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Engº. Edílson Alfredo da Silva
- Introdução..................................................................................... S UMÁRIO
- Circuito elétrico................................................................................
- Tensão elétrica................................................................................
- Corrente elétrica..............................................................................
- Resistência elétrica............................................................................
- Potencia elétrica...............................................................................
- Perdas de energia nos condutores............................................................
- Dimensionamento de condutores..............................................................
- Diagrama esquemático.........................................................................
- Diagrama unifilar e multifilar.................................................................
- Dispositivos de comandos proteção e sinalização ..........................................
- Chaves.........................................................................................
- Botoeiras .....................................................................................
- Chave seccionadoras.........................................................................
- Chave magnética ou contator magnético....................................................
- Associação de chaves........................................................................
- Série..........................................................................................
- Paralelo.......................................................................................
- Sinalização ...................................................................................
- Proteção .....................................................................................
- Fusiveis ......................................................................................
- Relé térmico .................................................................................
- Disjuntor......................................................................................
- Relés .........................................................................................
- Sistemas simples de comandos..............................................................
- Sensor.........................................................................................
- Intertravamento..............................................................................
- Motores elétricos ...........................................................................
- Motor de corrente continua.................................................................
- Motor de corrente alternada................................................................
- Motores universais...........................................................................
- Acionamento e proteção de motores........................................................
- Ligação de motores trifásicos...............................................................
- Ligação em estrela e triangulo..............................................................
- Partida direta................................................................................
- Partida estrela/triangulo.....................................................................
- Partida compensadora........................................................................
Engº. Edílson Alfredo da Silva
Partida serie paralela........................................................................
Chave soft start.............................................................................
Inversores de freqüência....................................................................
Diagramas de ligações:
- Partida direta
- Partida direta com reversão
- Partida direta com freio com corrente CC.
- Partida direta com reversão e frenagem com corrente CC.
- Partida direta com frenagem com contra corrente.
- Partida estrela/triangulo
- Partida estrela/triangulo com reversão
- Chave compensadora
- Chave compensadora com reversão
- Chave para motor dahlander com reversão.
Referencias bibliográficas...................................................................
Engº. Edílson Alfredo da Silva
energizadas, pôe-se em movimento através do circuito. Pelo fato de colocar as cargas em
movimento a tensão do gerador é chamada tambémforça eletromotriz ( fem ).
Corrente elétrica
À medida que se movem, as cargas transferem ao circuito receptor a energia que receberam no gerador. No receptor essa energia é transformada em outra forma de energia.
O citado movimento é a corrente elétrica, e sua intensidade, também chamadaamperagem
(quantidade de cargas que passam por segundo; coulombs por segundo) –simbolizada por I -, é medida em ampère - A -.
A movimentação das cargas é tantomaior quanto mais energia recebem. Ou seja quanto
maior for a tensão aplicada maior é a corrente. Resistência elétrica A constituição física do circuito de corrente facilita ou dificulta o movimento das cargas. Se os elétrons de valência dos átomos que compôem o circuito estão muito presos ao átomos então o circuito apresenta grande dificuldade à movimentação das cargas. Quanto maior for a quantidade de energia necessária para por em movimento as cargas elétricas do circuito, maior é a chamada resistência elétrica de tal circuito.
A movimentação das cargas é portanto menor, quanto maior for a dificuldade ou
resistência – R - imposta pelo circuito à passagem das cargas. Para se conseguir a movimentação das cargas é necessária diferença de potencial de valor tanto maior quanto maior for a movimentação desejada e também quanto maior for a resistência do circuito: U=RI
Tal equação denomina-se lei de Ohm. A razão entre tensão e corrente tem como unidade o ohm – Ω -
A equação mostrada pode é claro ser reescrita :
I=V / R Ou^ R=V^ / I
A energia elétrica no receptor pode ser calculada por:
onde E é a energia em joules (^) E=VxIxt V a tensão em volts I a corrente em ampères t o tempo em segundos. R é a resistência em ohms, Ω.
Engº. Edílson Alfredo da Silva
Potência Elétrica A velocidade de transferência ou conversão da energia elétrica por unidade de tempo, - a energia por segundo - é denominada potência elétrica A potência elétrica – P - é medida em watts - W - e pode ser calculada pelo produto da tensão (V) pela corrente (I).
