Comandos Elétricos, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

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COMANDOS

ELÉTRICOS

INDUSTRIAIS

COMANDOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS

APRESENTAÇÃO

Hoje, com a atual tecnologia disponível para automação a nível industrial, o comando e o controle dos motores elétricos passaram a ser conhecimentos básicos indispensáveis nas indústrias, e como no mercado existe uma lacuna em termos de publicações que pudessem complementar os estudos iniciais daqueles que se interessassem pelo assunto, foi desenvolvida essa apostila com materiais práticos e teóricos a fim de auxiliar os alunos do curso técnico de manutenção industrial com ênfase em elétrica e manutenção, tanto nos estudos quanto na prática do dia a dia. Essa apostila engloba as teorias e práticas em importantes itens que se fazem presentes dentro de uma indústria, tais como: Dispositivos de proteção, dispositivos de comando, contatores, motores elétricos, circuitos de comando e força; além de todos os tópicos que os acercam.

1.41 CIRCUITO DE FORÇA OU DIAGRAMA DE FORÇA OU DIAGRAMA

• 1.27 4.1 SÍMBOLOS DOS RELÉS.....................................................................
• 1.27.
• 1.27.
• 1.27.
• 1.27.
• 1.28 4.2 RELÉ DE TEMPO ESTRELA-TRIÂNGULO.....................................
• 1.29 5 CIRCUITOS DE COMANDOS E FORÇA.............................................
• 1.30 Comando de motor trifásico com botão de retenção mecânica...................
• PRINCIPAL.............................................................................................................
• térmico..................................................................................................................... 1.42 Comando de motor trifásico com auto-retenção, sinalização e proteção por relé
• 1.54 5.1 INTERTRAVAMENTO.........................................................................
• 1.55 6 LIGAÇÃO ESTRELA-TRIÂNGULO PARA CARGAS TRIFÁSICAS:.
• 1.56 6.1 ACIONAMENTO E PROTEÇÃO DE MOTORES..............................
• 1.57 6.2 PARTIDAS............................................................................................
• 1.58 6.3 PARTIDA EM ESTRELA-TRIÂNGULO.............................................
• TRIÂNGULO.......................................................................................................... 1.59 DIAGRAMA ELÉTRICO DE COMANDO DE UMA PARTIDA ESTRELA/
• 1.60 7 MOTORES ELÉTRICOS:........................................................................
• 1.61 7.1 MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA..........................................
• 1.62 7.2 MOTORES DE CORRENTE ALTERNADA.......................................
• 1.63 7.3 MOTORES UNIVERSAIS...................................................................
• 1.64 7.4 LIGAÇÃO DE MOTORES TRIFÁSICOS...........................................
• 1.66
• 1.67
• 1.68 Ligações em estrela ( Υ ) e em triângulo ( Δ ).............................................
• 1.69 LIGAÇÃO DE MOTORES DE 6 TERMINAIS.........................................
• 1.70 LIGAÇÃO DO MOTOR DE 12 TERMINAIS...........................................
• 1.71 8 INVERSORES DE FREQÜÊNCIA.........................................................
• 1.72 9 LABORATÓRIO......................................................................................
• 1.73 9.1 MOTOR MONOFÁSICO.....................................................................
• 1.74 9.2 LIGAÇÃO SUBSEQUENTE AUTOMÁTICA DE MOTORES..........
• 1.75 9.3 INVERSÃO DO SENTIDO DE ROTACÃO........................................
• 1.76 9.4 LIGAÇÃO DE UM MOTOR TRIFÁSICO EM ESTRELA/ TRIÂNGULO.......
• (DAHLANDER)...................................................................................................... 1.77 9.5 COMANDO AUTOMÁTICO PARA DUAS VELOCIDADES
• 1.78 9.6 ESCOLHA DO MOTOR.......................................................................
• 1.79 9.7 COMANDO AUTOMÁTICO PARA COMPENSADOR COM REVERSÃO..........
• REVERSÃO............................................................................................................ 1.80 9.8 COMANDO AUTOMÁTICO ESTRELA – TRIÂNGULO COM
• REVERSÃO ( DAHLANDER ).............................................................................. 1.81 9.9 COMANDO AUTOMÁTICO PARA DUAS VELOCIDADES COM
• 1.82 10 SIMBOLOGIA ELÉTRICA:..................................................................
• 1.83 10.1 SIGLA SIGNIFICADO E NATUREZA..............................................

