COMANDOS ELETRICOS
-
Upload
vinicius-ostaquio -
Category
Documents
-
view
79 -
download
0
description
Transcript of COMANDOS ELETRICOS
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 1
Engenheiro Eletricista
Comandos Elétricos
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 2
Engenheiro Eletricista
SSUUMMÁÁRRIIOO
Introdução Comandos Elétricos
Associação de Contatos Normalmente Abertos
Associação de Contatos Normalmente Fechados
Conceito de Dispositivos de Comandos:
Numerologia dos Contatos
Simbologia
Principais Elementos em Comandos Elétricos
Chave Seccionadora
Botoeira ou Botão de Comando
Fusíveis
Efeito Rápido
Efeito Retardado
NH
Diazed
Característica dos Fusíveis NH e Diazed
Disjuntores
Disjuntores Térmicos
Disjuntores Magnéticos
Disjuntor Termomagnético
Disjuntor DR
Sinalização
Contatores
Reles Eletromagnéticos
Rele de Mínima Tensão
Rele de Máxima Corrente
Reles Térmicos
Relé de Sobrecorrente
Relé de Sobretensão e de Subtensão
Relé Falta de Fase
Relé de Tempo ou Temporizador
Retardado na Energização
Retardado na Desenergização
Relé Bimetálico
Relés de Sobrecarga Bimetálico
Rele de Sobrecarga Eletrônico
Circuito de Comando e Potência
Classificação dos Equipamentos de Manobra e Proteção.
Normas para Atendimento dos Equipamentos de Manobra e Proteção em
Baixa Tensão (BT)
Conceitos Básicos em Manobras de Motores
Esquemas Elétricos de Comandos e Proteção
Esquema Unifilar:
Esquema Funcional
Esquema de Rede
Esquema Multifilar
Características dos Motores de Indução
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 3
Engenheiro Eletricista
Fechamento de Bobinas
Fechamento de 6 Pontas
Fechamento de 12 Pontas
Partida de Motores
Partida Direta de Motores
Partida Direta de Motores com Sinalização
Comando de Prensa com Temporizador
Partida Estrela-Triângulo (Υ/Δ)
Partida Estrela-Triângulo (Υ/Δ) com Reversao
Partida por Chave Compensadora ou Partida por Auto-Trafo
Auto Transformador
Torque
Corrente
Circuito Partida Compensadora
Circuito Partida Compensadora com Reversão
Partida por Auto-Transformador (Compensadora) Exemplo 2
Dimensionamento
Partida e Parada Suave (Soft-Starter)
Coordenação de Proteção
Dimensionamento de Partida Direta
Roteiro de Cálculo
1º Situação
2º Situação
3º Situação
Sensores
Sensor Indutivo
Princípio de Funcionamento
Sensores Capacitivos
Princípio de Funcionamento
Sensores Ópticos
Classificação
Funcionamento
Aplicações
Sistema por Barreira
Sistema Reflexivo
Sistema por Difusão
Sistema por Difração
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 4
Engenheiro Eletricista
Apresentação
Conhecer como se liga um motor trifásico não consiste simplesmente em conectá-lo a rede elétrica. É também ter noções das características internas de cada tipo de motor, saber as normas que auxiliam o bom funcionamento de todo conjunto e dão segurança, as determinações da concessionária de energia elétrica local, enfim, uma série de coisas que farão o sucesso de todo o sistema. Da mesma forma, os circuitos que comandarão os motores precisam ser de conhecimento bem destacado, pois caso contrário, pequenos detalhes podem gerar uma série de problemas em efeito cascata que poderão resultar em grandes prejuízos. O eletricista industrial deve conhecer todos estes aspectos, saber efetuar instalações onde a imaginação e a criatividade são de fundamental importância, assim como indicar a aplicação correta de cada caso. O objetivo deste manual é trazer subsídio àqueles que estão iniciando nas atividades de instalações elétricas industriais, tendo nesse momento o auxilio do professor, e servir de consulta e apoio àqueles que já dominam a área. Serão tratadas as principais características dos diversos tipos de motores elétricos monofásicos e trifásicos, a forma de ligação de cada tipo específico, a maioria dos componentes que são empregados na montagem de quadros de comando, os circuitos manuais e automáticos básicos para comandos em geral, dimensionamento de componentes, sendo seguido por alguns exemplos práticos de máquinas e circuitos automatizados que se utilizam exatamente desses sistemas, de forma a ampliar e auxiliar o aprendizado. É muito importante salientar ainda que o bom aprendizado exige dedicação, participação e persistência, seguida da experiência que se adquire ao longo do tempo e não pode ser mostrada em nenhum livro.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 5
Engenheiro Eletricista
INTRODUÇÃO COMANDOS ELÉTRICOS
A maioria das industrias hoje, seja ela uma empresa grande, multinacional, ou
uma pequena, a automação é essencial para o desenvolvimento da mesma.
O comando elétrico é composto de circuito de força, onde são registrados e
ligadas as cargas, e circuito de comando onde os dispositivos de manobra e proteção são
comandados.
