Apostila de Comandos Elétricos

 COMANDOS ELÉTRICOS

Prof. Amauri Oliveira

Engenheiro Eletricista

Introdução

Com o advento da internet podemos desfrutar hoje de grandes materiais didáticos sobre quaisquer assuntos.

Apostilas, livros, periódicos, etc, são encontrados fàcilmente. O estudante tem em suas mãos grande material para pesquisas e estudos.

A falta de vivência prática, ou uma grande intimidade com o que pretende “ensinar”, faz o instrutor ou professor descambar para um excesso de teoria ou academicismo.

Creio que todo técnico, que é o meu público alvo, sente falta de publicações que sejam verdadeiramente práticas e objetivas.

Voltando ao meu tempo de faculdade, não vai aqui uma crítica ao que foi passado na época, e que para mim, em particular, foi tão útil em alguns aspectos.

Claro que um curso superior difere em muito de um curso técnico, a base fundamental se chama “matemática”, se estuda em engenharia elétrica cinco períodos seguidos de cálculo, um terror pra quem não teve um preparo básico no ensino médio.

Quanto às matérias técnicas, muitas teorias, estudo pormenorizado dos assuntos, onde em brincava com os professores, que eles queriam descobrir o sexo dos elétrons. Na verdade a maioria jamais pisou dentro de uma indústria, o que dificultava a parte prática dos assuntos relacionados.

Estou convencido que o Homem tem uma tendência a complicar primeiro, para simplificar depois. O adulto parece seguir o que eu chamo de raciocínio linear, ao contrário da criança, que, por não ter compromisso com teorias, acaba por ser mais objetiva em suas “conclusões”. Pena que nós tenhamos que deixar de ser criança.

Escrevi essa apostila com o intuito de mesclar teoria e prática, pois acho necessário 50% de cada.

Devemos transformar teoria e o conceito em algo objetivo, para fazer com que o técnico aprenda a pensar e desenvolva, além da manutenção corriqueira, projetos dentro da sua área de trabalho.

A apostila foi focada em conceitos básicos, principalmente em motores elétricos e dispositivos que são usados em comandos elétricos.

Tudo foi e será ministrado como nos meus cursos de Comandos Elétricos anteriormente e foram frutos de anos de ralação dentro de empresas e indústrias.

Esse curso é pré condição para estudos futuros na área de eletrotécnica e correlatos, principalmente Automação Industrial com o uso de Controles Lógicos Programáveis.

Bom estudo a todos.

Amauri Oliveira.

Capítulo 1 – Tipos de alimentação

A energia elétrica, para chegar ao consumidor final, passa por três etapas: geração, transmissão e distribuição. A etapa de transmissão é aquela onde a energia atinge a maior amplitude. Dependendo de cada região, ela pode variar de 69 Kv até 750 Kv (750.000v). Uma vez que as linhas transmissoras aproximam-se dos centros de consumo, entretanto, ela é reduzida (“abaixada”). Dentro dos centros consumidores a etapa transmissora, então, transforma-se em distribuidora que, no Brasil, geralmente é feita em 13,8 Kv.

Essa tensão está disponível nos postes de energia, e ainda é classificada como “alta tensão”. Novamente ela é reduzida antes da entrada do consumidor, e passa a ser de “baixa tensão”. Para as indústrias ela continua trifásica, e sua amplitude pode variar de 208v a 630v. Para as residências convencionais ela é monofásica.

A figura 1 mostra um diagrama simplificado do esquema de distribuição.

Figura 1

A figura 2 ilustra o secundário do transformador, tanto para circuitos industriais como residenciais. Alguns consumidores, por serem muito grandes e de alta demanda, “coletam” a energia diretamente na linha de alta tensão. Nesse caso, dentro da própria planta, existe um transformador abaixador. Esse transformador dica dentro de uma cabine primária, cuja tensão de entrada é de 13,8 Kv, e a saída de acordo com a necessidade (380v, por exemplo). Por outro lado, empresas e indústrias de pequeno porte já se abastecem da energia em baixa tensão, onde a origem é o transformador externo (poste da rede pública).

De um modo ou de outro, o fator mais importante a ser observado pelo projetista é contemplar seu projeto com uma chave seccionadora de entrada. A figura 3 apresenta o diagrama unifilar mostrando essa técnica, tanto para consumidores de alta quanto de baixa tensão.

A chave seccionadora tem duas principais funções: proteção e medição. Imaginem que tenhamos que encontrar um curto-circuito interno e, para isso, necessitemos realizar uma série de medições a frio (sem tensão). Isso só será possível se tivermos uma chave seccionadora que poderá desligar (isolar) a planta de sua rede pública. Além disso, caso haja um problema grave nas instalações (um incêndio, por exemplo) poderemos desligar a energia através dela.

“CUIDADO COM O ERRO CONCEITUAL”

A chave seccionadora é uma chave de alta potência (grande tensão e corrente de trabalho), porém, quando aplicada em instalações industriais, geralmente não apresenta um grande número de manobras como característica. Isso significa que essa chave somente deve ser atuada em duas condições: proteção ou medição. Não se deve utilizá-la para desligar a energia de uma indústria no final do expediente, por exemplo. Caso essa seja uma prática desejada, deveremos desligar cada disjuntor individualmente. Além de aumentar-se a vida útil da chave, com essa técnica, evitamos os picos de corrente no desligamento, que podem ser até perigosos ao operador devido ao arco-voltaico formado.

Capítulo 2 – Comandos elétricos

2.1 – Definição

Comandos Elétricos: Técnicas empregadas para controlar acionamentos de máquinas e equipamentos.

Dentro das aplicações da eletricidade de potência, o setor industrial é sem sombra de dúvidas o mais importante, sobretudo porque representa a maior parcela da transformação da energia elétrica em outros tipos de energia.

Como tal, a indústria é o palco das atividades exercidas pela maioria dos profissionais da área elétrica, seja na forma de projetos elétricos, instalação de acessórios e equipamentos, ou mesmo da automação industrial. Dentro desta área de conhecimento situa-se o seguimento de Comandos Elétricos que representa técnicas e métodos que são empregados para controlar/manipular acionamentos de máquinas e equipamentos. O comando elétrico é composto de circuito de força, onde podemos encontrar as cargas (ex.: Motores elétricos trifásicos) e o circuito de comando que contempla as lógicas de acionamento de dispositivos de manobra e proteção (Ex.: Botoeiras, sinaleiros, etc…).

2.2 - Controle automático

Para começar a entender os conceitos aqui apresentados, o primeiro passo é o de entender o que é um controle, quais são seus elementos básicos e quais são os seus principais tipos.

De uma forma geral um processo sob controle tem o diagrama semelhante ao mostrado na figura 2.1.

Diagrama simplificado de um sistema de controle automático

Existem vários exemplos de processos que podem ser controlados, dentre eles o acionamento de motores de forma sequencial, a dosagem de componentes químicos, a medição de uma peça, entre outros. Neste contexto os sensores são dispositivos sensíveis a um fenômeno físico, tal como temperatura, umidade, luz, pressão, etc. Eles são responsáveis pelo monitoramento do processo, enviando um sinal ao controlador que pode ser discreto (abertura ou fechamento de contatos), ou analógico.

Caso o sinal seja transformado em uma corrente elétrica, tem-se o caso dos transdutores. Os atuadores são os dispositivos responsáveis pela realização de trabalho no processo ao qual está se aplicando a automação. Podem ser magnéticos, hidráulicos, pneumáticos, elétricos, ou de acionamento misto.

E finalmente o controlador é responsável pelo acionamento dos atuadores, segundo um programa inserido pelo usuário do sistema de controle.

Capítulo 3 – Motores elétricos

Um motor elétrico é um dispositivo que transforma energia elétrica em energia mecânica, em geral energia cinética. Ou seja, num motor, a simples presença da corrente elétrica, seja cc ou ac, nos garante movimento em um eixo, que pode ser aproveitado de diversas maneiras dependendo da aplicação do motor.

O acionamento de máquinas e equipamentos mecânicos por motores elétricos é um assunto de grande importância econômica. Estima-se que o mercado mundial de motores elétricos de todos os tipos seja da ordem de uma dezena de bilhões de dólares por ano.

No campo dos acionamentos industriais, avalia-se que de 70 a 80% da energia elétrica consumida pelo conjunto de todas as indústrias seja transformada em energia mecânica através de motores elétricos.

Motor elétrico de indução trifásico

Isto significa que, admitindo-se um rendimento médio da ordem de 80% do universo de motores em aplicações industriais, cerca de 15% da energia elétrica industrial transforma-se em perdas nos motores.

No Brasil, a fabricação de motores elétricos é um segmento relevante da atividade econômica. No início da década de 80 a indústria brasileira de motores produziu em torno de três milhões de unidades por ano, tendo mais do que 80 mil unidades acima de 20cv.

A divisão em motores de corrente contínua e de corrente alternada é devida, obviamente, ao tipo de tensão de alimentação.

Apresentamos abaixo algumas características básicas dos motores AC e DC:

Motores DC: São conhecidos por seu controle preciso de velocidade e por seu ajuste fino e são, portanto, largamente utilizados em aplicações que exigem tais características. Vale comentar que a utilização dos motores de corrente contínua teve um grande incremento nos últimos anos, graças à eletrônica de potência. Fontes estáticas de corrente contínua com tiristores confiáveis, de baixo custo e manutenção simples, substituíram os grupos conversores rotativos. Com isso, motores de corrente contínua passaram a constituir alternativa mais atrativa em uma série de aplicações.

Motores AC: A grande maioria das aplicações tem sua configuração mais econômica com a utilização de motores de indução de gaiola. Estima-se que 90% (em unidades) dos motores fabricados sejam deste tipo.

Quando não há necessidade de ajuste e controle de velocidade e a potência é inferior a cerca de 500cv, sua utilização é amplamente dominante. Pode-se dizer que outros tipos de motores são utilizados somente quando alguma peculiaridade determina tal opção.

Observação: O constante desenvolvimento da eletrônica de potência deverá levar a um progressivo abandono dos motores de corrente contínua. Isto porque fontes de tensão e freqüência controladas, alimentando motores de corrente alternada, principalmente os de indução de gaiola, já estão se transformando em opções mais atraentes, quanto ao ajuste e ao controle de velocidade.

3.1 – Motores de indução

O motor de indução converteu-se no tipo de motor mais usado na industria. Este fato deve-se à maioria dos sistemas atuais de distribuição de energia elétrica serem de corrente alternada.

Comparando com o motor de corrente contínua, o motor de indução tem como vantagem a sua simplicidade, que se traduz em baixo custo e máxima eficácia com manutenção mínima. O rendimento é elevado para média e máxima carga, e pode-se assegurar um bom fator de potência com uma seleção correta.

3.2 – Fatores de seleção

Na seleção do motor vários fatores vão ser determinantes. A importância destes fatores dependem da utilização a que o motor vai ser sujeito e das possibilidades do investidor.

A seguir estão enumerados os principais fatores que devem ser levados em consideração no processo de seleção de um motor:

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

• Condições ambientais: agressividade, altitude, temperatura, etc.

• Exigências da carga e condições de serviço: potência solicitada, rotação, esforços mecânicos, ciclos de operação, etc.

• Consumo e Manutenção: varia com os interesses econômicos, perspectiva a curto ou longo prazo.

• Controlabilidade: Posição, torque, Velocidade, Corrente de partida (depende das exigências da carga).

3.3 – Tipos de motores elétricos

Os motores elétricos são basicamente divididos em duas grandes categorias quando consideramos tipos de tensão: corrente contínua e corrente alternada.