P=VxI
Obs.: Tal fórmula é válida para circuitos onde as variações da tensão provocam proporcionais e simultânea variação da corrente. Alguns circuitos chamados reativos não apresentam tal simultaneidade e par tais circuitos a fórmula acima não pode ser aplicada.
Cada receptor tem a função de converter a energia elétrica em um determinado tipo de energia. Por exemplo:
motor elétrico -> mecânica lâmpada -> luminosa bateria em recarga -> química resistores -> térmica
Como não se podem construir condutores práticos commateriais supercondutores
(resistência zero) já que isso além de caro necessita de temperatura muito baixa menor que 150 graus celcius negativos, todos os circuitos elétricos apresentam resistência não só no receptor (seria o ideal) como também nos condutores e até no gerador. As cargas perdem energia para transpor a resistência do circuito. Essa energia é convertida em energia térmica, que produz aquecimento. O efeito de aquecimento produzido pela passagem da corrente na resistência se chama efeito joule. O efeito joule é útil nos resistores de aquecimento, mas é muito incoveniente em todos os outros dispositivos. A energia convertida por efeito joule pode ser calculada por
E=RI^2 t
Perda de energia nos condutores
Nos condutores é totalmente indesejável que haja o efeito joule, que se reflete em seu aquecimento e em diminuição da tensão disponível para o receptor. Para reduzir ao máximo a perda de energia, a resistência dos condutores que ligam o gerador ao receptor deve ser a menor possível o que significa que a área de secção transversal deve ser a maior possível. A área de secção transversal (bitola) mínima é calculada em função de dois parâmetros: capacidade de corrente e queda de tensão admissível. A bitola escolhida para o condutor deverá ser tanto maior quanto maior for a corrente e a distância entre o gerador e o receptor
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♦ Pela queda de tensão pode-se usar a fórmula a seguir, que fornece a bitola em função da queda de tensão, da corrente e da distância com a fórmulas distintas para sistema monofásico ou CC e para o sistema trifásico:
Para sistema monofásico ou CC:
2 x Ix l
56 x u
S=
Onde S é a bitola em mm^2 I a corrente em ampères
Para sistema trifásico: u=queda de tensão absoluta em volts
l= distância ao gerador em metros
√ 3 x Ix l
56 x u
S=
Deverá ser escolhida a maior entre as bitolas conseguidas por cada método.
Ex.1: Deseja-se alimentar um circuito de iluminação de 6kW (potência elétrica), tensão de 220V, fator de potência 0,8, que se encontra a 200m do gerador. Qual deve ser o condutor para essa função? Considere uma queda admissível de 3%.
R: A corrente no sistema monofásico é calculada por:
Onde
P
Vxηx c os ϕ
I=
I é a corrente em ampéres
P é a potência em watts
6000^ V^ a tensão em volts 220x0,
I= =34,09A η o rendimento e
cos ϕ é o fator de potência
♦ Pelo critério da capacidade de corrente, usando a tabela, o condutor deve ser o de 6mm^2
♦ Pelo critério de queda de tensão tem-se:
2x34,09x
56x220x0,
S= =36,9mm 2
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O condutor deve ser então o de 50mm^2. Aceitando-se uma queda de tensão um pouco maior poderia ser usado nesse caso o condutor de 35mm^2 , que está muito próximo do valor calculado.
Ex2.: Necessita-se escolher o condutor para alimentar um motor trifásico de 30cv, 440V, rendimento 84%, fator de potência 0,85, que dista 80 metros do gerador. Admite-se uma queda de 5%
Solução.
A corrente de um motor trifásico pode ser calculada pela mesma fórmula usada no ex.1, desde que se transforme a potência de cv para watts (multiplicando o valor em cv por 736) e multiplicando a tensão por (^) √3.
Outra opção é usar a fórmula já modificada, dada a seguir, para usar com a potência em cv e na qual
já se encontra o fator √3 para a tensão no denominador.
736xPn^ Onde Pn é a potência em cv
√ 3 x Vxηx c os ϕ
I=
Substituindo os valores tem-se:
736x
√3x440x0,85x0,
I= = 40,57A
♦ Pelo critério da capacidade de corrente, usando a tabela, o fio deve ser o de 10mm^2.