Comandos Elétricos são utilizados nas industrias, com o intuito de automatiza-las,
fazendo com que a produção seja bem feita, como também ágil e eficaz.
Os comandos elétricos são compostos por diversos componentes, não apenas os
que realizam o comando em si. Dentre eles podemos cita-los:
Proteção – que tem a função de proteger o circuito contra anomalias;
Dispositivos de controle – que controla o funcionamento do circuito;
Dispositivos de acionamento – o que faz com que o circuito entre em regime de
serviço, ou altera o estado do mesmo;
Componentes auxiliares e Sensores – que manipulam equipamentos (ou
maquinas)
Documentação
Manutenções
Conceitualmente o estudo da eletricidade é divido em três grandes áreas: a
geração, a distribuição e o uso. Dentre elas a disciplina de comandos elétricos está
direcionada ao uso desta energia, assim pressupõe-se aqui que a energia já foi gerada,
transportada a altas tensões e posteriormente reduzida aos valores de consumo, com o
uso de transformadores apropriados. Por definição os comandos elétricos tem por
finalidade a manobra de motores elétricos que são os elementos finais de potência em
um circuito automatizado. Entende-se por manobra o estabelecimento e condução, ou a
interrupção de corrente elétrica em condições normais e de sobre-carga. Os principais
tipos de motores são:
• Motor de Indução
• Motor de corrente contínua
• Motores síncronos
• Servomotores
• Motores de Passo
Os Servomotores e Motores de Passo necessitam de um “driver” próprio para o seu
acionamento, tais conceitos fogem do escopo deste curso. Dentre os motores restantes,
os que ainda têm a maior aplicação no âmbito industrial são os motores de indução
trifásicos, pois em comparação com os motores de corrente contínua, de mesma
potência, eles tem menor tamanho, menor peso e exigem menos manutenção.
Figura 1.1 – Motor de Indução Trifásico
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 6
Engenheiro Eletricista
Um dos pontos fundamentais para o entendimento dos comandos elétricos é a noção de
que “os objetivos principais dos elementos em um painel elétrico são: a) proteger o
operador e b) propiciar uma lógica de comando”.
Partindo do princípio da proteção do operador uma seqüência genérica dos
elementos necessários a partida e manobra de motores é mostrada na figura 1.2. Nela
podem-se distinguir os seguintes elementos:
A) Proteção contra correntes de curto-circuito: Destina-se a proteção dos condutores
do circuito terminal. (FUSIVEIS)
B) Seccionamento: Só pode ser operado sem carga. Usado durante a manutenção e
verificação do circuito. (CONTATOR)
C) Proteção contra correntes de sobrecarga: para proteger as bobinas do enrolamento
do motor. (RELE)
D) Dispositivos de manobra: destinam-se a ligar e desligar o motor de forma segura,
ou seja, sem que haja o contato do operador no circuito de potência, onde circula a
maior corrente.
(BOTOEIRAS)
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 7
Engenheiro Eletricista
É importante repetir que no estudo de comandos elétricos é importante ter a seqüência mostrada na
figura 1.2 em mente, pois ela consiste na orientação básica para o projeto de qualquer circuito.
Ainda falando em proteção, as manobras (ou partidas de motores) convencionais, são dividas
em dois tipos, segundo a norma IEC 60947: IEC (Comissão Eletrotécnica Internacional)
I. Coordenação do tipo 1: Sem risco para as pessoas e instalações, ou seja, desligamento seguro da
corrente de curto-circuito. Porém podem haver danos ao contator e ao relé de sobrecarga.
II. Coordenação do tipo 2: Sem risco para as pessoas e instalações. Não pode haver danos ao relé de
sobrecarga ou em outras partes, com exceção de leve fusão dos contatos do contator e estes permitam
uma fácil separação sem deformações significativas.
Em comandos elétricos trabalhar-se-á bastante com um elemento simples que é o contato. A
partir do mesmo é que se forma toda lógica de um circuito e também é ele quem dá ou não a condução
de corrente. Basicamente existem dois tipos de contatos, listados a seguir:
i. Contato Normalmente Aberto (NA): não há passagem de corrente elétrica na
posição de repouso, como pode ser observado na figura 1.3(a). Desta forma a
carga não estará acionada.
ii. Contato Normalmente Fechado (NF): há passagem de corrente elétrica na
posição de repouso, como pode ser observado na figura 1.3(b). Desta forma a
carga estará acionada.
Figura 1.3 – Representação dos contatos NA e NF
Os citados contatos podem ser associados para atingir uma determinada finalidade, como por exemplo,
fazer com que uma carga seja acionada somente quando dois deles estiverem ligados. As principais
associações entre contatos são descritas a seguir.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 8
Engenheiro Eletricista
Associação de contatos normalmente abertos
Basicamente existem dois tipos, a associação em série (figura 1.4a) e a associação em paralelo
(1.4b). Quando se fala em associação de contatos é comum montar uma tabela contendo todas as
combinações possíveis entre os contatos, esta é denominada de “Tabela Verdade”. As tabelas 1.1
e 1.2 referem-se as associações em série e paralelo. Nota-se que na combinação em série a carga
estará acionada somente quando os dois contatos estiverem acionados e por isso é denominada
de “função E”. Já na combinação em paralelo qualquer um dos contatos ligados aciona a carga e
por isso é denominada de “função OU”.
