TÉCNICO EM REFRIGERAÇÃO E CLIMATIZAÇÃO COMANDOS ELÉTRICOS MÁRCIO DAMASCENO

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1 Ministério da Educação - MEC Secretaria de Educação Profissional e Tecnológica (SETEC) Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará TÉCNICO EM REFRIGERAÇÃO E CLIMATIZAÇÃO COMANDOS ELÉTRICOS MÁRCIO DAMASCENO [Digite texto]

2 Ministério da Educação - MEC Secretaria de Educação Profissional e Tecnológica (SETEC) Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Ceará TÉCNICO EM REFRIGERAÇÃO E CLIMATIZAÇÃO COMANDOS ELÉTRICOS PROF. MÁRCIO DAMASCENO CURSO TÉCNICO [Digite texto]

3 CRÉDITOS Presidente Dilma Vana Rousseff Ministro da Educação Aloizio Mercadante Oliva Secretaria de Educação Profissional e Tecnológica Marco Antonio de Oliveira Reitor do IFCE Cláudio Ricardo Gomes de Lima Pró-Reitor de Extensão Gutenberg Albuquerque Filho Pró-Reitor de Ensino Gilmar Lopes Ribeiro Coordenador Adjunto - Campus Fortaleza Fabio Alencar Mendonça Elaboração do conteúdo Márcio Damasceno Equipe Técnica Manuela Pinheiro dos Santos Kaio Lucas Ribeiro de Queiroz Vanessa Barbosa da Silva Dias Edmilson Moreira Lima Filho Vitor de Carvalho Melo Lopes Rogers Guedes Feitosa Teixeira Supervisor Curso Eletrotécnica George Cajazeiras Pró-Reitor de Administração Virgilio Augusto Sales Araripe Diretor Geral Campus Fortaleza Antonio Moises Filho de Oliveira Mota Diretor de Ensino Campus Fortaleza José Eduardo Souza Bastos Coordenador Geral Reitoria Jose Wally Mendonça Menezes Coordenador Adjunto - Reitoria Armênia Chaves Fernandes Vieira Supervisão - Reitoria Daniel Ferreira de Castro André Monteiro de Castro [Digite texto]

4 O QUE É O PRONATEC? Criado no dia 26 de Outubro de 2011 com a sanção da Lei nº /2011 pela Presidenta Dilma Rousseff, o Programa Nacional de Acesso ao Ensino Técnico e Emprego (Pronatec) tem como objetivo principal expandir, interiorizar e democratizar a oferta de cursos de Educação Profissional e Tecnológica (EPT) para a população brasileira. Para tanto, prevê uma série de subprogramas, projetos e ações de assistência técnica e financeira que juntos oferecerão oito milhões de vagas a brasileiros de diferentes perfis nos próximos quatro anos. Os destaques do Pronatec são: Criação da Bolsa-Formação; Criação do FIES Técnico; Consolidação da Rede e-tec Brasil; Fomento às redes estaduais de EPT por intermédio do Brasil Profissionalizado; Expansão da Rede Federal de Educação Profissional Tecnológica (EPT). A principal novidade do Pronatec é a criação da Bolsa-Formação, que permitirá a oferta de vagas em cursos técnicos e de Formação Inicial e Continuada (FIC), também conhecidos como cursos de qualificação. Oferecidos gratuitamente a trabalhadores, estudantes e pessoas em vulnerabilidade social, esses cursos presenciais serão realizados pela Rede Federal de Educação Profissional, Científica e Tecnológica, por escolas estaduais de EPT e por unidades de serviços nacionais de aprendizagem como o SENAC e o SENAI. Objetivos Expandir, interiorizar e democratizar a oferta de cursos de Educação Profissional Técnica de nível médio e de cursos e programas de formação inicial e continuada de trabalhadores; Fomentar e apoiar a expansão da rede física de atendimento da Educação Profissional e Tecnológica; Contribuir para a melhoria da qualidade do Ensino Médio Público, por meio da Educação Profissional; Ampliar as oportunidades educacionais dos trabalhadores por meio do incremento da formação profissional. Ações Ampliação de vagas e expansão da Rede Federal de Educação Profissional e Tecnológica; Fomento à ampliação de vagas e à expansão das redes estaduais de Educação Profissional; Incentivo à ampliação de vagas e à expansão da rede física de atendimento dos Serviços Nacionais de Aprendizagem; Oferta de Bolsa-Formação, nas modalidades: Bolsa-Formação Estudante; Bolsa-Formação Trabalhador. Atendimento a beneficiários do Seguro-Desemprego; 2

