AULA 9 ATUADORES ELÉTRICOS

Transcrição

1 AULA 9 ATUADORES ELÉTRICOS Prof. Fabricia Neres Tipos de Acionamento Os acionadores são dispositivos responsáveis pelo movimento nos atuadores. Podem ser classificados em: Acionamento Elétrico; Acionamento Pneumático; Acionamento Hidráulico. Acionamento Elétrico Oferecem menor velocidade e força (quando comparados aos hidráulicos); Permitem maior precisão, maior repetibilidade e mais limpos na utilização; Acionamento Pneumático Utilizado em robôs de pequeno porte e que possuam poucos graus de liberdade Baixo custo (mais econômico que os demais) Exemplos de acionamentos elétricos: motores passo a passo (controle em malha fechada ou aberta) e servomotores DC (controle em malha fechada e mais usados). Acionamento Hidráulico Comparação dos Tipos de Atuadores Permite grandes valores de velocidade e de força; A grande desvantagem é o seu elevado custo; Preferíveis em ambientes nos quais os drives elétricos poderão causar incêndios. 1

2 Comparação dos Tipos de Atuadores Os sistemas de automação elétrica evoluíram muito nos últimos anos. O principal motivo foi o desenvolvimento da tecnologia associada: dispositivos eletrônicos, computadores e equipamentos de rede cada vez mais rápidos, com maiores capacidades de processamento e memória e mais baratos. No início era necessário apenas supervisionar e controlar. Em seguida tornou-se necessário o gerenciamento de alarmes e controle avançado. Depois houve a necessidade de documentação da produção e de interface com os sistemas administrativos e gerenciais. Um dos maiores desafios desse processo é projetar os sistemas de automação com as novas funções sem aumentar muito a complexidade. No início, os sistemas de automação eram baseados em relés eletromecânicos interligados com muitos fios. Antes dos computadores, os operadores observam os instrumentos analógicos e lâmpadas e faziam o controle manualmente, através de chaves e botoeiras. Com o surgimento dos sistemas microprocessados foi possível o uso de computadores como interface. O Controlador Lógico Programável (CLP) foi um grande avanço para automação industrial, que também se aplicou nas empresas de eletricidade. Os sistemas de automação elétrica podem ser classificados de acordo com a tecnologia empregada em: Convencionais Numéricos modernos 2

3 Os sistemas convencionais são baseados em relés eletromecânicos e dispositivos analógicos. Eles utilizam painéis de controle com chaves mecânicas, botoeiras, instrumentos analógicos, luzes indicativas, etc. A troca de dados entre os níveis de automação não é completa, restringindo-se aos dados essenciais, e se dá exclusivamente por cabos dedicados. Cada ponto de informação resulta em um cabo de cobre entre o equipamento e o dispositivo de controle ou proteção. Assim, existem muitos cabos e borneiras nos painéis. Por isso, o projeto e os desenhos são complexos e a manutenção é difícil. As modificações também são árduas. A inclusão de um ponto do processo pode ser uma tarefa complicada, ou até mesmo impossível. Por isso, o projeto e os desenhos são complexos e a manutenção é difícil. Essa tecnologia, apesar de ainda estar em operação de forma satisfatória em várias locais está completamente obsoleta. Os sistemas convencionais não permitem a troca eficiente de informações. Sistemas Numéricos Nas primeiras aplicações, os dispositivos digitais duplicavam as funções de hardware que eles substituíam. Em seguida, os sistemas digitais substituíam ou complementavam as funções dos equipamentos convencionais. Com os anos, as funções foram aumentando e as aplicações se tornaram mais complexas. Sistemas Numéricos Os valores analógicos são convertidos em dados digitais reduzindo a complexidade do sistema; Maior facilidade na obtenção de dados quando comparados com os sistemas convencionais; As primeiras aplicações foram nos sistemas SCADA; A aquisição de dados pode ser feita em ambientes complexos e afastados. 3

4 Sistemas Numéricos Os dados são concentrados em um único lugar, facilitando o seu uso para a operação e minimizando os erros humanos; As informações podem ser disponibilizadas de forma amigável através de tabelas e diagramas; O uso de IHM baseada em telas proporciona uma interface comum. Assim, a idade dos equipamentos não impede o seu uso seguro. Sistemas Modernos Os sistemas atuais classificados com modernos, têm as características dos sistemas numéricos utilizando; Hardware comum ao invés de equipamentos dedicados por função; Além disso, eles substituem o cabeamento de cobre convencional do nível de processo por uma rede de comunicação de dados. Sistemas Modernos Assim, os sistemas de automação elétrica são totalmente digitais; Permitem nova abordagem da automação; Objetivo é transformar energia elétrica em energia mecânica. Pode-se afirmar que de 70 a 80% da energia elétrica consumida seja transformada em energia mecânica por motores elétricos. Outro aspecto que caracteriza a tecnologia é que ela é fortemente baseada em padrões e normas globais convergentes. Classificação de acordo com a Tensão: Motores de Corrente Contínua (DC) Motores de Corrente Contínua (DC) Motores de Corrente Alternada (AC) Conhecidos por seu controle preciso de velocidade. Custo mais elevado e, além disso, precisam de uma fonte de corrente contínua, ou de um dispositivo que converta a corrente alternada comum em contínua. 4