A figura mostra uma descrição detalhada dos principais tipos de motores.

Serão abordados com maior profundidade os motores em corrente alternada, já que a maioria dos motores elétricos utilizados na indústria pertence a essa categoria.

Os motores assíncronos trifásicos são os mais utilizados em conjunto com comandos elétricos devido ao seu custo, robustez e facilidade para inversão do sentido de rotação. Existem dois tipos de rotores nesses motores. O mais comum é, sem dúvida, o rotor gaiola de esquilo, conhecido também como rotor em curto-circuito ou rotor de gaiola. O segundo é o rotor bobinado.

3.3.1 – Motor com rotor gaiola de esquilo

O rotor de gaiola de esquilo é o mais robusto de todos. Não existe o uso de escovas nem de comutadores, o que evita muitos problemas relacionados a desgaste e manutenção.

Em sua forma mais simples apresenta conjugado de partida relativamente fraco e corrente de partida até 10x da IN;

Para melhorar seu desempenho são equipados com rotores gaiola de barras altas, barras de cunha ou barras duplas.

O rotor em gaiola de esquilo e constituído por um núcleo de chapas ferro magnéticas, isoladas entre si, sobre o qual são colocadas barras de alumínio (condutores) dispostas paralelamente entre si e unidas nas suas extremidades por dois anéis condutores, também em alumínio, que provocam curto-circuito nos condutores.

As barras condutoras da gaiola sao colocadas geralmente com uma certa inclinação para evitar as trepidações e ruídos pela ação eletro magnética entre os dentes das cavas do estator e do rotor.

3.3.2 – Motor com rotor bobinado

Difere do motor de rotor em gaiola apenas quanto ao rotor, constituído por um núcleo ferro magnético laminado sobre o qual são alojadas as espiras que constituem o enrolamento 3Ø;

A utilização de reostatos podem melhorar o conjugado de partida e diminuir o pico de corrente de partida.

3.3.3 – Motor Dahlander

Motor Dahlander é um motor elétrico trifásico que permite seu acionamento em duas velocidades distintas. As velocidades, que estão relacionadas ao número de rotações no motor, são conseguidas com a estruturação dos enrolamentos do estator deste motor em dois conjuntos promovendo uma relação de 1:2. Ou seja, em uma forma de ligação o número de pólos é duas vezes maior que a outra. Apesar de já se ter grande desenvolvimento de equipamentos auxiliares para a variação da velocidade de motores elétricos, o uso do motor Dahlander ainda é viável economicamente para aplicações onde se deseja apenas uma mudança discreta das velocidades.

3.3.4 – Motor com dois enrolamentos separados

Nesse tipo de motor existem dois enrolamentos separados, o que possibilita duas velocidades em um só motor. Cada enrolamento é ligado para obter a respectiva velocidade, deixando o segundo enrolamento desligado e vice-versa. Isso traz a desvantagem de que apenas metade do motor está ativa, o que diminui seu rendimento.

3.3.5 – Motor para três e quatro velocidades

Em motores de três velocidades une-se um enrolamento Dahlander a um enrolamento separado. Para obter quatro velocidades unem-se dois enrolamentos Dahlander separados em um só motor. A respeito das razões das velocidades e do rendimento, vale o que foi dito anteriormente para o caso do motor Dahlander.

3.4 – Constituição do motor de indução

O motor assíncrono é constituído basicamente pelos seguintes elementos:

Um circuito magnético estático: constituído por chapas ferromagnéticas empilhadas e isoladas entre si, ao qual se dá o nome de estator, em que fica a carcaça que é a estrutura que também tem a função de suporte do conjunto. Possui uma construção robusta em ferro fundido, aço ou alumínio injetado, resistente à corrosão e com aletas para refrigeração.

Bobinas: n de grupos, que caracterizam o motor monofásico ou polifásico localizadas em cavas abertas no estator e alimentadas pela rede de corrente alternada.

Rotor: constituído por um núcleo ferromagnético, também laminado, sobre o qual se encontra um enrolamento ou um conjunto de condutores paralelos, nos quais são induzidas correntes provocadas pela corrente alternada das bobinas do estator.

O rotor é apoiado num veio, que por sua vez transmite à carga a energia mecânica produzida. O entreferro (distância entre o rotor e o estator) é bastante reduzido, de forma a reduzir a corrente em vazio e, portanto as perdas, mas também para aumentar o fator de potência em vazio.

Quando o motor é energizado, ele funciona como um transformador com secundário em curto-circuito, portanto exige da rede uma corrente muito maior do que a nominal, podendo atingir cerca de sete vezes o valor da corrente nominal. À medida que o campo girante arrasta o rotor, aumentando sua velocidade, a corrente diminui até atingir a corrente nominal, no tempo em que a rotação atinge seu valor nominal.

A figura apresenta os diversos elementos que compõe o motor assíncrono de rotor em

gaiola de esquilo.

3.5 – Motores de indução monofásicos

Os motores monofásicos são assim chamados porque os seus enrolamentos de campo são ligados diretamente a uma fonte monofásica.

Os motores de indução monofásicos são a alternativa natural aos motores de indução polifásico, nos locais onde não se dispõe de alimentação trifásica, como residências, escritórios, oficinas e em zonas rurais, em aplicações como: bombas d’água, ventiladores e meio pra acionamentos de pequenas máquinas. Não é recomendável o emprego de motores monofásicos maiores que 3 cv, pois então ligados somente com uma fase da rede, provocando um considerável desbalanceamento de carga na rede.

O emprego de motores monofásicos se justifica pelos itens citados anteriormente, entretanto temos alguns inconvenientes desse tipo de motor:

 Levando-se em consideração o custo, o motor monofásico tem um custo mais elevado que um motor trifásico de mesma potência.

 O motor monofásico sofre desgaste mecânico do platinado (contato centrífugo necessário à partida do motor)

 O motor monofásico alcança apenas 60 a 70 % do motor trifásico do mesmo tamanho.

 O motor monofásico apresenta rendimento e fatores de potência menores.

 Não é possível inverter diretamente o sentido de rotação de motores monofásicos.

Apenas se justifica a sua utilização para baixas potências (1 a 2 KW).

Entre os vários tipos de motores elétricos monofásicos, o motor com rotor tipo gaiola destaca-se pela simplicidade de fabricação e, principalmente, pela robustez, fiabilidade e manutenção reduzida.

Por terem somente uma fase de alimentação, não possuem um campo girante como os motores polifásicos, mas sim um campo magnético pulsante. Isto impede que tenham torque de partida, tendo em conta que no rotor se induzem campos magnéticos alinhados com o campo do estator.

Para solucionar o problema de partida utilizam-se enrolamentos auxiliares, que são dimensionados e posicionados de forma a criar uma segunda fase fictícia, permitindo a formação do campo girante necessário para a partida. Assim, teremos em enrolamento de armadura com duas partes: em enrolamento principal, que é conectado diretamente à rede de alimentação. A outra parte é o enrolamento secundário ligado em série com um capacitor e esse circuito é ligado em paralelo com o circuito principal. Desta maneira, a corrente elétrica que circula pelo enrolamento auxiliar está adiantada em aproximadamente 90º da corrente do enrolamento principal.

Na figura temos um motor monofásico de uso comercial.

A seguir, observe os três tipos de motores monofásicos mais utilizados na prática.

3.5.1 – Motor monofásico com dois terminais

Destinado apenas a um valor de tensão, não é possível a inversão do seu sentido de rotação. Exemplos: motores de pequenas bombas d´agua, motores de ventilares grandes para o meio rural, etc

3.5.2 – Motor monofásico com quatro terminais

Nesse tipo de motor o enrolamento é dividido em duas partes iguais. Torna-se possível a instalação do motor a dois valores de tensão, que são chamados de tensão maior e tensão menor.

O valor de tensão maior é sempre igual a duas vezes o valor de tensão menor, sendo que os valores mais utilizados são 220V para o de maior tensão e 110V para o de menor tensão. 

Não é possível inverter o sentido de rotação desse motor.

Pelo diagrama a seguir, os terminais 1 e 2 são conectados a uma metade e os terminais 3 e 4 à segunda metade do enrolamento. As duas partes do enrolamento devem ser ligadas em série se a tensão de alimentação for de 220V. Se a tensão de alimentação for 110V, as duas partes do enrolamento devem ser ligadas em paralelo, como mostra a figura

3.5.3 – Motor monofásico com seis terminais

Com esse tipo de motor podemos efetuar a ligação em dois tipos de tensão de alimentação diferentes. Além disso, pode-se inverter o sentido de giro desse motor. É necessário ressaltar que não é possível fazer a inversão com o motor em movimento. Devesse desligá-lo para que possa ser dada a partida em outra direção.

O enrolamento principal é representado por duas bobinas, sendo os seus inícios os números 1 e 3 e os seus finais 2 e 4 respectivamente. O enrolamento auxiliar é representado pelos bornes numerados com início da bobina em 5 e final em 6, conforme a figura.

Bobinas de um motor de indução monofásico

Os terminais 1 até 4 são conectados às duas metades do enrolamento, como nos motores de quatro terminais. Os terminais 5 e 6 estão ligados à parte e têm como função a inversão do sentido de rotação, bastando inverter a ligação dos terminais 5 e 6.

A ligação do motor a maior tensão (220 V) é feita como no motor de quatro terminais. Nesse enrolamento estão um capacitor e uma chave centrífuga, responsável pelo desligamento desse enrolamento quando o motor atingir 75% de sua velocidade nominal.

A figura mostra o esquema de ligação para a tensão maior. Para inverter o sentido de rotação, basta trocar as conexões dos terminais 5 e 6.

Inversão de sentido de rotação Serie - 220V

Inversão de sentido de rotação Paralelo - 110V

3.6 – Motores de indução monofásicos

Estão divididos nas categorias enumeradas a seguir:

 Motor de pólos sombreados (ou shaded pole);

 Motor de fase dividida (ou split phase);

 Motor de capacitor de partida (ou capacitor - start);

 Motor de capacitor permanente (ou permanent - split capacitor);

 Motor com dois capacitores (ou two-value capacitor

Seguidamente vamos apresentar o funcionamento, características, vantagens e aplicações

dos vários tipos de motores monofásicos.

3.6.1 - Motor de pólos sombreados.

O motor de pólos sombreados, também chamado de motor de campo distorcido (ou shaded pole), graças ao seu processo de partida, é o mais simples, fiável e econômico dos motores de indução monofásicos.

Construtivamente existem diversos tipos, sendo que uma das formas mais comuns é a de pólos salientes. Cada pólo vai ter uma parte (em geral 25% a 35% do mesmo) é abraçada por uma espira de cobre em curto-circuito.

A corrente induzida nesta espira faz com que o fluxo que a atravessa sofra um atraso em relação ao fluxo da parte não abraçada por ela. O resultado disto ‚ semelhante a um campo girante que se move na direção da parte não abraçada para a parte abraçada do polo. Isso produz o torque que fará o motor partir e atingir a rotação nominal.

O sentido de rotação, portanto, depende do lado em que se situa a parte abraçada do pólo. Consequentemente, o motor de campo distorcido apresenta um único sentido de rotação. Este geralmente pode ser invertido, mudando-se a posição da ponta de eixo do rotor em relação ao estator. Existem outros métodos para se obter inversão de rotação, mas muito mais dispendiosos.

Quanto ao desempenho, os motores de campo distorcido apresentam baixo binário de arranque (15% a 50% do nominal), baixo rendimento e baixo fator de potência. Devido a esse fato, eles são normalmente fabricados para pequenas potências, que vão de alguns milésimos de cv a 1/4 cv.

