à espuma. A soma vetorial (em ângulo de 90º), das potências ativa e reativa é a potência aparente (kVA) que corresponde ao volume do copo (líquido mais espuma). Assim como o volume do copo é limitado, também a capacidade em kVA, de um circuito elétrico (fiação, transformadores, etc.) é limitada de tal forma que, se quisermos aumentar a potência ativa em um circuito, temos que reduzir a potência reativa. O fator de potência é o quociente da potência ativa (kW), pela potência aparente (kVA), que é igual ao co-seno do ângulo Ø do triângulo das potências. FP = cosø FP = kW / kVA Exemplo: Qual a potência do transformador, necessário para se ligar um motor de 10 kW com FP = 0,50 e qual a corrente que circula pelo circuito para a tensão igual a 22 v? (Calcular também para FP = 1,00). 1° Caso: Para FP = 0,50 PKVA = PKVA / cosø PKVA = 10 / 0,50 PKVA = 20 kVA I = PVA / V I = 20.000 / 220 I = 90 A Resposta: Transformador de 20 kVA Corrente de 90 A

2º Caso Para FP = 1,00 PKVA = Pkw / cósø PKVA = 10 / 1,00 PKVA = 10 kVA I = PVA / V I = 10.000 / 220 I = 45 A Resposta: Transformador de 10 kVA Corrente de 45 A

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Pelo exemplo, verifica-se que quanto menor o FP mais problemas trará ao circuito transformadores maiores, fiação mais grossa, etc. Logo, é interessante corrigirmos o fator de potência de uma instalação para os valores mais próximos possíveis da unidade (as companhias de energia elétrica cobram um ajuste sobre o FP, quando o mesmo é inferior a 0,92, de acordo com a legislação do FP). As causas mais comuns do baixo FP são:

-Nível de tensão elevado acima do valor nominal;

-Motores que, devido a operações incorretas, trabalham a vazio desnecessariamente durante grande parte do seu tempo de funcionamento;

-Motores superdimensionados para as respectivas máquinas;

-Grandes transformadores de força sendo usados para alimentar, durante longos períodos, somente pequenas cargas.

-Transformadores desnecessariamente ligados a vazio por períodos longos;

-Lâmpadas de descargas fluorescentes, vapor de mercúrio, etc. sem a necessária correção individual do FP.

FUSÍVEL

Os fusíveis e disjuntores são dispositivos que protegem os circuitos elétricos contra danos causados por sobrecargas de corrente, que podem provocar até incêndios, explosões e eletrocutamentos. Os fusíveis são aplicados geralmente nos circuitos domésticos e na indústria leve, enquanto que os disjuntores são projetados principalmente para atender as necessidades da indústria pesada.

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O funcionamento do fusível baseia-se no princípio segundo o qual uma corrente que passa por um condutor gera calor proporcional ao quadrado de sua intensidade. Quando a corrente atinge a intensidade máxima tolerável, o calor gerado não se dissipa com rapidez suficiente, derretendo um componente e interrompendo o circuito. O tipo mais simples é composto basicamente de um recipiente tipo soquete, em geral de porcelana, cujos terminais são ligados por um fio curto, que se derrete quando a corrente que passa por ele atinge determinada intensidade. O chumbo e os estanhos são dois metais utilizados para esse fim. O chumbo se funde a 327º C e o estanho, a 232º C. Se a corrente for maior do que aquela que vem especificada no fusível: 10A, 20A, 30A, etc.,o seu filamento se funde (derrete). Quanto maior for a corrente especificada pelo fabricante, maior a espessura do filamento. Assim, se a espessura do filamento do fusível suporta no máximo uma corrente de 10A e por um motivo qualquer a corrente exceder esse valor, a temperatura atingida pelo filamento será suficiente para derretê-lo, e desta forma a corrente é interrompida. Os fusíveis se encontram normalmente em dois lugares nas instalações elétricas de uma residência: no quadro de distribuição e junto do relógio medidor.Alem disso eles estão presentes no circuito elétrico dos aparelhos eletrônicos, no circuito elétrico do carro, etc.

O fusível de cartucho, manufaturado e lacrado em fábrica, consiste de um corpo oco não condutivo, de vidro ou plástico, cujo elemento condutor está ligado interiormente a duas cápsulas de metal, os terminais, localizados nas extremidades.

DISJUNTORES Modernamente, nos circuitos elétricos de residências, edifícios e indústrias, em vez de fusíveis, utilizam-se dispositivos baseados no efeito magnético da corrente denominados disjuntores. Em essência, o disjuntor é uma chave magnética que se desliga automaticamente quando a intensidade da corrente supera certo valor. Tem sobre o fusível a vantagem de não precisar ser trocado. Uma vez resolvido o problema que provocou o desligamento, basta religá-lo para que a circulação da corrente se restabeleça.

