José Matias, Ludgero Leote, Automatismos industriais - Comando e regulação, Didáctica Editora

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1 AUTOMAÇÃO (M323) CAPÍTULO III Sistemas Eléctricos 2013/2014 Bibliografia José Matias, Ludgero Leote, Automatismos industriais - Comando e regulação, Didáctica Editora Dores Costa, Fé de Pinho, Comando de motores em baixa tensão, ENIDH Catálogos de equipamentos electromecânicos Schneider Electric mecânicos, Schneider Electric Apresentações de curso TIM III, João Emílio, ENIDH/DEM Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 2

2 ÍNDICE Esquemas eléctricos Normalização e simbologia Órgãos de protecção Órgãos de comando Circuitos i de comando e sinalização Circuitos de comando de motores eléctricos trifásicos Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 3 Esquemas eléctricos A representação de esquemas eléctricos de comando é feita normalmente da seguinte forma: Esquemas de execução de ligações Esquemas de percurso de corrente Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 4

3 Esquemas de execução de ligações Os aparelhos são representados de forma a que todos os elementos constituintes (contactos principais e auxiliares, bobinas, etc...) apareçam numa visão de conjunto A representação é mais complexa, com cruzamento de cabos de ligação Dificulta a compreensão e leitura dos esquemas Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 5 Esquemas de percurso de corrente São mais claros e por esse motivo os mais utilizados Os circuitos de comando e potência são representados em separado Os esquemas não apresentam cruzamentos de ligações O esquema de montagem fica bastante mais perceptível Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 6

4 Normalização ã e simbologia i Na área electrotécnica, a normalização internacional é efectuada pela Comissão Electrotécnica Internacional (CEI ou IEC em inglês) Existem ainda as normas nacionais dos respectivos países (VDE-DIN Alemanha; UTE França; NP Portugal) otuga) Normas comuns em Portugal: CE 117, DIN (parte III) e CENELEC EN Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 7 Normalização ã e simbologia Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 8

5 Normalização ã e simbologia Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 9 Normalização ã e simbologia Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 10

6 Normalização ã e simbologia Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 11 Normalização e simbologia Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 12

7 Principais i i i funções dos circuitos it eléctricos Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 13 Seccionamento O seccionamento dos circuitos é efectuado através de dispositivos iti denominados d seccionadores Estes dispositivos abrem ou fecham diferentes circuitos it de uma instalação, de forma bem visível, de forma a não interromper o funcionamento do resto da instalação Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 14

8 Seccionamento A característica que mais distingue o seccionador dos outros órgãos é o facto de as suas manobras deverem ser efectuadas em vazio, ou seja com os utilizadores desligados (bobinas, motores, resistências, etc ) Caso o seccionador seja manobrado em carga, poderá sofrer danos graves Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 15 Protecção: t ã tipos de defeitos/anomalias Curto-circuitos: provocam aquecimentos anormais rápidos e que obrigam a uma interrupção rápida do circuito Em geral, o curto-circuito representa o mais grave defeito numa instalação eléctrica Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 16

9 Protecção: tipos de defeitos/anomalias Sobrecargas: Defeitos que provocam aquecimentos anormais lentos e que podem conduzir a curto-circuitos não obrigando bi no entanto t a corte imediato Exemplos: sobrecargas contínuas; sobrecargas intermitentes; quebras de tensão; arranque demasiado lento de motores; obstáculos ao arrefecimento; temperatura ambiente demasiado elevada Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 17 Órgãos de protecção A protecção contra curto-circuitos é, em regra, assegurada quer por fusíveis quer por disjuntores do tipo magnético, enquanto que a protecção contra sobrecargas é assegurada por disjuntores ou relés térmicos Pelo facto de combinarem tecnologias diferentes, alguns órgãos de protecção asseguram em simultâneo a protecção contra ambas as situações Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 18

10 Funções õ dos órgãos de protecção Detectar o defeito e, em função do seu tipo, tomar uma decisão emitindo, ou não um sinal órgão de protecção Interromper o circuito, de forma rápida e segura, após receber a ordem de abertura dada pelo órgão de protecção órgão de manobra a Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 19 Disjuntores magneto-térmicostérmicos Combinam duas formas de actuação distintas, i permitindo proteger os circuitos i tanto contra curto- circuitos i como contra sobrecargas Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 20

