12/10/16

1

AULA 9 – ATUADORES ELÉTRICOS

Prof. Fabricia Neres

Tipos de Acionamento

Os acionadores são dispositivos responsáveis pelo movimento nos atuadores. Podem ser classificados em: •  Acionamento Elétrico; •  Acionamento Pneumático; •  Acionamento Hidráulico.

Acionamento Elétrico • Oferecem menor velocidade e força (quando comparados aos hidráulicos); • Permitem maior precisão, maior repetibilidade e mais “limpos” na utilização;

• Exemplos de acionamentos elétricos: motores passo a passo (controle em malha fechada ou aberta) e servomotores DC (controle em malha fechada e mais usados).

Acionamento Pneumático

• Utilizado em robôs de pequeno porte e que possuam poucos graus de liberdade

• Baixo custo (mais econômico que os demais)

Acionamento Hidráulico

• Permite grandes valores de velocidade e de força; • A grande desvantagem é o seu elevado custo; • Preferíveis em ambientes nos quais os drives elétricos

poderão causar incêndios.

Comparação dos Tipos de Atuadores

12/10/16

2

Comparação dos Tipos de Atuadores Sistemas Elétricos • Os sistemas de automação elétrica evoluíram muito nos

últimos anos. • O principal motivo foi o desenvolvimento da tecnologia

associada: dispositivos eletrônicos, computadores e equipamentos de rede cada vez mais rápidos, com maiores capacidades de processamento e memória e mais baratos.

• No início era necessário apenas supervisionar e controlar.

Sistemas Elétricos • Em seguida tornou-se necessário o gerenciamento de alarmes e controle avançado.

• Depois houve a necessidade de documentação da produção e de interface com os sistemas administrativos e gerenciais. • Um dos maiores desafios desse processo é projetar os sistemas de automação com as novas funções sem aumentar muito a complexidade.

Sistemas Elétricos

• No início, os sistemas de automação eram baseados em relés eletromecânicos interligados com muitos fios. • Antes dos computadores, os operadores observam os instrumentos analógicos e lâmpadas e faziam o controle manualmente, através de chaves e botoeiras.

Sistemas Elétricos

• Com o surgimento dos sistemas microprocessados foi possível o uso de computadores como interface.

• O Controlador Lógico Programável (CLP) foi um grande avanço para automação industrial, que também se aplicou nas empresas de eletricidade.

Sistemas Elétricos •  Os sistemas de automação elétrica podem ser

classificados de acordo com a tecnologia empregada em:

•  Convencionais •  Numéricos •  modernos

12/10/16

3

Sistemas Convencionais • Os sistemas convencionais são baseados em relés

eletromecânicos e dispositivos analógicos. •  Eles utilizam painéis de controle com chaves

mecânicas, botoeiras, instrumentos analógicos, luzes indicativas, etc.

Sistemas Convencionais

• A troca de dados entre os níveis de automação não é completa, restringindo-se aos dados essenciais, e se dá exclusivamente por cabos dedicados. Cada ponto de informação resulta em um cabo de cobre entre o equipamento e o dispositivo de controle ou proteção. Assim, existem muitos cabos e borneiras nos painéis.

Sistemas Convencionais •  Por isso, o projeto e os desenhos são complexos e a

manutenção é difícil. As modificações também são árduas. •  A inclusão de um ponto do processo pode ser uma

tarefa complicada, ou até mesmo impossível. •  Por isso, o projeto e os desenhos são complexos e a

manutenção é difícil.

Sistemas Convencionais

• Essa tecnologia, apesar de ainda estar em operação de forma satisfatória em várias locais está completamente obsoleta.

• Os sistemas convencionais não permitem a troca

eficiente de informações.

Sistemas Numéricos • Nas primeiras aplicações, os dispositivos digitais

duplicavam as funções de hardware que eles substituíam.

• Em seguida, os sistemas digitais substituíam ou

complementavam as funções dos equipamentos convencionais.

• Com os anos, as funções foram aumentando e as

aplicações se tornaram mais complexas.

Sistemas Numéricos • Os valores analógicos são convertidos em dados

digitais reduzindo a complexidade do sistema; •  Maior facilidade na obtenção de dados quando

comparados com os sistemas convencionais;

• As primeiras aplicações foram nos sistemas SCADA; • A aquisição de dados pode ser feita em ambientes

complexos e afastados.

12/10/16

4

Sistemas Numéricos • Os dados são concentrados em um único lugar,

facilitando o seu uso para a operação e minimizando os erros humanos;

• As informações podem ser disponibilizadas de forma

“amigável” através de tabelas e diagramas; • O uso de IHM baseada em telas proporciona uma

interface comum. Assim, a idade dos equipamentos não impede o seu uso seguro.

Sistemas Modernos • Os sistemas atuais classificados com modernos, têm as

características dos sistemas numéricos utilizando; • Hardware comum ao invés de equipamentos dedicados

por função; • Além disso, eles substituem o cabeamento de cobre

convencional do nível de processo por uma rede de comunicação de dados.

