Comandos Elétricos (Elétrica Industrial)

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1 - Serviço de Ensino de Refrigeração, Automação e Elétrica Ltda ME Rua Padre Telêmaco, Cascadura - Rio de Janeiro - RJ Site:

2 Comandos Elétricos Sumário Grandezas Elétricas...2 Lei de Ohm...3 Circuito Elétrico...5 Simbologia...7 Transformador...11 Componentes Elétricos...12 Fusíveis...12 Fusível Diazed...12 Fusível NH...13 Disjuntores DIN...14 Botoeiras Sinaleiras e Fim de Curso...14 Botoeira e Sinaleira...14 Fim de Curso...15 Contator...15 Relé...16 RELÉ TÉRMICO...16 TEMPORIZADOR...17 Relé Falta de Fase...17 Motores Elétricos...18 Motor Monofásico...18 Motores Trifásicos...19 Motor Dahlander...20 Diagrama de Partida Estrela Triângulo...21 Diagrama de Partida Estrela Triângulo com Reversão...22 Diagrama de Comando com Motor Dahlander...22 Diagrama de Comando com Partida Compensada...23 Inversor de Frequência...23 Controlador Lógico Programável (CLP)...24 SOFT-STARTERS

3 Grandezas Elétricas Tensão, Corrente Elétrica, Resistência e Potência. Nos condutores, existem partículas invisíveis chamadas Elétrons Livres, que estão em movimento constante de forma desordenada. Para que estes elétrons livres passem a se movimentar de forma ordenada, nos condutores, é necessário ter uma força que os empurre. A esta força é dado o nome de Tensão Elétrica.(V). Uma carga elétrica, positiva ou negativa, representa uma reserva de energia. Esta reserva de energia é uma energia potencial, desde que não esteja sendo utilizada. A energia potencial de uma carga é igual a quantidade de trabalho realizado para produzir esta carga, e é medida em Volts. A força eletromotriz que existe entre duas cargas desiguais é a diferença de potencial entre duas cargas. Como potencial de cada carga se exprime em volts, a diferença de potencial também se exprimira em volts. A diferença de potencial entre duas cargas é a força eletromotriz que atuará entre as duas e que comumente se denomina tensão ou voltagem. Existirá sempre uma tensão ou diferença de potencial entre duas cargas que não forem exatamente iguais. Mesmo um corpo descarregado terá uma diferença de potencial em relação a outro corpo carregado; ele será positivo em relação a uma carga negativa e negativa em relação a uma carga positiva. Da mesma forma, haverá sempre uma tensão entre duas cargas positiva desigual ou entre duas cargas negativas desiguais. Assim, a tensão é essencialmente relativa e não é usada para exprimir quantidade de carga e sim para comparar uma carga com outra. Pode-se dizer que: Tensão é a força que impulsiona os elétrons livres nos fios e sua unidade de medida é o volts (v). O movimento ordenado dos elétrons livres nos condutores, provocado pela ação da tensão, formam uma corrente de elétrons. Essa corrente de elétrons é chamada de corrente elétrica e sua unidade de medida é o Ampére (a). A dificuldade que encontramos em um trabalho, é a dificuldade que um corpo oferece a passagem da corrente elétrica, chamamos de resistência elétrica e sua unidade de medida é o Ohm (Ω). Qualquer aparelho elétrico é caracterizado pela sua potência, a qual é a função da tensão em seus bornes e da intensidade da corrente que por ele passa. Potência elétrica É a energia consumida ou produzida e sua unidade de medida é o Watt (W). Grandeza elétrica unidade de medida símbolo de unidade símbolo p/cálculos Tensão Volt V U Corrente Ampére A I 2