4. Indicador Lig./Desl - (verde). Se o relé estiver ajustado para religamento manual, um indicador verde sobressairá da capa frontal se ocorrer o disparo (desligamento) do relé. Para religar o relé, apertar o botão de destravação. Na posição "automático", não há indicação.
5. Terminal para bobina do contator, A2. Relés de sobrecarga são usados para proteger INDIRETAMENTE equipamentos elétricos, como motores e transformadores, de um possível superaquecimento. O superaquecimento de um motor pode, por exemplo, ser causado por: F 0 B 7 Sobrecarga mecânica na ponta do eixo; F 0 B 7 Tempo de partida muito alto; F 0 B 7 Rotor bloqueado; F 0 B 7 Falta de uma fase; F 0 B 7 Desvios excessivos de tensão e freqüência da rede.

Em todos estes casos citados acima, o incremento de corrente (sobrecorrente) no motor é monitorado em todas as fases pelo relé de sobrecarga. Os terminais do circuito principal dos relés de sobrecarga são marcados da mesma forma que os terminais de potência dos contatores. Os terminais dos circuitos auxiliares do relé são marcados da mesma forma que os de contatores, com funções específicas, sendo o número de seqüência deve ser ‘9’ (nove) e, se uma segunda seqüência existir, será identificada com o zero. Na figura 1 temos: 95, 96, 97 e 98.

Na figura seguinte temos um exemplo de Relé Bimetálico.

Figura 2 – Relé Bimetálico SIRIUS da SIEMENS

Existem também os relés para cargas trifásicas, onde existe 3 tiras bimetálicas percorridas direta ou indiretamente pela corrente principal. Depois do relé ser acionado, permanecerá na posição “desligado” até que seja apertado o botão “reset”.

O relé só irá disparar quando a corrente que o percorrer for maior que 120 % da corrente nominal, isso é para evitar que pequenas sobrecargas desliguem o equipamento sem necessidade. Quanto maior a corrente, mais rápida será a atuação do relé. O tempo de disparo também é influenciado pela temperatura: Trabalhando a frio (temperatura ambiente), o tempo de disparo é 25% maior do que com o equipamento aquecido (estar sendo circulado por corrente), esse aspecto é importante em relação as descargas periódicas, que acorrem com o equipamento fora de uso, diferentemente do que ocorre com o equipamento em pleno funcionamento. Na figura 3 temos um exemplo do interior de um relé bimetálico.

Figura 3 – Esquema interno de um relé bimetálico.

1.2 RELÉS DE SOBRECORRENTE CONTRA CORRENTES DE CURTO-CIRCUITO.

Esses relés são do tipo eletromagnético, com uma atuação instantânea, e se compõe com os relés de sobrecarga para criar a proteção total dos componentes do circuito contra a ação prejudicial das correntes de curto-circuito e de sobrecarga, respectivamente. A sua construção é relativamente simples em comparação com a dos relés de sobrecarga (bimetálicos ou eletrônicos), podendo ser esquematizado, como segue:

Figura 4 – Esquema interno de um relé de sobrecorrente.

A bobina eletromagnética do relé é ligada em série com os demais componentes do circuito. Sua atuação apenas se dá quando por esse circuito passa a corrente de curto circuito (Ik), permanecendo inativo perante as correntes nominais (In) e de sobrecarga (Ir**). Pelo que se nota, a sua função é idêntica à do fusível, com a diferença de que o fusível queima ao atuar, e o relé permite um determinado número de manobras. Por outro lado, como o relé atua sobre o mecanismo do disjuntor, abrindo- o perante uma corrente Ik, a capacidade de interrupção depende do disjuntor, enquanto que, usando fusível em série com o disjuntor, essa capacidade de interrupção depende do fusível. *Ik = Corrente de curto circuito. **In = Corrente nominal. ***Ir = Corrente de sobracarga.

Figura 8 – Exemplo de fusível NH.

DIAZED - Usados em circuitos baixa potência e conectados através do porta- fusível que se monta por rosca. O próprio suporte do fusível protege o operador contra choque elétrico.

Figura 9 – Exemplo de fusível Diazed e sua montagem.

1.3.2 QUANTO A VELOCIDADE DE ATUAÇÃO:

RÁPIDOS: Estes tipos são os que têm atuação mais rápida. Ex. Micro fusíveis para ligação em Circuitos Impressos.

Figura 10 – Exemplo de fusíveis usados em circuitos eletrônicos.

Ex2. Fusível SITOR.

Figura 11 – Exemplo de fusíveis de potência e alta velocidade.

RETARDOS: Fusíveis para circuitos de motores elétricos e de capacitores. Não se rompem durante os picos de corrente de partida. Se a corrente for muito maior que oito vezes a normal o fusível passa a agir tão rápido quanto um de ação rápida.