Sistemas Modernos

•  Assim, os sistemas de automação elétrica são totalmente digitais;

•  Permitem nova abordagem da automação; • Outro aspecto que caracteriza a tecnologia é que ela é

fortemente baseada em padrões e normas globais convergentes.

Motores Elétricos

• Objetivo é transformar energia elétrica em energia mecânica.

• Pode-se afirmar que de 70 a 80% da energia elétrica

consumida seja transformada em energia mecânica por motores elétricos.

Motores Elétricos

• Classificação de acordo com a Tensão: §  Motores de Corrente Contínua (DC) §  Motores de Corrente Alternada (AC)

Motores Elétricos Motores de Corrente Contínua (DC)

• Conhecidos por seu controle preciso de velocidade.

• Custo mais elevado e, além disso, precisam de uma fonte de corrente contínua, ou de um dispositivo que converta a corrente alternada comum em contínua.

12/10/16

5

Motores Elétricos A escolha dependem da utilização a que o motor vai ser sujeito e das possibilidades do investidor. Destaca-se:

•  Fonte de alimentação: DC ou AC, monofásico ou polifásico, tensão, freqüência, etc.

•  Condições ambientais: agressividade, altitude, temperatura. •  Exigências da carga e condições de serviço: potência

solicitada, rotação, esforços mecânicos, ciclos de operação. •  Consumo e Manutenção: •  Controlabilidade: Posição, torque, Velocidade, Corrente de

partida (depende das exigências da carga).

Motores Elétricos

Os motores de corrente alternada do tipo de indução são classificados em: • SÍNCRONO: Funciona com velocidade fixa; • ASSÍNCRONO: Funciona normalmente com uma velocidade constante, que varia ligeiramente com a carga mecânica aplicada ao eixo.

Motores de Passo

•  Dispositivos eletro-mecânicos que convertem pulsos elétricos em movimentos mecânicos que geram variações angulares discretas.

• O rotor ou eixo de um motor de passo é rotacionado em

pequenos incrementos angulares, denominados “passos”, quando os pulsos elétricos são aplicados aos seus terminais.

Motores de Passo • A velocidade do motor está ligada freqüência dos

pulsos recebidos e o tamanho do ângulo de cada passo.

• Utilizados em aplicações onde se deseja movimentos

precisos sendo possível controlar ângulo de rotação, velocidade sincronismo e posição.

• Muito usados em robôs e dispositivos eletrônicos.

Servo - Motores

•  Compostos por motores DC e um redutor de velocidade, junto com um sensor de posição e um sistema de controle re-alimentado.

•  Podem ser considerados como sendo motores

comandados em posição (angular ou linear). • São pequenos, com ampla variação de torques.

Servo - motores • O mecanismo de posicionamento ajusta a posição

angular por meio de um sinal codificado que lhe é enviado.

• Enquanto esse código estiver na entrada, o servo irá

manter a sua posição angular. • Em geral o sinal e do tipo PWM (Pulse Width Modulation)

12/10/16

6

Motores Elétricos Motores de Corrente Alternada (AC)

• São os mais utilizados, porque a distribuição de energia

elétrica é feita normalmente em corrente alternada; •  Muito usado por causa de sua simplicidade, construção

robusta, baixo custo de fabricação e boas características de funcionamento;

• Estima-se que 90% dos motores fabricados são motores de

indução de gaiola.

Motores de Indução

• Podem ser trifásicos ou monofásicos; •  Transforma em energia mecânica aproximadamente 85%

da energia elétrica que recebe;

Motores de Indução • Vantagens: u Baixo custo de aquisição; u Baixo custo de manutenção; u Torque de partida não nulo; u Robustez;

u Potência: de 0,25 HP até 30.000 HP;. • Desvantagens: u Controle de velocidade difícil; u Corrente de partida elevada; u Fator de potência baixa e sempre indutivo.

Motores de Indução

Tipos de ligação: • Estrela : tensão nominal 220

•  Triangulo: tensão nominal 380

Especificação do Motor

12/10/16

7

Motores de Indução – Acionamento Atualmente

• Motor: converte energia elétrica em energia mecânica;

• Dispositivo Eletrônico: comanda e/ou controla a potência elétrica entregue ao motor;

•  Transmissão Mecânica: adapta a velocidade e inércia

entre o motor e máquina (carga);

Motores de Indução – Inversores de Frequência

•  Durante muitos anos as aplicações industriais que necessitavam de variação de velocidade foram implementadas com certo nível de dificuldade e utilizavam componentes mecânicos, hidráulicos ou elétricos;

•  Em muitos casos a eficiência das instalações equipadas com o uso de inversores de frequência chegou a ser duplicada quando comparada com os sistemas anteriores.

MotorDe

Indução

Inversor de freqüência

Motores de Indução – Inversores de Frequência

• Vantagens do uso de inversores: u Economia de energia; u Melhor desempenho da máquina devido a adaptação da velocidade

aos requisitos do processo; u Elimina o pico de corrente na partida do motor; u Reduz o tempo entre as manutenções.

Motores de Indução – Inversores de Frequência

• Exemplos de uso: u Bombas; u Ventiladores; u Sistemas de transporte; u Sistemas de dosagem; u Tornos.