5 [SUMÁRIO] APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA Pag.0 5 O MOTOR Pag. 06 DADOS DOS MOTORES Pag.0 8 OUTROS EXEMPLOS DE PLACAS DE MOTORES Pag.15 LIGAÇÃO DE MOTORES TRIFÁSICOS Pag.16 LIGAÇÃO E ACIONAMENTO DE MOTORES C.A. ATRAVÉS DE CHAVE MANUAL Pag.18 CONTATORES E SEUS ACESSÓRIOS UTILIZADOS EM COMANDOS ELÉTRICOS Pag.21 ACIONAMENTO DE MOTORES. 1. Partida Direta Simples de motor Monofásico Pag Partida Direta Simples de motor Trifásico Pag Partida Direta Simples de motor Trifásico com inversão No sentido de rotação Pag Partida Estrela triângulo Pag Estrela triângulo com inversão no sentido rotação Pag Partida compensada Pag Partida compensada com inversão no sentido de rotação Pag Acionamento automático de dispositivos e motores CA Através de chaves de Partida Estática Pag Acionamento automático de dispositivos e motores CA Através de Inversores de potência Pag.33 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS DE TODA A APOSTILA Pag.34 3

6 APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA A indústria é o local onde as atividades exercidas visam à transformação de matéria prima em produtos que sejam utilizados pela sociedade em geral. Para esta transformação são utilizadas várias máquinas e dentro destas máquinas encontram-se os motores, sejam eles trifásicos ou monofásicos. Tais motores são controlados por determinadas lógicas que proporcionam as máquinas a funcionarem com precisão e segurança. Estas lógicas são idealizadas através dos comandos elétricos os quais disponibilizam técnicas e métodos a serem empregados para controlar os acionamentos de máquinas e equipamentos. Os circuitos comandos elétrico é composto de dois sub - circuitos: O de força, onde tem por finalidade mostrar como são ligadas as cargas, e o circuito de comando que mostra as lógicas de acionamento dos contatores fazendo assim que as cargas sejam manobradas corretamente e sem riscos de acidentes. Esta apostila abordará os seguintes assuntos: Ligação e Acionamento de Motores C.A. Através de Chave Manual. Acionamento Automático de Dispositivos e Motores CA através de Comandos Elétricos. Acionamento automático de dispositivos e motores CA através de chaves de Partida Estática. Acionamento automático de dispositivos e motores CA através de Inversores de potência. 4

7 O MOTOR O motor elétrico é uma máquina que transforma energia elétrica em energia mecânica de utilização. Existem vários tipos de motores elétricos empregados na indústria, nas oficinas, nos escritórios e até mesmo onde você mora. Classificação de alguns motores Motores de corrente alternada São os mais utilizados, porque a distribuição de energia elétrica e feita normalmente em corrente alternada. Os principais tipos são: Motor síncrono: Funciona com velocidade fixa; utilizado somente para grandes potências (devido ao seu alto custo em tamanhos menores) ou quando se necessita de velocidade invariável. Motor de indução: Funciona normalmente com uma velocidade constante, que varia ligeiramente com a carga mecânica aplicada ao eixo. Devido a sua grande simplicidade, robustez e baixo custo, e o motor mais utilizado de todos, sendo adequado para quase todos os tipos de maquinas acionadas, encontradas na pratica. Atualmente e possível controlarmos a velocidade dos motores de indução com o auxilio de inversores de frequência. 5

8 Estas máquinas são constituídas basicamente por duas partes distintas: A - Estator É formado por três elementos: a carcaça, que corresponde à estrutura de suporte do rotor; o núcleo, constituído de chapas de material ferromagnético adequadamente fixadas ao estator; e um enrolamento dimensionado em material condutor e dispostos em ranhuras sobre o núcleo. B Rotor Formado também por três elementos: o eixo, responsável pela transmissão da potência mecânica gerada; o núcleo constituído de chapas de material ferromagnético e os enrolamentos, constituídos de material condutor dispostos em ranhuras sobre o núcleo. Motores de indução monofásicos e motores de indução trifásicos Motores de Indução com partida a Capacitor Este tipo de motor monofásico tem um rotor tipo gaiola (também chamado "rotor em curto" ou "rotor gaiola de esquilo"). O núcleo do estator, construído em lâminas justapostas, tem dois enrolamentos assentados em suas ranhuras: um principal, para funcionamento, e outro auxiliar, para a partida do motor. Os enrolamentos do estator, principal e auxiliar, são conectados de forma que recebam a tensão para o qual foram projetados e em seguida são alimentados em uma fonte monofásica provocando assim a partida do motor. Para obter um torque de partida maior com menor corrente, um capacitor eletrolítico é usado em série com o enrolamento auxiliar. Assim que o motor atinge a sua velocidade normal, o enrolamento auxiliar (ou de partida) é desconectado. Isto é obtido automaticamente por uma chave centrífuga, que interrompe o circuito do enrolamento auxiliar a cerca de 80% da velocidade normal de funcionamento. Como todos os motores de indução, os motores de indução com partida a capacitor têm uma característica, ele mantém uma velocidade aproximadamente constante, independente das condições de carga. 6

