Apostila_comandos elétricos

CENTRO DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL DARIO GERALDO SALLESCEDUP – JOINVILLE/SC

CURSO DE ELETROTÉCNICADISCIPLINA DE PROTEÇÃO E COMANDOS

APOSTILA DE PROTEÇÃO ECOMANDOS ELÉTRICOS

Elaborado por:Aldo Zanella JuniorLorreine Iria Laube

Tirson Augusto Soares

ApostilaComandos elétricos

SUMÁRIO

1. Motores elétricos............................................................................................................................................................4

1.1. TIPOS E CARACTERÍSTICAS DE MOTORES.............................................................................................................41.2. LIGAÇÃO DE MOTORES..........................................................................................................................................7

1.2.1. Motores monofásicos..............................................................................................................................71.2.2. Motores trifásicos.....................................................................................................................................81.2.3. Motores de doze bornes.......................................................................................................................11

2. DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO E COMANDO...................................................................................................11

2.1. FUSÍVEL.................................................................................................................................................................122.2. RELÉ TÉRMICO......................................................................................................................................................132.3. DISJUNTOR-MOTOR..............................................................................................................................................142.4. CONTATOR............................................................................................................................................................152.5. TEMPORIZADOR ELETRÔNICO..............................................................................................................................192.6. BOTOEIRAS, CHAVES MANUAIS, CHAVES FIM-DE-CURSO E SINALIZADORES....................................................20

3. SIMBOLOGIA..............................................................................................................................................................22

3.1. FUSÍVEL.................................................................................................................................................................233.2. RELÉ TÉRMICO......................................................................................................................................................233.3. DISJUNTOR-MOTOR..............................................................................................................................................243.4. CONTATOR............................................................................................................................................................243.5. TEMPORIZADOR....................................................................................................................................................243.6. BOTOEIRAS, CHAVES MANUAIS, CHAVES FIM-DE-CURSO E SINALIZADORES....................................................25

4. CHAVES DE PARTIDA..............................................................................................................................................29

4.1. CHAVE DE PARTIDA DIRETA.................................................................................................................................294.2. CHAVE DE PARTIDA DIRETA COM REVERSÃO DE ROTAÇÃO..............................................................................304.3. CHAVE DE PARTIDA ESTRELA-TRIÂNGULO.........................................................................................................314.4. CHAVE DE PARTIDA COMPENSADORA.................................................................................................................344.5. CHAVE DE PARTIDA ELETRÔNICA (SOFT-STARTER)...........................................................................................374.6. PARTIDA DE MOTOR DE DUAS VELOCIDADES (DAHLANDER)....................................................................424.6. PARTIDA DE MOTOR DE DUAS VELOCIDADES (DAHLANDER)....................................................................434.7. CHAVE DE PARTIDA ESTRELA-TRIÂNGULO COM REVERSÃO.............................................................................444.8. INVERSOR DE FREQÜÊNCIA..................................................................................................................................45

5. DIMENSIONAMENTO DE CHAVES DE PARTIDA...................................................................................................54

5.1. NOMENCLATURA UTILIZADA.................................................................................................................................545.2. TABELA DE CARACTERÍSTICAS DE MOTORES.....................................................................................................555.3. TABELA DE DISJUNTORES E RELÉS DE SOBRECARGA.......................................................................................595.4. CURVA DE FUSÍVEIS.............................................................................................................................................605.5. DIMENSIONAMENTO DA PARTIDA DIRETA............................................................................................................61

5.5.1. Corrente no trecho.................................................................................................................................615.5.2. Dimensionamento do contator...........................................................................................................625.5.3. Dimensionamento do relé térmico.....................................................................................................625.5.4. Dimensionamento de fusíveis de força............................................................................................625.5.5. Exemplo de dimensionamento...........................................................................................................62

5.6. DIMENSIONAMENTO DA CHAVE DE PARTIDA ESTRELA-TRIÂNGULO...................................................................645.6.1. Corrente nos trechos.............................................................................................................................645.6.2. Dimensionamento dos contatores.....................................................................................................645.6.3. Dimensionamento do relé térmico.....................................................................................................645.6.4. Dimensionamento de fusíveis.............................................................................................................655.6.5. Exemplo de dimensionamento...........................................................................................................65

5.7. DIMENSIONAMENTO DA CHAVE DE PARTIDA COMPENSADORA..........................................................................675.7.1. Corrente nos trechos.............................................................................................................................675.7.2. Dimensionamento dos contatores.....................................................................................................685.7.3. Dimensionamento do relé térmico.....................................................................................................685.7.4. Dimensionamento dos fusíveis de força.........................................................................................68

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5.7.5. Dimensionamento do autotransformador.......................................................................................685.7.6. Exemplo de dimensionamento...........................................................................................................69

5.8. DEFEITOS EM CHAVES DE PARTIDA.....................................................................................................................70

6. EXERCÍCIOS...............................................................................................................................................................72

6.1. EXERCÍCIOS DE MOTORES ELÉTRICOS................................................................................................................726.2. EXERCÍCIOS DE DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO E COMANDO...............................................................................736.3. EXERCÍCIOS DE SIMBOLOGIA...............................................................................................................................756.4. EXERCÍCIOS DE CHAVES DE PARTIDA.................................................................................................................786.5. EXERCÍCIOS DE DIMENSIONAMENTO DE CHAVES DE PARTIDA...........................................................................84

Referências Bibliográficas....................................................................................................................................................89

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PROTEÇÃO E COMANDO

1. Motores elétricos

O motor elétrico é a máquina capaz de converter energia elétrica em energia mecânica, através da interação entre os campos magnéticos gerados quando a corrente elétrica circula através de seus enrolamentos.

Do ponto de vista elétrico, suas partes constitutivas são rotor, parte móvel, e estator, parte fixa do motor.

1.1.Tipos e características de motores

A Figura 1.1 mostra como os motores são classificados.

Figura 1.1: tipos de motores elétricos

Os motores de corrente contínua são utilizados normalmente em pequenas aplicações. Na indústria foram muito utilizados quando havia a necessidade de se variar sua rotação, que num motor cc pode ser feito apenas variando-se a corrente de armadura. Mas a necessidade de converter a corrente alternada em contínua, seu alto custo de fabricação e de manutenção, aliado ao advento dos inversores de freqüência, que possibilitam o controle preciso de rotação em máquinas de corrente alternada, fez com que seu uso ficasse restrito em aplicações de pequeno porte.

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Os motores monofásicos normalmente são de pequeno porte (até 5 cv) e necessitam de um circuito auxiliar de partida.

Os motores síncronos são motores extremamente caros, de difícil manutenção, mas possuem uma característica peculiar, sua velocidade é sempre constante, invariável com a carga. Esta velocidade, chamada de velocidade síncrona, é dada pela fórmula:

,

onde nS é a rotação síncrona em rpm, f é a freqüência em Hz e p é o número de pólos do motor.

Estes motores só são utilizados em aplicações em que a velocidade deve ser extremamente constante, como em geração de energia, ou conversão de freqüência de pequena potência.

Os motores mais utilizados na indústria são os motores trifásicos assíncronos de rotor de gaiola. Recebem este nome porque seu rotor é constituído de lâminas de material ferro-magnético entrepostas a uma armação de alumínio fundido que lembra uma gaiola. Isto proporciona um baixo custo de fabricação, com pouca manutenção e um ótimo desempenho. A Figura 1.2 mostra as partes constituintes de um motor de indução com rotor de gaiola.

Figura 1.2: partes de um motor de indução

Conjugado (Torque ou Momento)O Conjugado (ou Torque) é definido como a tendência do acoplamento mecânico de

uma força e sua distância radial ao eixo de rotação para produzir rotação.

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A principal característica destes motores é que a velocidade varia com a carga aplicada. Quanto maior a carga, mais devagar gira o motor. A velocidade é dada em termos da velocidade de um motor síncrono de mesma freqüência e número de pólos, ou seja, a velocidade síncrona. Com o motor a vazio, teoricamente a velocidade seria igual à síncrona, mas se deve lembrar que o próprio rotor, eixo e demais componentes girantes oferecem resistência ao motor, logo, sempre há uma perda de rotação. Esta perda é chamada de escorregamento e ocorre por causa da interação entre a força gerada pelos campos magnéticos e o conjugado resistente de carga. A expressão da velocidade de um motor assíncrono é:

onde s é o escorregamento em porcentagem.Podemos evidenciar a rotação síncrona nesta expressão:

A expressão do escorregamento é:

Outra característica destes motores é a alta corrente de partida, ocasionada pela inércia do motor e da carga e que pode alcançar de 6 a 9 vezes a corrente nominal. Vale lembrar que a corrente de partida é dado de placa dos motores. Quando o motor parte a vazio, a corrente de partida é a mesma do que se partisse a plena carga, porém o tempo de partida a vazio é bem menor. Os motores também recebem classificações conforme a característica da sua curva de partida. Observe a Figura 1.3.

Figura 1.3: curvas de conjugado de motores

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Os motores classe N são os mais comuns, porém possuem um menor conjugado de partida. Os das classes H e D são utilizados quando há a necessidade de fazer a partida com mais carga ou mesmo a plena carga. A Figura 1.4 mostra como a curva de conjugado é avaliada.

Figura 1.4: Características de conjugado de um motor trifásico tipo N

O escorregamento também fica evidente neste gráfico, observando-se a região entre n e nS.

Outra característica importante dos motores elétricos é o tempo de rotor bloqueado, que designa o tempo que o motor suporta sem queimar, estando com o rotor bloqueado. Na prática, implica que o tempo de aceleração do motor não deve ser maior do que o tempo de rotor bloqueado.

Os motores assíncronos com rotor bobinado ou motor de anéis possui, ao invés de um rotor em gaiola, bobinas que são alimentadas através de escovas de carvão apoiadas sobre anéis coletores. Devido à possibilidade de se fazer a partida com a inclusão de resistências rotóricas, estes motores são largamente utilizados em sistemas com elevada inércia de partida. Além disso, em partidas a vazio, a corrente não apresenta picos tão elevados. Porém o custo de manutenção é bastante alto, devido aos anéis coletores e escovas.

1.2.Ligação de motores

1.2.1. Motores monofásicos

Os motores monofásicos normalmente possuem dois enrolamentos principais e um circuito auxiliar de partida, composto por chave centrífuga, enrolamento auxiliar e capacitor. A Figura 1.5 mostra a representação dos bornes dos motores monofásicos.

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Figura 1.5: Bobinas de motor monofásico

Para fazer a ligação em 110 V, os enrolamentos principais são ligados em paralelo, juntamente com o circuito auxiliar. Observe a Figura 1.6.

Figura 1.6: Ligação em paralelo de motor monofásico (110 V)

Em 220 V, os enrolamentos principais são ligados em série e o circuito auxiliar é ligado em paralelo com um dos enrolamentos. A Figura 1.7 traz esta ligação.