Pela sua simplicidade, robustez e baixo custo, são ideais em aplicações tais como: movimentação de ar (ventiladores, exaustores, purificadores de ambiente, unidades de refrigeração, secadores de roupa e de cabelo, pequenas bombas e compressores, projetores de slides, gira-discos e aplicações domésticas

Apesar de sua aparente simplicidade, o projeto deste tipo de motor é de extrema complexidade, envolvendo conceitos de duplo campo girante, campos cruzados e complexa teoria eletromagnética.

3.6.2 – Motor de fase dividida

Este motor possui um enrolamento principal e um auxiliar (para a partida), ambos defasados de 90º. O enrolamento auxiliar cria um deslocamento de fase que produz o binário necessário para a rotação inicial e a aceleração. Quando o motor atinge uma rotação predeterminada, o enrolamento auxiliar‚ é desligado da rede através de uma chave que normalmente é atuada por uma força centrífuga (chave ou disjuntor centrífugo) ou em casos específicos, por relé de corrente, chave manual ou outros dispositivos especiais. Como o enrolamento auxiliar é dimensionado para atuar apenas no arranque, se não for desligado logo após o arranque danifica-se.

O ângulo de defasagem que se pode obter entre as correntes do enrolamento principal e do enrolamento auxiliar é pequeno e, por isso, estes motores têm binário de arranque igual ou pouco superior ao nominal, o que limita a sua aplicação a potências fracionárias e a cargas que exigem pouco torque de partida, tais como máquinas de escritórios, ventiladores e exaustores, pequenos polidores, compressores herméticos, bombas centrífugas, etc. Normalmente são construídos em potências fracionárias que não excedem ¾ de cv.

A chave centrífuga mantém em união um bloco de contatos com os contatos do enrolamento auxiliar através de molas, de modo que o circuito está fechado na partida. À medida que aumenta a velocidade do motor, pesos são deslocados para fora, superam a tensão das molas e afastam o bloco de contatos, abrindo o circuito do enrolamento auxiliar, o qual permanece aberto enquanto o motor estiver funcionando.

Para esse tipo de motor o enrolamento auxiliar é desconectado da rede por meio de chave centrífuga quando a rotação estiver situada entre 75% e 80% da velocidade síncrona, pois nesse intervalo de velocidades, o conjugado produzido pelo campo pulsante do enrolamento principal excede aquele desenvolvido pelos dois enrolamentos combinados. A figura mostra o comportamento do torque com a variação da velocidade do motor.

A corrente de rotor bloqueado varia entre cinco e sete vezes a corrente nominal, mas não constitui um problema. Uma vez que os rotores desse tipo de motor são de tamanho reduzido, apresentando uma baixa inércia mesmo quando ligados à carga, a corrente de partida relativamente elevada cai quase que instantaneamente.

Para inverter o sentido de giro do motor de fase dividida, é necessário inverter a polaridade dos terminais de ligação da rede em relação a um dos enrolamentos, principal ou auxiliar. A inversão do sentido de giro nunca pode ser feita em condições de funcionamento.

O controle de velocidade em motores de fase dividida deve ser realizado numa faixa bastante limitada, que se situa acima da velocidade de operação da chave centrífuga e abaixo da velocidade síncrona. Seu controle de velocidade é muito difícil, já que sua velocidade síncrona é determinada pela frequência da rede e pelo número de polos desenvolvidos pelo enrolamento principal.

3.6.3 – Motor de capacitor de partida

É um motor semelhante ao de fase dividida. A principal diferença reside na inclusão de um capacitor eletrolítico em série com o enrolamento auxiliar de partida. O capacitor permite um maior ângulo de defasagem entre as correntes dos enrolamentos principal e auxiliar, proporcionando assim, elevados torques de partida. A figura descreve o motor de capacitor de partida. Como no motor de fase dividida, o circuito auxiliar é desligado quando o motor atinge entre 75% a 80% da velocidade síncrona.

Neste intervalo de velocidades, o enrolamento principal sozinho desenvolve quase o mesmo torque que os enrolamentos combinados. Para velocidades maiores, entre 80% e 90% da velocidade síncrona, a curva do torque com os enrolamentos combinados cruza a curva de torque do enrolamento principal, como mostra a figura. Desta forma, para velocidades acima deste ponto, o motor desenvolve menor torque, para qualquer escorregamento, com o circuito auxiliar ligado do que com ele desligado.

Devido ao fato de o cruzamento das curvas não ocorrer sempre no mesmo ponto e, ainda, o disjuntor centrífugo não abrir sempre exatamente na mesma velocidade, é prática comum fazer com que a abertura aconteça, na média, um pouco antes do cruzamento das curvas.

Após a abertura do circuito auxiliar o seu funcionamento é idêntico ao do motor de fase dividida. Com o seu elevado tgorque de partida (entre 200% e 350% do torque nominal), o motor de capacitor de partida pode ser utilizado numa grande variedade de aplicações e‚ fabricado para potências que vão de ¼ cv a 15 cv.

Devido ao dimensionamento do enrolamento auxiliar e do capacitor de partida basear-se apenas no seu funcionamento intermitente, uma chave centrífuga de partida defeituosa pode causar danos não apenas aos enrolamentos do motor, mas também ao capacitor.

Igualmente aos motores de fase dividida, para inverter o sentido de giro dos motores de capacitor de partida, é necessário inverter a polaridade dos terminais de ligação da rede em relação a um dos enrolamentos. Isso torna possível realizar a inversão do sentido de giro com o motor funcionamento.

3.6.4 – Motor de capacitor permanente

Neste tipo de motor, o enrolamento auxiliar e o capacitor ficam permanentemente ligados, sendo o capacitor do tipo eletrostático, como indica a figura. O efeito deste capacitor é o de criar condições de fluxo muito semelhantes às encontradas nos motores polifásicos, aumentando, com isso, o torque máximo, o rendimento e o fator de potência, além de reduzir sensivelmente o ruído.

Construtivamente são menores e isentos de manutenção, pois não utilizam contatos e partes móveis, como nos motores anteriores. Porém o seu torque de partida, é inferior ao do motor de fase dividida (50% a 100% do conjugado nominal), o que limita sua aplicação a equipamentos que não requerem elevado torque de partida, tais como: máquinas de escritório, ventiladores, exaustores, sopradores, bombas centrifugas, esmeris, pequenas serras, furadeiras, condicionadores de ar, pulverizadores, etc. São fabricados normalmente para potências de 1/50 a 1,5 cv. A figura ilustra o comportamento do torque com a variação da velocidade.

3.6.5 – Motor com dois capacitores

É um motor que utiliza as vantagens dos dois anteriores: arranque como o do motor de capacitor de partida e funcionamento em regime idêntico ao do motor de capacitor permanente, como é ilustrado na figura. Porém, devido ao seu alto custo, normalmente são fabricados apenas para potências superiores a 1 cv.

Nesse tipo de motor, são utilizados dois capacitores durante o período de partida. Um deles é um capacitor eletrolítico de partida, de capacidade razoavelmente elevada, cerca de 10 a 15 vezes o valor do capacitor de funcionamento, que é desligado do circuito por meio de uma chave centrífuga quando a velocidade do motor atinge 75% a 80% da velocidade síncrona, mostrado na figura.

Ele pode reverter o seu sentido de rotação, pois quando em funcionamento,se a polaridade dos terminais de ligação da rede é invertida em relação a um dos enrolamentos, o seu sentido de giro também se inverte. Inversões frequentes reduzem a vida útil da chave centrífuga. Assim, quando forem necessárias frequentes reversões, deve-se dar preferência ao uso de um motor de capacitor permanente.

3.7 – Motor universal

Vários aparelhos eletrodomésticos, especialmente de cozinha, e diversas ferramentas portáteis utilizam outro tipo de motor monofásico, denominado universal, cujo princípio de funcionamento é completamente diferente do motor de indução. A denominação de motor universal deriva do fato de poder operar tanto sob alimentação CA como CC. A rigor, trata-se de um motor CC série. Para operação em CA, o estator e o rotor devem ser de chapas laminadas, para evitar perdas por histerese e correntes parasitas.

Trata-se de um motor de velocidade variável, com baixas velocidades para grandes conjugados e altas velocidades para pequenas cargas. O conjugado de partida também é elevado. Devido a isso, são usados comumente em pequenos eletrodomésticos, como furadeiras elétricas e lixadeiras, que requerem conjugado elevado, e em liquidificadores, aspiradores de pó e bombas centrífugas, que requerem alta velocidade.

Normalmente são fabricados para potências fracionárias de até 3/4 CV. Para potências acima de alguns poucos CV, funcionam precariamente em corrente alternada. Há um grande faiscamento nas escovas, e o rendimento e o fator de potência decrescem.

Tipicamente o estator é um conjunto de pólos salientes com bobinas enroladas sobre eles. O rotor é constituído por um enrolamento distribuído em ranhuras e ligado em série com as bobinas do estator, que recebe o nome de armadura. Os terminais das bobinas do rotor são soldados num anel coletor solidário ao eixo, e a conexão com o meio externo é feita por um conjunto de escovas de grafite. Na figura temos a representação desse tipo de motor:

3.8 - Identificação das bobinas de um motor monofásico

Enrolamento Principal: Início da bobina – 1 e 3

                                      Final da bobina – 2 e 4

Enrolamento Auxiliar: 5 e 6

Para determinar os enrolamentos principais e auxiliar:

Com ohmímetro mede-se a R de cada bobina. A que apresentar maior valor é a

auxiliar.

Polarização das bobinas principais

Após inverter uma das bobinas e medir a corrente novamente, deve-se aplicar os números 1, 2, 3 e 4, respectivamente, a ligação das bobinas que apresentar a menor corrente.

3.9 – Motores síncronos

Funciona com velocidade constante; utiliza-se de um induzido que possui um campo constante pré-definido e, com isso, aumenta a resposta ao processo de arraste criado pelo campo girante. É geralmente utilizado quando se necessita de velocidades estáveis sob a ação de cargas variáveis. Também pode ser utilizado quando se requer grande potência, com torque constante. Ao operar o motor, a energia elétrica é fornecida à máquina pela aplicação de tensões alternadas trifásicas aos terminais dos enrolamentos do estator, além disso, os enrolamentos de campo do rotor são alimentados por uma fonte de tensão contínua.

Como as tensões aplicadas aos enrolamentos do estator são alternadas e trifásicas, circulará nos mesmos, uma corrente alternada de mesma frequência que a tensão, essa corrente produzirá campos magnéticos também alternados que variam no tempo. Além disso, devido a disposição espacial dos enrolamentos no estator, esses campos magnéticos variantes no tempo também irão circular pelo estator, de forma que o campo magnético resultante irá rodar em torno da circunferência do estator com velocidade angular proporcional à frequência da tensão alternada aplicada nos enrolamentos.

Assim, quando um dos pólos do campo magnético gerado pelo enrolamento de campo do rotor interagir com o campo girante resultante do estator, tentará alinhar-se com o pólo de sinal oposto, e como o pólo do campo girante do estator está a girar, surgirá no rotor um binário de forças que gerarão um torque de forma que o rotor gire e mantenha os campos do enrolamento de campo do rotor e o campo girante do estator alinhados.

Com o surgimento do torque o rotor girará seguindo o sentido e velocidade do campo girante do estator, logo, a velocidade angular do motor síncrono estará sincronizada com a frequência da tensão alternada aplicada aos enrolamentos do estator.