9 Motores de Indução Trifásicos Onde alimentação trifásica for disponível, um motor trifásico pode ser preferível em relação a um motor monofásico, mesmo para potências fracionárias. O rotor é do tipo gaiola de esquilo. Possui Três enrolamentos no estator trifásico com bobinas espaçadas entre si de 120 graus geométricos que correspondentes ao número de fases de alimentação. Como não existe enrolamento de partida ou auxiliar, não se necessita de qualquer dispositivo de interrupção, centrífugo ou não. Placa de Identificação DADOS DOS MOTORES A placa de identificação permanente de um motor deve conter claramente o rendimento e o fator De potência nominais do motor, observados os demais requisitos definidos na norma NBR 7094 da ABNT. A placa do motor é a sua identidade e por tanto os profissionais qualificados devem procurar não só aprender as referências contidas na placa para poder instalar o motor nas condições ideais, como também conservá-la em bom estado para evitar problemas de identificação e/ou instalações futuras do motor elétrico M 21JAN Nº DE SÉRIE DIA,MÊS E ANO DE FABRICAÇÃO FONTE: WEG CARCAÇA Nº DE FASES 7

10 1. Nome do fabricante Responsável pelo projeto e construção do motor, seu nome deve estar legível e em destaque na placa do motor. 2. Modelo (MOD) Não existe uma padronização, geralmente os fabricantes utilizam símbolos formados por letra e números. Este dado é importante para, em uma consulta, o fabricante saber de qual motor está se falando e possa fornecer maiores detalhes de construção do motor. Os dados contidos nessas referências geralmente são altura, comprimento e formato da carcaça, se o motor possui flange ou não, em que posição deve ser fixado para funcionamento, entre outros. A quantidade de dados fornecidos com referência a um determinado modelo varia de fabricante para fabricante. 3. Frequência nominal (HZ) É o valor para a qual o motor deve funcionar em regime nominal. A alteração deste valor implica na alteração de outros valores registrados na placa tais como corrente nominal e velocidade nominal Os valores padronizados de frequência a nível internacional são 50 e 60 Hz. No Brasil a frequência usada de forma padrão é 60 Hz. Tolera-se uma faixa de variação de ± 5% da frequência nominal para que os motores funcionem de forma satisfatória. (NBR-7094) 4. Potência nominal (CV) É a potência mecânica que o motor pode fornecer no eixo, dentro de suas características nominais, em regime contínuo de serviço. A elevação da temperatura em seu bobinado, provocada por fatores externos e/ou internos influenciam na obtenção de 100% da potência nominal, pois tal situação leva o motor a uma condição de sobrecarga, comprometerá a isolação, e como consequência provoca a diminuição da vida útil do bobinado ou até mesmo provocar sua queima, caso o motor não tenha nenhum dispositivo de proteção contra sobrecarga Perdas em Motores de Indução Calor Fonte WEG 8

11 Tipos de perdas no motor Perdas Joule geradas pelo enrolamento do estator; Perdas Joule geradas pelo rotor; Perdas no ferro; Perdas mecânicas; Perdas adicionais (harmônicas, rebarbas nos pacotes de chapas dos estatores etc.); 5. Tensão nominal (V) É o valor de tensão da rede para a qual o motor foi projetado a funcionar dentro de suas características nominais. Segundo a NBR-7094 para o motor funcionar de forma satisfatória à potência nominal, a variação de tensão deve ficar dentro de uma faixa de ± 10% do seu valor nominal. 6. Corrente nominal (A) É o valor de corrente elétrica que o motor absorve da rede de alimentação, quando este está sob as condições nominais e carga nominal no seu eixo. É importante salientar que existe uma relação direta entre a potência mecânica desenvolvida pelo motor, a sua corrente nominal. Ocorrendo o fenômeno da subtensão de alimentação do motor, este passa a solicitar da rede elétrica uma corrente maior, pois a potência elétrica é diretamente proporcional à tensão e a corrente e, para suprir essa diminuição de tensão e manter a potência constante a corrente exigida do motor sobe de valor. Nesse caso para que o motor não venha a sofrer danos é necessário um dispositivo de proteção contra subtensão. 7. Velocidade nominal (RPM) É a velocidade que o motor apresenta quando este está fornecendo potência nominal e está sob tensão e frequência nominal. A velocidade nominal do motor depende diretamente da velocidade síncrona e do escorregamento. v n = v s. (1 s) Onde, 100 Vn = velocidade nominal do motor em RPM v s = velocidade síncrona em RPM s = escorregamento em % 9