Figura 1.7: Ligação em série de um motor monofásico (220 V)

Para fazer a inversão de um motor monofásico, basta inverter os pólos do circuito auxiliar de partida, ou seja, trocar os bornes 5 e 8.

1.2.2. Motores trifásicos

Os motores trifásicos não necessitam de circuito auxiliar de partida e normalmente possuem um enrolamento por fase. A Figura 1.8 mostra a configuração dos bornes de um motor trifásico.

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Figura 1.8: Enrolamentos de um motor trifásico

Existem duas formas básicas de ligação de um motor trifásico: estrela e triângulo. A Figura 1.9 traz a ligação estrela e a Figura 1.10 a ligação triângulo.

Figura 1.9: Ligação Estrela

Figura 1.10: Ligação Triângulo

Na a ligação triângulo, a tensão sobre os enrolamentos é a mesma da tensão de rede, enquanto que a corrente se divide. Para a ligação estrela, a tensão de rede é dividida entre os enrolamentos enquanto que a tensão se divide. Observe a Figura 1.11.

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Figura 1.11: Relação de tensão e corrente nas ligações estrela e triângulo

As relações entre as tensões e correntes de linha e sobre enrolamentos são: Para a ligação triângulo:

Para a ligação estrela:

Assim, para ambos tipos de ligações, a potência será dada por:

,

onde cosφ é o fator de potência do motor.Para o motor, o que é inalterável é a tensão sobre os enrolamentos, que é a

mesma para ambas ligações. Então, para um motor ligado em triângulo com uma tensão de 220 V (que é a tensão sobre o enrolamento), para ser ligado em estrela deverá ser ligado numa rede de 380 V, a fim de que se tenha os mesmos 220 V sobre os enrolamentos.

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1.2.3. Motores de doze bornes

Estes motores possuem dois enrolamentos por fase e podem ser ligados em quatro tensões diferentes. Observe a Figura 1.12.

Figura 1.12: Ligação do motor de 12 bornes

A ligação estrela série é usada apenas para fazer a partida série-paralelo, já que 760 V não é uma tensão padrão de rede. Normalmente, a ligação Δ série também tem esta finalidade.

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PLACA DE IDENTIFICAÇÃO DO MOTOR

Toda máquina elétrica apresenta suas principais características elétricas (valores nominais) escritas sobre a mesma ou em uma placa de identificação. Os principais Dados de Placa de uma máquina elétrica são:

1. Tipo de Motor 9. Grau de Proteção (Classe de Isolamento)2. Tensão Nominal (V) 10. Temperatura Máxima de Funcionamento3. Corrente Nominal (A) 11. Fator de Serviço: índice de sobrecarga4. Freqüência Nominal (Hz) 12. Regime de Trabalho5. Potência Mecânica Nominal (CV ou HP) 13. Fabricante6. Velocidade Nominal (RPM) 14. Modelo e Número de Série7. Número de Fases8. Esquemas de Ligações

Placa de Identificação do Motor Elétrico

2. Dispositivos de proteção e comando

A instalação de máquinas diversas requer uma grande gama de dispositivos que possibilitem o perfeito funcionamento, de preferência o mais automatizado possível, com proteção em caso de falhas. Os quadros de comando proporcionam essa confiabilidade, além de garantir uma maior segurança ao operador da máquina, já que o mesmo não estará em contato direto com a alimentação de força da máquina. O acionamento é remoto, através de chaves que se encontram fora do painel de comando, não havendo necessidade de se abrir o painel para ligar ou desligar uma máquina. Além disso, o equipamento fica protegido contra eventuais problemas causados por fatores diversos, como sobrecarga, curto-circuito ou erro de operação.

Os painéis de comando baseiam-se na abertura e fechamento de chaves elétricas chamadas de contatos. Estes contatos são comandados de diversas formas, manualmente, mecanicamente, magneticamente etc. São formados por um contato móvel que faz a ligação entre dois contatos fixos, que formam os bornes do contato.

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Há três tipos de contatos: normalmente fechado (NF ou NC), normalmente aberto (NA ou NO) e reversor. Possuem duas posições, de repouso ou acionados. A Tabela 2.1 faz um resumo dos contatos e seus estados nas posições normal e atuado.

Posição Contato NA Contato NF Contato reversor

Normal ou

repouso

Atuado

Tabela 2.1: Tipos de contatos

2.1.Fusível

O fusível é um dispositivo de proteção contra as correntes de curto-circuito. Sua atuação é baseada no elemento fusível, que é um condutor geralmente de cobre, prata ou estanho, de pequena seção que se funde ao ser atravessado por uma corrente de valor maior que a estipulada pela sua curva de atuação.

Os fusíveis de uso industrial, para correntes maiores, são feitos de um corpo cerâmico ladeado por placas metálicas, os contatos, que estão ligadas pelo elemento fusível. No interior do corpo cerâmico há areia de quartzo envolvendo o elemento fusível, cuja função é de extinguir o arco elétrico criado pela queima do fusível.

Também possuem uma chapa ou pino colorido, que indica quando o fusível atua.Os fusíveis podem ser classificados:

Quanto à capacidade de interrupção: em fusíveis retardados, para proteção de motores e máquinas em geral, ou ultra-rápidos, para proteção de equipamentos eletrônicos sensíveis;

Quanto ao nível de tensão: de baixa ou alta tensão; Quanto à forma construtiva: Diazed (diametral) ou NH.

Os fusíveis de efeito retardado são fabricados para suportar uma corrente maior que sua corrente nominal durante um certo tempo. Assim, durante a partida de um motor, em que a corrente alcança valores maiores do que as de trabalho, os fusíveis não queimam. Em outro tópico, vamos aprender como usamos a curva dos fusíveis para dimensioná-los.

A Figura 2.1: mostra um fusível Diazed, que são fabricados no valores nominais de corrente 2, 4, 6, 10, 16, 20, 25, 35, 50 e 63 A.

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Figura 2.1: Fusível Diazed

Os fusíveis NH são idênticos aos Diazed em funcionamento, porém seu formato é diferente, pois são montados em bases com contatos tipo faca e devem ser removidos com o uso de sacadores especiais. A Figura 2.2 mostra um fusível NH em corte.

Figura 2.2: Fusível NH CHAVE DE MANOBRA DO FUSÍVEL NH

Os fusíveis NH são fabricados de 4 até 630 A. Por questões econômicas, sempre que possível, é preferível que se use fusíveis Diazed.

2.2.Relé térmico

Também chamado de relé de sobrecarga ou bimetálico, seu funcionamento baseia-se no princípio da dilatação térmica dos metais. A cada fase é ligado um componente chamado bimetálico, que consiste em duas lâminas de metais diferentes soldadas entre si. Quando a corrente percorre o relé térmico, as lâminas, por efeito Joule aquecem e se dilatam. Como os metais são diferentes, a dilatação também é diferente, fazendo com que as lâminas se enverguem. Como a temperatura é função direta da intensidade de corrente que circula, pode-se fazer uma relação entre a corrente e o ângulo de desvio do bimetálico.

Assim, através de um mecanismo de disparo, é possível fazer com que o relé térmico desarme o circuito quando a corrente ultrapassar um determinado valor. Este valor é

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chamado de corrente de sobrecarga, que é um fenômeno que ocorre em motores que trabalham em condições anormais, como sobrecarga mecânica no eixo, tempo de partida muito alto, rotor bloqueado, falta de fase e outros. O motor nestas condições tende a se aquecer em demasia, provocando degradação do material isolante das bobinas e conseqüentemente a queima por curto-circuito.

A Figura 2.3 mostra um esquema dos componentes de um relé térmico trifásico.

Figura 2.3: Esquema de um relé térmico

Quando a corrente que circula pelos bimetálicos é a nominal do motor (abaixo do ajuste) os bimetálicos sofrem uma deflexão, mas não suficiente para o desarme. Quando a corrente aumenta, a deflexão também aumenta e o mecanismo de disparo é ativado, ocorrendo o desarme do relé. Esse valor de corrente pode ser regulado através de um botão giratório.

Normalmente os relés térmicos possuem dois contatos, um aberto e um fechado, e possuem a opção de rearme automático ou manual e botão de teste.

2.3.Disjuntor-motor

Os disjuntores são dispositivos de seccionamento e proteção contra sobrecarga e curto-circuito. O dispositivo de proteção contra sobrecarga consiste em bimetálicos, cujo funcionamento já foi descrito na seção sobre os relés térmicos.

O dispositivo contra curto-circuito consiste em uma bobina que, quando atravessada por uma corrente de grande intensidade, gera um campo magnético que atrai uma peça magnética que desarma o disjuntor. A Figura 2.4 mostra um esquema interno de um disjuntor monofásico.

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Figura 2.4: Esquema de um disjuntor

Os disjuntores-motor possuem as mesmas características básicas de um disjuntor termomagnético convencional, juntamente com a característica de retardo dos fusíveis retardados e o ajuste da corrente de desarme por sobrecarga.

Normalmente, os disjuntores-motor possuem acionamento por alavanca rotativa e indicação de disparo (TRIP). A Figura 2.5 mostra um disjuntor MPW25 da WEG.

Figura 2.5: Disjuntor-motor MPW25 da WEG

2.4.Contator

Por definição, o contator é uma chave de operação eletromagnética, com uma única posição de repouso e é capaz de estabelecer, conduzir e interromper correntes em condições normais no circuito, inclusive sobrecargas no funcionamento. É o principal dispositivo de comando e o mais utilizado.

Os principais elementos construtivos são contatos, núcleo, bobina, molas e carcaça. A Figura 2.6 mostra um esquema interno do contator.

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Figura 2.6: Esquema de um contator

Os contatos móveis estão apoiados sobre molas fixadas em uma estrutura chamada cabeçote. Esta por sua vez é ligada rigidamente ao núcleo móvel, que se mantém separado do núcleo fixo pela ação de molas de curso. Assim, na posição de repouso os contatos mantêm-se em sua posição normal. Quando a bobina é atravessada por corrente elétrica, pela aplicação da tensão correspondente em seus terminais, um campo magnético é gerado, forçando o núcleo móvel a se juntar ao fixo, vencendo a força das molas, a fim de diminuir o entreferro (espaço vazio entre os núcleos). Assim, os contatos movem-se, passando para o estado atuado (veja a Tabela 1). Se a bobina for desenergizada, o campo magnético é extinto, fazendo com que o núcleo móvel, pela ação das molas, afaste-se do núcleo fixo e os contatos voltem a sua posição normal.

Os contatos são divididos em contatos principais ou de força e contatos auxiliares ou de comando. Os contatos principais têm a função de interromper ou estabelecer a corrente de carga, assim suas dimensões acompanham a magnitude da corrente que são capazes de conduzir. Os contatos auxiliares têm a função de implementar a lógica de comando, interrompendo ou estabelecendo a corrente que vai alimentar os dispositivos que fazem a seqüência lógica de operação da carga, muitas vezes, alimentando a própria bobina do contator.