Este motor tem uma velocidade de rotação, denominada de velocidade de sincronismo, constante e rigorosamente definida pela frequência da corrente e pelo número de pólos, de conformidade com a seguinte expressão:

ns = ( 120 f / p )

Sendo:

ns - velocidade síncrona (rpm);

f - freqüência da corrente em Hz (no Brasil = 60);

p - número de pólos (em geral 6 a 14).

A estrutura e o mecanismo de operação dos rotores síncronos são relativamente complicados e para o seu funcionamento há necessidade de uma fonte suplementar de energia em corrente contínua destinada à alimentação dos enrolamentos do rotor, visto que o estator recebe corrente alternada. Isto é obtido através de um pequeno gerador (espécie de dínamo) conhecido por excitatriz, acionado pelo mesmo eixo do motor. Também não possuem condições próprias de partida necessitando de equipamento auxiliar de partida até atingir a velocidade de sincronismo, em geral, pequenos motores de indução tipo gaiola.

O campo prático de aplicação dos motores síncronos é o das grandes instalações, geralmente quando a potência das bombas ultrapassa de 500HP e as velocidades necessitam ser baixas (até 1800rpm) e constantes.

Devido a sua maior eficiência, o dispêndio com a energia elétrica em grandes instalações, passa a ter significativo valor na economia global do sistema. O custo inicial, entretanto, é elevado e a fabricação ainda restrita em no país. São ainda citados como desvantagem dos síncronos controle relativamente difícil e sua sensibilidade às perturbações do sistema (excesso de carga, por exemplo) podendo provocar saídas do sincronismo que provocam paradas de funcionamento, acarretando prejuízos significativos.

Rotação síncrona em função do número de pólos, para a frequência de 60 Hz

Número de pólos - p     Rotação síncrona - n

        2                                     3600

        4                                     1800

        6                                     1200

        8                                       900

      10                                       720

      12                                       600

      14                                       514

      16                                       450

      18                                       400

      20                                       360

      24                                       300

Nestes motores, o estator e alimentado com CA, enquanto o rotor o e com CC proveniente de uma excitatriz (dínamo)

3.9.1 - Utilização do motor síncrono para correção do FP

Devido a possibilidade de variação da excitação do campo, o motor síncrono possui a característica de variação do FP, o FP é diretamente dependente da corrente de excitação.

Variação do FP em função da variação da corrente de excitação

3.9.2 - Desvantagens dos motores síncronos em relação aos de indução

Precisam de uma fonte de excitação em CC, manutenção constante, não parte apenas com CA no estator pois é necessário que o motor seja levado a uma velocidade suficiente, próxima da velocidade síncrona para que ele possa entrar em sincronismo com o campo girante.

3.9.3 - Vantagens dos motores sincronos em relação aos motores de indução

Podem corrigir o FP, possuem η maiores do que os motores de indução equivalentes,

quando trabalham com FP = 1.

Capítulo 4 – Motores Trifásicos

4.1 - Motores assíncronos

Motor assíncrono é um motor elétrico de corrente trifásica, cujo rotor não está excitado pelo estator e a velocidade de rotação não é proporcional à frequência da sua alimentação (a velocidade do rotor é menor que a do campo girante, devido ao escorregamento). O rotor assíncrono pode ser de dois tipos: Gaiola de esquilo; Bobinado.

Quando os enrolamentos localizados nas cavas do estator são sujeitos a uma corrente alternada, gera-se um campo magnético no estator. Por consequência no rotor surge uma força eletromotriz induzida devido ao fluxo magnético variável que atravessa o rotor. Esta f.e.m. (força eletro-motriz) induzida dá origem a uma corrente induzida no rotor que tende a opor-se à causa que lhe deu origem, criando assim um movimento giratório no rotor.

O motor de indução converteu-se no tipo de motor mais usado na industria. Este fato deve-se à maioria dos sistemas atuais de distribuição de energia elétrica serem de corrente alternada. Comparando com o motor de corrente contínua, o motor de indução tem como vantagem a sua simplicidade, que se traduz em baixo custo e máxima eficácia com manutenção mínima. 

O rendimento é elevado para média e máxima carga, e pode-se assegurar um bom fator de potência com uma seleção correta. Esse estudo torna-se mais relevante, já que a maioria dos motores elétricos utilizados na indústrias são de motores de indução gaiola de esquilo.

Partes de Motores CA (Corrente Alternada)

4.2 - Funcionamentos de um motor assíncrono

A partir do momento que os enrolamentos localizados nas cavas do estator são sujeitos a uma corrente alternada, gera-se um campo magnético no estator, consequentemente, no rotor surge uma força eletromotriz induzida devido ao fluxo magnético variável que atravessa o rotor. A f.e.m. induzida dá origem a uma corrente induzida no rotor que tende a opor-se à causa que lhe deu origem, criando assim um movimento giratório no rotor.

Como podemos constatar o princípio de funcionamento do motor de indução baseia-se em duas leis do eletromagnetismo, a Lei de Lenz e a Lei de Faraday.

Faraday: "Sempre que através da superfície abraçada por um circuito tiver lugar uma variação de fluxo, gera-se nesse circuito uma força eletromotriz induzida. Se o circuito é fechado será percorrido por uma corrente induzida".

Lenz: "O sentido da corrente induzida é tal que esta pelas suas ações magnéticas tende sempre a opor-se à causa que lhe deu origem".

O motor elétrico transforma a potência elétrica fornecida em potência mecânica e uma reduzida percentagem em perdas. As perdas, que são inerentes ao processo de transformação, são quantificadas através do rendimento (mais à frente analisamos melhor os vários tipos de perdas nos motores).

A potência mecânica traduz-se basicamente, no binário que o motor gera no meio do rotor. O binário é consequência direta do efeito originado pela indução magnética do estator em interação com a do rotor.

T = K . Best . Brot. sen a

T - Binário

K - Constante

Best - Indução magnética criada pelo estator

Brot - Indução magnética criada pelo rotor

a - ângulo entre Best e Brot

A velocidade de um motor de indução é essencialmente determinada pela frequência da energia fornecida ao motor e pelo número de pares de pólos existentes no estator. No motor assíncrono ou de indução o campo girante roda a velocidade síncrona, como nos motores síncronos. A velocidade do campo girante obtém-se pela seguinte expressão:

Vg = 120 . f / n

Vg - velocidade do campo girante

f - frequência

n - número de pares de pólos

Uma característica fundamental dos motores de indução é o escorregamento, daí tratarem-se de motores assíncronos, o seu valor é dado pela seguinte expressão:

S - escorregamento.

n - velocidade do eixo do motor (rpm).

ns - velocidade síncrona (rpm).

A velocidade sofre um ligeiro decréscimo quando o motor passa de um funcionamento em vazio (sem carga) para um funcionamento em carga máxima.

O motor assíncrono tem atualmente uma aplicação muito grande tanto na indústria como em utilizações domésticas, dada a sua grande robustez, baixo preço, arranque fácil (pode mesmo ser direto, em motores de baixa potência). Não possui coletor (órgão delicado e caro) tratando-se de uma gaiola de esquilo; não produz faíscas e tem, portanto uma manutenção muito mais reduzida do que qualquer outro motor. É utilizado o motor monofásico para baixas potências (até 1 a 2 Kw) e o polifásico para potências superiores.

Há que destacar que o motor de indução ideal está numa faixa de velocidade entre 900 e 1800rpm, e com potências inferiores a alguns milhares de KW. Associados aos conversores eletrônicos de tensão e frequência variáveis (variadores eletrônicos de velocidade), os motores de indução tendem a assumir um papel quase que exclusivo nos acionamentos elétricos.

As perdas que ocorrem num motor dividem-se em quatro diferentes tipos:

- Perdas elétricas

- Perdas magnéticas

- Perdas mecânicas

- Perdas parasitas

As perdas elétricas são do tipo { RI2}, aumentam acentuadamente com a carga aplicada ao motor. Estas perdas, por efeito de Joule podem ser reduzidas, aumentando a secção do estator e dos condutores do rotor.

As perdas magnéticas ocorrem nas lâminas de ferro do estator e do rotor. Ocorrem devido ao efeito de histerese e às correntes induzidas (neste caso, correntes de Foucault), e variam com a densidade do fluxo e a frequência. Podem ser reduzidas através do aumento da secção do ferro no estator e rotor, através do uso de lâminas delgadas e do melhoramento dos materiais magnéticos.

As perdas mecânicas são devido à fricção dos procedimentos, ventilação e perdas devido à oposição do ar. Podem ser reduzidas, usando procedimentos com baixa fricção e como aperfeiçoamento do sistema de ventilação.

As perdas parasitas (stray losses) ou perdas extraviadas são devidas a fugas do fluxo, distribuição de corrente não uniforme, imperfeições mecânicas nas aberturas para escoamento do ar, e irregularidades na densidade do fluxo do ar ao ser escoado pelas aberturas. Podem ser reduzidas através da otimização do projeto do motor e ainda de uma produção ou fabrico cuidadoso.

Apresentamos seguidamente a distribuição das perdas no motor, as perdas parasitas não são representadas por terem um valor insignificante.

4.3 - Motores polifásicos

O motor de indução polifásico é o tipo mais utilizado, tanto na industria como no ambiente doméstico, devido à maioria dos sistemas atuais de distribuição de energia elétrica serem trifásicos de corrente alternada. O nosso estudo recaiu essencialmente nos motores de indução trifásicos, já que na prática constituem o grande leque dos motores de indução polifásicos e também porque o numero de fases varia o seu comportamento de uma forma já relatada, nomeadamente com a variação do numero de pares de pólos que provoca alterações conhecidas.

A utilização de motores de indução trifásicos é aconselhável a partir dos 2 KW, para potências inferiores justifica-se o monofásico.

O motor de indução trifásico apresenta vantagens relativamente ao monofásico, nomeadamente um arranque mais fácil, o ruído é menor e são mais baratos para potências superiores a 2Kw.

4.4 - Conclusão

O acionamento de máquinas e equipamentos mecânicos por motores elétricos é um assunto de extraordinária importância econômica. No campo de acionamentos industriais avalia-se que de 70 a 80% da energia elétrica consumida pelo conjunto de todas as indústrias seja transformada em energia mecânica através de motores elétricos. Isso mostra a grande importância no aprofundamento dos estudos de funcionamento de motores a fim de aperfeiçoar seu desempenho.

Rotor Gaiola de Esquilo

Estator

 Capítulo 5 – Materiais, equipamentos e símbolos gráficos

5.1 - Objetivo:

Familiarizar os usuários com os diversos materiais e equipamentos utilizados em circuitos de comando industrial e identificar a simbologia padronizada.

5.2 - Contatores:

Função: Comando, seccionamento e controle dos circuitos alimentadores de motores, iluminação, capacitores e outras cargas.

As principais características destes dispositivos são as seguintes: elevada durabilidade; elevado número de manobras; possibilita comando à distância e automatismo de circuitos junto com outros componentes.