Figura 1.4 – Associação de contatos NA
Associação de contatos normalmente fechados
Os contatos NF da mesma forma podem ser associados em série (figura 1.5a) e paralelo (figura
1.5b), as respectivas tabelas verdade são 1.3 e 1.4. Nota-se que a tabela 1.3 é exatamente inversa
a tabela 1.2 e portanto a associação em série de contatos NF é denominada “função não OU”. Da
mesma forma a associação em paralelo é chamada de “função não E”.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 9
Engenheiro Eletricista
Figura 1.5 – Associação de contatos NF
Fechador: Também chamado ligador, é mantido aberto por ação de uma mola e se
fecha enquanto acionado. Como a mola o mantém aberto é ainda denominado normalmente
aberto (ou NA ou do inglês NO).
Abridor ou ligador: é mantido fechado por ação de uma mola e se abre enquanto
acionado. Como a mola o mantém fechado, é chamado também de normalmente fechado (ou
NF, ou do inglês NC).
CONCEITO DE DISPOSITIVOS DE COMANDOS:
EQUIPAMENTOS CAPAZES DE EXECUTAR A INTERLIGAÇÃO E
DESLIGAMENTO DE PONTOS ENTRE OS QUAIS CIRCULARÁ CORRENTE QUANDO
INTERLIGADOS.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 10
Engenheiro Eletricista
Numerologia dos contatos O contato NA possui em seus terminais a representação numérica 3 e 4, já o contato NF possui a
numerologia através de 1 e 2.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 11
Engenheiro Eletricista
Simbologia
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 12
Engenheiro Eletricista
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 13
Engenheiro Eletricista
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 14
Engenheiro Eletricista
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 15
Engenheiro Eletricista
PRINCIPAIS ELEMENTOS EM COMANDOS ELÉTRICOS
Neste capítulo o objetivo é o de conhecer as ferramentas necessárias à montagem de um painel
elétrico. Assim como para trocar uma simples roda de carro, quando o pneu fura, necessita-se
conhecer as ferramentas próprias, em comandos elétricos, para entender o funcionamento de um
circuito e posteriormente para desenhar o mesmo, necessita-se conhecer os elementos
apropriados. A diferença está no fato de que em grandes painéis existem altas correntes elétricas
que podem levar o operador ou montador a riscos de vida. Um comentário importante neste
ponto é que por via de regra os circuitos de manobra são divididos em “comando” e “potência”,
possibilitando em primeiro lugar a segurança do operador e em segundo a automação do circuito.
Embora não pareça clara esta divisão no presente momento, ela tornará comum à medida que o
aluno familiariza-se com a disciplina.
Chave: É também denominado contato. Tem a função de conectar e desconectar
dois pontos de um circuito elétrico.
A chave tem dois terminais: um deve ser ligado à fonte (ou gerador) e outro ligado à
carga (ou receptor). É feita de metal de baixa resistência elétrica para não atrapalhar a passagem
de corrente e alta resistência mecânica, de modo a poder ligar e desligar muitos milhares de
vezes. A estrutura metálica tem área de secção transversal proporcional à corrente que
comandam: quanto maior for a corrente que se deseja comandar, maiores são as superfícies de
contato e maior a chave. O valor de corrente a ser comandada também influencia na pressão de
contato entre as partes móveis do contato: maiores correntes exigem maiores pressões de
contato para garantir que a resistência no ponto de contato seja a menor possível.
A separação dos contatos na condição de desligamento deve ser tanto maior quanto
maior for a tensão para a qual o contato foi produzido.
A velocidade de ligação ou desligamento deve ser a mais alta possível, para evitar o
desgaste provocado pelo calor proveniente do arco voltaico, provocado no desligamento quando
a carga for indutiva.
O contato pode ser do tipo com trava (por exemplo, o tipo alavanca usado nos
interruptores de iluminação) e também pode ser do tipo de impulso, com uma posição normal
mantida por mola e uma posição contrária mantida apenas enquanto durar o impulso de atuação
do contato. Nesse caso se chama fechador ou abridor conforme a posição mantida pela mola.
Chave Seccionadora
É um dispositivo que tem por função a manobra de abertura ou desligamento dos condutores de
uma instalação elétrica. A finalidade principal dessa abertura é a manutenção da instalação
desligada.
A chave seccionadora deve suportar, com margem de segurança, a tensão e corrente nominais da
instalação, isso é normal em todos os contatos elétricos, mas nesse caso se exigem melhor
margem de segurança.
A seccionadora tem, por norma, seu estado -ligada ou desligada- visível externamente com
clareza e segurança.
Esse dispositivo de comando é construído de modo a ser impossível que se ligue
(feche) por vibrações ou choques mecânicos, só podendo portanto ser ligado ou desligado pelos
meios apropriados para tais manobras.