Normalmente os contatores possuem apenas um ou nenhum contato auxiliar, mas outros contatos podem ser adicionados através de encaixes específicos na superfície superior ou lateral do contator. São os chamados blocos de contatos, que podem ser contatos individuais abertos ou fechados ou contatos conjugados, um aberto e um fechado.

Há outros acessórios para contatores, como: bloco pneumático temporizado, que faz um comando temporizado regulável; dispositivo de intertravamento, que impede mecanicamente que dois contatores sejam ligados ao mesmo tempo; bloco de retenção mecânica, que impede o contator de se desligar em caso de queda brusca de tensão e outros.

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Os contatores possuem características específicas para cada aplicação. Assim, um contator que faz a partida de um motor de um torno pode não ser o mesmo que aciona o motor de uma esteira, mesmo que os motores tenham características idênticas. Isto se deve ao fato dos contatores sofrerem um desgaste dos seus contatos a cada acionamento. Logo, o tipo de carga e a freqüência de manobras influi diretamente sobre o desgaste dos contatos.

Este desgaste se dá pela ação dos arcos elétricos criados com o fechamento e principalmente abertura dos contatos, provocando eletro-erosão do material da superfície dos contatos. Como a eletro-erosão ocorre de maneira aleatória, a superfície dos contatos torna-se irregular, provocando aumento da resistência elétrica nos contatos e aquecimento. Pode acontecer mesmo dos contatos atingirem temperaturas tão altas que acabm se fundindo e soldando-se, impedindo a abertura do contator. A Figura 2.7 mostra o efeito da eletro-erosão sobre os contatos elétricos.

Figura 2.7: Eletro-erosão em contatos

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Assim, é importante aplicar cada tipo de contator corretamente, conforme sua categoria de emprego, observe a Tabela 2.2.

Tipo decorrente

Categorias de

empregoAplicações típicas

CA

AC-1 Manobras leves; carga ôhmica ou pouco indutiva (aquecedores, lâmpadas incandescentes e fluorescentes compensadas)

AC-2 Manobras leves; comando de motores com anéis coletores (guinchos, bombas, compressores); desligamento em regime

AC-3 Serviço normal de manobra de motores com rotor de gaiola (bombas, ventiladores, compressores); desligamento em regime

AC-4Manobras pesadas; acionar motores com carga plena; comando intermitente (pulsatório); reversão a plena marcha e paradas por contra-corrente (pontes rolantes, tornos, etc)

AC-5a Chaveamento de controle de lâmpadas de descargas elétricas

AC-5b Chaveamento de lâmpadas incandescentes

AC-6a Chaveamento de transformadores

AC-6b Chaveamento de bancos de capacitores

AC-7a Aplicações domésticas com cargas pouco indutivas e aplicações similares

AC-7b Cargas motoras para aplicações domésticas

AC-8a Controle de compressor-motor hermeticamente refrigerado com reset manual para liberação de sobrecarga

AC-8b Controle de compressor-motor hermeticamente refrigerado com reset automático para liberação de sobrecarga

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

AC-13 Controle de cargas de estado sólido com transformadores de isolação

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

AC-15 Controle de cargas eletromagnéticas (> 72 VA)

CC

DC-1 Cargas não indutivas ou pouco indutivas

DC-3Motores CC com excitação independente, partindo, em operação contínua ou em chaveamento intermitente; frenagem dinâmica de motores CC

DC-5Motores CC com excitação série, partindo em operação contínua ou em chaveamento intermitente; frenagem dinâmica de motores CC

DC-6 Chaveamento de lâmpadas incandescentes

DC-12 Controle de cargas resistivas e cargas de estado sólido através de acopladores ópticos

DC-13 Controle de eletroímãs

DC-14 Controle de cargas eletromagnéticas que têm resistores de economia no circuito

Tabela 2.2: Categoria de emprego de contatores

Obs.: A categoria AC-3 pode ser usada para regimes intermitentes ocasionais por um período de tempo limitado como em set-up de máquinas; durante tal período de tempo limitado o número de operações não pode exceder 5 por minuto ou mais que 10 em um período de 10 minutos. Motor-compressor hermeticamente refrigerado é uma combinação de um compressor e um motor, ambos enclausurados em um invólucro, com eixo não externo, onde o motor opera neste meio refrigerante.

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2.5.Temporizador eletrônico

Comandos temporizados são realizados através de dispositivos chamados relés de tempo ou simplesmente temporizadores. O tipo mais utilizado é o relé de tempo eletrônico, baseado em um circuito RC. Outros tipos são os temporizadores pneumáticos e motorizados.

Com relação ao acionamento de contatos, os relés podem ser com retardo na energização, com retardo na desenergização ou estrela-triângulo. Este último é específico para partida estrela-triângulo de motores e será estudado mais para frente. Há ainda temporizadores comuns, que mantém seus contatos acionados durante o tempo selecionado, após serem alimentados. Observe o diagrama da Figura 2.8.

Figura 2.8: Diagrama de tempo de um relé comum

Os temporizadores com retardo na energização são os mais comuns e seus contatos são acionados depois de decorrido o tempo selecionado, contado a partir do momento em que o relé é energizado. Observe a Figura 2.9.

Figura 2.9: Diagrama de tempo de um relé com retardo na energização

Os temporizadores com retardo na desenergização têm seus contatos acionados após ser retirada a energia e mantêm-se durante o tempo selecionado. Observe a Figura 2.10.

Figura 2.10: Diagrama de tempo de um relé com retardo na desenergização

Normalmente, os contatos dos temporizadores são do tipo reversor. Alguns possuem dois contatos reversores.

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2.6.Botoeiras, chaves manuais, chaves fim-de-curso e sinalizadores

Para ligar ou desligar motores, selecionar modos de funcionamento ou realizar qualquer operação manualmente, é necessário que existam dispositivos comandados pelo operador.

As botoeiras são dispositivos de comando manual que possuem uma única posição de repouso, ou seja, depois de terem sido acionados voltam à sua posição normal pela força de molas. Ficam afixadas nas portas dos painéis, de forma que o operador tenha acesso rápido. Possuem encaixe universal, normalmente três, para blocos de contatos NA ou NF. Alguns modelos possuem superfície translúcida para o encaixe de soquetes de lâmpadas, integrando a função de sinalizador. Outros tipos possuem uma trava para que permaneçam acionados, sendo necessário girar o botão para que se solte e volte à posição normal. É o caso de botões de emergência do tipo cogumelo. A Figura 2.11 mostra alguns tipos de botoeiras.

Figura 2.11: Botoeiras pulsantes

Os seletores são chaves de acionamento giratório que possuem duas ou mais posições de repouso. São utilizados para selecionar operações ou fazer comando liga e desliga de máquinas ou processos. São mais comumente chamados de knob. Observe a Figura 2.12.

Figura 2.12: Knobs

Os sinalizadores indicam situações específicas, como energização, defeitos ou operações transitórias. A Figura 2.13 mostra alguns tipos de sinalizadores, que podem funcionar junto com alarmes sonoros.

Figura 2.13: Sinaleiras

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As Tabelas 2.3 e 2.4 indicam, respectivamente, o significado usual, definido segundo a IEC 73 3 VDE 0199, das cores de botões e sinalizadores.

Cores Significado Aplicações típicas

Vermelho Parar, desligar Emergência

Parada de um ou mais motores Parada de unidades de uma máquina Parada de ciclo de operação Parada em caso de emergência Desligar em caso de sobre-aquecimento perigoso

Verde oupreto

Partir, ligar, pulsar

Partida de um ou mais motores Partir unidades de uma máquina Operação por pulsos Energizar circuitos de comando

Amarelo Intervenção Retrocesso Interromper condições anormais

Azul oubranco

Qualquer função, exceto as acima

Reset de relés térmicos Comando de funções auxiliares que não tenham

correlação direta com o ciclo de operação da máquinaTabela 2.3: significado das cores de botões

Cores Significado Aplicações típicas

Vermelho Condições

anormais, perigo ou alarme

Temperatura excede os limites de segurança Aviso de paralisação (Ex.: sobrecarga)

Amarelo Atenção,

cuidado O valor de uma grandeza aproxima-se de seu

limite

Verde Condição de

serviço segura Indicação de que a máquina está pronta para

operar

Branco

Circuitos sob tensão, funcionamento normal

Máquina em movimento

Azul Informações

especiais, exceto as acima

Sinalização de comando remoto Sinalização de preparação da máquina

Tabela 2.4: significado das cores de sinalizadores

As chaves fim-de-curso são dispositivos de acionamento mecânico que indicam posicionamento ou posição de curso de peças de máquinas. Possuem um acionador ou rolete que, ao ser empurrado aciona mecanicamente seus contatos. Normalmente possuem dois contatos, um NA e um NF, ou então um contato reversor. A Figura 2.14 mostra alguns tipos de chaves fim-de-curso.

Figura 2.14: Chaves fim-de-curso

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3. Simbologia

Os circuitos elétricos de comandos são representados através de diagramas esquemáticos, em que a posição dos elementos de circuito evidencia seu funcionamento e não sua posição no painel. Logo, deve-se ter um cuidado extra na interpretação dos diagramas, pois elementos que estão lado a lado no diagrama podem estar bem distantes dentro do painel.

Para diferenciar os diversos tipos de elementos, cada dispositivo recebe uma designação própria, segundo norma, e os elementos do mesmo dispositivo recebem nomenclatura de bornes diferenciada. Para facilitar, ainda, divide-se o diagrama em diagrama de força, que mostra a ligação de alimentação das diversas máquinas, e diagrama de comando, que mostra os elementos de comando e sinalização.

Os contatos, por serem elementos muito freqüentes em diagramas elétricos, recebem nomenclaturas especiais. Os contatos de força de dispositivos trifásicos recebem os números de 1 a 6, sendo que os números ímpares representam a entrada dos contatos e os pares as saídas. As entradas ainda recebem a letra L e as saídas a letra T. E as fases recebem os números 1, 2 e 3. Observe e Figura 3.1.

Figura 3.1: Simbologia geral de bornes de força

Os contatos de comando recebem dois números: o primeiro dígito sempre é o número de seqüência e o segundo é o número de função.

O número de seqüência diferencia os contatos de um mesmo dispositivo, em ordem crescente e os bornes de entrada e saída dos contatos devem receber o mesmo número de seqüência.

O número de função é sempre o mesmo para o mesmo tipo de contato, sendo que há um número para borne de entrada (sempre ímpar) e um para o borne de saída (sempre par). Os contatos de ação imediata, como de relés, chaves fim-de-curso e contatores recebem os números 1-2 para contatos fechados, 3-4 para contatos abertos e 1-2-4 para contatos reversores. Observe a Figura 3.2.