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SENSOR CAPACITIVO Antes de explorarmos o sensor capacitivo, vamos relembrar alguns conceitos básicos sobre o capacitor. O capacitor é um componente eletrônico capaz de armazenar cargas elétricas. Por essa razão, ele opõem se as variações de tensão, e é muito utilizado como filtro em circuitos eletrônicos. Esse componente é composto por duas placas metálicas isoladas eletricamente. O material isolante é chamado “dielétrico”. O valor da capacitância do capacitor é diretamente proporcional à área das placas e da constante dielétrica do material isolante, e inversamente proporcional à distância entre essas placas. Em corrente contínua, o capacitor carrega-se de forma exponencial segundo uma constante de tempo RC.

Sensor Capacitivo

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SENSOR INDUTIVO Assim como fizemos com o sensor capacitivo, vamos relembrar alguns conceitos básicos do indutor. Quando ligado em CA. O indutor é um componente eletrônico composto de um núcleo, o qual é envolto por uma bobina. Quando circulamos uma corrente por essa bobina, um campo magnético é formado no núcleo o indutor armazena a energia gerada pela bobina no seu núcleo por algum tempo. Sendo assim, quando a corrente da bobina for interrompida, ainda teremos um pouco de corrente na carga. Essa corrente é devida a contração das linhas de campo magnético que estão ao redor do núcleo. Isso significa que o indutor opõe se às variações de corrente (assim como os capacitores às variações de tensão). Em corrente alternada, o indutor apresenta determinada impedância. Essa impedância é dada por: XL = 2 W f L Onde f = freqüência do sinal, em Hz. L = indutância, em Henry Ora, a indutância depende do núcleo do indutor. Normalmente, os sensores comerciais possuem um circuito oscilador. .

SENSOR ÓPTICO Um sensor óptico é formado por um emissor de luz e um receptor de luz. O emissor de luz óptico pode ser um led (diodo emissor de luz ou uma lâmpada). O receptor é um componente foto-sensível (foto transistores, fotodiodos, ou LDRs). Um circuito oscilador gera uma onda que será convertida em luz pelo emissor. Quando um objeto é aproximado do sensor óptico, ele reflete luz do emissor para o receptor. Um circuito eletrônico identifica essa variação e emite um sinal ao sistema de controle. Os sensores ópticos são capazes de detectar vários tipos de objetos. Os objetos transparentes, entretanto, não podem ser detectados por eles. Caso esse sensor funcione por reflexão, objetos totalmente escuros também não serão detectados.

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Existem três formas de um sensor óptico operar: a) Reflexão: a luz é refletida no objeto e o sensor é acionado b) Barreira: o objeto bloqueia a passagem da luz, e a saída do sensor é acionada. c) Emissor-receptor: neste caso, o emissor e o receptor estão montados separadamente. Quando o raio de luz é interrompido pelo objeto, a saída é ativada, quando trabalhamos em ambientes com partículas em suspensão (poeira), devemos tomar cuidado na utilização dos sensores ópticos. Caso ele não possa ser substituído por outro tipo (magnético, capacitivo, etc.) deve-se contemplar um plano de limpeza periódica das lentes a fim de se evitar um mau funcionamento. Alteração do campo magnético do sensor indutivo na aproximação de um corpo metálico. .

CHAVES FIM-DE-CURSO

As chaves fim-de-curso, como o próprio nome sugere, são aplicadas para detectar o fim do movimento de eixos Seu princípio de funcionamento é muito simples, e trata-se apenas de uma chave eletromecânica convencional. A chave fim-de-curso pode ser normalmente aberta (NA) ou normalmente fechada (NF).

Sensor Optico Por Barreira Fotoelétrica

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CONCLUSÃO Alguns tipos de sensores não foram contemplados neste artigo (efeito Hall, ultrassônicos, etc.). Embora sejam eles para aplicações mais específicas, pretendemos abordá-los em um futuro próximo.

RELÉ

Os relés são componentes eletromecânicos capazes de controlar circuitos externos de grandes correntes a partir de pequenas correntes ou tensões, ou seja, acionando um relé com uma pilha podemos controlar um motor que esteja ligado em 110 ou 220 volts, por exemplo. O funcionamento dos relés é bem simples: quando uma corrente circula pela bobina, esta cria um campo magnético que atrai um ou uma série de contatos fechando ou abrindo circuitos. Ao cessar a corrente da bobina o campo magnético também cessa, fazendo com que os contatos voltem para a posição original. Os relés podem ter diversas configurações quanto aos seus contatos: podem ter contatos NA, NF ou ambos, neste caso com um contato comum ou central (C).