No caso de chave seccionadora tripolar, esta deve garantir o desligamento simultâneo
das três fases.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 16
Engenheiro Eletricista
As seccionadoras podem ser construídas de modo a poder operar:
sob carga - então denominada interruptora. A chave é quem desligará a corrente
do circuito, sendo por isso dotada de câmara de extinção do arco voltáico que se
forma no desligamento e de abertura e fechamento auxiliados por molas para
elevar a velocidade das operações.
Com operação apenas local.
Sem carga – neste caso o desligamento da corrente se fará por outro dispositivo,
um disjuntor, de modo que a chave só deverá ser aberta com o circuito já sem
corrente. Neste caso a seccionadora pode ter uma chave NA auxiliar que deve
desliga o disjuntor antes que a operação de abertura da chave seja completada.
Com operação remota, situação na qual sua operação é motorizada.
Corrente alternada Especificação das cargas
AC - 20 Manobra em vazio
AC - 21 Manobra de cargas resistivas com moderada sobrecarga
Resistências
AC - 22 Manobra de cargas mistas resistivas e indutivas
Resistências e motores
AC - 23 Manobra de cargas de alta indutividade
Motores
Em um painel de comando, as botoeiras, sinaleiras e controladores diversos ficam no circuito de comando.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 17
Engenheiro Eletricista
chave faca
BOTOEIRA OU BOTÃO DE COMANDO
Quando se fala em ligar um motor, o primeiro elemento que vem a mente é o de uma
chave para ligá-lo. Só que no caso de comandos elétricos a “chave” que liga os motores é
diferente de uma chave usual, destas que se tem em casa para ligar a luz por exemplo. A
diferença principal está no fato de que ao movimentar a “chave residencial” ela vai para uma
posição e permanece nela, mesmo quando se retira a pressão do dedo. Na “chave industrial” ou
botoeira há o retorno para a posição de repouso através de uma mola, como pode ser observado
na figura 2.1a. O entendimento deste conceito é fundamental para compreender o porque da
existência de um selo no circuito de comando.
Figura 2.1 – (a) Esquema de uma botoeira – (b) Exemplos de botoeiras comerciais
A botoeira faz parte da classe de componentes denominada “elementos de sinais”. Estes
são dispositivos pilotos e nunca são aplicados no acionamento direto de motores.
A figura 2.1a mostra o caso de uma botoeira para comutação de 4 pólos. O contato NA
(Normalmente Aberto) pode ser utilizado como botão LIGA e o NF (Normalmente Fechado)
como botão DESLIGA. Esta é uma forma elementar de intertravamento. Note que o retorno é
feito de forma automática através de mola. Existem botoeiras com apenas um contato. Estas
últimas podem ser do tipo NA ou NF.
Ao substituir o botão manual por um rolete, tem-se a chave fim de curso, muito utilizada
em circuitos pneumáticos e hidráulicos. Este é muito utilizado na movimentação de cargas,
acionado no esbarro de um caixote, engradado, ou qualquer outra carga.
Outros tipos de elementos de sinais são os Termostatos, Pressostatos, as Chaves de Nível
e as chaves de fim de curso (que podem ser roletes).
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 18
Engenheiro Eletricista
Todos estes elementos exercem uma ação de controle discreta, ou seja, liga / desliga.
Como por exemplo, se a pressão de um sistema atingir um valor máximo, a ação do Pressostato
será o de mover os contatos desligando o sistema. Caso a pressão atinja novamente um valor
mínimo atua-se religando o mesmo.
A seguir estão os símbolos de contatos acionados por botão (os dois à esquerda), e por rolete.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 19
Engenheiro Eletricista
FUSÍVEIS
Os fusíveis são elementos bem conhecidos pois se encontram em instalações
residenciais, nos carros, em equipamentos eletrônicos, máquinas, entre outros.
Tecnicamente falando estes são elementos que destinam-se a proteção contra correntes de
curto-circuito. Entende-se por esta última aquela provocada pela falha de montagem do
sistema, o que leva a impedância em determinado ponto a um valor quase nulo, causando
assim um acréscimo significativo no valor da corrente.
Sua atuação deve-se a fusão de um elemento pelo efeito Joule, provocado pela
súbita elevação de corrente em determinado circuito. O elemento fusível tem propriedades
físicas tais que o seu ponto de fusão é inferior ao ponto de fusão do cobre. Este último é o
material mais utilizado em condutores de aplicação geral.
Interrompem os circuitos em situações anormais de corrente, curto circuito ou
sobrecarga de longa duração. São classificados segundo a tensão de alimentação em alta ou
baixa tensão, e também segundo as características de desligamento (velocidade de atuação)
em efeito rápido ou retardado.
Efeito Rápido: são usados em circuitos em que não há variação considerável de corrente
entre a fase de partida e a de regime normal de funcionamento. Ideais para a proteção de
circuitos com semicondutores (diodos, tiristores)
Efeito Retardado: são apropriados em circuitos cuja corrente de partida atinge valores
muitas vezes superiores aos valores da corrente nominal e em circuitos que estejam sujeitos
a sobrecargas de curta duração (motores elétricos, cargas indutivas e capacitivas). Os
fusíveis utilizados são o NH e o DIAZED.