12 Uma característica importante de motores de indução é que sua velocidade (do rotor) varia relativamente pouco, mesmo submetido a significativas variações do torque de carga. Os motores de indução operam normalmente na parte direita da curva torque escorregamento que é quase perpendicular, ou seja, mesmo havendo uma relativamente grande variação do torque de carga, a corresponde variação do escorregamento e, consequentemente, da velocidade do motor será bem reduzida. Devido a essa característica, os motores de indução são frequentemente utilizados em aplicações que requerem velocidades de acionamento bem definidas sob variação de carga, tais como bombas, ventiladores e compressores. Cálculo da Velocidade Sincrona N = 120. F p Onde : N = nº de RPM F = frequência da rede P = nº de pólos do motor 8. Fator de serviço (FS) É um fator multiplicador que aplicado à potência nominal do motor, indica a carga permitida que possa ser aplicado aos motores de uso não permanente, sem aquecer de forma prejudicial ao motor. Pode-se resumir como uma potência de reserva que o motor possui, onde esta pode ser utilizada, desde que seja mantida a tensão e frequência nominal do motor. Contudo registra-se que acontece queda do fator de potência e do rendimento e que se deve levar em conta no dimensionamento dos condutores. Vale salientar que o fator de serviço não deve ser confundido como capacidade momentânea de sobrecarga, como muitos profissionais pensam. Pegando um exemplo: tem-se um motor de 5 CV / 60 Hz / 380 V / 3~ e possui fator de serviço Este motor pode ser usado em uma sobrecarga de até 15% de forma contínua desde que mantido 60 Hz e 380V, ou seja, o motor pode fornecer no seu eixo até 5,75CV sem aquecimento prejudicial. 9. Categoria (CAT) Referência que define os limites de conjugado máximo e de partida e de corrente de partida estipulados conforme a norma NBR Conjugado, que também pode ser chamado de torque, é definido como a medida do esforço necessário para girar o eixo de uma máquina. Conforme as suas características de conjugado em relação à velocidade e corrente de partida, os motores de indução trifásico com rotor gaiola são classificados em três categorias. Estas categorias são definidas por: CATEGORIA N Motor com conjugado de partida normal, corrente de partida normal e baixo escorregamento. Referem-se à maioria dos motores encontrados no mercado e prestam-se ao acionamento de cargas normais como máquinas operatrizes e bombas. 10

13 CATEGORIA H Motor com conjugado de partida alto, corrente de partida normal e baixo escorregamento. Utilizado em cargas que exigem alto conjugado na partida como carregadores, peneiras, cargas de alta inércia, transportadores, entre outros. CATEGORIA D Motor com conjugado de partida alto, corrente de partida normal e alto escorregamento (mais de 5%). Utilizado principalmente em prensas excêntricas onde a carga apresenta picos periódicos e, usados também em elevadores. Abaixo, o gráfico conjugado x velocidades das diferentes categorias. C Cat. D Cat. H Cat. N RPM 10. Classe de isolamento (ISOL) A sobrecarga de um motor é caracterizada pelo aumento do consumo da corrente elétrica. Isso acarreta o aumento da temperatura no interior do motor provocando danos ao isolamento das bobinas. Esta informação define o limite de temperatura do conjunto de materiais isolantes empregados no enrolamento dos motores, que estes podem suportar continuamente sem a que sua vida útil seja diminuída. Pela norma brasileira os limites de elevação de temperatura (Δt) seguem conforme tabela abaixo: COMPOSIÇÃO DA TEMPERATURA EM FUNÇÃO DA CLASSE DE ISOLAMENTO Classe de isolamento A E B F H Temperatura ambiente ºC Elevação de temperatura (Δt) ºC Diferença entre o ponto mais quente e a carcaça ºC Temperatura máxima suportada pelo isolamento ºC Vele salientar que a vida útil de um motor depende de forma fundamental da isolação de seu bobinado. Que podem ser afetada por ambientes corrosivos, pela umidade, vibrações constantes. 11

14 Porém, o fator determinante é realmente a temperatura de operação que os materiais isolantes trabalham. Para se ter uma ideia, ultrapassar em 10ºC a temperatura da isolação, segundo informações técnica a vida útil do motor fica reduzida a sua metade. Regime de serviço (REG) Indica a forma como o motor irá trabalhar de acordo com a necessidade da carga, isto é, quando este está em funcionamento abrangendo os intervalos a vazio, em repouso e desenergizado, bem como as suas durações e a sua sequencia no tempo. Geralmente os motores são projetados pelos fabricantes para operarem em regime contínuo. A norma brasileira prescreve uma tabela para escolha do regime de trabalho do motor, porém isso não quer dizer caso haja necessidade de algum motor com regime especial diferente da padronização não o obtenha. Será um motor de regime especial e consequentemente será mais caro que os de regime padronizado por norma. A tabela a seguir os tipos de regime, o seu código e suas respectivas características. TIPO DE REGIME CÓDIGO CARACTERÍSTICAS DO REGIME EM RELAÇÃO À CARGA Regime contínuo S1 Funcionamento a carga constante, de duração suficiente para que alcance o equilíbrio térmico. Regime de tempo limitado S2 Funcionamento a carga constante, durante certo tempo, inferior ao necessário para atingir o equilíbrio térmico. Regime intermitente periódico S3 Sequencia de ciclos idênticos, cada qual incluindo um período de funcionamento a carga constante e um período de repouso, sendo tais períodos muito curtos para que se atinja o equilíbrio térmico durante um ciclo de regime e no qual a corrente de partida não afeta de modo significativo à elevação de temperatura. Regime intermitente periódico com partidas Regime intermitente periódico com frenagem por contracorrente S4 S5 Sequencia de ciclos de regime idênticos, cada qual consistindo de um período de partida, um período de funcionamento a carga constante e um período de repouso, sendo tais períodos muito curtos, para que se atinja o equilíbrio térmico. Sequencia de ciclos de regime idêntico, cada qual consistindo de um período de partida, um período de funcionamento a carga constante, um período de frenagem elétrica rápida e um período de repouso sendo tais períodos curtos 12