Genericamente o contator pode ser conceituado da seguinte forma:

É um dispositivo composto por um conjunto de contatos móveis, adaptados a um eixo móvel ou âncora, mantido em sua posição de repouso mecanicamente através de molas. Abaixo deste eixo esta localizada a bobina magnética com seu respectivo núcleo de chapas de ferro laminada. Os contatos que compõem o conjunto, recebem a denominação de contatos principais ou de força, que são responsáveis pelo estabelecimento de tensão nos terminais da carga (motor, barramento de quadro, iluminação, capacitor, etc.), ou seja, as pastilhas destes contatos são atravessadas pela corrente do circuito para alimentação da carga. Os contatos para circuitos principais são identificados por números com um único dígito conforme a seguinte numeração de 1 a 6 (1-2; 3-4; 5-6), significando que para cada terminal marcado com um número ímpar, corresponde outro terminal marcado com um número par imediatamente subsequente, ou ainda por letras e índice numérico (L1-T1; L2-T2; L3-T3), considerando que as referências dos contatos 1; 3; 5 ou L1; L2; L3 devem ser conectados no lado da fonte (lado da rede de alimentação) e os contatos 2; 4; 6 ou T1; T2; T3, devem ser conectados no lado da carga (ex. motor).

Um contator principal possui ainda contatos auxiliares, que tem a função de estabelecer a alimentação da bobina do contator (selo), sinalização, alarme e intertravamentos. Portanto os contatos auxiliares são constituídos de pastilhas que são atravessados por correntes de pequenas intensidades, solicitadas pela bobinas magnéticas dos contatores, relés, pela lâmpada de sinalização, ou pela bobina de alarmes e sirenes.

Existem também os contatores auxiliares, que diferentes dos contatores principais só possuem contatos auxiliares, com pastilhas de menor capacidade de condução de corrente e são empregados nos circuitos de comando, sinalização e intertravamentos, normalmente auxiliando circuitos mais complexos e que possuam outros contatores.

Um contator principal, deve possuir 3 (três) contatos de força, e um ou mais contatos auxiliares. Os contatos de força são contatos normalmente abertos (NA), e os contatos auxiliares podem ser normalmente aberto (NA) ou normalmente fechado (NF). Os contatos auxiliares são identificados por números com dois dígitos, sendo o 1 ordinal e o 2 funcional, onde os números compostos por dois algarismos com terminação 1 e 2, são contatos normalmente fechados (NF) (Ex. 21-22; 31-32;...). Já os contatos auxiliares representados com números de dois dígitos terminados com 3 e 4, são contatos normalmente abertos (NA) (Ex. 13-14; 43-44 ...). Entende-se por contato normalmente aberto (NA), aqueles que, enquanto a bobina do contator estiver desenergizada, os mesmos estarão abertos (seccionados) pela ação da mola. No instante em que se estabelece tensão na bobina, a força magnética desta, vence a força mecânica da mola, fazendo com que os contatos que estavam abertos, fechem. Cessando a ação da força magnética, a mola retorna a sua posição normal, fazendo com que os contatos voltem a abrir. Processo semelhante é realizado de modo inverso, nos contatos NF.

Alguns fabricantes projetam contatores de forma a possibilitar o encaixe de um conjunto de contatos auxiliares extras, denominado de bloco aditivo de contatos, cuja função é adicionar contatos auxiliares a um contator, possibilitando expandir outros elementos no circuito de comando, tais como para a alimentação da bobinas de outros contatores ou relés, sinalização ou intertravamentos.

5.2.1 - Simbologia:

Os elementos de um contator tem as seguintes representações gráficas e utilizam letras características e números para referencia-los e facilitar o entendimento no contexto do diagrama elétrico:

C1 ou K1 = A letra representa o contator, e o índice significa o número referencial entre os diversos contatores do circuito.

C1 ou K1 = Contator 1 (um); C2 ou K2 = Contator 2 (dois); C3 ou K3 = Contator 3 (três) e assim sucessivamente para quantos contatores forem empregados no circuito.

A1 e A2 = Representam os terminais da bobina do contator.

5.2.2 - Vista em corte transversal de um contator

5.3 - Relé Bimetálico de Sobrecarga:

Função: Efetua a proteção do motor contra sobrecargas.

Os relés bimetálicos são dispositivos de proteção contra defeitos provenientes da carga, sendo conhecidos também como relé térmico, pois são normalmente compostos por elementos térmicos de contato, ou seja, existe uma lâmina composta por dois metais justapostos na qual é enrolada algumas espiras de fio tipo filamento de níquel-cromo, cuja função é produzir um super aquecimento, após a intensidade de corrente atingir um valor superior ao da corrente de regulagem, que agindo na lâmina bimetálica provoca o seu deslocamento, e consequentemente, a interrupção do circuito através de um contato auxiliar.

O relé bimetálico utiliza o conceito físico da justaposição longitudinal de dois metais com coeficientes de dilatação diferentes, e quando ocorre a sobrecarga estes metais irão se dilatar e produzir um encurvamento do par bimetálico, cujo trabalho mecânico irá atuar em um contato auxiliar normalmente fechado, interrompendo dessa maneira a continuidade de alimentação da bobina do contator.

O elemento bimetálico comanda um eixo mecânico que é acoplado ao elemento seletor de corrente, cujo dial de regulagem propicia o ajuste para a corrente desejada, de acordo com o motor ou carga a ser instalada, uma vez que cada relé é fornecido com uma faixa de valores de ajuste.

Como foi citado em parágrafo anterior os relés possuem contatos auxiliares, sendo que alguns são fornecidos apenas com um contato normalmente fechado (NF), enquanto outros possuem dois contatos auxiliares, sendo um NF e um NA. Semelhante aos contatores, estes contatos são identificados através de letras e números compostos por dois dígitos. O contato normalmente fechado (NF) é identificado pelos números 96 e 97, enquanto que o normalmente aberto (NA) recebe a identificação pelos números 97 e 98. Os relés podem ser representados simbolicamente por uma das seguintes letras: e ou F.

Outras características construtivas do relé térmico, é que em alguns modelos ele pode ser fornecido com botão para escolha de rearme manual (com retenção) ou automático (sem retenção), botão teste do contato NF (95-96), além de lingueta sinalizadora para indicar visualmente quando ocorre uma sobrecarga. Em alguns fabricantes é comum também que o relé possua na sua parte superior, um ponto de fácil acesso para a conexão do terminal A2 da bobina do contator, fazendo dessa maneira uma transferência de localização do A2 uma vez que quando o relé é acoplado ao contator (2;4;6), fica difícil se acessar a bobina. Esta transferência é feita eletricamente através de jamper (fio).

O contato normalmente fechado é responsável pela interrupção do circuito de comando, ou seja, ele é conectado em série com o comando. Quando a corrente de carga ultrapassar o seu valor de regulagem, o elemento térmico atua, fazendo com que o contato NF abra, por conseguinte desenergizando o circuito de comando. O tempo de disparo do relé depende de sua curva característica do próprio motor.

Fator de serviço:

É o fator que aplicado à potência nominal do motor, indica a sobrecarga permissível que pode ser aplicada continuamente ao motor, sob condições específicas.

Ex.: Se o Fs = 1,15, nessa situação o motor suporta continuamente 15% de sobrecarga acima de sua potência nominal.

Observe que se trata de uma capacidade de sobrecarga contínua, ou seja, uma reserva de potência que dá ao motor uma capacidade de suportar melhor o funcionamento em condições desfavoráveis.

Caso o motor solicite uma corrente superior aquela para qual se ajustou o relé, este acréscimo de corrente fará com que o elemento térmico atue, interrompendo o circuito de comando.

O contato normalmente aberto (NA/97-98) pode ser utilizado para sinalização visual, indicando para o operador que a chave de acionamento do motor desligou através do relé.

5.3.2 - Simbologia:

Os elementos de um relé bimetálico têm as seguintes representações gráficas e utilizam letras características e números para referencia-los e facilitar o entendimento no contexto do diagrama elétrico

5.4 - Botões de comando ou botoeira:

Função: Acionamento ou desativação do circuito de comando, através de impulso manual do botão pulsante.

Botoeira ou Botão de Comando é a designação dada a dispositivos de comando que são acionados ao pulsarmos o botão ou manopla, retornando a sua posição inicial imediatamente após cessar o impulso mecânico.

Existem botões com elementos de contato individual normalmente aberto (NA) ou normalmente fechado (NF), e botão de comando duplo ou conjugado, contendo contatos

simultâneos tanto NA como NF.

O botão NF é utilizado para desligar ou desativar o circuito, devendo ter a indicação “0” em marcação frontal do botão opaco. Deve-se empregar como padrão a cor vermelha para o botão desliga (NF).

O botão NA deve ter a indicação “ I “ em marcação frontal do botão opaco, e é utilizado para ligar ou estabelecer o circuito, podendo ser nas cores amarela, preta, verde, branca ou transparente.

Quando se utilizam os botões de comando agrupados em caixas de material isolante do tipo termoplástico ou similar, ou em caixas metálicas, pode-se denominar o conjunto de “botoeira de comando”.

 

Existem ainda diversos tipos e modelos de botões de comando, que variam de fabricante para fabricante, e que tem a sua aplicação específica conforme a exigência e complexidade do circuito, conforme dados e figuras a seguir apresentados:

5.4.1 - Botão de comando e sinalização:

Botão transparente, com elemento(s) de contato(s) e soquete para lâmpada, de tal forma que se obtenha, assim como num sinalizador luminoso, uma indicação óptica dada por uma lâmpada embutida no mesmo.

5.4.2 - Botão de comando com chave de segurança:

Botão com elementos de contato e chave de segurança, com bloqueio e retirada da chave nas duas posições.

5.4.3 - Botão de comando cogumelo:

Botão com elemento de contato normalmente fechado (NF) e na cor vermelha, que devido a sua forma construtiva e anatômica de um cogumelo, é utilizado para facilitar o seu acionamento para desativação do circuito. Este modelo de botão pode também ser fornecido com trava, onde o giratório do cogumelo é usado para desbloqueio. Existe ainda a opção deste botão contendo elementos de contato NF e NA (botão duplo).

5.4.4 - Botão de comando cogumelo com trava e chave de segurança:

Botão com elemento de contato normalmente fechado (NF) e na cor vermelha, contendo trava e chave de segurança para desbloqueio, e chave retirável nas duas posições.

5.4.5 - Comutador de comando com manopla:

Comutador de comando com elemento(s) de contato(s) NA ou NF, com ou sem retorno da manopla de acionamento. Este comutador pode ser fornecido também com chave de segurança retirável.

5.4.6 - Comutador de comando por chave de posição:

As chaves de posição fim de curso, são empregadas para o controle e comando de portões automáticos, pontes rolantes, guindastes, tornos, elevadores de carga, elevadores prediais, elevacar dentre outras aplicações. O acionamento pode ser do tipo pino, rolete superior, rolete lateral, haste ajustável com rolete, que dependendo da aplicação e as características do sentido do movimento, se horizontal, se vertical, pode ser adequadamente escolhido. 

Possuem elementos de contato NA/NF em câmaras fechadas, e tipos de acionamento em pino simples, pino reforçado, pino com rolete metálico, rolete superior, rolete lateral, rolete de posições múltiplas, haste flexível, alavanca ajustável com rolete e haste rígida.

5.4.7 - Botão de comando de pedal:

Botão com elementos de contato NA e/ou NF, cujo acionamento é realizado pela impulsão do pedal através do pé do operador.

5.4.8 - Simbologia:

Os elementos de um botão de comando tem as seguintes representações gráficas e utilizam letras características e números para referencia-los e facilitar o entendimento no contexto do diagrama elétrico:

Botão de Comando NF - Vermelho - Bo ou So 

Botão de Comando NA - Verde ou outra cor - B1 ou S1 

Botão de Comando por Pé (botão de pedal)

5.5 - Lâmpada de sinalização:

Função: Efetuar a sinalização visual do estado de um circuito, proporcionada por uma indicação óptica dada por uma lâmpada incandescente ou neon, montada em um conjunto denominado de sinaleiro.