NH: suportam elevações de corrente durante certo tempo sem que ocorra fusão. Podem ir
de 6 a 1000A. Sua capacidade de ruptura é sempre superior a 70KA com uma tensão
máxima de 500V. em circuito de alta potência e conectados por encaixe, com ferramenta
própria (punho) para proteção do operador. Os fusíveis NH são constituídos por duas partes: base e fusível.
A base é fabricada de material isolante, o fusível possui corpo de porcelana de seção
retangular, dentro desse corpo estão o ELO do fusível (feito de cobre) e o ELO
indicador de queima, imersos em areia especial.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 20
Engenheiro Eletricista
DIAZED: Usados em circuitos baixa potência e conectados através do porta-fusível
que se monta por rosca. O próprio suporte do fusível protege o operador contra
choque elétrico.
Os de ação rápida são usados em circuitos resistivos, ou seja, sem picos de
corrente.
Os de ação retardada são usados em circuitos com motores e capacitores, sujeitos a
picos de corrente. Construídos para no máximo 200A. A capacidade de ruptura e de
70KA com uma tensão de 500V.
Os fusíveis DIAZED são compostos por base (aberta ou protegida), tampa, fusível,
parafuso de ajuste e anel.
A base é feita de porcelana dentro da qual esta um elemento metálico roscado
internamente e ligado externamente a um dos bornes. O outro está isolado no 1º e
ligado a um parafuso de ajuste.
A tampa (porcelana) fixa o fusível a base e não e utilizada com a queima do
fusível, permite a inspeção visual do indicador do fusível e sua substituição mesmo
sob tensão.
O parafuso tem a função de impedir o uso de fusíveis de capacidade superior
a desejada para o circuito.
O anel e um elemento de porcelana com rosca interna, cuja função e
proteger a rosca metálica da base aberta, pois evita a possibilidade de contatos
acidentais na troca do fusível.
O fusível tem a função de extinguir o arco voltaico e evitar perigo de
explosão quando da queima do fusível. O fusível possui um indicador, visível
através da tampa, cuja corrente nominal é identificada por meio de cores e que se
desprende em caso de queima.
Cor Corrente
(A)
Cor Corrente
(A)
Cor Corrente
(A)
Rosa 2 Cinza 16 Branco 50
Marrom 4 Azul 20 Laranja 63
Verde 6 Amarelo 25 Prata 80
Vermelho 10 Preto 35 Vermelho 100
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 21
Engenheiro Eletricista
O elo indicador de queima é constituído de um fio muito fino ligado em paralelo com o elo
fusível. Em caso de queima do elo fusível, o indicador de queima também se funde e
provoca o desprendimento da espoleta.
Característica dos fusíveis NH e DIAZED
As principais características dos fusíveis DIAZED e NH são:
• Corrente Nominal: corrente máxima que o fusível suporta continuamente sem interromper o
funcionamento do circuito. Esse valor é marcado no corpo de porcelana do fusível.
• Corrente de curto circuito: corrente máxima que deve circular no circuito e que deve ser
interrompida instantaneamente.
• Capacidade de ruptura (KA): valor de corrente que o fusível é capaz de interromper com
segurança. Não depende da tensão nominal da instalação.
• Tensão Nominal: tensão para qual o fusível foi construído, para baixa tensão (500Vca e
600Vcc).
A instalação desses fusíveis deve ser no ponto inicial do circuito a ser protegido. Esses
locais devem ser de fácil acesso para facilitar a inspeção e a manutenção.
A escolha do fusível deve ser feita de modo que qualquer anormalidade elétrica no
circuito fique restrita ao setor onde ela ocorrer, sem afetar os outros.
Para dimensionar um fusível e necessário levar em consideração:
- corrente nominal do circuito ou ramal;
- corrente de curto circuito;
- tensão nominal.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 22
Engenheiro Eletricista
Curva de relação tempo de fusão x corrente: curvas que indicam o tempo que o fusível leva
para desligar o circuito. Elas sao variaveis de acordo com o tempo, a corrente, o tipo de fusível e
sao fornecidas pelo fabricante. Dentro dessas curvas, quanto maior for a corrente circulante,
menor sera o tempo em que o fusível terá que desligar. Veja a curva típica abaixo:
A instalação dos fusíveis DIAZED e NH deve ser no ponto inicial do circuito a ser
protegido.
Os locais devem ser arejados para que a temperatura se conserve igual a do ambiente.
Esses locais devem ser de fácil acesso para facilitar a inspeção e a manutenção.
A instalação deve ser feita de tal modo que permita seu manejo sem perigo de choque
para o operador.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 23
Engenheiro Eletricista
DISJUNTORES
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 24
Engenheiro Eletricista
Um disjuntor é um dispositivo eletromecânico, que funciona como um interruptor
automático, destinado a proteger uma determinada instalação elétrica contra possíveis danos
causados por curto circuitos e sobrecargas elétricas. A sua função básica é a de detectar uma
falha na corrente elétrica, interrompendo-a imediatamente antes que os seus efeitos térmicos e
mecânicos possam causar danos à instalação elétrica protegida.