Figura 3.2: Simbologia geral de contatos de ação imediata

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Os contatos com retardo por efeito térmico, pneumático ou acionamento eletrônico recebem os números 5-6 para contatos fechados, 7-8 para contatos fechados e 5-6-8 para contatos reversores. Observe a Figura 3.3.

Figura 3.3: Simbologia geral de contatos com retardo

3.1.Fusível

Os fusíveis são designados pela letra F e seus bornes não recebem nomenclatura. Os símbolos de fusíveis de força e comando são mostrados na Figura 3.4.

Figura 3.4: Simbologia de fusíveis (a) usual e (b) com indicação do lado energizado

3.2.Relé térmico

Os relés térmicos são designados como Ft (normalmente dispositivos de proteção são designados pela letra F) e os bornes de força e comando seguem o padrão já apresentado. Mas os contatos levam o número 9 como número de seqüência. Observe a Figura 3.5.

Figura 3.5: Simbologia de relés térmicos

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O contato fechado do relé é utilizado como proteção, colocado em série com o circuito de comando, como veremos mais a frente. Já o contato aberto é utilizado como alarme, acionando um sinalizador luminoso ou sonoro.

3.3.Disjuntor-motor

Os disjuntores são designados pela letra Q e normalmente não possuem contatos auxiliares. Alguns modelos possuem blocos de contato, mas estes seguem o mesmo padrão de contatos de contatores. Veja a Figura 3.6.

Figura 3.6: Simbologia de disjuntores-motor

3.4.Contator

Os contatores, por norma são designados pela letra K, assim como os relés e outras chaves eletromagnéticas, mas é muito comum encontrar projetos em que os contatores são designados pela letra C. Os bornes dos contatos auxiliares seguem número de seqüência e normalmente são numerados de forma que o primeiro contato seja NA, depois vêm todos os contatos NF e por último os contatos NA restantes. Observe a Figura 3.7.

Figura 3.7: Simbologia de contatores

O símbolo em forma de retângulo é a bobina do contator.

3.5.Temporizador

Os temporizadores recebem a designação Kt e cada tipo de acionamento temporizado recebe um símbolo diferente de bobina. Observe a Figura 3.8.

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Figura 3.8: Simbologia de relés de tempo com retardo na energização

3.6.Botoeiras, chaves manuais, chaves fim-de-curso e sinalizadores

As chaves de comando manual e de acionamento mecânico e sensores normalmente levam a designação S ou Sw, mas pode-se encontrar B para botoeiras. Geralmente são contatos comuns com a indicação do tipo de acionamento e os números dos bornes levam a mesma nomenclatura dos contatos de contatores.

Sinalizadores são chamados de H e seus bornes são numerados como X1 e X2. Observe a Figura 3.9.

Figura 3.9: Simbologia de (a) botoeiras pulsantes, (b) knobs, (c) fins-de-curso e (d) sinaleiras

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A Tabela 3.1 apresenta os símbolos gráficos conforme Norma NBR/IEC/DIN.

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Tabela 3.1: símbolos gráficos segundo Norma

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4. Chaves de partida

Chave de partida é um equipamento que tem por função fazer a partida, desligamento, operação e proteção de motores elétricos. Inicialmente eram chaves manuais, em que o operador realizava a operação.

As chaves de partida magnéticas surgiram em substituição às chaves de partida manuais, fazendo manobras que poderiam, se feitas de maneira errada, prejudicar o desempenho das máquinas e ainda colocando-se em risco.

A função das chaves de partida é ligar, desligar, fazer manobras e frenagem em motores de corrente contínua ou alternada, mono ou trifásicos.

Garante ao operador uma maior segurança e simplicidade de comando, além de prover maior confiabilidade ao sistema.

Existem inúmeros tipos de chaves de partida, fabricadas às vezes de formas diferentes, mas o princípio de funcionamento de todas é idêntico.

4.1.Chave de partida direta

É constituída de um único contator para ligar e desligar o motor, além de fusíveis e relé térmico, ou disjuntor-motor para proteção.

Do ponto de vista do motor, esta é a melhor chave, pois o motor parte com valores de tensão e conjugado nominais, mas por norma só pode ser usada para partir motores até 5 cv, pois a alta corrente de partida dos motores de indução pode causar danos à rede elétrica, como já foi visto.

Desenhe no espaço abaixo os diagramas de força e comando da chave de partida direta.

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4.2.Chave de partida direta com reversão de rotação

Para fazer a reversão do sentido de giro de um motor trifásico, basta fazer a inversão de duas fases. Mas, para evitar a ligação simultânea dos dois contatores, que estão ligados em paralelo com fases trocadas, é necessário utilizar contatos fechados para fazer o inter-travamento.

Para este diagrama, é necessário desligar o motor antes de se fazer a reversão. Com a inclusão de contatos fechados das botoeiras em série com os contatos fechados de K1 e K2, porém cruzados, é possível fazer a reversão de forma direta, com a inclusão de frenagem por contra-corrente, lembrando que isto causa sobre-aquecimento no motor.

No espaço abaixo, desenhe os diagramas de força e comando da chave de partida direta com reversão de rotação.

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No espaço abaixo represente o diagrama de comando da chave de partida direta com reversão de rotação e inter-travamento das botoeiras.

4.3.Chave de partida estrela-triângulo

A fim de reduzir a corrente de partida do motor, utiliza-se chaves de partida que reduzem a tensão na partida, resultando em uma diminuição da corrente e conseqüentemente do torque. Uma dessas chaves é a chave estrela-triângulo, que parte o motor em ligação estrela, alimentado com tensão de triângulo, para depois de acelerado, mudar a ligação para triângulo, com tensão nominal.

Logo, não é a tensão de rede que muda, mas sim a forma de ligação. Assim, durante a partida, o motor recebe apenas 58% de sua tensão nominal, havendo uma redução da corrente de partida para 33% da corrente em partida direta. A Figura 4.1 mostra claramente a redução da tensão na partida em estrela.

Figura 4.1: Tensão nas bobinas na partida estrela-triângulo

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É necessário que o motor tenha possibilidade de dupla ligação, em estrela e em triângulo. São motores 220/380 V (para ligação em redes trifásicas de 220 V), 380/660 V (redes de 380 V) e 440/760 V (redes de 440 V), onde a menor tensão é a tensão em triângulo.

Com a redução da corrente para 33% de seu valor normal na partida, o conjugado do motor também é reduzido para 33%, logo, este tipo de chave somente pode ser utilizado para partidas com o motor praticamente a vazio.

O tempo que o motor se mantém em ligação triângulo deve ser estimado conforme o tempo de partida. É recomendável que a comutação de estrela para triângulo só aconteça com o motor a pelo menos 90% de sua rotação nominal, pois durante a comutação, o motor é desligado por um tempo pequeno, mas grande o suficiente para provocar um trancamento do motor em caso de sobrecarga excessiva.

Nos espaços abaixo, represente os diagramas de força e comando da chave de partida estrela-triângulo com temporizador de retardo.

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Outro esquema bastante comum é o esquema de comando com temporizador estrela-triângulo. Este temporizador possui dois contatos, um de ação imediata e que se desliga depois do tempo selecionado e outro com retardo, que aciona 100 ms depois do desligamento do primeiro contato. Observe o diagrama da Figura 4.2.

Figura 4.2: Diagrama de tempo do relé YΔ

No espaço à frente desenhe o diagrama de comando da chave de partida estrela-triângulo com temporizador Y-Δ.

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4.4.Chave de partida compensadora

Este tipo de chave de partida parte o motor com tensão reduzida, assim como a chave estrela-triângulo, porém utiliza um autotransformador em série com o motor para fazer a redução. É utilizada quando o motor parte com carga e a chave estrela-triângulo não atende as necessidades.

Os autotransformadores de partida possuem três TAP’s de saída, em 80, 65 e 50%. No TAP de 80%, a corrente é reduzida para 64% de seu valor normal, em 65%, é reduzida para 42%, e em 50%, para 25%. No TAP de 50%, as características de partida são semelhantes às da chave estrela-triângulo, por isso este TAP é pouco usado, apenas quando se deseja partir o motor sem carga. Também é possível mudar o TAP quando há variação de carga, com a inclusão de uma chave seletora trifásica.

Atualmente, estas chaves vêm sendo cada vez menos utilizadas, pois o seu custo é muito alto, devido ao autotransformador e ao tamanho do painel necessário para acomodá-lo. No lugar da compensadora, está sendo utilizada a partida eletrônica, com soft-start.

Represente à frente os diagramas de força e comando da chave de partida compensadora.

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O contato T1 que aparece no esquema de comando é de um termistor, que protege o autotransformador de queima por sobre-aquecimento. Durante a partida, o

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autotransformador sofre uma elevação de temperatura que é característica de seu funcionamento. Quando há diversas partidas sucessivas, a temperatura sobe a valores inadmissíveis e o termistor atua, inibindo o funcionamento do motor.

A Tabela 4.1 faz um comparativo entre as chaves de partida estrela-triângulo e compensadora.

Estrela-triângulo CompensadoraCusto menor Custo maior

Menores dimensõesMaiores dimensões, devido autotransformador

Deve partir praticamente a vazioAdmite partidas com carga (pode variar o TAP conforme exigência de carga)

Corrente de partida reduzida para 33%Corrente de partida reduzida:

No TAP 80% para 64%; No TAP 65% para 42%.

Tabela 4.1: Comparação entre partida estrela-triângulo e partida compensadora

A Tabela 4.2 mostra a escolha do tipo de motor conforme a chave de partida.

Motor Tipo de chave de partida

Execução dos enrolamentos

Número de

cabos

Tensão da rede

DiretaEstrela-

triânguloCompensadora

220 3 220 X X380 3 380 X X440 3 440 X X

220/380 6220 X X X380 X X

220/440 6220 X X440 X X

380/660 6 380 X X X380/760 6 380 X X440/760 6 440 X X X

220/380/440/660 9/12220 X X X380 X X X440 X X

220/380/440/760 9/12220 X X X380 X X440 X X X

Tabela 4.2: Tabela de possibilidades de ligação de motores

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4.5.Chave de partida eletrônica (Soft-starter)

O Soft-starter é uma chave de partida que utiliza chaves eletrônicas chamadas tiristores que permitem que se controle a abertura ou o fechamento da chave através de pulsos de corrente. Essas chaves recortam a forma de onda de tensão da entrada a cada ciclo, jogando para o motor uma tensão eficaz menor do que a nominal durante a partida, aumentando gradativamente até atingir tensão nominal. Observe a Figura 4.3.

Figura 4.3: formas de onda de entrada e saída de cada fase da Soft-Starter

Os tiristores atuam de forma unidirecional, ou seja, só conduzem corrente em um sentido. Assim, é necessário ter dois tiristores em anti-paralelo para conduzir a corrente nos dois semi-ciclos. Na figura, o tiristor de baixo conduz a corrente no semi-ciclo positivo, a partir do ponto mostrado no gráfico de Uo. Antes disso, o tiristor está bloqueado e a tensão de entrada Ui não passa para a carga. No semi-ciclo negativo, é o tiristor de cima que conduz, já que a corrente flui da carga para a rede, mas também apenas uma parte do tempo. Dessa forma, é visível que a tensão eficaz que passa para a carga é menor do que a tensão eficaz de entrada.