4 Resistência Potência Ohm Watt Ω W R P Lei de Ohm Esta lei é a mais importante da eletricidade e eletrônica. Seu conhecimento é fundamental para o estudo e compreensão dos circuitos elétricos. A lei de ohm estabelece uma relação entre as grandezas elétricas, tensão, corrente, e resistência em um circuito. Podemos obter a lei de ohm a partir de medidas de Tensão (e), Corrente (I), Resistência (r), realizadas em circuitos elétricos simples, compostos por uma fonte geradora e um resistor. A intensidade da corrente elétrica em um circuito é diretamente proporcional a tensão aplicada e inversamente proporcional a sua resistência. Aplicações da Lei de Ohm Podemos utilizar a Lei de Ohm para obtermos os valores de tensão (e), corrente (I), resistência (R) em um circuito. Para isso, é necessário a aplicação da respectiva equação. Entretanto, precisamos conhecer dois valores do circuito elétrico para calcularmos o terceiro, isto é, o valor desconhecido. Costumamos usar um triângulo para tornar mais simples a aplicação da Lei de Ohm. Potência. É a energia consumida ou produzida por segundos, a potência elétrica tem como unidade o Watt, que é representada pela letra P. 3

5 Corrente Alternada A corrente alternada é a mais utilizada, porque a distribuição de energia elétrica é feita normalmente em corrente alternada. A corrente alternada se caracteriza pelo fato de que a tensão (voltagem), em vez de permanecer fixa, como entre os pólos de uma bateria, varia com o tempo, mudando de sentido alternadamente, donde o nome. O número de vezes por segundo que a tensão muda de sentido e volta a condição inicial é a frequência do sistema, expressa em Ciclos por Segundo ou Hertz simbolizada por Hz. O sistema trifásico é formado pela associação de três sistemas monofásicos de tensões V1, V2, V3 Tais que a defasagem entre elas seja de 120º ou seja, os atrasos de V2 em relação a V1, de V3 em relação a V2 e de V1 em relação a V3 sejam iguais a 120º (considerando um Ciclo Completo = a 360º). O sistema é equilibrado, isto é, as três tensões tem o mesmo valor eficaz V1, V2, V3. Ligando entre si os três sistemas monofásicos e eliminando os fios desnecessários, teremos um sistema trifásico, três tensões V1, V2, V3, equilibradas, defasadas entre si de 120º e aplicadas, entre os três fios do sistema. A ligação pode ser feita de duas maneiras, Ligação triângulo e Ligação estrela. 4

6 Circuito Elétrico Um circuito elétrico é um caminho eletricamente completo, consistindo não só de um condutor, no qual há passagem de corrente, mas também de um caminho de retorno. O circuito de um autódromo é um exemplo, nota-se que os corredores não saem de um lugar e chegam a outro. Começam a corrida num ponto da pista e voltam ao mesmo lugar. Fazem inúmeras vezes, o mesmo percurso, sem sair da pista. Outro exemplo, prático é uma lâmpada ligada a uma determinada tensão, forma um circuito elétrico simples. A corrente sai de um terminal passa através da lâmpada e volta para outro terminal, enquanto o circuito não for interrompido haverá corrente percorrendo o circuito e a lâmpada permanecerá ligada. Agora vamos analisar alguns tipos de circuitos elétricos, que podem ser montados ajustando-se a diversos consumidores. Circuito Série Circuito paralelo Circuito misto Circuito em série No circuito em série a corrente elétrica percorre sucessivamente cada um dos componentes, intercalados entre os bornes da fonte geradora de eletricidade. Neste tipo de ligação o valor da corrente elétrica é igual em todos os componentes do circuito. A corrente precisa entrar e sair de uma lâmpada para poder entrar na seguinte. As lâmpadas (consumidores) não podem funcionar separadamente, cada uma serve de ponte de ligação para as outras. Desse modo, se qualquer uma das lâmpadas se queimar a corrente não poderá mais circular pelo circuito e ele deixará de funcionar. 5

7 Circuito Paralelo No circuito elétrico em paralelo, os componentes são associados de tal forma que, o funcionamento de um independe do outro. Neste caso, todo o circuito é operado através do dispositivo de manobra, mas, os consumidores tem funcionamento independente, porque a corrente elétrica tem vários caminhos. Circuito Misto É o circuito onde temos parte dos consumidores ligados em série e parte em paralelo. Nos circuitos mistos devemos identificar os consumidores em série e os associados em paralelo. 6

8 Simbologia 7

9 8

10 9

11 10

12 Transformador Usado na alimentação dos circuitos de comando, servem para fornecer um valor de tensão desejado. Geralmente possuem varias opções de entrada e saída de tensão. 11