11 Disjuntores magnéticos ou de máxima corrente Destinam-se a assegurar a protecção contra os efeitos das correntes de curto-circuito Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 21 Relé térmico A corrente do circuito passa através de enrolamentos que envolvem lâminas bimetálicas constituídas por metais com coeficientes de dilatação diferentes O aquecimento destas lâminas devido ao efeito de Joule provoca a sua dilatação Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 22

12 Relé térmico Uma vez que os dois metais que constituem as lâminas bimetálicas se dilatam de forma diferente, as lâminas sofrem um encurvamento Este encurvamento é utilizado para deslocar um mecanismo que actua os contactos eléctricos Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 23 Relé térmico esquema simplificado Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 24

13 Órgãos de comando O contactor é um órgão de manobra accionado por um electroíman alimentado por um circuito que pode ser totalmente independente d do circuito it que o contactor t vai manobrar Quando a bobina do electroíman é alimentada, o contactor fecha os seus contactos de potência estabelecendo o circuito Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 25 Órgãos ã de comando Para além dos contactos de potência, o contactor pode possuir diversos contactos auxiliares Estes contactos permitem assegurar, como veremos mais adiante, a sua auto- alimentação, bem como funções de sinalização ação e comando de outros os órgãos Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 26

14 Órgãos de comando Os contactores são essenciais para o comando de motores e outros equipamentos, particularmente quando se pretende efectuar o comando desses equipamentos à distância Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 27 Simbologia e numeração dos contactos Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 28

15 Contactor industrial (Schneider) Bloco principal p e bloco de contactos auxiliares Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 29 Esquemas básicos de comando e sinalização Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 30

16 Esquemas de comando e sinalização Interruptor de posição Interruptor de impulso com autoalimentação Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 31 Esquemas de comando e sinalização Comando local e à distância com interruptor de impulso Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 32

17 Esquemas de comando e sinalização Encravamento eléctrico simples entre contactores Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 33 Esquemas de comando e sinalização Encravamento eléctrico duplo Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 34

18 Esquemas de comando e sinalização O encravamento mecânico é utilizado em casos em que se exige máxima segurança, nomeadamente nas inversões de marcha de motores e no arranque de motores em estrela-triângulo Encravamento mecânico entre contactores Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 35 Esquemas de comando e sinalização Circuitos sequenciais - ligação sucessiva de contactores Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 36

19 Esquemas de comando e sinalização Exemplos de circuitos com sinalização de serviço Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 37 Esquemas de comando e sinalização Sinalização de defeito Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 38

20 Esquemas de comando e sinalização Sinalização luminosa através de contactor auxiliar KA Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 39 Esquemas de comando e sinalização Sinalização de defeito através de contactor auxiliar KA1 Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 40

21 Esquemas de comando e sinalização Circuito de teste de lâmpadas Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 41 Relés electromecânicos de comando Relé monoestável industrial Relé Esquema dos contactos e bobina Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 42

22 Relés electromecânicos de comando Relé monoestável didáctico (BOSCH) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 43 Relés electromecânicos de comando Relés industriais e de circuito impresso Relés industriais Relé de circuito impresso Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 44

23 Relé industrial i de estado sólido (SSR - Solid State Relay) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 45 Relé electromecânico de comando (biestável) Xo bobinasbi x (x0) (NF) x (x1) (NA) X1 Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 46

24 Relé electromecânico biestável Exemplo de relé biestável (OMRON) existente no laboratório Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 47 Esquemas básicos de comando de cilindros pneumáticos Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 48

25 Bloco de botoneiras NA/NF utilizadas no laboratório (BOSCH) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 49 Bloco de botoneiras de encravamento NA/NF utilizadas no laboratório Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 50

26 Sensor de fim de curso NA/NF (BOSCH) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 51 Electroválvula biestável 5/2 utilizada no laboratório (BOSCH) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 52

27 Electroválvula biestável 5/3 utilizada no laboratório (BOSCH) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 53 Circuito de arranque/paragem/emerg. Circuito ito eléctrico com relé monoestável el Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 54

28 Circuito de start /stop/ emergência com relé ou memória biestável Vcc Stop Emerg a 0 a 1 Start m M+ M- A+ A- Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 55 Esquemas básicos de comando de motores eléctricos trifásicos Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 56