Para partir o motor, a Soft-starter gera uma rampa de tensão, aplicando uma tensão inicial e aumentando-a gradativamente (diminuindo o tempo de disparo dos tiristores no semi-ciclo) até chegar à tensão nominal. A Figura 4.4 mostra a rampa de tensão da chave de partida eletrônica.

Figura 4.4: rampa de tensão da Soft-Starter

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Para gerar as três tensões do motor trifásico, são necessários seis tiristores, dois para cada fase (um para o semi-ciclo positivo e outro para o negativo).

A Figura 4.5 mostra a IHM de parametrização da Soft-starter SSW-04 da WEG.

Figura 4.5: IHM da SSW-04

A Figura 4.6 mostra o diagrama de ligação da Soft-starter.

Figura 4.6: Ligação da parte de força da SSW-04

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A Figura 4.7 mostra as ligações da placa de controle da Soft-starter.

Figura 4.7: Ligação da parte de comando da SSW-04

Os parâmetros da Soft-starter SSW-04 WEG estão listados na Tabela 4.3.

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Tabela 4.3: Parâmetros da SSW-04

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EXERCÍCIOS DA AULA PRÁTICA DE SOFT-STARTER

1 – UTILIZANDO-SE OS DADOS DE FÁBRICA, VERIFICAR AS DUAS FORMAS DE ACIONAMENTO DA SOFT – STARTER.

a) LIGAR ATRAVÉS DA IHM

* Fazer um jumper entre os bornes 03 e 24Vcc das entradas digitais (ED)

* Energizar a bancada, aparecerá na IHM as iniciais rnd.

* Verificar se o parâmetro P61 está em ON ( isso habilita o comando via IHM)

* Caso o parâmetro P61 esteja em Off, volte para o parâmetro P00 (permite alteração dos parâmetros e coloque em ON; retorne para P61 e troque por ON.

* Pressione a tecla I para iniciar a partida do motor.

* Pressione a tecla 0 para desligar o motor.

b) LIGAR ATRAVÉS DOS BORNES DAS ENTRADAS DIGITAIS

* Fazer um jumper entre os bornes 03 e 24 Vcc das entradas digitais(ED).

* Fazer um segundo jumper entre os bornes 01 e 24 Vcc das entradas digitais (ED) ATENÇÃO, INICIALMENTE NÃO FAÇA A CONEXÃO.

* Energizar a bancada, aparecerá na IHM as iniciais rnd.

* Verificar se P61 está em Off, caso esteja em ON volte para o P00 e coloque em ON, volte ao P61 e torque por Off.

* Conecte o segundo jumper no borne 01, inicia a partida do motor.

* Retire o jumper do borne 01, desliga o motor.

ATENÇÃO, PARA CARREGAR OS DADOS DE FÁBRICA (PADRÕES), AJUSTAR O PARÂMETRO P46 ( valores default) em ON.

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2 – ATRAVÉS DA IHM AJUSTE A RAMPA DE ACELERAÇÃO

* Ajuste o parâmetro P01 e P02 de acordo com a tabela abaixo e verifique seu efeito, a corrente no motor P73 e a tensão na carga P77.

P01 P02 Efeito P7730% 20s25% 240s90% 240s90% 1s

3 – ATRAVÉS DA IHM AJUSTE A RAMPA DE DESACELERAÇÃO

* Ajuste o parâmetro P03 e P04 de acordo com a tabela abaixo e verifique o efeito e a tensão no motor P77.

P03 P04 Efeito P77100% OFF100% 240s40% 240s40% OFF

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Unom.

tempo

tensão

up

Ajuste

tensão

Unom.

tempoAjuste


4 – ATRAVÉ DA IHM AJUSTE A FRENAGEM CC

* Ajuste o parâmetro P52 em 3, e varie os valores de P34 e P35 de acordo com a tabela abaixo.

P34 P35 Efeito P771s 30%1s 50%2s 50%2s 30%

5 – ATRAVÉS DA IHM AJUSTE A FUNÇÃO KICK START

* Ajuste os parâmetros P41, P42, P01 e P02 de acordo com a tabela abaixo e verifique o efeito da aceleração e a corrente do motor em P73.

P01 P02 P41 P42 Efeito P77

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tensão

Unom.

tempoAjuste

Uk


4.6. Partida de motor de duas velocidades (Dahlander)

Os motores Dahlander são motores que podem funcionar em duas velocidades, bastando mudar o tipo de ligação. Em baixa rotação, o motor é ligado em Δ e em alta, em YY. Represente abaixo os diagramas de força e comando da partida direta do motor Dahlander.

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4.7. Chave de partida estrela-triângulo com reversão

Represente os diagramas de força e comando da chave de partida estrela-triângulo com reversão de rotação.

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4.8. Inversor de freqüência

Os inversores de freqüência são equipamentos destinados a fazer o controle da velocidade de rotação de motores de corrente alternada. A facilidade do controle combinada com o baixo custo de manutenção permitiu que uma grande gama de aplicações, antes relegadas ao uso de motores cc, pudesse ser implementada através de inversores de freqüência.

Assim, cada vez mais as máquinas que exigem controle de velocidade terão seu custo e seu tempo de manutenção diminuídos.

O funcionamento do inversor está baseado nas chaves eletrônicas chamadas tiristores. Como sabemos, a velocidade de rotação de um motor assíncrono é dada pela expressão:

Analisando a equação, vemos que existem três formas de se variar a rotação de um motor: através da freqüência f, do número de pólos p e do escorregamento s. O número de pólos de um motor é fixo, mesmo para aqueles que, devido a mudanças na ligação podem girar a mais de uma velocidade. E mesmo que pudéssemos variar o número de pólos, ainda assim estaríamos restritos aos números pares e inteiros, permitindo apenas algumas velocidades específicas. O escorregamento varia realmente, mas apenas 2 ou 3%, além de ser muito difícil controlar o valor exato do escorregamento, já que ele depende da carga aplicada ao eixo.

Assim, a única saída prática para variar a rotação de um motor ca é a variando a freqüência. Mas, para manter o fluxo magnético do motor constante em praticamente toda a faixa de velocidade, deve-se variar a tensão aplicada ao motor na mesma proporção da freqüência. Em outras palavras, se diminuirmos pela metade a freqüência, a tensão também deverá cair pela metade. Isso vale para a faixa de freqüência que vai de 0 até a freqüência nominal, já que a partir daí, não é mais possível aumentar a tensão, que deverá se manter no valor da tensão nominal. A Figura 4.8 mostra como é feita a variação da tensão e da freqüência.

Figura 4.8: Relação de V/f do inversor de freqüência

Na prática, em rotações muito baixas existe perda de conjugado, que pode ser compensada pelo aumento da relação entre a tensão e a freqüência, além de um aquecimento excessivo do motor pela diminuição do fluxo de ar que envolve a carcaça, devido à baixa velocidade de rotação do ventilador de refrigeração. Pode-se resolver este problema utilizando ventilação forçada, ou seja, desacoplando o ventilador do eixo do motor e lhe aplicando alimentação independente.

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Acima da freqüência nominal (60 Hz), a tensão é mantida constante (UN) enquanto a freqüência aumenta. Isso provoca diminuição do fluxo magnético e perda de conjugado. Estas perdas devem ser levadas em conta no projeto quando a faixa de freqüência da aplicação compreender valores muito baixos ou acima da freqüência nominal. Observe a Figura 4.9.

Figura 4.9: Gráfico de conjugado x freqüência

Para gerar uma forma de onda com tensão e freqüência variáveis, o inversor de freqüência faz duas conversões. Primeiramente, a tensão da rede, com tensão e freqüência constantes, é convertida em corrente contínua através de um retificador. Nesta parte, um banco de capacitores filtra a tensão, mantendo-a o mais constante possível. Então, a corrente contínua é transformada em alternada através de um circuito conversor de freqüência, gerando um sinal onde a freqüência e a tensão podem ser controladas conforme a necessidade. Observe a Figura 4.10.

Figura 4.10: Partes constituintes de inversores de freqüência

Mas o sinal gerado não se parece em nada com o que nós conhecemos por corrente alternada, já que para construir o sinal com freqüência variável, a onda é recortada em picos cuja freqüência real varia de 5 a 20 kHz e apenas o contorno ou valor médio dessa onda é que possui a freqüência e tensão requeridos. Observe a Figura 4.11.

Figura 4.11: Tensão gerada na saída do inversor

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Por isso, deve-se cuidar muito ao efetuar medições de tensão ou corrente na saída de um inversor de freqüência, já que a presença dessas variações bruscas de tensão e corrente podem provocar a queima ou desregulagem de um equipamento que não seja apropriado para esse tipo de medição, os chamados true-rms.

A Figura 4.12 mostra a IHM do inversor de freqüência CFW-08 da WEG.

Figura 4.12: IHM do CFW-08

A ligação da parte de força do inversor consiste em alimentar as entradas na rede mono ou trifásica e conectar o motor às saídas. A Figura 4.13 mostra as ligações das entradas da placa de controle do modelo CFW-08 Plus WEG.

Benefícios da aplicação do inversor de freqüência no equipamento:

Maior facilidade de reposição do motor; Ganho de espaço e redução de custo de instalação; Economia de emergia com a utilização de produtos de melhor eficiência energética; Facilidade de manutenção e melhor funcionabilidade. Facilidade de controle

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Principais aplicações

Transportadores em geral

Extrusoras

Elevadores Residenciais e Comerciais

Roscas transportadoras

Bombas de deslocamento positivo

Compressores

Mesa de rolos

Máquinas de corte e solda

Os inversores de freqüência também dispõem de recursos para trabalho em Malha Fechada ou em Malha Aberta, ou seja, os sistemas de malha aberta não contem dispositivos que façam a realimentação para o inversor, não temos controle com precisão da velocidade na ponta do eixo.

Já no sistema de malha fecha instalamos um dispositivo que irá realimentar o inversor proporcionando uma melhor precisão de velocidade na ponta do eixo, esses equipamentos são acoplados na parte traseira do motor.

Os equipamentos disponíveis para essas medições são:

Tacogeradores

INVERSOR

SISTEMA MALHA ABERTA

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MOTORINVERSOR


Os Encoders

Os Resolvers

TACOGERADORES

Os tacogeradores são pequenos geradores de corrente contínua, quase sempre com excitação fixa através de magnetos permanentes. Como o fluxo é mantido constante, a força eletromotriz é proporcional a sua velocidade.

ENCODERSO encoder é uma unidade de realimentação que informa sobre posições atuais de

forma que possam ser comparadas com posições desejadas e seus movimentos sejam planejados.