5 A escolha dependem da utilização a que o motor vai ser sujeito e das possibilidades do investidor. Destacase: Fonte de alimentação: DC ou AC, monofásico ou polifásico, tensão, freqüência, etc. Condições ambientais: agressividade, altitude, temperatura. Exigências da carga e condições de serviço: potência solicitada, rotação, esforços mecânicos, ciclos de operação. Consumo e Manutenção: Controlabilidade: Posição, torque, Velocidade, Corrente de partida (depende das exigências da carga). Os motores de corrente alternada do tipo de indução são classificados em: SÍNCRONO: Funciona com velocidade fixa; ASSÍNCRONO: Funciona normalmente com uma velocidade constante, que varia ligeiramente com a carga mecânica aplicada ao eixo. Motores de Passo Dispositivos eletro-mecânicos que convertem pulsos elétricos em movimentos mecânicos que geram variações angulares discretas. O rotor ou eixo de um motor de passo é rotacionado em pequenos incrementos angulares, denominados passos, quando os pulsos elétricos são aplicados aos seus terminais. Motores de Passo A velocidade do motor está ligada freqüência dos pulsos recebidos e o tamanho do ângulo de cada passo. Utilizados em aplicações onde se deseja movimentos precisos sendo possível controlar ângulo de rotação, velocidade sincronismo e posição. Muito usados em robôs e dispositivos eletrônicos. Servo - Motores Compostos por motores DC e um redutor de velocidade, junto com um sensor de posição e um sistema de controle re-alimentado. Podem ser considerados como sendo motores comandados em posição (angular ou linear). São pequenos, com ampla variação de torques. Servo - motores O mecanismo de posicionamento ajusta a posição angular por meio de um sinal codificado que lhe é enviado. Enquanto esse código estiver na entrada, o servo irá manter a sua posição angular. Em geral o sinal e do tipo PWM (Pulse Width Modulation) 5

6 Motores de Corrente Alternada (AC) São os mais utilizados, porque a distribuição de energia elétrica é feita normalmente em corrente alternada; Muito usado por causa de sua simplicidade, construção robusta, baixo custo de fabricação e boas características de funcionamento; Estima-se que 90% dos motores fabricados são motores de indução de gaiola. Motores de Indução Podem ser trifásicos ou monofásicos; Transforma em energia mecânica aproximadamente 85% da energia elétrica que recebe; Vantagens: u Baixo custo de aquisição; u Baixo custo de manutenção; u Torque de partida não nulo; u Robustez; Motores de Indução u Potência: de 0,25 HP até HP;. Desvantagens: u Controle de velocidade difícil; u Corrente de partida elevada; u Fator de potência baixa e sempre indutivo. Motores de Indução Especificação do Motor Tipos de ligação: Estrela : tensão nominal 220 Triangulo: tensão nominal 380 6

7 Motores de Indução Acionamento Atualmente Motor: converte energia elétrica em energia mecânica; Dispositivo Eletrônico: comanda e/ou controla a potência elétrica entregue ao motor; Transmissão Mecânica: adapta a velocidade e inércia entre o motor e máquina (carga); Motores de Indução Inversores de Frequência Durante muitos anos as aplicações industriais que necessitavam de variação de velocidade foram implementadas com certo nível de dificuldade e utilizavam componentes mecânicos, hidráulicos ou elétricos; Em muitos casos a eficiência das instalações equipadas com o uso de inversores de frequência chegou a ser duplicada quando comparada com os sistemas anteriores. Inversor de freqüência Motor De Indução Motores de Indução Inversores de Frequência Vantagens do uso de inversores: u Economia de energia; u Melhor desempenho da máquina devido a adaptação da velocidade aos requisitos do processo; u Elimina o pico de corrente na partida do motor; u Reduz o tempo entre as manutenções. Motores de Indução Inversores de Frequência Exemplos de uso: u Bombas; u Ventiladores; u Sistemas de transporte; u Sistemas de dosagem; u Tornos. 7