O sinaleiro ou sinalizador com a lente na cor vermelha e a lâmpada acesa, indica que o circuito esta estabelecido e a carga em operação. Já o sinalizador com a lente na cor verde e a lâmpada acesa, indica que o circuito esta desativado e a carga fora de operação.

Num quadro de comando e manobra é mais usual só utilizar o sinalizador com lente vermelha, o que traz economia de componentes e redução de consumo de energia, apesar da pequena potência do sinalizador luminoso.

As lâmpadas de sinalização são montadas em suportes denominados de “armação de sinalização ou sinaleiro”, e utilizam normalmente soquetes de encaixe para base da lâmpada do tipo baioneta, podendo as mesmas ser incandescentes ou de Néon, para tensões de 110 ou 220 VCA.

Quando a lâmpada de sinalização é instalada diretamente em paralelo com a bobina do contator, é recomendado usar lâmpada neon, tendo em vista que quando do desligamento do contator, podem surgir sobretensões que reduzem a vida útil da lâmpada caso seja incandescente.

No caso de optar por usar lâmpadas incandescentes para a sinalização, recomenda-se que a alimentação seja feita através de um contato auxiliar.

Quando a sinalização luminosa é feita num quadro de uso ao tempo, é recomendado usar lâmpadas incandescentes tendo em vista que durante o dia devido a presença da luz solar no ambiente aberto, a sinalização néon pode ficar imperceptível visualmente, o que torna a sinalização sem efeito.

A potência destas lâmpadas é de baixa intensidade, variando entre 1,2 a 2,6 W.

As lentes dos sinalizadores podem ser fornecidos nas cores vermelho, verde, amarelo, incolor (translúcido) e azul. Em quadros de instalação ao tempo é recomendado que sejam usadas lentes de vidro, pois as lentes de plástico ou acrílico se tornam opacas e quebradiças devido a forte incidência dos raios ultravioletas.

5.5.1 - Simbologia:

Os elementos de uma lâmpada de sinalização tem a seguinte representação gráfica e utiliza letra característica e número para referencia-lo e facilitar o entendimento no diagrama elétrico:

Lâmpada de sinalização vermelha  - h1

Lâmpada de sinalização verde - h2

 5.6 - Fusível NH :

Função: Efetuar a proteção contra curto-circuito, sobretudo de sistemas elétricos industriais onde estão presentes correntes nominais elevadas e com níveis de curto-circuito de elevada intensidade. O fusível NH tem a característica construtiva de possuir alta capacidade de interrupção ( >100 kA) chegando a casos na ordem de 120 kA até 500 VCA, portanto sendo mais adequado para resistir os esforços eletromecânicos da corrente de curto-circuito.

O fusível NH pode ser traduzido do alemão com a seguinte interpretação: N é originado da palavra Niederspannung, que significa Baixa tensão, sendo H originado de Hochleistung, que signigfica Alta Capacidade.

Dispositivo de manobra destinado a interromper a corrente do circuito pela fusão do seu elo fusível, sendo o mesmo envolto em areia para propiciar a extinção do arco elétrico.

Os fusíveis NH são elementos limitadores de corrente, onde a fusão do seu elo dá-se pelos efeitos térmicos da corrente. O fusível NH apresenta na sua curva característica, uma faixa de sobrecarga onde ocorre o desligamento com retardo, isto é, um tempo de atuação tão longo que é possível ligar um motor com sua corrente de partida, sem que se funda o seu elo fusível (veja a curva característica de tempo X corrente do fusível NH).

Estes fusíveis em construção especial aplicam-se também a outras funções, como por exemplo, para a proteção de tiristores, em dispositivos eletrônicos e de acionamento microprocessados, que nesta situação tem uma característica ultra-rápido. Além disto os fusíveis NH possuem alta capacidade de interrupção, que significa poder interromper com segurança, correntes de curto circuito na ordem de grandeza de até 100 KA.

As seguranças NH reúnem as características de fusível retardado, para correntes de sobrecarga, e de fusível rápido para correntes de curto-circuito.

O fusível NH completo, incluindo acessório, é composto de base, corpo (fusível) e punho, e são fornecidos em diversos tamanhos conforme normas brasileira, americana e alemã - NBR, IEC, VDE e DIN: Tamanho 00; 1; 2; 3 e 4.

                                         Tamanho              Fusível NH – Corrente nominal (A)

                                             00                      6 10 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160

                                             1                        40 50 63 80 100 125 160 200 224 250

                                             2                        224 250 315 355 400

                                             3                        400 500 630

                                             4                        800 1000 1250

Fonte: Siemens

São fabricados para correntes nominais na faixa de 6 até 1250 A, conforme tabela de valores normalizados, discriminados por tamanho, visto na tabela anterior.

O punho saca fusível só pode ser utilizado para retirada dos fusíveis NH com o circuito em vazio (circuito sem carga ou desativado), podendo, no entanto, os mesmos estarem submetidos a tensão uma vez que o punho é fabricado com material isolante que proporciona proteção adequada para o operador.

Os elementos de um fusível NH tem a seguinte representação gráfica e utiliza letra característica e número para referenciá-la e facilitar o entendimento no contexto do diagrama elétrico:

5.6.1 - Simbologia:

5.7 - Fusível Diazed:

Função: Efetuar a proteção dos circuitos parciais contra curto-circuito.

Os fusíveis diazed são elementos limitadores de corrente, para aplicação geral mas que devem ser usados preferencialmente na proteção dos condutores da instalação, circuitos de iluminação, circuitos de comando e em circuitos de força de motores de pequeno e médio porte.

Possuem também a característica de ação retardada, para cargas com pico de corrente, ou atuação rápida no caso de curto-circuito.

O conjunto de segurança diazed compõe-se dos seguintes elementos:

 Tampa : É a peça na qual o fusível é encaixado, permitindo colocar e retirar o mesmo da base, mesmo com a instalação sob tensão.

 Fusível: É a peça principal do conjunto, constituído de um corpo cerâmico, dentro do qual esta montado o elo fusível e cujo espaço esta preenchido com areia especial de quartzo, que tem a função de extinguir o arco voltaico em caso de fusão do elo.

Para facilitar a identificação do fusível é padronizado um código de cores para a espoleta, que corresponde aos valores padronizados das correntes nominais dos fusíveis, conforme norma DIN e tabela a seguir apresentada:

Tamanho/Rosca                        Corrente Nominal (A)                 Código de Cor

 DII / E 27                                                                                      

                                                            2                                             Rosa

                                                            4                                             Marrom

                                                            6                                             Verde

                                                            10                                           Vermelho

                                                            16                                           Cinza

                                                            20                                           Azul

                                                            25                                           Amarelo

DIII / E 33 

                                                            35                                           Preto

                                                            50                                           Branco

                                                            63                                           Cobre

O indicador se desprende em caso de queima (fusão do elo fusível), se apresentando visível para o operador através do visor de inspeção da tampa.

Anel de Proteção: É a peça em formato de anel, constituída de material isolante, normalmente de cerâmica, que protege a rosca metálica da base aberta, evitando assim choques acidentais quando da troca dos fusíveis. São fornecidos nos tamanhos referentes as roscas E27 e E33.

Parafuso de ajuste: Construídos em diversos tamanhos em conformidade com a amperagem dos fusíveis. São instalados na base, através do acessório denominado chave para parafuso de ajuste, e depois de encaixados não permitem a colocação de fusível de maior valor nominal do que o previsto.

O código de cores é semelhante ao empregado para as cores das espoletas, e também são fornecidos em tamanhos compatíveis com a base de rosca E27 e E33.

Base: É a peça unipolar que reúne todos os componentes do conjunto de segurança, sendo fornecida nas roscas E27 e E33. A base pode ser fixada através de parafusos, ou propiciar uma fixação rápida por engate em termoplástico ou chapa de aço, no trilho suporte.

Um alerta deve ser dado sobre a substituição de fusíveis do tipo D. O fusível diazed é um fusível de aplicação geral e para circuitos de motores, sendo do tipo com resposta retardada, para evitar a queima durante a corrente de partida.

Existe outro tipo de fusível de aparência semelhante ao tipo D, mas com resposta rápida, denominado de fusível silized, e é empregado para proteger circuitos eletrônicos, tais como circuitos que contenham Softstarter e inversores de freqüência.

É comum presenciar máquinas que foram literalmente queimadas por que houve troca indevida pelo pessoal da manutenção, de um silized por um diazed. Por isso muita atenção!

5.7.1 - Simbologia:

Os elementos de um fusível diazed tem a seguinte representação gráfica e utiliza letra característica e número para referencia-lo e facilitar o entendimento no contexto do diagrama elétrico:

 Fusível diazed no circuito de comando          Fusível diazed no circuito de força

5.8 - Chave seccionadora e comutadora rotativa:

Função: Seccionamento e comutação de cargas nos circuitos de força, comando e instrumentos de medição.

As chaves rotativas destinam-se a manobra (seccionamento e comutação) de cargas alimentadas em CC e CA.

As chaves seccionadoras são comumente empregadas no circuito de força de motores, conjuntamente com os fusíveis e contatores. Nesta situação a chave tripolar faz o seccionamento do ramal de alimentação do motor, para eventuais manutenções de rotina em todo o trecho, proporcionando uma maior segurança ao eletricista que irá trabalhar com o circuito desligado e sem riscos de choques elétricos.

As chaves comutadoras são utilizadas tanto na ligação de amperímetro de painel, com transformador de corrente, como em voltímetro de painel. A comutadora de amperímetro possibilita que seja empregado um único amperímetro, de maneira que se pode monitorar em momentos distintos, as correntes de carga nas três fases (R;S;T). No caso da comutadora de voltímetro, vide fig.2.7b, com um único voltímetro consegue-se monitorar as tensões entre as fases ( RS-RT-ST) de maneira não simultânea.

As chaves comutadoras são fornecidas nas seguintes versões e correntes nominais:

 Seccionador tripolar sob carga: (10; 16; 20; 25; 32; 40; 50; 63; 100; 125 e 250 A)

 Comutador para Voltímetro: (10 A)

 Comutador para amperímetro: (10 A)

As chaves seccionadoras e comutadoras, tem a opção de poderem ser fixadas no topo ou na base. A fixação no topo é efetuada pelo lado interno da chapa metálica da porta do quadro eletromecânico, e quando a porta é aberta ou fechada, todo o corpo da chave acompanha o deslocamento da porta,ficando a manopla de acionamento fixa com a placa frontal quadrada, na parte externa da porta.

Já a chave fixada pela base, quando se efetua a abertura e fechamento da porta, o corpo da chave permanece fixo dentro do quadro, só acompanhando o deslocamento da porta, a manopla e a placa frontal quadrada instaladas no lado externo da chapa metálica.

5.8.1 - Simbologia:

Os elementos de uma chave seccionadora, tem a seguinte representação gráfica e utiliza letra característica e número para referencia-lo e facilitar o entendimento no contexto do diagrama elétrico:

A) Chave Seccionadora

B) Chave Comutadora de Voltímetro

C) Chave Comutadora de Amperímetro:

5.9 - Relé de tempo (temporizador eletrônico)

Função: Efetua a temporização de todos os processos que envolvem a operação e manobra de circuitos auxiliares de comando, proteção, regulação e outros componentes dos circuitos.

Dispositivo de comando a distância, cujos contatos auxiliares comandam, perante certas grandezas elétricas (corrente e tensão), outros dispositivos através de circuitos auxiliares, com retardamento pré-ajustado pelo elemento temporizado.