RESOLVERSO resolver é um transdutor de posição clássico, cujo funcionamento se baseia no

efeito de transformador com relação de transformação variável com a posição.

Deve ser lembrado que para baixas rotações temos problemas de aquecimento no estator do motor, devido a ineficiência da ventilação projetada para o equipamento, para tanto temos a opção de ser instalado uma ventilação forçada, a qual um motor irá refrigerar o motor na sua rotação nominal que pode ser idêntica a do motor controlado.

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MOTOREncoderINVERSOR

SISTEMA DE MALHA FECHADA


Figura 4.13: ligações da parte de comando da CFW-08 Plus

A Tabela 4.4 lista os parâmetros do inversor de freqüência CFW-08 WEG.

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Tabela 4.4: Parâmetros do CFW-08 Plus

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5. Dimensionamento de chaves de partida

Os critérios práticos de dimensionamento apresentados baseiam-se: Nas características dos componentes das chaves; Nas seguintes condições de serviço:

1. Regime de serviço contínuo: para outros serviços, consultar o fabricante;2. Fator de serviço (FS) unitário (1): caso seja necessário utilizar um FS maior do que 1, este deverá ser considerado também no dimensionamento dos componentes de força e dos cabos de alimentação do motor;3. Fator de segurança: deve ser considerado um fator de segurança no dimensionamento dos componentes básicos da chave para assegurar seu bom desempenho e vida útil, que podem ser prejudicados por oscilações na rede, altas correntes de partida ou tempo de partida muito longos.

Obs.: muitas vezes, no dimensionamento dos componentes básicos de uma chave, depara-se com questões ligadas ao fator custo x benefício, fazendo com que se opte por uma composição mais econômica e conseqüentemente prejudicando o chamado fator de segurança.

5.1. Nomenclatura utilizada

In – corrente nominal do motor; Ie – capacidade do contator, conforme categoria de emprego; Ip – corrente de partida do motor; Ip/In – fator para obtenção de Ip; IF – corrente nominal do fusível; IFmax – fusível máximo para contatores e relés; Tp – tempo de partida; IL – corrente de linha; Z – Impedância do rotor; IΔ – corrente de fase em triângulo; IY – corrente de fase em estrela; Vn – tensão nominal de rede; IK1 – corrente no contator K1; IK2 – corrente no contator K2; IK3 – corrente no contator K3; IK4 – corrente no contator K4; K – fator de redução de tensão; IS – corrente no secundário do autotransformador; IPR – corrente no primário do autotransformador; Zeq – impedância equivalente; IR – corrente reduzida para ligação série.

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5.2. Tabela de características de motores

As tabelas 5.1 a 5.4 referem-se a motores de indução trifásicos WEG, com rotor de gaiola, IP 54 e IP 55, 220 V, 60 Hz, II, IV, VI e VIII pólos respectivamente.

Potência Corrente nominal (A) em 220 V Ip/InCV kW

3600 rpm – 60 Hz – II pólos0,16 0,12 0,77 5,30,25 0,18 1,02 4,70,33 0,25 1,34 5,00,50 0,37 1,71 5,50,75 0,55 2,39 6,21,00 0,75 3,01 7,21,50 1,10 4,28 7,52,00 1,50 5,46 7,53,00 2,20 8,43 7,84,00 3,00 11,0 7,95,00 3,70 12,9 8,06,00 4,50 15,8 7,57,50 5,50 19,1 8,010,0 7,50 25,5 7,012,5 9,20 31,4 7,815,0 11,0 36,9 8,520,0 15,0 50,3 7,825,0 18,5 61,6 8,030,0 22,0 72,1 8,540,0 30,0 99,0 7,250,0 37,0 120 7,560,0 45,0 143 8,075,0 55,0 174 8,0100 75,0 233 8,2125 90,0 289 8,5150 110 344 7,8175 132 412 7,9200 150 465 8,2250 185 573 8,1250* 185 567 7,5300 220 662 7,2350 260 781 7,6

Tabela 5.1: Motores de II pólos, 3600 rpm

Obs.: para obter a corrente nominal em rede de 380 V, basta multiplicar por 0,577 e em 440 V, por 0,5.

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1800 rpm – 60 Hz – IV pólos0,16 0,12 0,89 4,50,25 0,18 1,14 4,50,33 0,25 1,44 4,50,50 0,37 2,07 5,00,75 0,55 2,90 5,51,00 0,75 3,02 7,21,50 1,10 4,43 7,82,00 1,50 6,12 6,43,00 2,20 8,70 6,84,00 3,00 11,9 7,85,00 3,70 14,0 7,66,00 4,50 16,4 8,07,50 5,50 20,0 7,010,0 7,50 26,6 8,012,5 9,20 33,3 8,715,0 11,0 39,3 8,320,0 15,0 52,6 6,325,0 18,5 64,3 6,530,0 22,0 75,5 7,540,0 30,0 101 6,650,0 37,0 122 6,660,0 45,0 146 7,275,0 55,0 176 7,4100 75,0 243 8,8125 90,0 295 7,3150 110 355 8,3175 132 433 7,5200 150 484 7,5250 185 597 8,3250* 185 584 6,8300 220 691 7,0350 260 815 7,3400 300 939 6,6450 330 1030 7,1500 370 1160 6,6

Tabela 5.2: Motores de IV pólos, 1800 rpm


62



1200 rpm – 60 Hz – VI pólos0,16 0,12 1,17 3,30,25 0,18 1,35 3,00,33 0,25 1,85 3,30,50 0,37 2,51 4,30,75 0,55 3,49 4,91,00 0,75 3,77 5,31,50 1,10 5,50 5,32,00 1,50 7,21 5,83,00 2,20 10,2 5,54,00 3,00 12,8 5,85,00 3,70 15,4 6,86,00 4,50 18,7 6,77,50 5,50 22,1 7,010,0 7,50 30,4 6,512,5 9,20 33,5 6,015,0 11,0 40,3 6,520,0 15,0 56,4 7,525,0 18,5 59,8 7,930,0 22,0 74,6 6,040,0 30,0 102 6,050,0 37,0 126 8,460,0 45,0 148 7,875,0 55,0 183 7,6100 75,0 255 6,5125 90,0 302 6,0150 110 370 8,0175 132 449 7,0200 150 516 7,6200* 150 523 6,5250 185 638 6,2300 220 754 6,9350 260 877 6,5400 300 1010 6,5450 330 1130 6,2

Tabela 5.3: Motores de VI pólos, 1200 rpm


63



900 rpm – 60 Hz – VIII pólos0,16 0,12 1,16 2,50,25 0,18 1,87 3,20,33 0,25 2,34 3,50,50 0,37 2,51 3,80,75 0,55 3,39 3,61,00 0,75 4,39 3,61,50 1,10 6,33 4,22,00 1,50 7,55 5,03,00 2,20 9,75 6,04,00 3,00 13,4 7,35,00 3,70 16,1 6,95,00 3,70 16,0 7,36,00 4,50 19,4 5,27,50 5,50 23,6 5,210,0 7,50 31,2 5,312,5 9,20 33,5 7,615,0 11,0 39,3 7,920,0 15,0 53,0 7,625,0 18,5 73,7 4,830,0 22,0 77,1 8,040,0 30,0 103 7,750,0 37,0 129 8,660,0 45,0 158 8,075,0 55,0 194 7,6100 75,0 278 8,3125 90,0 323 8,3150 110 395 8,4175 132 456 6,3200 150 534 7,0250 185 654 7,0300 220 768 7,0350 260 901 6,0

Tabela 5.4: Motores de VIII pólos, 900 rpm


64


5.3. Tabela de disjuntores e relés de sobrecarga

As Tabelas 5.5 e 5.6 mostram as características de disjuntores e relés de sobrecarga WEG.

Contator Ie máximo em AC-3 Ie máximo em AC-4

IFmax

CWM9 9 5 25CWM12 12 7 25CWM18 18 8 35CWM25 25 12 50CWM32 32 16 63CWM40 40 18,5 63CWM50 50 23 100CWM65 65 30 125CWM80 80 37 125CWM95 95 44 200

CWM105 105 50 200CWM112 112 63 225CWM180 180 73 250CWM250 250 110 355CW297 300 145 425CW330 400 175 630CW334 490 180 630

Tabela 5.5: Tabela de contatores WEG

Relé Faixa de ajuste IFmax Contator

RW27D

0,28...0,40,4...0,630,56...0,80,8...1,21,2...1,81,8...2,82,8...44...6,3

5,6...87...10

8...12,510...1511...1715...2322...32

222466

1016

20252535355063

CWM9CWM12CWM18CWM25CWM32

RW67D25...4032...5040...57

50...6357...7063...80

80100100

100125125

CWM40CWM50CWM65CWM80

RW117.1DRW117.2D

63...8075...97

90...112

200225250

CWM95CWM105CWM112

RW317D 100...150140...215

200...310275...420

315355

500710

CWM180CWM250CW297CW330

RW407D 400...600560...840

10001250 CW334

Tabela 5.6: Tabela de relés térmicos WEG

65


5.4. Curva de fusíveis

As Figuras 5.1 e 5.2 mostram as curvas para levantamento do tempo virtual de fusão de fusíveis Diazed e NH, respectivamente.

Figura 5.1: Curvas de fusíveis Diazed

66


Figura 5.2: Curvas de fusíveis NH

5.5. Dimensionamento da partida direta

5.5.1. Corrente no trecho

A Figura 5.3 mostra o circuito de corrente do diagrama de força da chave de partida direta, que pode ser usado para a partida reversora.

Figura 5.3: Corrente no trecho da partida direta

A partir das Tabelas 5.1 a 5.4, determina-se, dados a potência, velocidade e tensão de alimentação do motor, a corrente nominal e corrente de partida. Se o fator de serviço (FS) for diferente de 1, deve ser multiplicado pela corrente nominal, obtendo-se nova corrente In’.

5.5.2. Dimensionamento do contator

67


A corrente máxima admissível Ie do contator para a categoria de emprego desejada deve ser maior que a corrente nominal In’.

5.5.3. Dimensionamento do relé térmico

A corrente nominal In’ deve se situar dentro da faixa de ajuste do relé, de preferência num valor intermediário ou mais próximo do valor máximo de sobrecarga.

ISCmin é o limite mínimo da faixa de ajuste do relé e ISCmax é o valor máximo.

5.5.4. Dimensionamento de fusíveis de força

Para determinar quais fusíveis serão usados para proteger o motor, deve-se fazer o cruzamento na curva apropriada (inicie com a curva de fusíveis Diazed) do valor da corrente de partida no eixo horizontal com o tempo de partida especificado no eixo vertical. O fusível correto será aquele cuja curva está imediatamente à direita do ponto encontrado pelo cruzamento.

A corrente nominal do fusível deve ser pelo menos 20% maior do que o valor da corrente nominal.