1.4 DISJUNTORES

O disjuntor é um dispositivo que, entre outros, é capaz de manobrar o circuito nas condições mais críticas de funcionamento, que são as condições de curto-circuito. Ressalte-se que apenas o disjuntor é capaz de manobrar o circuito nessas condições, sendo que, interromper é ainda atributo dos fusíveis, que porém não permitem uma religação. A manobra através de um disjuntor é feita manualmente (geralmente por meio de uma alavanca) ou pela ação de seus relés de sobrecarga (como bimetálico) e de curto-circuito (como eletromagnético). Observe nesse ponto que os relés não desligam o circuito: eles apenas induzem ao desligamento, atuando sobre o mecanismo de molas, que aciona os contatos principais. É válido mencionar que para disjuntor de elevadas correntes nominais, os relés de sobrecorrentes são constituídos por transformadores de corrente e módulo eletrônico que irá realizar a atuação do disjuntor por correntes de sobrecargas, correntes de curto-circuito com disparo temporizado e instantâneo e até disparo por corrente de falha à terra.

Figura 15 – Interior e gráfico de um disjuntor 5SX

1.5 CARACTERÍSTICAS COMPARATIVAS FUSÍVEL-DISJUNTOR.

Disjuntor e fusível exercem basicamente a mesma função: ambos têm como maior e mais difícil tarefa, interromper a circulação da corrente de curto- circuito, mediante a extinção do arco que se forma. Esse arco se estabelece entre as peças de contato do disjuntor ou entre as extremidades internas do elemento fusível. Em ambos os casos, a elevada temperatura que se faz presente leva a uma situação de risco que podemos assim caracterizar:

• A corrente de curto-circuito (Ik) é a mais elevada das correntes que pode vir a circular no circuito, e como é bem superior à corrente nominal, só pode ser

mantida por um tempo muito curto, sob pena de danificar ou mesmo destruir componentes de um circuito. Portanto, o seu tempo de desligamento deve ser extremamente curto.

• Essa corrente tem influência tanto térmica (perda joule) quanto eletrodinâmica, pelas forças de repulsão que se originam quando essa corrente circula entre condutores dispostos em paralelo, sendo por isso mesmo, fator de dimensionamento da seção condutora de cabos.
• O seu valor é calculado em função das condições de impedância do sistema, e é por isso variável nos diversos pontos de um circuito. De qualquer modo, representa em diversos casos até algumas dezenas de quilo-ampéres que precisam ser manobrados, seja pela atuação de um fusível, seja pelo disparo por um relé de curto-circuito que ativa o mecanismo de abertura dos contatos do disjuntor.
• Entretanto, existem algumas vantagens no uso do fusível, e outras usando disjuntor. Vejamos a tabela comparativa, perante a corrente de curto-circuito Ik.

Tabela 1 – Diferenças entre fusíveis e disjuntores A confiabilidade de operação do fusível ou disjuntor é assegurada pela conformidade das normas vigentes e referências do fabricante quanto as condições de operação e controle, podemos traçar um paralelo entre disjuntor e fusível, como segue:

Tabela 2 – Diferenças entre fusíveis e disjuntores

2 DISPOSITIVOS DE COMANDOS

CONCEITO:

EQUIPAMENTOS CAPAZES DE EXECUTAR A INTERLIGAÇÃO E

DESLIGAMENTO DE PONTOS ENTRE OS QUAIS CIRCULARÁ

CORRENTE QUANDO INTERLIGADOS.

A compreensão de um sistema de acionamento e proteção merece muita atenção, pois dela dependem a durabilidade do sistema e o funcionamento correto dos equipamentos a serem acionados. Os dispositivos de comandos ou chaves, empregados em circuitos elétricos de baixa tensão, são dos tipos mais variados e com características de funcionamento bem distintas. Essa diversidade é conseqüência das funções específicas que cada dispositivo deve executar, dependendo de sua posição no circuito. Um dos critérios mais utilizados é o que classifica as chaves segundo sua capacidade de ruptura, isto é, da corrente ou potência que as mesmas são capazes de comandar.

Figura 17 – Simbologia de chaves O contato pode ter diversos tipos de acionamento, como por exemplo, por botão, por pedal, por alavanca, por chave (chave de tranca), por rolete por gatilho, ou ainda por ação do campo magnético de uma bobina (eletroímã), formando neste último caso um conjunto denominado contator magnético ou chave magnética.

A seguir estão os símbolos de contatos acionados por botão (os dois à esquerda), e por rolete.

Obs. Considere todos os contatos nessa apostila com atuação da esquerda para a direita quando verticais (como os acima), e de cima para baixo quando horizontais.

2.1.1 CHAVE SECCIONADORA

Figura 18 – Exemplo de Chave seccionadora e esquema interno.