RELÉ TEMPORIZADOR

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Alimentando-se os terminais a-b, o relé tipo TXC-1 inicia a contagem do tempo t1 pré-ajustado e comuta os contatos de saída durante um tempo t 2 pré-ajustado, voltando a condição inicial na contagem de tempo t1 e assim sucessivamente. No tipo TXC-2, o relé começa comutando o relé de saída durante a contagem do tempo t1. Os contatos NA (normalmente aberto) são os que estão abertos enquanto a bobina não está energizada e que fecham, quando a bobina recebe corrente. Os NF (normalmente fechado) abrem-se quando a bobina recebe corrente, ao contrário dos NA. O contato central ou C é o comum, ou seja, quando o contato NA fecha é com o C que se estabelece a condução e o contrário com o NF. A principal vantagem dos Relés em relação aos SCR e os Triacs é que o circuito de carga está completamente isolado do de controle, podendo inclusive trabalhar com tensões diferentes entre controle e carga. A desvantagem é o fator do desgaste, pois em todo o componente mecânico há uma vida útil, o que não ocorre nos Tiristores. Devem ser observadas as limitações dos relés quanto a corrente e tensão máxima admitida entre os terminais. Se não forem observados estes fatores a vida útil do relé estará comprometida,ou até a do circuito controlado. Na figura abaixo estão o desenho ilustrativo de um relé (esquerda) e a configuração mais comum dos contatos dos relés (direita).

O relé tipo UNSX foi especialmente projetado para supervisão de redes elétricas e motores contra falta de fase, inversão de fase e mínima tensão. O relé é construído em estado sólido, insensível à vibração ou choque, podendo ser instalado em qualquer posição. Indicado para a proteção de motores contra a falta de fase, devido a queima de um fusível nos sistemas de partida contator-fusível. A proteção é eficiente mesmo em condições desfavoráveis, ou seja, quando a tensão de retorno na fase de defeito estiver próxima da tensão de alimentação, no caso de motores levemente carregados. Um circuito eletrônico com total proteção a transientes e a confiabilidade dos componentes empregados, garantem longa vida em regime contínuo de funcionamento. Fotos e esquemas abaixo:

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Esquema de um relé temporizado

Funcionamento: Inicialmente o capacitor C1 está carregado pelo comutador fechado de K1e a resistência de carga R2. Acionando S1, energiza o contator K1, que mantém a retenção pelo contato comutador aberto de K1, que em série com R1 resistor variável vai descarregando C1. O tempo de desligamento de K1 é dado pela regulagem em R1.

Funcionamento: Inicialmente o capacitor C1 está carregado. Acionando K1 o contato comutador muda de posição, retendo K1, até que o capacitor descarrega. O tempo de atuação é dado pela regulagem de R1

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O CONTATOR O contator é um dispositivo eletromagnético que liga e desliga o circuito do motor. Usado de preferência para comandos elétricos: Automáticos à distância. É constituído de bobina que quando energizada cria um campo magnético no núcleo fixo que por sua vez atrai o núcleo móvel que fecha vários circuitos. Cessando a alimentação da bobina, desaparece o campo magnético, provocando o retorno do núcleo através de molas conforme figura. Contator Contator com a adição Contatos auxiliares

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EXERCÍCIOS PRÁTICOS Partida direta Em quase todas as concessionárias de energia elétrica, permite-se que os motores em partida direta, somente até 5 Hp ( 3,75 kW). Entende-se por partida direta a partida com a tensão de abastecimento Diagrama de Força Diagrama de comando

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Chave Reversora Trifásica Funcionamento:

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Partida de Motor Trifásico em Estrela Triângulo Funcionamento: Diagrama de Força Diagrama de Comando

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Partida de motor com tensão compensada Funcionamento:

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Ligações de Motores Dahlander: Os motores Dahlander, são motores que tem 2 velocidades, pois eles são construídos em 2/4 pólos, 4/8 pólos etc. sempre nº. pares de pólos, é como se houvesse 2 motores em 1 Pode-se usar isolados, um ou outro separadamente. Ligações: O Motor funciona na 1ª velocidade com os bornes de ligações 1, 2 e 3 alimentados à rede por C1 e os contatores C2 e C3 estão desligados. A 2ª velocidade os bornes 1,2 e 3 serão fechados em estrela pelo contator C2, e o contator C3 liga os bornes, 5, 4 e 6 a rede Esquema de Força:

–Desenhe o Esquema de Comando (Complete)

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Variação de velocidade por resistências em Motores de rotor bobinado

Complete o esquema de comando (Motor em anéis)

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Motor Trifásico com frenagem por contra corrente (Freio Eletromagnético)

Circuito de Força Circuito de comando

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Exercícios Propostos:

-Faça um esquema de comando em que as lâmpadas L1, L2, L3, L4 e L5 acendem uma após a outra e quando L5 se acender, todas se apagam ao mesmo tempo. -Faça um esquema de com as 5 lâmpadas acima em que uma lâmpada acende e a anterior apaga, até todas se acenderem e apagarem, L5 se apagará por último. -Faça um esquema com variação de velocidade em que os resistores entraram ao acionar um mesmo botão e individualmente R1,R2,R3 e R4. -Um transformador de 15 kVA trabalhava a plena carga (100%), alimentando uma carga de 7,5 kW. Qual o fator de potência do sistema? -Qual a potência do transformador necessária para se ligar um motor de 7,5 cv com FP = 0,6, e qual a corrente que circula pelo circuito para tensão igual a 220 V?

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Simbologia:

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Bibliografia

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