Uma das principais características dos disjuntores é a sua capacidade em poderem ser
rearmados manualmente, depois de interromperem a corrente em virtude da ocorrência de uma
falha. Diferem assim dos fusíveis, que têm a mesma função, mas que ficam inutilizados quando
realizam a interrupção. Por outro lado, além de dispositivos de proteção, os disjuntores servem
também de dispositivos de manobra, funcionando como interruptores normais que permitem
interromper manualmente a passagem de corrente elétrica.
Existem diversos tipos de disjuntores, que podem ser desde pequenos dispositivos que
protegem a instalação elétrica de uma única habitação até grandes dispositivos que protegem os
circuitos de alta tensão que alimentam uma cidade inteira.
Disjuntores térmicos
Os disjuntores térmicos utilizam a deformação de placas bimetálicas causada pelo seu
aquecimento. Quando uma sobrecarga de corrente atravessa a placa bimetálica existente num
disjuntor térmico ou quando atravessa uma bobina situada próxima dessa placa, aquece-a, por
efeito de Joule, diretamente no primeiro caso e indiretamente no segundo, causando a sua
deformação. A deformação desencadeia mecanicamente a interrupção de um contacto que abre o
circuito elétrico protegido.
Um disjuntor térmico é, assim, um sistema eletromecânico simples e robusto. Em
contrapartida, não é muito preciso e dispõe de um tempo de reação relativamente lento.
A proteção térmica tem como função principal a de proteger os condutores contra os
sobreaquecimentos provocados pelas sobrecargas prolongadas na instalação elétrica.
Disjuntores magnéticos
A forte variação de intensidade da corrente que atravessa as espiras de uma bobina produz
- segundo as leis do eletromagnetismo - uma forte variação do campo magnético. O campo assim
criado desencadeia o deslocamento de um núcleo de ferro que vai abrir mecanicamente o circuito
e, assim, proteger a fonte e uma parte da instalação elétrica, nomeadamente os condutores
elétricos entre a fonte e o curto-circuito.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 25
Engenheiro Eletricista
A interrupção é instantânea no caso de uma bobina rápida ou controlada por um fluido no caso de
uma bobina que permite disparos controlados. Geralmente, está associado a um interruptor de
alta qualidade projetado para efetuar milhares de manobras.
O tipo de funcionamento dos disjuntores magnéticos permite-lhes substituir os fusíveis
em relação aos curto-circuitos. Segundo o modelo, o valor de intensidade da corrente com um
setpoint de três a 15 vezes a intensidade nominal. Existem numerosas outras possibilidades, que
incluem o disparo por tensão na bobine (com setpoint proveniente de sensores),
interruptor/disjuntor para montagem em painel, compatibilidade com dupla tensão 100/200 volts,
bobina sob tensão (disjuntor mantido a partir de um setpoint de tensão), disparo à distância e
rearme à distância. Existem numerosas curvas de disparo para corrente contínua, corrente alterna,
50/60 Hz e 400 Hz. Normalmente, está disponível uma opção total ou parcialmente estanque.
A proteção magnética tem como fim principal o de proteger os equipamentos contra as
anomalias como as sobrecargas, os curto-circuitos e outras avarias. Normalmente, é escolhida
para os casos onde existe a preocupação de proteger o equipamento com muito grande precisão.
Disjuntor termomagnético
Atualmente é muito utilizado em instalações elétricas residenciais e comerciais. O
disjuntor magnetotérmico ou termomagnético, como é chamado no Brasil.
Esse tipo de disjuntor possui três funções:
Manobra (abertura ou fecho voluntário do circuito)
Proteção contra curto-circuito - Essa função é desempenhada por um atuador magnético
(solenóide), que efetua a abertura do disjuntor com o aumento instantâneo da corrente
elétrica no circuito protegido
Proteção contra sobrecarga - É realizada através de um atuador bimetálico, que é sensível
ao calor e provoca a abertura quando a corrente elétrica permanece, por um determinado
período, acima da corrente nominal do disjuntor
As características de disparo do disjuntor são fornecidas pelos fabricantes através de duas
informações principais: corrente nominal e curva de disparo. Outras características são
importantes para o dimensionamento, tais como: tensão nominal, corrente máxima de interrupção
do disjuntor e número de pólos (unipolar, bipolar ou tripolar).
Disjuntor DR
Um disjuntor diferencial ou disjuntor diferencial residual (DR), é um dispositivo de proteção
utilizado em instalações elétricas. Permite desligar um circuito sempre que seja detectada uma
corrente de fuga superior ao valor nominal. A corrente de fuga é avaliada pela soma algébrica
dos valores instantâneos das correntes nos condutores monitorizados (corrente diferencial).