♦ Pela queda de tensão:
√3x40,57x 56x440x0,
S=
=4,56mm^2
O condutor escolhido deve ser então o de 10mm^2.
Ex. 3: Escolha o o condutor para ligar um motor trifásico de 100cv, 440V, rendimento 88%, fator de potência 0,82, que dista 80 metros do gerador. Admite-se uma queda de 5%
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a corrente atinja valores excessivos, coloca-se, também em série, um elemento que interrompa rápida e automaticamente a corrente caso esta ultrapasse muito o valor estimado como normal para o circuito.
O elemento mais simples para esta função é o fusível e é representado no circuito 3 e identificado por (F).
Diagrama 1 Diagrama 2 Diagrama 3
G R
S
G R
S
F
G R
A utilização de chaves e outros dispositivos que permitem ligar e desligar cargas elétricas, nos momentos adequados para que essas cargas desempenhem suas funções se denomina comando elétrico.
Além de poder ligar e desligar, é de suma importância proteger e sinalizar o estado de funcionamento das cargas.
Os principais dispositivos utilizados no comando, proteção e sinalização elétricos são vistos a seguir.
DIAGRAMAS UNIFILARES E MULTIFILARES
Os diagramas elétricos podem ser feitos de acordo como o modelo unifilar ou multifilar conforme seu objetivo. Unifilar > Objetiva mostrar as interligações entre equipamentos sem minúcias quanto aos pontos de conexão existentes nesses equipamentos.
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No exemplo abaixo, no gerador há apenas uma linha quando na realidade há pelo menos cinco. No transformador há duas linhas quando na realidade há oito.
DISJUNTOR DISJUNTOR
REDE EMPRESA CONCESSIONÁRIA
TRANSFORMADOR
MEDIÇÃO
GERADOR
CGR INTERTRAVAMENTO ELETROMECÂNICO
CRD
EXEMPLO DE CIRCUITO UNIFILAR
Multifilar > Objetiva mostrar todos os condutores existentes em uma instalação. No circuito da próxima página há um circuito unifilar e seu correspondente circuito multifilar
M
F1 F2 F
C
R
RAMAL DISTRIBUIDOR
M
FUSÍVEIS
CHAVE
MOTOR
RELÉ TÉRMICO
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Botoeiras As botoeiras são chaves elétricas acionadas manualmente que apresentam, geralmente, um contato aberto e outro fechado. De acordo com o tipo de sinal a ser enviado ao comando elétrico, as botoeiras são caracterizadas como pulsadores ou com trava. As botoeiras pulsadores invertem seus contatos mediante o acionamento de um botão e, devido à ação de uma mola, retornam à posição inicial quando cessa o acionamento.
Essa botoeira possui um contato aberto, um contato fechado, sendo acionado por um botão
pulsador liso e reposicionada por mola. Enquanto o botão não for acionado, os contatos 11 e
12 permanecem fechados, permitindo a passagem da corrente elétrica, ao mesmo tempo em
que os contatos 13 e 14 se mantêm abertos, interrompendo a passagem da corrente. Quando
o botão é acionado, os contatos se invertem de forma que o fechado abre e o aberto fecha.
Soltando-se o botão, os contatos voltam à posição inicial pela ação da mola de retorno.
Fechador : Também chamado ligador, é mantido aberto por ação de uma mola e se fecha
enquanto acionado. Como a mola o mantém aberto é ainda denominado normalmente aberto (ou NA ou
do inglês NO).
Abridor ou ligador: é mantido fechado por ação de uma mola e se abre enquanto acionado.
Como a mola o mantém fechado, é chamado também de normalmente fechado (ou NF, ou do inglês
NC).
Engº. Edílson Alfredo da Silva
ID IDEENNTTIIFFIICCAAÇÇÃÃOO DDEE BBOOTTÕÕEESS SSEEGGUUNNDDOO IEIECC 7733 ee VDVDEE 0 0119999
Significado Aplicações Típicas
ou
Cores
λ Parar, desligar.
λ Emergência.
λ Partir, ligar, pulsar.
λ Intervenção.
λ Parada de um ou mais motores. λ Parada de unidades de uma máquina. λ Parada de ciclo de operação. λ Parada em caso de emergência. λ Desligar em caso de sobreaquecimento perigoso. λ Partida de um ou mais motores. λ Partir unidades de uma máquina. λ Operação por pulsos. λ Energizar circuitos de comando.