O pré ajustamento do retardo do temporizador, é efetuado através de dial montado na parte frontal do relé, cuja escala pode ser fornecida nas seguintes faixas de ajuste, conforme o fabricante: 0,06 - 0,6 s ; 0,6 - 6 s ; 6 - 60 s ; 0,6 - 6 min ; 6 - 60 min., ou 0 - 5 s ; 0 - 15 s ; 0 - 30 s ; 0 - 60 s.

Uma das principais aplicações do relé temporizado eletrônico, é a sua utilização nos circuitos das chaves estrela-triângulo automáticas, para garantir que o fechamento do contator triângulo só ocorra quando o contator estrela já estiver aberto, e o respectivo arco voltaico extinto.

Os relés de tempo podem ser fornecidos com um comutador em ponto comum (15) com contato

Uma das principais aplicações do relé temporizado eletrônico, é a sua utilização nos circuitos das chaves estrela-triângulo automáticas, para garantir que o fechamento do contator triângulo só ocorra quando o contator estrela já estiver aberto, e o respectivo arco voltaico extinto.

Os relés de tempo podem ser fornecidos com um comutador em ponto comum (15) com contato auxiliar normalmente fechado (15-16) e outro normalmente aberto (15-18), ou com dois comutadores em pontos comuns independentes (15) e (25), contendo um contato NF (15-16) e um contato NA (15-18), e no outro comutador os contatos NF (25-26) e NA (25-28), conforme simbologia e os esquemas de ligação apresentados a seguir:

5.9.1 - Simbologia:

Os elementos de um relé temporizado tem a seguinte representação gráfica e utiliza letra característica e números para referencia-lo e identificar os seus contatos auxiliares, de maneira a facilitar o entendimento no contexto do diagrama elétrico:

Esquemas de Ligação:

 Capítulo 6 – Chaves de Partida

6.1 – Objetivo:

Um dos instantes mais críticos é a partida de motores elétricos, pois nesse momento, os motores solicitam uma corrente muito maior do que em serviço contínuo, devido à mudança de um estado de inércia do motor. A isso chamamos de pico de corrente. Na instante da partida, essa corrente costuma variar na faixa de seis a oito vezes a corrente nominal do motor.

A amplitude e o tempo do pico da corrente inicial dependem das condições de partida. Se for uma partida sob carga, o pico será maior do que se for em vazio. Pode-se chegar até dez vezes do valor normal. Essa alta corrente pode até disparar os dispositivos de proteção dos circuitos e comandos. Além disso, sobrecarrega a rede alimentadora de uma forma prejudicial.

6.2 – Partida Direta

A partida direta é a forma mais simples de partir um motor elétrico, na qual as três fases são ligadas diretamente ao motor, ocorrendo um pico de corrente.

A partida de um motor trifásico direta deve ser executada sempre que possível. Por imposição da concessionária, só podem ser partidos motores abaixo de 5 cv em partidas diretas e abaixo de 10 cv em instalações industriais.

A partida direta deve ser executada nos seguintes casos:

 Baixa potência do motor de modo a limitar as perturbações originadas pelo pico de corrente.

 A máquina movimentada não necessita de uma aceleração progressiva e está equipada com um dispositivo mecânico (redutor) que evita uma partida muito rápida.

 O conjugado de partida é elevado.

Assim fica fácil enumerar as vantagens de uma chave de partida direta:

 Equipamentos simples e de fácil construção e projeto;

 Conjugado de partida elevado;

 Partida rápida;

 Baixo custo.

Na partida direta, a elevada corrente de partida do motor tem as seguintes desvantagens:

 Acentuada queda de tensão no sistema de alimentação da rede, que ocasiona interferências em equipamentos instalados no sistema.

 Os sistemas de acionamento (dispositivos, cabos) devem ser superdimensionados, elevando os custos do sistema.

 Imposição das concessionárias que limitam a queda de tensão na rede.

Observações:

1 – Na partida direta, a corrente de partida é diretamente proporcional à tensão de alimentação e diminui à medida que a velocidade aumenta.

2 – O conjugado de partida varia proporcionalmente ao quadrado da tensão de alimentação

6.2.1 – Esquema de ligação da chave de partida direta

A seguir está o diagrama de comando juntamente com o diagrama de força da chave de partida direta:

No diagrama de força, as três fases R,S,T são protegidas por um disjuntor tripolar (Sa) e por um fusível por fase (F1, F2, F3), sendo ligadas então ao contator K1, que está diretamente acoplado ao relé térmico F4, que interliga os cabos até ao motor.

Ao ser pressionado, o botão de impulso S1 energiza a bobina do contator K1 que fecha o contato K1(13-14), realizando o selo do contator K1com o contator fechado.

O motor é alimentado com as três fases. Ao ser pressionado o botão de impulso S0, o circuito da bobina do contator K1 é desligado e desenergizado.

6.2.2 – Exemplo de dimensionamento

Dimensionar uma chave de partida direta para um motor de 30cv, 380V/60Hz,

Tp = 5s.

Dados de placa do motor: In = 44A, Ip/In = 8,0.

 Dimensionamento do contator K1

Considerando que o contator, neste acionamento, conduzirá 100% da corrente do motor, temos que a corrente do contator deverá ser igual ou superior a corrente nominal do motor elétrico trifásico, seja a seguir:

Fórmula: Ie, corrente nominal de emprego (do contator), deve ser igual ou maior que a corrente nominal de trabalho do motor acrescida de um fator de segurança de 15% do valor da corrente de trabalho do contator.

Logo teremos para o nosso exemplo: Ie >= 44A x 1,15 >= 50,6A

Escolha do componente:

Consultando o catálogo do fabricante do contator escolhido, determinaremos qual o modelo que atende a necessidade, veja que nesse caso utilizaremos como referência o catálogo do fabricante WEG, sendo assim teremos o seguinte contator:

O contator escolhido foi o CWM 65 que utilizado na classe AC3 conforme necessidade do exercício proposto, pode ser aplicado para potências nominais de até 40cv (nossa necessidade é de 30cv). Este mesmo contator é aplicado a uma corrente de emprego máxima de 65A, nosso cálculo determinou uma corrente mínima de emprego de 50,6A.

 Dimensionamento do relé térmico F4

O relé térmico tem a função de proteger a integridade do motor elétrico, desta forma, este deverá possuir em sua faixa de ajuste, a mesma corrente nominal do motor e também deverá ser compatível ao contator escolhido, pois caso contrário não será possível realizar sua montagem ao contator.

Fórmula: F4 = In

Escolha do componente:

Consultando o catálogo do fabricante, o modelo de relé térmico escolhido é o RW67 2D que, por sua vez, é compatível com o contator selecionado anteriormente. A corrente nominal do motor fornecida pelo fabricante é de 44A conforme mencionado no início do exercício, portanto, além de determinarmos o modelo do relé utilizado, devemos encontrar uma faixa de ajuste compatível à corrente nominal.

Já que In = 44A escolhemos a faixa de ajuste de 40 a 57A.

 Dimensionamento dos fusíveis (F1, F2, F3)

Serão necessário três situações para determinarrmos os fusíveis os fusíveis de proteção, são eles:

Antes de determinarmos o fusível devemos submeter o fusível escolhido em três situações distintas que implicará na proteção do circuito como um todo.

1ª Situação:

Antes de mais nada temos que reconhecer que, neste caso, o fusível terá como função, garantir a proteção do circuito de acionamento do motor e não a proteção do motor propriamente dito. Quando tratamos de proteção do motor através de fusível devemos nos atentar que, no momento da partida, o motor possui a corrente de partida elevada, podendo chegar a oito vezes a corrente nominal, sendo assim teremos que utilizar os fusíveis de acionamento retardado para que estes não sejam acionados no momento da partida do motor. Em nosso exemplo o motor executa sua partida em cinco segundos, tempo este em que a corrente de partida terá seu valor acima da nominal, então determinaremos a corrente do fusível baseado nestas características bem como a corrente de partida do motor elétrico trifásico.

Determinando a corrente de partida do motor:

Fórmula: Ip = Ip/In x In

Ip = corrente de partida

Ip/In = fator mutiplicativo que determina Ip

In = corrente nominal

Logo teremos para o nosso exemplo: Ip = 8 x 44A = 352A

A corrente elétrica no momento da partida do motor será de 352A aproximadamente. Conhecendo a corrente de partida e o tempo que o motor leva para chegar em seu valor nominal de rotação podemos determinar o valor do fusível a ser aplicado. Estas informações aplicadas ao gráfico do fabricante do fusível, o fusível escolhido foi de 63 A retardado.

2ª Situação:

A corrente do fusível deve ter valor superior a 20% da corrente nominal do motor elétrico a qual será aplicado. Logo, teremos a seguinte fórmula:

Fórmula: If >= 1,2 x In

If = corrente do fusível

In = corrente nominal de trabalho do motor

Logo teremos no nosso exemplo: If >= 1,2 x 44A >= 52,8A

A corrente elétrica que representa a corrente nominal do motor acrescida de 20% é 52,8A aproximadamente.

Portanto teremos o seguinte valor de corrente:

A corrente calculada de 52,8A é inferior a corrente determinada na 1ª situação, portanto o fusível escolhido de 63A através do gráfico atende a necessidade desta segunda situação de escolha do fusível.

3ª Situação:

Nesta terceira e ultima situação, observaremos se o fusível irá proteger os dispositivos de acionamento do motor (contator e relé térmico), para isso devemos garantir que a corrente do contato, bem como a do relé térmico seja superior a do fusível escolhido, veja:

If máxima do contator = 125A

If =< If máx K1, If =< 125A

If relé térmico = 100A

If =< If máx F4, If =< 100A

Conclusão:

Tendo em vista que se faz necessário, para a seletividade dos fusíveis, o atendimento dos três requisitos (situação 1,2 e 3) podemos afirmar que o fusível escolhido de 63A atende perfeitamente as necessidades que o circuito de partida direta exige em sua proteção.

6.3 – Partida Estrela-Triângulo

Consiste na alimentação do motor com uma redução de tensão nas bobinas durante a sua partida. O motor parte em estrela, isto é, com uma tensão de 58% da tensão nominal, e após um certo tempo a ligação é convertida em triângulo, assumindo a tensão nominal.

Essa chave proporciona uma redução na corrente de partida de aproximadamente de 33% de seu valor. Deve ser usada em aplicações que tenham um conjugado resistente (conjugado de carga) de até um terço do conjugado de partida.

A chave estrela-triângulo, na prática, é utilizada quase que exclusivamente para partidas de máquinas a vazio, isto é, sem carga. Uma vez que o conjugado de partida é proporcional ao quadrado da tensão de alimentação, teremos um conjugado de mais ou menos 20 a 50% do conjugado nominal. Somente depois de ter atingido a tensão nominal é que a carga pode ser aplicada.

A velocidade do motor estabiliza-se quando os conjugados motor e resistente se equilibram, geralmente entre 75% e 85% da velocidade nominal. Os enrolamentos são ligados em triangulo e o motor recupera as suas características nominais. A passagem da ligação estrela para a ligação em triangulo é controlada por um temporizador.

6.3.1 – Esquema de ligação da chave de partida estrela-triângulo

A seguir veja o diagrama de ligação de comando e de força da chave partida estrela-triângulo.

6.3.2 - A sequência operacional

A partida como, pode-se ver, é composta de três contatores comandados por botões.

Na condição inicial de partida do motor (em estrela), K1, K2 e K3, estão desligados e a rede trifásica R, S, T, ou seja, há diferença de potencial (ddp) na rede.