15 Regime de funcionamento contínuo com carga intermitente Regime de funcionamento contínuo com frenagem por contracorrente Regime de funcionamento contínuo com mudança periódico na relação carga/velocidade do motor S6 S7 S8 para que se atinja o equilíbrio térmico. Sequencia de ciclos de regime idênticos, cada qual consistindo de um período de funcionamento a carga constante e de um período de funcionamento vazio, não existindo o período de repouso. Sequencia de ciclos de regime idênticos, cada qual consistindo de um período de partida, de um período de funcionamento a carga constante e um período de frenagem elétrica, não existindo o período de repouso. Sequencia de ciclos de regime idênticos, cada ciclo consistindo de um período de partida e um período de funcionamento a carga constante, correspondendo a uma velocidade de rotação pré-determinada, seguidos de um mais períodos de funcionamento a outras cargas constantes, correspondentes a diferente velocidades de rotação. Não existe o período de repouso. Grau de proteção (IP) As carcaças dos motores elétricos são construídas de acordo com a necessidade de utilização, de modo a atender a proteção contra a penetração de corpos sólidos e líquidos prejudiciais ao motor. O grau de proteção define justamente esse índice de proteção, definido pela norma brasileira NBR Esse índice/grau de proteção é representado pelas características IP seguidas por dois algarismos. O 1º algarismo indica o grau de proteção contra penetração de corpos sólidos estranhos e contatos acidentais de pessoas. Vejamos tabela a seguir: Algarismo Primeiro algarismo Indicação 0 Sem proteção 1 Proteção contra corpos estranhos sólidos acima de 50mm, 2 Proteção contra corpos estranhos sólidos acima de 12mm 3 Proteção contra corpos estranhos sólidos acima de 2,5mm 4 Proteção contra corpos estranhos sólidos acima de 1,0mm 5 Proteção contar acúmulo de poeiras nocivas ao motor 6 Totalmente protegido contra poeira O 2º algarismo indica o grau de proteção contra a penetração de água no interior do motor. Vejamos tabela a seguir: Segundo algarismo Algarismo Indicação 0 Sem proteção 1 Proteção contra pingos de água na vertical 2 Proteção contra pingos de água até a inclinação de 15º com a vertical 3 Proteção contra água de chuva até a inclinação de 60º com a vertical 4 Proteção contra respingos de todas as direções 5 Proteção contar jatos de água de todas as direções 6 Proteção contra vagalhões 7 Proteção contra imersão temporária 8 Proteção contra imersão permanente 13

16 Pode-se combinar de diferentes maneiras os algarismos citados anteriormente, mas geralmente as combinações aplicadas na prática veremos na tabela que vem a seguir: TABELA GRAUS DE PROTEÇÃO Motor 1º algarismo 2º algarismo Classe de proteção IP 11 IP 12 IP 13 IP 21 IP 22 IP 23 IP 44 IP 54 IP 55 Proteção contra contato Toque acidental com a mão Toque com os dedos Toque com ferramentas Proteção completa contra choques Proteção contra corpos sólidos Corpos sólidos com dimensões acima de 50mm Corpos sólidos com dimensões acima de 12mm Corpos sólidos com dimensões acima de 1mm Proteção contra acúmulo de poeira nociva ao motor Proteção contra água Pingos de água na vertical Pingos de água até uma inclinação de 15º com a vertical Água de chuva com inclinação de até 60º com a vertical Pingos de água na vertical Pingos de água até uma inclinação de 15º com a vertical Água de chuva até uma inclinação de 60º com a vertical Respingos de todas as direções Respingos de todas as direções Jatos de água de todas as direções OUTROS EXEMPLOS DE PLACAS DE MOTORES EXEMPLOS DE PLACAS DE MOTORES MONOFÁSICOS 14

17 EXEMPLOS DE PLACAS DE MOTORES DE 12 TERMINAIS EXEMPLOS DE PLACAS DE MOTORES DE TRIFÁSICOS EXEMPLOS DE PLACAS DE MOTORES DAHLANDER 1. LIGAÇÃO DE MOTORES TRIFÁSICOS Os motores trifásicos podem ser ligados de duas formas, basicamente, a ligação estrela e a ligação triangulo. A partir destas duas formas surgem outras variações de ligação como, por exemplo: Duplo estrela Duplo triangulo Triangulo série Triangulo paralelo Dentre outras. 15

18 MAIOR TENSÃO MENOR TENSÃO MAIOR TENSÃO MENOR TENSÃO CÓDIGO DOS TERMINAIS DE MOTORES TRIFÁSICOS Sistema americano Sistema alemão U V W X Y Z LIGAÇÃO DE MOTORES TRIFÁSICOS DE 06 TERMINAIS (SISTEMA AMERICANO) LIGAÇÃO ESTRELA L1 L2 L3 LIGAÇÃO TRIÂNGULO L1 L2 L LIGAÇÃO DE MOTORES TRIFÁSICOS DE 06 TERMINAIS (SISTEMA ALEMÃO) LIGAÇÃO ESTRELA LIGAÇÃO TRIÂNGULO L1 L2 L3 L1 L2 L3 U V W U V W X Y Z X Y Z PARA INVERTER O SENTIDO DE ROTAÇÃO DE UM MOTOR TRIFÁSICO BASTA TROCAR DUAS FASES 16