É um dispositivo que tem por função a manobra de abertura ou desligamento dos condutores de uma instalação elétrica. A finalidade principal dessa abertura é a manutenção da instalação desligada. A chave seccionadora deve suportar, com margem de segurança, a tensão e corrente nominais da instalação, isso é normal em todos os contatos elétricos, mas nesse caso se exigem melhor margem de segurança. A seccionadora tem, por norma, seu estado -ligada ou desligada- visível externamente com clareza e segurança. Esse dispositivo de comando é construído de modo a ser impossível que se ligue (feche) por vibrações ou choques mecânicos, só podendo portanto ser ligado ou desligado pelos meios apropriados para tais manobras. No caso de chave seccionadora tripolar, esta deve garantir o desligamento simultâneo das três fases. As seccionadoras podem ser construídas de modo a poder operar:

- Sob carga - então denominada interruptora. A chave é quem desligará a corrente do circuito, sendo por isso dotada de câmara de extinção do arco voltaico que se forma no desligamento e de abertura e fechamento auxiliados por molas para elevar a velocidade das operações.

• Sem carga – neste caso o desligamento da corrente se fará por outro dispositivo, um disjuntor, de modo que a chave só deverá ser aberta com o circuito já sem corrente. Neste caso a seccionadora pode ter uma chave NA auxiliar que deve desliga o disjuntor antes que a operação de abertura da chave seja completada.
• Com operação apenas local.
• Com operação remota, situação na qual sua operação é motorizada.

2.2 CHAVES ROTATIVAS BLINDADAS

Existem vários tipos de chaves blindadas, cada uma para um tipo de aplicação, mas todas são dotadas de um mecanismo de desligamento, que é em sua maioria uma mola colocada sob tensão mecânica. Esta mola é tencionada no momento do acionamento e retorna a posição normal quando desacionada, fazendo com isso que os contatos móveis também sejam deslocados simultaneamente. A velocidade de abertura/fechamento é função única do mecanismo de desligamento, esse é o item mais importante nas chaves blindadas, pois, já tem definida pelo fabricante sua capacidade de ruptura e seu valor é praticamente inalterado. Essas chaves são largamente usadas na indústria, seja em painéis elétricos, seja para acionamento de motores de pequena potência. Os tipos mais comuns são: Liga/Desliga, Reversora de rotação e Partida Estrela/Triângulo.

As figuras a seguir ilustram alguns exemplos de chaves.

Polar) Reversora com Retorno Automático para Posição "O" Ligação Direta 30º 16 20 32 40

D

50 63 100

D

T-WR3 (Tri- Polar) Revorsora com Retorno Automático para Posição "O" Ligação Direta

45º 10 D0 3

30º 16 20 32 40

D

50 63 100

D

T-SD Estrela Triângulo Ligação Direta

60º 10 D0 4

16 20 32 40

D

50 63 100

D

T-SDW Estrela Triângulo Seletora Ligação Direta

60º 10 D0 4

16 20 32 40

D

50 63 100

D

2.3 CHAVES SIMPLES/CHAVES DE IMPULSO

Dispositivo que na condição aberta, satisfaz as exigências de distância de isolação especificadas, e que podem ligar, mas não interromper correntes de curto-circuito. Assim, podemos considerar que devem satisfazer os seguintes preceitos:

TENSÃO : QUANDO ABERTAS AS CHAVES FICAM SUBMETIDAS A UM ALTO VALOR DE TENSÃO E DEVEM SUPORTÁ-LO SEM PERMITIR FLUXO DE CARGAS. CORRENTE: QUANDO FECHADAS AS CHAVES DEVEM CONDUZIR A CORRENTE DO CIRCUITO COMANDADO SEM SUPER AQUECER NEM PROVOCAR QUEDA DE TENSÃO. VELOCIDADE DE OPERAÇÃO: QUANTO MAIS RÁPIDO A CHAVE SE ABRIR OU FECHAR, MENOR SERÁ A POSSIBILIDADE DE PRODUÇÃO DE RESISTÊNCIA NOS PONTOS DE CONTATO E CONSEQUENTEMENTE MENOR SERÁ A QUEDA DE TENSÃO PRODUZIDA E O CALOR. NÚMERO DE OPERAÇÕES: INDICA A QUANTIDADE DE OPERAÇÕES QUE A CHAVE PODE EXECUTAR ATÉ QUE SE DESTRUA.

Figura 20 – Estrutura básica de uma chave.

2.4 CHAVES DE IMPULSO

São chaves de duas posições: uma dessas posições é mantida pelo acionamento e apenas enquanto durar o acionamento. A outra, chamada posição de repouso, é mantida por algum método próprio da chave, como uma mola, por exemplo. Conforme a posição de repouso, a chave recebe uma denominação específica: Quando a mola mantém a chave aberta, esta última se chama normalmente aberta ou NA; Quando a mola mantém a chave fechada, esta última se chama normalmente fechada ou NF. As figuras abaixo representam os dois tipos de chaves do impulso.