Pulsando-se o botão Liga (S1), a bobina do contator (K3) e o relé temporizador (KT) serão alimentados, fechando seu contato KT(15-16) e abrindo o contato K3(21-22).

Assim os contatos principais dos contatotes (K3) e (K1) serão fechados partindo o motor em em estrela, note que também será fechado o contato auxiliar do contator K1(13-14).

Neste momento K1 e K3 estão energizados (Ligação Estrela).

Decorrido o tempo pré-ajustado o temporizador (KT) abre seu contato KT(15-16)) retirando a energia de (K3) abrindo seu contato K3(13-14)) e fechando seu contato K3(21-22)) energizando K2. Assim (K2) que abre seu contato auxiliar K2(21-22) e fecha seus contatos principais.

Os contatos principais dos contatos K1(13-14) continuam energizados através do contator K1..

Neste momento K1 e K2 estão energizados (Ligação Triângulo)

6.3.3 – Exemplo de dimensionamento

Para melhor exemplificarmos, atribuiremos aos cálculos realizados o exemplo do dimensionamento da partida estrela-triângulo de um motor elétrico trifásico com os seguintes dados:

Motor – 7,5cv, In = 20,2A, FS = 1,15, Ip/In = 6,3

Consideraremos que este motor trabalha em regime normal de manobra com rotor gaiola de esquilo e desligamento em regime, por fim, possui tempo de partida de 5s.

O primeiro passo é realizar o dimensionamento dos contatores K1 e K2 que serão idênticos, pois a corrente por eles conduzida será de mesma intensidade, lembrando que estes dois trabalharão juntos no segundo estágio do sistema de partida estrela triângulo, quando o sistema assumir o fechamento triângulo. Para começarmos o dimensionamento destes contatores iremos determinar a corrente do fechamento em triângulo, ou melhor, a “Corrente de Fase” que representa a corrente que circula em cada uma das das bobinas do motor elétrico trifásico.

 Dimensionamento dos contatores K1 e K2

Para realizarmos o dimensionamento dos contatores K1 e K2 deveremos compreender que a corrente elétrica que circulará pelos contatos principais (contatos de potência) será de fundamental importância para definirmos o tipo e modelo de contator que será utilizado. Tendo em vista que, nos casos dos contatores K1 e K2 a corrente que irá percorrer seus contatos será a corrente de fase, então podemos começar deduzindo a corrente de linha deste nosso sistema de partida, sendo assim temos:

A corrente de linha, ou seja, a corrente disponível na fonte de alimentação será exatamente o valor nominal do motor elétrico, ou seja 20,2A.

IL = corrente de linha em A

In = corrente nominal em A

Portanto teremos a corrente de linha igual a corrente nominal do motor elétrico escolhido: IL = In = 20,2A

Corrente de Fase

Observando a corrente que circulará nos contatores K1 e K2 podemos notar que não é a mesma corrente nominal do motor em função da divisão ocasionada nos nós acima de K1 – Trata-se da “Corrente de Fase”. Devemos, portanto, determinar a corrente fase que representa a corrente que circula nos contatores K1 e K2 no segundo estágio da partida estrela triângulo.

IF = IL / √3

Onde:

IL = corrente de linha em A

IF = corrente de fase em A

√3 = x 0,58

Teremos então: IF = IL x 0,58 = 20,2A x 0,58 = 11,71A

 Dimensionamento de K1 e K2 com base na corrente de fase

Neste momento iremos determinar a corrente de emprego dos contatores K1 e K2 para que possamos escolher o melhor componente para a nossa aplicação (partida estrela-triângulo), sendo que a corrente de emprego deverá ser 15% superior a corrente nominal sendo assim teremos a seguinte fórmula:

K1 = K2 = Ie ≥ (0,58 x In) x 1,15

Onde:

Ie = corrente nominal de emprego (do contator)

0,58 x In = corrente de fase em A

1,15 = acréscimo de 15%

Obtemos o seguinte valor de corrente de emprego (Ie) do contator:

Ie = (0,58 x 20,2A) x 1,15

Ie = 11,716 x 1,15 = 13,47A

Conhecendo a corrente de emprego podemos definir o contator a ser utilizado, observe que as características oferecidas no exemplo definem a aplicação do motor em regime normal de manobra com rotor gaiola de esquilo e desligamento em regime, portanto o contator a ser utilizado será da classe AC3.

O contator escolhido foi o CWM25 que, utilizado na classe AC3 conforme necessidade do exercício proposto, pode ser aplicado para potências nominais de até 8,7cv (nossa necessidade é de 7,5cv). Este mesmo contator é aplicado a uma corrente de emprego máxima de 25A, nosso cálculo determinou uma corrente mínima de emprego de 50,6A

 Dimensionamento do relé de sobrecarga (relé térmico) Observe que no sistema de partida estrela triângulo, a corrente que circula no relé térmico não será a corrente nominal do circuito, analisando o diagrama é possível notar que esta corrente é a corrente de fase do circuito quando fechado em triângulo, portanto ao dimensionar este dispositivo devemos considerar esta corrente parcial, senão teremos um relé térmico super dimensionado e sem função alguma no circuito.Lembre-se que a corrente de fase, na verdade, representa a corrente elétrica que circula através de cada uma das bobinas do motor elétrico trifásico. Basta observar a imagem ao lado para notar que a corrente elétrica que circulará pelo relé térmico é, na verdade, uma parcela da corrente nominal (total) já que esta está sendo dividida nos nós existentes sobre o contator K1.

Sabendo disto podemos deduzir que a corrente deste dispositivo será determinada da seguinte maneira:

IF4 = In / √3

Onde:

IF4 = corrente nominal do relé térmico em A

In = corrente nominal em A

Sendo assim teremos uma necessidade de um relé térmico que suporte uma corrente de aproximadamente 11,6A como podemos observar abaixo:

IF4 = 20,2A / 1,73 = 11,66A

Conhecendo os relés térmicos podemos afirmar que a escolha deste dispositivo, na grande maioria das vezes está diretamente relacionada ao contator selecionado, por isso, em nosso dimensionamento foi determinado o relé de sobrecarga de modelo RW27 com faixa de ajuste entre 11 e 17A.

 Dimensionamento de K3

O contator K3 na partida estrela triângulo, somente será utilizado pelo sistema no momento da partida do motor, ou seja, no momento em que o circuito assumir o fechamento estrela, sendo assim, a corrente que circulará neste trecho do circuito será de 33% a corrente nominal.

Então o cálculo da corrente de K3 fica assim:

K3 = Ie ≥ (0,33 x In) x 1,15

Onde:

Ie = corrente nominal de emprego (do contator K3)

0,33 x In = corrente (estrela) em A

1,15 = acréscimo de 15%

Isto resultará em uma necessidade de um contator que suporte uma corrente de emprego de aproximadamente 7,6A como vemos abaixo: IK3 = Ie ≥ (0,33 x 20,2A) x 1,15

Ie = (6,66) x 1.15 = 7,6A

Em nossa escolha determinamos que o melhor contator será o CWC09.

 Dimensionamento de fusíveis de proteção

Os fusíveis no sistema de partida dos motores têm a função de proteger o circuito como um todo, isto inclui os cabos, contatores e é claro, o relé térmico. Neste caso, o dimensionamento passa por um análise de três condições, sendo que é necessário que se atenda o pior caso.

Veja a seguir as três situações a serem consideradas:

1º Caso

Inicialmente comprovaremos que a corrente do fusível deverá possui como corrente nominal, no mínimo, 20% a mais que a corrente nominal do motor elétrico do nosso exemplo, então teremos:

IF ≥ In x 1,2

Onde:

IF = corrente nominal do fusível em A

In = corrente nominal do motor em A

Então temos: IF ≥ 20,2A x 1,2 = 24,2A

2º Caso

Neste momento iremos verificar se o fusível realizará a proteção dos contatores K1 e K2:

IF ≤ IFmáx de K1 e K2

Onde:

IF = corrente nominal do fusível em A

IFmáx K1 e K2 = corrente de ruptura do contator em A (dado verificado nas características do contator).

Então: IF ≤ 50A

3º Caso

Da mesma maneira que realizamos no segundo caso, faremos agora a comparação para sabermos a situação da proteção do relé térmico:

IF ≤ IFmáx de F4

IF ≤ 40A (dado verificado nas características do relé térmico)

Fusível escolhido: Diazed 25A

Conclusão:

Com a análise realizada podemos considerar um fusível de 25A que atende as três situações anteriores.

Observação: Alguns autores usam um percentual de 20% acima da corrente nominal do motor.

IF ≥ 1,2 x In

6.4 – Partida Direta com Reversão do Sentido de Rotação

6.4.1 – Esquema de ligação da chave de partida direta com reversão

6.5 – Partida Estrela-Triângulo com Reversão do Sentido de Rotação

6.5.1 – Esquema de ligação da chave de partida estrela-triângulo com reversão

6.5.2 - A sequência operacional

Botoeira B1 – Energiza-se K1 e K4 (horário) e após o tempo pré-determinado desenergiza-se K4 e energizando K2 (horário).

Botoeira B2 – Energiza-se K3 e K4 (anti-horário) e após o tempo pré-determinado desenergiza-se K4 e energizando K2 (anti-horário).

Os intertravamentos impedem K1 e K3 de serem acionados ao mesmo tempo. O contato aberto de K1 impede que K2 fique energizado o tempo todo.

Descrição de funcionamento

Sentido horário

Pressionando B1 energizam-se os contatores K1 e K4 e o temporizador d1 que dá inicio a contagem de tempo. Neste momento, o motor está ligado em estrela e girando no sentido horário, terminando o tempo fecha-se o contado do temporizador d1 energizando K2 que desenergiza K4. Agora o motor está ligado em triângulo no sentido horário.

Sentido anti-horário

Pressionando B2 energizam-se os contatores K3 e K4 (observe no diagrama de potência que K3 inverte as fase do motor) e o temporizador d1 que dá inicio a contagem de tempo. Neste momento, o motor está ligado em estrela e girando no sentido anti-horário, terminando o tempo fecha-se o contado do temporizador d1energizando K2 que desenergiza K4. Agora o motor está ligado em triângulo no sentido anti-horário.

6.6 – Partida Compensadora

Tem como finalidade, reduzir a corrente de partida do motor;

• A tensão é reduzida, através de um transformador ou autotransformador;

• Depois de um tempo pré-estabelecido, o autotransformador é excluído do circuito;

• A redução da corrente de partida depende do TAP:

– TAP 65% - redução para 42% do seu valor de partida direta;

– TAP 80% - redução para 64% do seu valor de partida direta .

Pode ser usada para motores que partem com carga;

• Condições:

– O autotransformador deverá ter potência igual ou superior a do motor;

– O conjugado resistente de partida da carga deve ser inferior à metade do conjugado de partida do motor;

– É indicada para motores de potência elevada, que acionam cargas com alto índice de atrito.

Aplicações : britadoras e máquinas acionadas por correia.

6.6.1 – Esquema de ligação da chave de partida compensadora

 Capítulo 7 – Fechamento de Motores

7.1 – Fechamento Estrela – Motor de 6 pontas – 380v

7.2 – Fechamento Triângulo – Motor de 6 pontas – 220v

7.3 – Fechamento Duplo Triângulo – Motor de 12 pontas – 220v

7.4 – Fechamento Duplo Estrela – Motor de 12 pontas – 380v

7.5 – Fechamento Triângulo – Motor de 12 pontas – 440v

7.6 – Fechamento Estrela – Motor de 12 pontas – 760v

Capítulo 8 – Simbologia Elétrica