Determinado os fusíveis (IF), resta saber se o valor máximo de fusível para o contator e para o relé térmico é menor do que o valor do fusível encontrado.

5.5.5. Exemplo de dimensionamento

Dimensionar uma chave de partida direta para um motor de 5 cv, IV pólos, 60 Hz, alimentado em 380 V, cuja partida demora cerca de 4 s.

Solução: inicialmente, consideraremos um fator de serviço FS unitário, assim como o fator de segurança. O regime é normal, ou seja, categoria de emprego AC-3.

Pela Tabela 5.2, chegamos aos seguintes valores:

Para determinarmos o contator, utilizamos a Tabela 5.5:

68


O contator utilizado será CWM9, cuja corrente máxima admissível é de 9 A. A bobina pode ser 220 V/60 Hz e há a necessidade de um contato auxiliar aberto. Logo, com o auxílio de um catálogo, pode-se especificar o contator.

CWM9.10 220V/60Hz

Pela Tabela 5.6, determinamos o relé térmico:

Neste caso, poderia ser utilizado o relé térmico com faixa de 5,6...8 A, já que a corrente nominal é praticamente a mesma do ajuste máximo. O relé térmico será, então:

RW27D 7...10 A

Com o tempo de 4 s no eixo vertical e 61 A no eixo horizontal, levanta-se o valor nominal dos fusíveis de força. Observe a Figura 5.4:

Figura 5.4: Dimensionamento de fusíveis de força

Assim, o fusível escolhido é de 20 A. Mas é necessário verificar se este valor de fusível é pelo menos 20% maior do que a corrente nominal.

Esta condição é satisfeita, mas deve-se verificar se o fusível máximo do disjuntor e do relé térmico é maior do que o fusível selecionado. Pelas Tabelas 5.5 e 5.6, chega-se a:

Estas condições também são satisfeitas. Assim, os fusíveis de força a serem utilizados são:

3 – fusíveis Diazed 20 A

5.6. Dimensionamento da chave de partida estrela-triângulo

5.6.1. Corrente nos trechos

69


A Figura 5.5 mostra as correntes nos trechos do diagrama de força da chave de partida estrela-triângulo.

Figura 5.5: Correntes nos trechos da partida estrela-triângulo

A partir das Tabelas 5.1 a 5.4 determina-se a corrente nominal do motor In e o fator da corrente de partida. Aplicando-se o FS e o Fseg, determina-se a corrente nominal de projeto In’, exatamente como na partida direta.

Em ligação nominal, triângulo, a corrente do motor é IL e a corrente que circula pelos contatores K1 e K2 é dada pela relação entre correntes da ligação triângulo.

Na partida, em ligação triângulo, a corrente que circula pelo contator K3 é um terço da corrente nominal do motor.

5.6.2. Dimensionamento dos contatores

Para os contatores K1 e K2, temos que:

Para o contator K3, a corrente máxima admissível será:


Como o relé térmico é ligado em série com o contator K1, temos que:

5.6.4. Dimensionamento de fusíveis

70


A corrente de partida será um terço da corrente nominal do motor. Assim:

Aplicando este valor no eixo horizontal do gráfico de fusíveis apropriado, juntamente com o tempo de partida no eixo vertical e fazendo o cruzamento, obtém-se o valor nominal dos fusíveis de força.

Deve-se verificar se o valor nominal dos fusíveis é pelo menos 20% superior ao valor de corrente nominal do motor.

Também deve-se verificar se o fusível máximo para o contator K1 e para o relé térmico é maior do que o valor dimensionado para os fusíveis.

Não é necessário verificar para K2, pois se a condição for válida para K1, também o será para K2.


Dimensionar uma chave de partida estrela-triângulo para um motor de 30 cv, IV pólos, 60 Hz, alimentado em uma rede de 380 V (motor 380/660 V), que parte em cerca de 10 s.

Solução: Consideraremos o FS e o Fseg unitários e categoria de emprego AC-3.

Pela Tabela 5.2, chegamos aos dados do motor:

Calcula-se, agora, as correntes nos trechos:

Utilizando a Tabela 5.5, chega-se aos contatores:

K1:

71


O contator será: CWM32.20 220V/60Hz.

K2:

O contator será: CWM32.01 220V/60Hz, para temporizador com retardo, ou CWM32.12 220V/60Hz, para temporizador estrela-triângulo.

Os contatores K1 e K2 poderiam ter sido escolhidos os CWM25, já que a corrente no trecho é praticamente igual a Iemáximo destes contatores.

K3:

O contator será: CWM18.11 220V/60Hz.

Para dimensionar o relé térmico, utiliza-se a corrente que circula por K1:

Assim, o relé utilizado será o RW27D 22...32 A.

Para dimensionar os fusíveis de força, devemos primeiramente encontrar o valor da corrente de partida:

Cruzando este valor com o tempo de partida de 10 s, chegamos ao provável valor nominal dos fusíveis de força. Observe a Figura 5.6.


Assim, o valor nominal dos fusíveis de força deverá ser de 35 A. Mas é necessário verificar se o valor dos fusíveis é ao menos 20% maior do que a corrente nominal do motor.

72


Esta condição não é satisfeita, logo deve-se aumentar o valor dos fusíveis. O primeiro valor de fusível que é maior do que 52,27 A é 63 A. Também poderia ser usado 50 A, já que está sendo usado um fator de 20% para os fusíveis.

Deve-se verificar também se o fusível máximo do contator K1 e do relé térmico é maior do que o valor nominal dos fusíveis.

Outra solução seria colocar seis fusíveis de 50 A, de forma que os mesmos fiquem dentro do triângulo do motor. O custo aumenta, porém a segurança é maior.

5.7. Dimensionamento da chave de partida compensadora

5.7.1. Corrente nos trechos

A Figura 5.7 mostra as correntes nos trechos do diagrama de força da chave de partida compensadora.

Figura 5.7: Correntes nos trechos da partida compensadoraAtravés das Tabelas 5.1 a 5.4 encontra-se a corrente nominal e de fator de partida

para o motor, aplicando-se FS e Fseg. Assim, obtemos as correntes para os contatores:

73


A Tabela 5.7 mostra os valores do fator de redução K para os diversos TAP’s.

Autotrafo com TAP’s em função de Vn

Fator de redução (K)

IK2 IK3

85 0,8580 0,8065 0,6550 0,50

Tabela 5.7: Fator de redução de corrente para partida compensadora

Obs.: deve-se sempre considerar o pior caso dentre os TAP’s utilizados, com relação à redução de corrente. Normalmente será de 0,64 para IK2 e 0,16 para IK3.

5.7.2. Dimensionamento dos contatores

Para encontrar os contatores, basta que se faça:


Para determinar o relé térmico, faz-se:

5.7.4. Dimensionamento dos fusíveis de força

A corrente de partida será dada por:

Com Ip e Tp obtém-se os fusíveis de força, utilizando as curvas dos fusíveis. As verificações que devem ser feitas são as seguintes:

5.7.5. Dimensionamento do autotransformador

O autotransformador de partida deverá ser dimensionado levando em consideração potência, tensão e freqüência do motor e o número de partidas por hora.


74


Dimensionar uma chave de partida compensadora para um motor de 75 cv, IV pólos, 60 Hz, ligado numa rede de 380 V, com tempo de partida de 15 s.

Solução: vamos considerar FS e Fseg unitários e regime de serviço suave e contínuo, categoria AC-3.

Da Tabela 5.2, obtém-se:

As correntes nos trechos serão:

Para dimensionar os contatores, basta aplicar as correntes nos trechos:

Assim os contatores serão:

K1: CWM105.12 220V/60Hz

K2: CWM80.20 220V/60Hz

K3: CWM18.11 220V/60Hz

Para dimensionar o relé térmico, basta fazer:

O relé térmico será: RW117.1D 90...112 A.

Para dimensionar os fusíveis de força precisamos calcular a corrente de partida.

Aplicando este valor e o tempo de partida de 15 s às curvas de fusíveis, verificamos que não poderemos utilizar fusíveis Diazed, pois é maior do que 63 A. Utilizaremos então a curva do NH. Observe a Figura 5.8.

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Assim, IF será 160 A. Mas deve-se verificar se é 20% maior do que a corrente nominal e menor do que os fusíveis máximos para o contator K1 e o relé térmico.

Com todas as condições satisfeitas, sabemos que os fusíveis de força serão 3 fusíveis NH 160 A.

5.8. Defeitos em chaves de partida

A lista abaixo mostra os principais defeitos em chaves de partida e suas prováveis causas.

Contator não liga: Fusível de comando queimado; Relé térmico desarmado; Comando interrompido; Bobina queimada:

- Por sobretensão;- Ligada em tensão errada;- Queda de tensão (principalmente cc);- Corpo estranho no entreferro.

Contator não desliga: Linhas de comando longas (efeito de “colamento” capacitivo); Contatos soldados:

- Correntes de ligação elevadas (por exemplo, comutação de transformadores a vazio);

- Comando oscilante;- Ligação em curto-circuito;- Comutação YΔ defeituosa.

Contator desliga involuntariamente: Quedas de tensão fortes por oscilações da rede ou devido a operações de

religadores.

Faiscamento excessivo:

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Instabilidade da tensão de comando:- Regulação pobre da fonte;- Linhas extensas e de pequena seção;- Correntes de partida muito altas;- Subdimensionamento do transformador de comando com diversos

contatores operando simultaneamente.

Fornecimento irregular de comando: Botoeiras com defeito; Fins-de-curso com defeito.

Contator zumbe (ruído): Corpo estranho no entreferro; Anel de curto-circuito quebrado; Bobina com tensão ou freqüência errada; Superfície dos núcleos, móvel e fixo, sujas ou oxidadas, especialmente após longas

paradas; Oscilações de tensão ou freqüência no circuito de comando; Quedas de tensão durante a partida de motores.

Relé atuou: Relé inadequado ou mal regulado; Tempo de partida muito longo; Freqüência de ligações muito alta; Sobrecarga no eixo; Falta de fase; Rotor bloqueado ou travado.

Bimetais azulados, recozidos ou resistência de aquecimento queimada: Sobrecarga muito elevada; Fusíveis superdimensionados; Queda de uma fase (motor zumbe); Elevado torque resistente (motor bloqueia); Curto-circuito.

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6. Exercícios

6.1. Exercícios de motores elétricos

1 – Defina motor elétrico.

2 – Quais são as características do motor de corrente contínua, com relação à velocidade?

3 – Por que os motores de corrente contínua deixaram de ser utilizados em aplicações de grande potência para variação da velocidade de rotação?

4 – O que são motores síncronos?

5 – O que é gaiola de esquilo?

6 – Por que os motores de indução com rotor de gaiola são os mais utilizados na indústria?

7 – O que é escorregamento?

8 – Calcule a rotação de um motor síncrono de VI pólos, 50 Hz.