19 LIGAÇÃO E ACIONAMENTO DE MOTORES C.A. ATRAVÉS DE CHAVE MANUAL. Apesar de praticamente não serem utilizadas na indústria ainda podemos encontra-las em comércios e indústrias de pequeno porte, como, por exemplo, em elevacar dos postos de gasolina. As chaves manuais são caracterizadas ter seu acionamento feito por alavanca, podem manobrar diversos tipos de carga, em particular os motores elétricos. Consistem de um mecanismo com cames acionados por um eixo comum, acoplado a uma alavanca, sobre o qual são montados excêntricos, que pelo seu giro, movimentam os contatos móveis, efetuando assim o fechamento ou a abertura dos contatos. O ângulo de manobra entre cada posição de operação, é normalmente de 45. Devido a pouca utilidade por conta de ter equipamentos mais eficientes e seguros demonstraremos aqui apenas a chave de partida direta e a chave de reversão no sentido de rotação. 1. CHAVE BLIDADA DE PARTIDA DIRETA. Fonte: 17

20 2. CHAVE BLINDADA DE PARTIDA DIRETA COM REVERSÃO NO SENTIDO DE ROTAÇÃO Fonte: Esquema didático outras chaves blindadas existem como a Estrela triângulo e Compensada mas, para a indústria elas já são obsoletas e de pouca ou nenhuma utilidade. Os esquemas acima ainda são encontrados, pois para algumas máquinas de uso específico, substituílas representaria uma elevação nos custos e a relação custo beneficio seria zero. Um exemplo disto seria o elevado de carro para troca de óleo, que é comutado por chave blindada de partida direta com reversão. 18

21 Acionamento Automático de Dispositivos e Motores CA através de Comandos Elétricos Ligar um motor trifásico não é simplesmente conectá-lo a rede elétrica. Este procedimento deverá ser feito por profissional especializado que tem a noção das características da ligação para cada motor existente e conhecimento da estrutura internas deles, deverá saber as normas tanto de funcionamento como de segurança vigentes que auxiliam o acionamento adequado de todo conjunto, além das normas da concessionária de energia elétrica que atua onde este motor irá ser ligado. Ou seja,ligar um motor exige o domínio de vários conhecimentos que determinarão o sucesso no funcionamento da máquina. Os circuitos de comandos elétricos se dividem em dois : 1. Circuito de força, também conhecido como circuito principal, que tem por objetivo mostrar como o motor irá ser ligado. 2. Circuito de comando, também conhecido como circuito auxiliar, que tem como objetivo indicar a sequencia lógica de acionamentos das bobinas dos contatores a fim de que o motor funcione como fora planejado. A não observação da sequencia lógica de funcionamento dos contatores poderá resultar em curtos circuitos, quebra da máquina, enfim podem gerar grandes prejuízos. Vale ressaltar que uma máquina parada em uma indústria gera grande prejuízo, pois seus operadores continuarão a ter direito a receber seus salários e a máquina que ele opera não estará produzindo para gerar estes salários. Será abordado também as características de vários motores elétricos, tanto monofásicos como trifásicos, a forma correta de ligar cada um, bem como daremos conhecimento sobre os componentes que são empregados na construção de quadros de comando, Além do mais será mostrado como ocorre o dimensionamento de componentes. A seguir mostraremos uma série de comandos que são utilizados nas máquinas das indústrias. Objetivos Entender o funcionamento correto dos circuitos de comandos Ligar corretamente os motores Observer os aspectos de segurança 19

22 TÓPICO 1 CONTATORES E SEUS ACESSÓRIOS UTILIZADOS EM COMANDOS ELÉTRICOS. Objetivos do tópico: Conhecer os contatores que compõem a instalação de comandos elétricos; Conhecer os relés que compõem a instalação de comandos elétricos; Conhecer os dispositivos de proteção que compõem a instalação de comandos elétricos; CONTATORES: Os contatores são dispositivos eletromagnéticos de comutação que são projetados para ligar ou desligar a rede e a carga. Seu funcionamento é simples, consiste em alimentar a bobina do eletroímã para que possa atrair a parte móvel do contator abrindo ou fechando contatos. Existem dois tipos de contatos, os principais e os auxiliares e estes são subdivididos em Normalmente Abertos, (N.A), e os Normalmente Fechados, (N.F. ) As bobinas dos contatores podem ser acionadas por corrente alternada (AC) ou por corrente continua (DC). Para cada tipo de carga existe um contator próprio, eles estão divididos em categorias de emprego e fixam valores de corrente, o tipo de carga e as condições onde ocorrem as ligações. Tabelas que mostram as categorias de utilização dos contatores e a relação ao tipo com o tipo de carga a ser acionada: TIPOS DE CARGA CARACTERISTICAS ENCONTRADAS PARA EFETUAR A LIGAÇÃO OU O DESLIGAMENTO DA CARGA MOTOR DE GAIOLA; MOTOR DE ANEIS; RESISTENCIAS. MOTOR EM REGIME; MOTOR BLOQUEADO; MOTOR NO CURSO DA PARTIDA; INVERSÃO NO SENTIDO DE ROTAÇÃO DO MOTOR; FRENAGEM DO MOTOR. 20