λ Retrocesso. λ Interromper condições anormais.
λ Qualquer função, exceto as acima.
λ Reset de relés térmicos. λ Comando de funções auxiliares que não tenham correlação direta com o ciclo de operação da máquina.
ou
PULSADOR SELETORES
COM CHAVE
EMERGÊNCIA SINALEIROS
SELETORES KNOB
CURTO OU LONGO
MANIPULADORES
(Joystick)
SELETORES
LUMINOSOS
PULSADORES
LUMINOSOS
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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 voltáico 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.
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Chave magnética ou contator magnético
É formada basicamente por um eletroímã e um conjunto de chaves operado pelo fluxo magnético do eletroímã quando energizado.
A seguir vê-se o símbolo de uma chave magnética com a identificação típica das chaves: os terminais do eletroímã são identificados por letras, em geral a1 e a2 ou a e b, e os terminais das chaves são identificados com numeração.
O número de chaves do contator é bem variado dependendo do tipo. De acordo com o fim a que se destinam, as chaves do contator recebem denominações específicas:
Chaves principais: São mais robustas e destinam-se a comandar altos valores de corrente típicos de motores e outras cargas. São sempre do tipo NA. Sua identificação se faz com números unitários de 1 as 6. Chaves auxiliares: Bem menos robustas, se prestam a comandar as baixas correntes de funcionamento dos eletroímãs (bobinas) de outras chaves magnéticas, lâmpadas de sinalização ou alarmes sonoros. As chaves auxiliares podem ser do tipo NA ou NF. A identificação das auxiliares se faz com dezenas de final 3 e 4 para as NA e com 1 e 2 para as dotipo NF. Essas numerações podem aparecer identificando terminais de contatos mesmo que não sejam operados por chave magnética e sim por botão ou rolete por exemplo.
b
a (^13)
O eletroímã (formado por bobina e entreferro) da chave magnética deve ser ligado à tensão nominal e obedecendo ao tipo: CA ou CC.
Um eletroímã feito para operar em CC, se for ligado em CA de valor suficiente para acioná-lo ficará superaquecido no entreferro por causa do alto valor da corrente de Foucaut induzida no entreferro. No caso do eletroímã de CA, o entreferro é laminado para evitar essas correntes e no de CC o entreferro é maciço.
Engº. Edílson Alfredo da Silva
No exemplo, a chave 1 é NA, porém a carga será acionada (pela chave 41-42) como se a chave S1 fosse NF pois sempre que a mesma estiver em repouso a carga estará acionada e quando a chave S1 estiver acionada a carga estará desligada.
Caso a chave 1 fosse NF a carga ficaria acionada como se a chave fosse NA, ligando-se e desligando-se juntamente com a mesma.
- Multiplicação de contatos: com uma única chave pode-se acionar o contator, que pode ter várias chaves, que ligarão (NA) ou desligarão (NF) os circuitos que estiverem ligados através dessas chaves, permite que uma única chave opere diversos circuitos simultaneamente, como visto no exemplo abaixo onde S1 liga o eletroímã que por sua vez aciona três cargas.
cargas
A
A (^13)
220V CA
S
A
A 13
220 V CA^42
S1 (^) carga
Engº. Edílson Alfredo da Silva
- Ampliação (indireta) da capacidade de corrente de um contato: A corrente do eletroímã é muito menor que a corrente comandada pelos seus contatos, por isso é possível acionar o eletroímã por um contato que só suporta 1A e através dos seus contatos acionar uma carga de 80A, por exemplo.
- Memorização de acionamento: Através de uma das chaves (então chamada chave ou contato de selo ou de auto-retenção) pode-se manter o contator acionado após um acionamento momentâneo da cahve que o acionou.
A
A (^13)
220V CA
S
Após se acionar a chave S1 as cargas ficarão acionadas como se a chave se mantivesse acionada pois o contato 13-14 manterá o contator acionado mesmo após a abertura da chave 1, até que a alimentação do contator seja desfeita, o que pode ser fieto pela abertura de um contato NF, inserido em série com o eletroímã, como o S2 no diagrama visto a seguir. O botão 1 aciona o contator que se mantem por selo. O botão 2 desliga o contator.
b
a
220V CA
S1 (^) cargas
S2 K
K