9 – Calcule a rotação síncrona de um motor de VIII pólos, 60 Hz.

10 – Calcule a rotação de um motor assíncrono de II pólos, 60 Hz, com 3% de escorregamento.

11 – Calcule a rotação de um motor de IV pólos, 50 Hz, com 3,2% de escorregamento.

12 – De quanto é o escorregamento nominal de um motor assíncrono IV pólos, 50 HZ, cuja rotação nominal é 1450 rpm?

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13 – De quanto é o escorregamento de um motor de VI pólos, 60 Hz, cuja rotação nominal é de 1160 rpm?

14 – Represente a ligação estrela de um motor trifásico, colocando os números dos fios do motor.

15 – Represente a ligação triângulo de um motor trifásico, colocando os números dos fios do motor.

16 – Represente o diagrama de ligação de placa de um motor ligado em estrela e em triângulo.

6.2. Exercícios de dispositivos de proteção e comando

1 – Para que servem os fusíveis?

2 – Como os fusíveis são classificados com relação à capacidade de interrupção?

3 – Por que os fusíveis utilizados para partida de motores são do tipo retardado?

4 – Qual é a diferença entre os fusíveis Diazed e NH?

5 – Qual é a faixa de corrente de atuação de fusíveis Diazed e NH?

6 – O que é sobrecarga?

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7 – Explique o funcionamento de um relé térmico.

8 – Para que serve a faixa de ajuste de um relé térmico?

9 – Normalmente, que tipos de contato os relés térmicos possuem?

10 – Como o relé térmico atua quando a sobrecarga é detectada?

11 – Assinale V (verdadeiro) ou F (falso).

a. ( ) Os fusíveis têm como função proteger apenas o motor contra sobrecargas de natureza violenta (curto-circuito);b. ( ) A vida elétrica dos contatores é avaliada de acordo com a corrente interrompida por estes;c. ( ) A função do anel de curto-circuito nos contatores é a eliminação do magnetismo remanescente e das correntes parasitas;d. ( ) O funcionamento dos relés de sobrecarga baseia-se no fenômeno da dilatação de um material com coeficiente de dilatação diferente.

12 – Quais são as três funções agregadas de um disjuntor-motor?

13 – Que componentes o disjuntor-motor pode substituir?

14 – O que é um contator?

15 – Explique o funcionamento de um contator.

80


16 – Como são chamados os contatos do contator que ligam o motor e os contatos que são usados para implementar a lógica de comando?

17 – Qual a diferença fundamental das categorias de emprego do contatores AC-3 e AC-4?

18 – São exemplos de manobras em AC-4.

a. ( ) Acionamento de motores de anéis;b. ( ) Acionamento de motores com rotor de gaiola com reversão a plena marcha;c. ( ) Circuitos de comando em corrente alternada;d. ( ) Comando pulsatório e paradas por contra-corrente;e. ( ) Acionamento de cargas ôhmicas e pouco indutivas.

19 – Para que servem os relés temporizadores?

20 – Explique com suas palavras como os contatos do relé temporizador com retardo na energização atuam após a bobina ser energizada.

21 – Qual é a diferença fundamental entre as botoeiras pulsantes e os knobs?

22 – Para que servem os sinalizadores luminosos?

23 – Que cor de sinalizador poderia ser utilizada para indicar uma sobrecarga no motor?

6.3. Exercícios de simbologia

1 – O que é borne?

2 – Qual é o símbolo e o número de função dos bornes de contatos aberto, fechado e reversor de contatos imediatos?

81


3 – Qual é o símbolo e o número de função dos bornes de contatos aberto, fechado e reversor de contatos retardados?

4 – O que significa o retângulo escuro em um dos lados do símbolo de fusíveis?

5 – Correlacione as colunas dos símbolos com seus significados.

Símbolo Significadoa ( ) Contato fechado de relé térmico

b ( ) Fusível

c ( ) Bobina de contator

d ( ) Contato aberto de botoeirae ( ) Contato aberto de contator

f ( ) Bobina de temporizador

g ( ) Sinalizador luminoso

h ( ) Dispositivo bimetálico

i ( ) Contato fechado de contator

6 – Enumere os bornes do contator da Figura.

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7 – Enumere os bornes do relé térmico da Figura.

8 – Relacione a designação com cada um dos dispositivos.

K ( ) BotoeiraFt ( ) DisjuntorKt ( ) FusívelF ( ) Relé térmicoQ ( ) SinalizadorSw ( ) ContatorH ( ) Temporizador

9 – Diga o significado de cada símbolo abaixo:

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6.4. Exercícios de chaves de partida

1 – Para que servem as chaves de partida?

2 – Cite três componentes das chaves de partida.

3 – Qual é a principal vantagem da chave de partida direta do ponto de vista do motor?

4 – Por que a chave de partida direta só é recomendada para partir motores de pequena potência?

5 – Como se faz a reversão de um motor trifásico?

6 – Como é chamado o contato auxiliar aberto do contator na chave de partida direta?

7 – Para que servem os contatos fechados dos contatores na chave de partida direta com reversão de rotação?

8 – Qual é o objetivo de se colocar contatos fechados das botoeiras em série com as bobinas dos contatores na chave de partida direta com reversão de rotação?

9 – Qual é o objetivo da chave de partida estrela-triângulo?

10 – Explique como se dá a redução de tensão na partida da chave estrela-triângulo.

11 – Qual é a limitação de partida da chave estrela-triângulo?

12 – Que tipo de motor, com relação aos enrolamentos, deverá ser usado para uma chave de partida estrela-triângulo numa rede de 220 V?

13 – Quais contatores ficam ligados durante a partida da chave estrela-triângulo, quando o motor está ligado em estrela?

14 – Como se dá a redução de tensão da chave de partida compensadora?

15 – Qual é a principal vantagem da chave compensadora em relação à estrela-triângulo?

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16 – E quais são as desvantagens?

17 – Como é chamada a chave eletrônica que faz o controle da tensão aplicada ao motor na Soft-starter?

18 – Para que serve o parâmetro P02 da Soft-Starter SSw-04?

19 – O que o parâmetro P072 da Soft-Starter SSW-04 mostra?

20 – Como funciona o relé RL1 quando ajustado P51 em 2?

21 – Como é feito o controle da velocidade com inversor de freqüência?

22 – O que acontece com o conjugado do motor quando a freqüência aplicada com o inversor é superior à freqüência nominal?

23 – Que valor deve ser colocado no parâmetro P000 do inversor CFW-08 para que os outros parâmetros sejam liberados para alteração?

24 – Para que serve o parâmetro P133 do inversor CFW-08, freqüência mínima?

25 – Descreva a seqüência de ligação da chave de partida direta.

26 – Descreva a seqüência de funcionamento da chave de partida direta.

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27 – Descreva a seqüência de ligação da chave de partida reversora.

28 – Descreva a seqüência de funcionamento da chave de partida reversora.

29 – Descreva a seqüência de ligação da chave de partida estrela-triângulo.

30 – Descreva a seqüência de funcionamento da chave de partida estrela-triângulo.

31 – Enumere os bornes dos esquemas de força e comando mostrados na apostila.

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32 – Complete o esquema da partida estrela-triângulo.

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33 – Corrija o esquema de comando da chave de partida reversora abaixo.

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34 – Complete o esquema da chave de partida compensadora abaixo.

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35 – Elabore um esquema de comando para partir dois motores, cada um com uma botoeira, de forma que o segundo motor só possa partir se o primeiro já estiver ligado.

36 – Elabore um esquema de comando para partir um motor e, depois de contado um tempo, desligá-lo automaticamente.

37 – Elabore um esquema de comando que, ao ser acionada uma botoeira, um motor será ligado e após decorridos alguns segundos outro seja ligado automaticamente.

38 – Elabore um esquema de comando idêntico ao anterior, porém faça com que o primeiro motor seja desligado quando o segundo for ligado.

39 – Elabore um esquema de comando que faça partir três motores em seqüência, de forma que o segundo parta alguns segundos depois do primeiro e o terceiro alguns segundos depois do segundo. Todos são desligados por uma única botoeira.

40 – Elabore um esquema de comando que faça com que um motor fique ligado em um sentido de giro durante alguns segundos, então automaticamente reverta o sentido, depois de alguns segundos então novamente reverta o sentido e assim sucessivamente.

41 – Elabore um esquema de comando que faça com que três contatores sejam ligados em seqüência, um de cada vez, comandados por temporizadores, de forma que a seqüência se mantenha até que a botoeira de desliga seja acionada.

42 – Elabore um esquema de comando para comandar um semáforo de pedestres, da seguinte forma: quando o esquema for energizado, as lâmpadas vermelha de pedestres e verde de automóveis estejam acesas. Quando um botão for apertado, a lâmpada verde de automóveis deverá ser desligada e a amarela deverá ser acesa, ficando acesa por 3 segundos. Findo este tempo, as lâmpadas amarela de automóveis e vermelha de pedestres deverão ser apagadas e as lâmpadas vermelha de automóveis e verde de pedestres deverão ser acesas, ficando assim por 10 segundos, quando então deverão ser apagadas e a o esquema voltará à condição inicial.

43 – Elabore um esquema de comando para comandar um semáforo de cruzamento simples. Utilize apenas quatro contatores e quatro temporizadores.

6.5. Exercícios de dimensionamento de chaves de partida

1 – Dimensione as chaves de partida direta para as seguintes condições:

a) Motor trifásico de 3 cv, II pólos, 220 V, 60 Hz, com tempo de partida de 2 s.

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b) Motor trifásico de 5 cv, VI pólos, 380 V, 60 Hz, com tempo de partida de 3 s.

c) Motor trifásico de 10 cv, VIII pólos, 220 V, 60 Hz, com tempo de partida de 6 s.

d) Motor trifásico de 25 cv, IV pólos, 380 V, 60 Hz, com tempo de partida de 12 s.

e) Motor trifásico de 100 cv, IV pólos, 440 V, 60 Hz, com tempo de partida de 20 s.

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2 – Dimensione as chaves de partida estrela-triângulo para as seguintes condições:




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3 – Dimensione as chaves de partida estrela-triângulo para as seguintes condições:


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Referências Bibliográficas

1. Catálogo WEG – Botões e Sinaleiros;2. Catálogo WEG – Contatores e Relés de Sobrecarga;3. Catálogo WEG – Fusíveis D e NH;4. Catálogo WEG – Disjuntor-motor MPW25;5. Catálogo WEG – Temporizadores e Protetores Eletrônicos;6. Catálogo WEG – Catálogo Geral de Motores Elétricos;7. Apostila WEG – Comando e Proteção.8. Manual WEG – Inversor de Freqüência CFW-089. Manual WEG – Soft-Starter SSW-0410.Guia de Aplicação de Inversores de Freqüência WEG11.Guia de Aplicação de Soft-Starters WEG

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Documents

Apostila_comandos elétricos