23 Corrente Alternada Contator de Potência Contator Auxiliar AC-1 AC-2 AC-3 AC-4 AC-11 AC-15 Cargas não indutivas ou fracamente indutivas, (F.P. > 0,95). EX. fornos de resistência. Partida de motores de anéis, e utilizados para frenagens por contra corrente. Partida de motores com rotor do tipo gaiola de esquilo. Partida de motores com inversão e serviço intermitente. Manobra de circuitos auxiliares. Corrente Contínua DC-1 Cargas não indutivas ou fracamente indutivas, (F.P. > 0,95). Contator de Potência DC-2 DC-3 DC-4 DC-5 EX. fornos de resistência. Partida de motores de anéis, e utilizados para frenagens por contra corrente. Partida de motores com rotor do tipo gaiola de esquilo. Partida de motores com inversão e serviço intermitente. Partida de motores série com inversão e serviço intermitente, frenagem dinâmica de motores. 21

24 SIMBOLOGIA CIRCUITO DE FORÇA CIRCUITO DE COMANDO L1 L2 L3 T1 T2 T3 RELÉS Os relés tem por objetivo interromper uma corrente de sobrecarga evitantando aparecimento de perigo às pessoas e instalações. Os tipos mais utilizados são o Bimetálico e o Eletrônico. Os bimetálicos possuem três elementos, constituídos de metais com coeficiente de dilatação térmica diferentes, eles são pré ajustados para passar somente a corrente nominal do motor multiplicada pelo fator de serviço identificado na placa do motor. Quando o limite de corrente ajustada é ultrapassado, ocorre à dilatação dos bimetálicos, por efeito Joule, que pressiona um mecanismo de acionamento de seus contatos auxiliares e ocasiona a interrupção da corrente que alimenta a bobina do contator e promove o desligamento da carga. Os relés térmicos eletrônicos são instalados de maneira similar aos e os bimetálicos,porém através de TCs fazem a leitura da corrente, tendo estes valores de corrente são monitorados por um circuito eletrônico. Se for detectado um valor de corrente superior ao pré ajustado, o circuito eletrônico comuta o contato auxiliar e ocasiona a interrupção da corrente que alimenta a bobina do contator e promove o desligamento da carga. SIMBOLOGIA CIRCUITO DE FORÇA CIRCUITO DE COMANDO T1 T2 T3 22

25 BOTOEIRAS As botoeiras são dispositivos que tem como função dar ou interromper um pulso elétrico que vai para a bobina do contator no circuito de comando, fazendo com que o motor ligue ou desligue. O código de cores utilizado nas botoeiras é: VERMELHO utilizado para desligar ou botão de emergência; AMARELO utilizado para iniciar um retorno, ou eliminar uma condição insegura; VERDE OU PRETO utilizado para ligar ou dar partida; BRANCO OU AZUL utilizado para qualquer outra função diferenciada das anteriores. Alguns modelos são modulares, daí permitem que possam ter quantos contatos N.A. e N.F. o operador precise para montar o comando. SIMBOLOGIA OBS: Os contatos normalmente abertos terminam em 3 e 4 e os contatos normalmente fechados terminam em 1 e 2. 23

26 FUSÍVEL Dispositivo de segurança que quando usado em circuitos alimentadores de motores, protege estes contra curto-circuito, também é utilizado para atuar em sobrecargas de longa duração. Ele possui um filamento ou lâmina de material condutor de baixo ponto de fusão que se fundirá quando for percorrido por uma corrente superior a corrente que foi projetado, protegendo a integridade dos condutores e da carga. Podemos até afirmar que o fusível é uma falha que é colocada propositalmente no circuito, porém o operador sabe onde esta falha e se esta romper poderá substituí-la por outra igual. Existem vários tipos de fusíveis, dentre estes podemos destacar. Diazed NH Rolha Cartucho Faca Quanto à atuação eles podem ser. Fusíveis de ação Rápidos que são uma excelente proteção contra curtos-circuitos, porém não são adequados contra sobrecargas. Fusíveis de ação retardada que são ótimos para acionamentos de motores pois não queimam quando são percorridos pela corrente de pico. Os fusíveis podem ser identificados por um código de cores. Capacidade do fusível Código de cor da espoleta 2A Rosa 4A Marrom 6A Verde 10A Vermelha 16A Cinza 20A Azul 25A Amarela 35A Preta 50A Branca 63A Cobre 80A Prata 100A Vermelha 24

27 ACIONAMENTO DE MOTORES 10. Partida Direta Simples de motor Monofásico Circuito utilizado para dar partida no motor monofásico de forma direta. Para inverter o sentido de rotação do motor monofásico basta trocar a posição do terminal 5 pela posição do terminal 6. 25