Características básicas
Os Dispositivos DR, Módulos DR ou Disjuntores DR de corrente nominal residual até 30mA,
são destinados fundamentalmente à proteção de pessoas, enquanto os de correntes nominais
residuais de 100mA, 300mA, 500mA, 1000mA ou ainda superiores a estas, são destinados
apenas a proteção patrimonial contra os efeitos causados pelas correntes de fuga à terra, tais
como consumo excessivo de energia elétrica ou incêndios.
Dispositivo DR ou Interruptor DR
É um dispositivo de seccionamento mecânico destinado a provocar a abertura dos próprios
contatos quando ocorrer uma corrente de fuga à terra. O circuito protegido por este dispositivo
necessita ainda de uma proteção contra sobrecarga e curto circuito que pode ser realizada por
disjuntor ou fusível, devidamente coordenado com o Dispositivo DR.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 26
Engenheiro Eletricista
Disjuntor DR
É um dispositivo de seccionamento mecânico destinado a provocar a abertura dos próprios
contatos quando ocorrer uma sobrecarga, curto circuito ou corrente de fuga à terra. É
recomendado nos casos onde existe a limitação de espaço.
Alguns riscos prevenidos pelos dispositivos DR:
• Ocorrência de curto circuitos e perdas de energia aumentando o consumo.
• Ocorrência de sobreaquecimentos com consequentes avarias de equipamentos elétricos e
mesmo focos de incêndio;
• Choque elétrico com paralisia total ou parcial dos movimentos durante a ocorrência, podendo
essa paralisia desencadear uma cadeia de acontecimentos de maior gravidade: quedas, erros na
condução de máquinas, etc.;
• Choque elétrico originando queimaduras que podem ser graves ou mesmo fatais;
• Choque elétrico originando fibrilação cardíaca (graves alterações do ritmo dos batimentos
cardíacos podendo levar à morte);
• Choque elétrico originando paragem respiratória com paralisia dos músculos torácicos
responsáveis pela respiração, potencialmente fatal na ausência de socorro imediato e urgente;
• Choque elétrico originando paragem cardíaca (quando a corrente elétrica externa paralisa o
funcionamento do coração), potencialmente fatal na ausência de socorro imediato e urgente.
Características de operação e controle.
FUSIVEL
DISJUNTOR
• Religamento após
anomalias
- Sobrecarga
- Curto-circuito
- não
- não
- sim
- Sim, com restrições (estado dos
contatos)
• Desligamento total da rede
por anomalias
Sim, com restrições (com
supervisor de fusíveis)
Sim
Manobra manual segura Sim, com restrições (com
supervisor de fusíveis)
Sim
Comando remoto não Sim
Identificação da condição
de uso
Sim, com restrições
(evolução da temperatura)
Não, com restrições (registro de
eventos, evolução de
temperatura)
Sinalização remota Sim, com restrições
(supervisor de fusíveis)
Não
Intertravamento Sim, com restrições
(com seccionador
com porta-fusível)
Sim
SINALIZAÇÃO
Para a sinalização de eventos usam-se lâmpadas, buzinas e sirenes.
As lâmpadas são usadas para sinalizar tanto situações normais quanto anormais, tendo
uma cor referente a cada tipo de ocorrência.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 27
Engenheiro Eletricista
Símbolo de lâmpada.
Cor Significado Exemplo de Aplicação
Amarela Atenção Condições normais em alteração
Vermelha Perigo
Situação que exige intervenção imediata, como altas
temperaturas ou pressões;
Carga ligada
Verde Segurança;
Circuito desligado;
Temperatura ou pressões normal;
Carga pronta para ser acionada;
Branca Informação Chave principal na posição LIGA. Escolha da
velocidade ou do sentido de rotação. Acionamentos
individuais e dispositivos
auxiliares estão operando. Máquina em movimento.
Azul Todas as funções para as quais não se aplicam as cores
acima.
As buzinas e sirenes são usadas apenas para sinalizar condições de emergência, como
vazamentos de gases, ou ainda para informações em local onde a sinalização visual seja
insuficiente.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 28
Engenheiro Eletricista
CONTATORES
Para fins didáticos pode-se considerar os contatores como relés expandindo pois o
principio de funcionamento é similar. Conceituando de forma mais técnica, o contator é um
elemento eletro-mecânico de comando a distância, com uma única posição de repouso e sem
travamento.
Como pode ser observado na figura 2.3, o contator consiste basicamente de um núcleo
magnético excitado por uma bobina. Uma parte do núcleo magnético é móvel, e é atraído por
forças de ação magnética quando a bobina é percorrida por corrente e cria um fluxo magnético.
Quando não circula corrente pela bobina de excitação essa parte do núcleo é repelida por
ação de molas. Contatos elétricos são distribuídos solidariamente a esta parte móvel do núcleo,
constituindo um conjunto de contatos móveis. Solidário a carcaça do contator existe um conjunto
de contatos fixos. Cada jogo de contatos fixos e móveis podem ser do tipo Normalmente aberto
(NA), ou normalmente fechados (NF).
Figura 2.3 – Diagrama esquemático de um contator com 3 terminais NA
Os contatores podem ser classificados como principais (CW, CWM) ou auxiliares
(CAW).