13 Componentes Elétricos Fusíveis Fusível é um elemento de proteção que deve atuar em caso de curto circuito. Os fusíveis utilizados na proteção de circuitos com motores são do tipo retardado, isto porque a fusão do elo não ocorre instantaneamente após ser ultrapassada a corrente nominal do fusível, podendo nem queimar, dependendo da duração e do valor atingido. Isto é para que não rompa com o pico de partida dos motores. Quando o valor de corrente ultrapassa em cerca de 3 vezes ou mais a Capacidade nominal do fusível, a atuação é praticamente instantânea. Fusível Diazed Diazed é o modelo de fusível utilizado em instalações industriais nos circuitos com motores. É do tipo retardado e fabricado de 2 a 100 a. O conjunto de proteção Diazed é formado por: tampa, anel, fusível, parafuso de ajuste e base. O fusível possui na sua extremidade um indicador de ruptura na cor correspondente a sua corrente nominal, podendo ser visto pelo visor da tampa. Seu interior é preenchido com uma areia especial de quartzo, que extingue o arco voltaico em caso de fusão. 12

14 O parafuso de ajuste tem a função de não permitir a substituição do fusível por outro de maior valor. Código de cores do fusível Diazed. Corrente nominal (A) Código de cor Base 25 2 Rosa 4 Marrom 6 Verde 10 Vermelho 16 Cinza 20 Azul 25 Amarelo Base Preto 50 Branco 63 Cobre Base Prata 100 Vermelho Fusível NH O fusível NH é utilizado nos mesmos casos do Diazed, porém fabricado de 100 a 1250 A. O conjunto é formado por fusível e base. A colocação ou retirada do fusível é feita com punho saca fusível. Nele existe um sinalizador de queima, porém não em cores como no Diazed. 13

15 Disjuntores DIN Os disjuntores DIN são reconhecidos por sua versatilidade e praticidade, otimizando espaço no quadro e facilitando a instalação a instalação. Disponível nas curvas B e C de 10 a 63amper. Podendo ser unipolar, bipolar e tripolar. Botoeiras Sinaleiras e Fim de Curso Estes são os dispositivos usados nos circuitos elétricos industriais, e são instalados para comando de máquinas e motores ou finalização do cursor da máquina. Botoeira e Sinaleira 14

16 Fim de Curso Contator Contator é um dispositivo que liga e desliga um circuito, sendo seu acionamento é eletromagnético, ou seja, através de um eletroímã. Modelos de contatores 15

17 A1 e A2 Bobina (Na) (normalmente aberto) 21 e 22 Contato auxiliar. (Nf) (normalmente fechado) 1 e 2 5e6 3e4 Contatos principais. (Na) (normalmente aberto) 13 e 14 Contato auxiliar. Relé RELÉ TÉRMICO O relé térmico deve ser acoplado aos contatores e sua função é proteger os motores contra sobrecarga e é fabricado para diversa faixa de corrente, sendo necessária sua regulagem conforme a carga acionada. O relé térmico tem características de ação retardada, suportando os picos de corrente de partida dos motores elétricos. Após atuarem é necessário fazer o rearme do relé. Rt= In x

18 TEMPORIZADOR O temporizador pode ser pneumático ou eletrônico, alguns modelos são motorizados. Nem todos temporizadores necessitam de alimentação individual. Alguns são usados como blocos aditivos. Relé Falta de Fase Este relé é um componente eletroeletrônico que monitora um circuito elétrico verificando a presença, das três fases. Desliga-o caso isso ocorra, evitando que a maquina funcione com falta de fase. 17

19 Motores Elétricos Motor elétrico é a máquina destinada a transformar energia elétrica em energia mecânica. Os tipos mais comuns de motores são: Motor de corrente contínua Motor de corrente alternada Os motores de corrente contínua são motores de custo mais elevados e, além disso, precisam de fonte de corrente contínua. Os motores de corrente alternada podem ser monofásico e trifásico. Motor Monofásico Os motores monofásicos possuem dois enrolamentos sendo um principal e um auxiliar. O enrolamento auxiliar é ligado em série com o capacitor de partida (eletrolítico) que auxilia na partida do motor e um interruptor centrífugo que o desliga após a partida retirando o enrolamento auxiliar e o capacitor do circuito ficando apenas o enrolamento principal funcionando. A inversão de rotação ocorre quando as ligações do enrolamento auxiliar são invertidas. Trocando o terminal 5 pelo 6. 18