28 2. Partida Direta Simples de motor Trifásico Circuito utilizado para dar partida no motor trifásico de forma direta. Utilizada para motores até 5CV. 26

29 3. Partida Direta Simples de motor Trifásico com inversão no sentido de rotação Circuito utilizado para dar partida no motor de forma direta possibilitando ao operador controlar para que lado o motor irá girar. Utilizada para motores até 5CV. Neste tipo de ligação podemos obter duas formas de inverter o sentido de rotação. De forma instantânea como é apresentado no circuito de comando acima, esta variação é utilizada para equipamentos onde, no momento da inversão o motor apresenta-se sem carga, a inversão acontece sem precisar desligar o circuito. A fim de automatizar a inversão é associado chaves fim de curso que são acomodadas no interior dos aquipamentos e quando acionadas por algum objeto executam a inversão. Porem se extrairmos do circuito de comando os contatos fechados das botoeiras b1 e b2 o comando terá que ser obrigatoriamente desligado para dar condições de inversão do sentido do motor. Esta variação é utilizada para equipamentos onde no momento da inversão o motor apresenta carga associada ao seu eixo e é chamada de inversão normal. Para inversão no sentido de rotação do motor monofásico podemos utilizar o circuito de comando para inversão normal, e a adaptação ocorrerá no circuito de força. 27

30 11. Partida Estrela triângulo Circuito utilizado para dar partida no motor trifásico de forma indireta. Este circuito tem como objetivo diminuir o pico de corrente na hora da partida do motor Deve ser utilizado quando o motor partir a vazio. Utilizada para motores acima de 5CV que no momento da partida não apresentam carga acoplada ao motor. Existem outras variações do circuito de comando desta instalação porém o circuito de força sempre será o mesmo. Este comando só pode ser utilizado quando a tensão da rede coincidir com a menor tensão registrada no motor. 28

31 Estrela triângulo com inversão no sentido rotação 12. Partida compensada Circuito utilizado para dar partida no motor trifásico de forma indireta. Este circuito tem como objetivo diminuir o pico de corrente na hora da partida do motor Deve ser utilizado quando o motor partir com carga. 29

32 Este comando, porém apresenta desvantagem em relação ao anterior, pois utiliza a mesma quantidade de elementos com o acréscimo do autotransformador. Isto acarreta dois inconvenientes: 1. Custo mais elevado; 2. Ocupação de área física maior 30

33 SISTEMA DE CONTROLE E DISPARO Sensor 13. Partida compensada com inversão no sentido de rotação Estática. Acionamento automático de dispositivos e motores CA através de chaves de Partida São chaves destinadas à aceleração, desaceleração e proteção de motores de indução trifásicos podendo está disponível nas tensões de 220 a 575 V e potências de até 10 cv. Possuem a capacidade de ajustar o torque produzido a necessidade da carga, possibilitando assim economia na corrente de partida necessária. Por serem compacta ocupam pouco espaço e seu principio construtivo possibilita um elevado regime de partidas, podem operar em ambientes com temperatura de até 55 C sem ser detectado a redução de corrente. Possui by-pass, que proporciona economia de energia, e algumas chaves possuem dispositivos para partida de cargas com elevado atrito estático. Podem ser aplicadas em bombas centrífugas, alternativas, ventiladores, exaustores, compressores de ar, refrigeração, misturadores, centrífugas, britadores, moedores, picadores de madeira, refinadores de papel, fornos rotativos, serras, plainas, moinhos e transportadores de carga. Rede trifásica PARTIDA DISPARO Esquema generalizado de um soft starter constituídos de 6 triristores para acionar um motor de indução triafásico 31

34 O soft-starter, que seu principio de funcionamento baseia-se em componentes estáticos como os tiristores, é um equipamento eletrônico que tem a capacidade de controlar a potência do motor no momento de sua partida fazendo com que este parta suavemente, outra função que o destaca e a capacidade de frenagem repetindo a suavidade da partida. Substitui com eficiência os comandos eletromecânicos que tem o objetivo de diminuir a corrente de partida tais como a partida autotransformador e a chave estrelatriângulo. Acionamento automático de dispositivos e motores CA através de Inversores de potência. Os inversores de frequência possibilitam o controle mais preciso do motor de indução. Antes de seu aparecimento no comércio, este controle só era possível com a utilização de motores C.C. Ainda é nos dias de hoje uma tecnologia cara, porém, com a modernização da eletrônica cada dia que passa o custo de aquisição e instalação vai barateando. Abaixo se pode verificar um esquema simplificado de um Inversor de frequência 32

35 Aplicações Bombas centrífugas, bombas dosadoras de processo, ventiladores, exaustores, agitadores, misturadores, esteiras transportadoras, mesas de rolos, granuladores, secadores, fornos rotativos, filtros rotativos, bobinadores, desbobinadores, máquinas de corte e solda, elevadores, sistemas multibombas, etc. 33

36 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS WEG, catálogos, versão Castro, Raimundo César Gênova. Manual de Comandos Industriais / Raimundo César Gênova de Castro,Fortaleza-CE: Centro Federal de Educação Tecnológica CEFET-CE, Out

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