29 Circuitos it de comando de arranque de motores eléctricos trifásicos Arranque directo: o comando do motor é efectuado por uma botoneira de impulso, o que obriga a estabelecer um circuito de auto-alimentação da bobina do contactor Esta auto-alimentação é efectuada através do contacto do contactor KM1 Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 57 Arranque directo de motor trifásico S2 é o botão de arranque e S1 o botão de paragem Na situação ilustrada na figura seguinte, o contacto (normalmente aberto) do relé térmico é intercalado no circuito para comando de uma lâmpada avisadora de disparo do térmico Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 58

30 Arranque directo de motor trifásico Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 59 Arranque directo de motor trifásico com inversão de marcha A figura seguinte mostra os esquemas de potência e comando de um motor trifásico com inversão de marcha Quando Q o contactor KM2 é accionado verifica-se a troca de duas fases de alimentação do motor, fazendo com que este rode em sentido contrário Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 60

31 Arranque directo de motor trifásico com inversão de marcha Os dois contactores são montados com um dispositivo de encravamento mecânico que assegura que estes não possam, em caso algum, atracar em simultâneo Utiliza-se igualmente encravamento eléctrico para obtenção de uma dupla protecção (KM1, KM2 ; contactos 31-32) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 61 Arranque directo com inversão de marcha Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 62

32 Arranque estrela-triângulo 1. O motor arranca com um pico de corrente e binário i reduzidos a 1/3 dos valores de arranque directo 2. Após um curto período inicial é estabelecida a comutação para triângulo 3. O motor retoma as características normais com um curto mas forte pico de corrente acompanhado de fenómenos transitórios complexos que dependem da velocidade do motor no final da 1ª fase Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 63 Diagramas de corrente (I) e binário (B) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 64

33 Circuito de arranque estrela-triângulotriângulo Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 65 Circuito de arranque estrela-triângulo tiâ l suave (softstarter) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 66

34 Modelo de arrancador suave de motores eléctricos trifásicos (Catálogo da Schneider Electric) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 67 Temporizadores e Contadores Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 68

35 Temporizador com atraso à acção (on delay) X t Símbolo da bobina e do contacto temporizado (CEI) x T1 t Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 69 Temporizador T i d com atraso à acção Modo de operação: Ao activar a bobine do relé é iniciada a contagem do tempo previamente ajustado (T1) Ao atingir o final do tempo pré-definido (T1), os contactos irão comutar Ao desligar o relé, os contactos regressam imediatamente ao estado de repouso Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 70

36 Temporizador i d com atraso à acção Relé temporizador à acção (industrial) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 71 Temporizador i d com atraso à acção Relé temporizador à acção (didáctico) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 72

37 Temporizadori d com atraso ao repouso (off delay) Ao ligar o relé temporizador, os contactos são manobrados imediatamente, tal como num relé normal Ao desligar o relé temporizador, este mantém os contactos comutados durante um determinado tempo, regulável através de ajustamento, após a desactivação da bobina do relé Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 73 Temporizador com atraso ao repouso Na figura seguinte, podemos observar: Diagrama temporal da variável de comando (X) e da variável comandada (x) Símbolo CEI Comissão Electrotécnica Internacional, de um relé deste tipo Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 74

38 Temporizador com atraso ao repouso X t Símbolo da bobina e do contacto temporizado (CEI) x T1 t Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 75 Temporizador com atraso ao repouso Temporizador didáctico (BOSCH) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 76

39 Temporizadores electrónicos Exemplos de temporizadores da gama Schneider Electric Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 77 Circuito de alarme com contactos temporizados Após a activação do contacto de defeito 13-14, 14, o circuito vai alternando entre a lâmpada ligada ou a buzina activada Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 78

40 Contador de impulsos O contador de impulsos eléctricos, realiza a contagem progressiva, mediante a acção de impulsos eléctricos, na bobina de contagem Estes impulsos podem ser provenientes de botoneiras, microswitches, contadores, relés, etc. Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 79 Contador de impulsos A programação é realizada pelo utilizador através de interruptores de impulso localizados no painel do dispositivo O accionamento dos contactos do contador, ocorre quando o número de impulsos eléctricos na bobina de contagem for igual ao valor programado pelo utilizador Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 80

41 Contador t d de impulsos A reposição do estado inicial do contador faz-se através da activação do Reset do contador (Exemplo: através de uma botoneira) Actuando o Reset, o contador inicia nova sequência de contagem de impulsos Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 81 Diagrama temporal do contador de impulsos X Reset t L Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 82 t

42 Contadores de impulsos didáctico existente no laboratório (Bosch) Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 83 Exemplo de aplicação do contador Luis Filipe Baptista ENIDH/DEM 84