20 Motores Trifásicos As tensões trifásicas mais usadas nas redes são:220v, 380v e 440v. Os principais tipos de ligações dos terminais dos motores são: Ligação de motor trifásico com 6 terminais. Os motores de 6 terminais podem ser ligados em duas tensões, geralmente em220 e 380volts. Motores trifásicos de corrente alternada com 12 terminais podem ser ligados em 4 tensões 220v, 380v, 440v, 760v. 19

21 Motor Dahlander Motor Dahlander é um motor elétrico trifásico que permite seu funcionamento em duas velocidades distintas. As velocidades, que estão relacionadas ao número de rotações no motor. Uma forma de ligação o número de pólos é duas vezes maior que a outra. O motor Dahlander tem em seu estator seis bobinas, que podem-se combinar de duas formas sendo estrela/triângulo e dupla estrela. No circuito de comando deve ser previsto o Intertravamento elétrico entre os contatores. As velocidades mais utilizadas no motor Dahlander são: 450/900 rpm ; 900/1800 rpm ; 1800/3600 rpm. Número de pólos. Quanto menor é a polaridade maior é o número de rotações. 2 pólos 3600 rpm 4 pólos 1800 rpm 6 pólos 900 rpm 8 pólos 450 rpm Esquemas Elétricos Unifilar e Múltifilar. 20

22 Recomendações para o traçado de esquema. Fundamentalmente, os esquemas são representados na posição de repouso (desligado). Para ler e compreender a representação gráfica de um circuito, é imprescindível conhecer os componentes de comando elétrico. Diagrama elétrico de partida direta com reversão Diagrama de Partida Estrela Triângulo 21

23 Diagrama de Partida Estrela Triângulo com Reversão. Diagrama de Comando com Motor Dahlander. 22

24 Diagrama de Comando com Partida Compensada. Inversor de Frequência Componente que varia a frequência elétrica, usado para o controle de velocidade dos motores elétricos de indução. A alimentação desses aparelhos pode ser monofásica ou trifásica, dependendo de sua construção. Em geral, podem ser programados para os valores máximo e mínimo de frequência de saída, conforme necessidade de instalação. A variação de velocidade é geralmente feita a partir de um potenciômetro de referência externo. O esquema de ligação e as características como potência de acionamento, tensão de entrada e saída, variação de frequência e outros são encontrados no manual que acompanha o aparelho. 23

25 Controlador Lógico Programável (CLP) CLP é o componente que substitui a parte lógica tradicional de uma instalação, o chamado circuito de comando, onde há contatos auxiliares, temporizadores, Intertravamento, etc.,e faz isso via software; quase sempre é possível sua interação com um computador. Fisicamente o CLP é formado por um circuito eletrônico, por entradas e por saídas. As entradas são os terminais onde se ligam todos os componentes que dão instruções ao circuito,determinando o que deve ser feito com base em uma programação pré-realizada (software). Incluem-se os interruptores, fim de curso, pedaleiras, sensores, contatos do relé térmico de sobrecarga etc. Nas saídas são ligados os componentes que seriam acionados em um circuito de comando tradicional, como, por exemplo, contatores, lâmpadas, solenoides etc. As entradas e saídas podem ser analógicas (valores variáveis)ou digitais (valores não variáveis, ou seja, ligado ou desligado, tudo ou nada). SOFT-STARTERS As Soft-Starters são utilizadas para partir, parar e proteger motores elétricos trifásicos. Seu funcionamento é baseado no controle da tensão aplicada ao motor durante a aceleração e desaceleração do mesmo. As soft-starters podem ser aplicadas e trazer vantagens no acionamento das mais diversas cargas, como: Compressores, bombas, centrífugas, ventiladores, exaustores, esteiras, misturadores, etc. 24 Vantagens das Soft-Starters Partida e parada suave Redução da corrente de partida em até 60% Proteção do motor contra sobrecarga e falta de fase sem acessórios adicionais. Aumento da vida útil de redutores, correias e acoplamentos. Redução da manutenção por não possuir peças móveis. Permite a leitura de grandezas como: tensão, corrente, potência ativa (KW), potência aparente (KVA) e fator de potência.

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