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 29
Engenheiro Eletricista
De forma simples pode-se afirmar que os contatores auxiliares tem corrente máxima de 10A e
possuem de 4 a 8 contatos, podendo chegar a 12 contatos. Os contatores principais tem corrente
máxima de até 600A. De uma maneira geral possuem 3 contatos principais do tipo NA, para
manobra de cargas trifásicas a 3 fios.
Um fator importante a ser observando no uso dos contatores são as faíscas produzidas
pelo impacto, durante a comutação dos contatos. Isso promove o desgaste natural dos mesmos,
além de consistir em riscos a saúde humana. A intensidade das faíscas pode se agravar em
ambientes úmidos e também com a quantidade de corrente circulando no painel. Dessa forma
foram aplicadas diferentes formas de proteção, resultando em uma classificação destes
elementos. Basicamente existem 4 categorias de emprego de contatores principais:
a. AC1: é aplicada em cargas ôhmicas ou pouco indutivas, como aquecedores e fornos a
resistência.
b. AC2: é para acionamento de motores de indução com rotor bobinado.
c. AC3: é aplicação de motores com rotor de gaiola em cargas normais como bombas,
ventiladores e compressores.
d. AC4: é para manobras pesadas, como acionar o motor de indução em plena carga, reversão em
plena marcha e operação intermitente (que não é contínuo, que se interrompe). CONTATOR é um dispositivo de manobra mecânica acionado eletromagneticamente, usado no
comando de motores e na proteção contra sobrecorrentes quando acoplado a um rele de
sobrecarga.
Possuem dois tipos de contatos com capacidade de cargas diferentes (principais e auxiliares).
Contator Principal:
- maior robustez de construção;
- possibilidade de receberem relés de proteção;
- câmara de extinção de arco voltaico;
- variação de potencia da bobina do eletroímã de acordo com o tipo de contator;
- tamanho físico de acordo com a potência a ser comandada;
- possibilidade de ler a bobina do eletroímã com secundário.
Contatores Auxiliares: são usados para aumentar o numero de contatos auxiliares dos
contatores de elevado consumo na bobina, para evitar repique e para sinalização,
apresentam:
- tamanho físico variável conforme o numero de contatos;
- potencia do eletroímã praticamente constante;
- corrente nominal de carga máxima de 10A para todos os contatos;
- ausência de necessidade de rele de proteção e de câmara de extinção.
Os principais elementos construtivos de um contator são:
Contatos
São partes especiais e fundamentais dos contatores, destinados a estabelecer a ligação
entre as partes energizadas e não energizadas de um circuito, ou então, interromper a
ligação de um circuito. São constituídos de pastilhas, podem ser fixos ou móveis, simples
ou em ponte.
Sistema de Acionamento
O acionamento da bobina de um contator pode ser feito com CC ou CA, dependendo de
cada contator.
Carcaça
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 30
Engenheiro Eletricista
É constituída de duas partes simétricas (tipo macho fêmea) unidos por meio de grampos.
Retirando- se os grampos é possível abrir o contator e inspecionar seu interior, e substituir
os contatos principais e os da bobina (que é substituída pela parte superior do contator,
através da retirada de quatro parafusos de fixação para o suporte de núcleo).
Montagem
Os contatores devem ser montados verticalmente em local que não esteja sujeito a
trepidação
( pode ter inclinação máxima de 22,5º )
Câmara de Extinção de Arco Voltaico
É um compartimento dos seccionadores que envolve os contatos principais. Tem a função
de extinguir a faísca ou o arco voltaico, que surge quando um circuito elétrico é
interrompido. Com a câmara de extinção de cerâmica, a extinção do arco é provocada por
refrigeração interna.
Vantagens dos contatores
- Comando a distância;
- Elevado número de manobras;
- Grande vida útil mecânica;
- Pequeno espaço para montagem;
- Garantia de contato imediato;
- Tensão de operação de 85 a 110% da tensão nominal prevista para o contator.
Simbologia numérica e literal
Assim como cada elemento em um comando tem o seu símbolo gráfico específico,
também a numeração dos contatos e denominação literal dos mesmos tem um padrão que
deve ser seguido. Neste capítulo serão apresentados alguns detalhes, para maiores
informações deve-se consultar a norma NBR 5280 ou a IEC 113.2.
A numeração dos contatos que representam terminais de força é feita da seguinte
maneira:
• 1, 3 e 5 Circuito de entrada (linha)
• 2, 4 e 6 Circuito de saída (terminal)
Já a numeração dos contatos auxiliares segue o seguinte padrão:
• 1 e 2 Contato normalmente fechado (NF), sendo 1 a entrada e 2 a saída
• 3 e 4 Contato normalmente aberto (NA), sendo 3 a entrada e 4 a saída
Nos relés e contatores tem-se A1 e A2 para os terminais da bobina. Os contatos auxiliares de um
contator seguem um tipo especial de numeração pois o número é composto por dois dígitos,
sendo:
• Primeiro dígito: indica o número do contato
• Segundo dígito: indica se o contato é do tipo NF (1 e 2) ou NA (3 e 4)
i. Numeração de um contator de potência com dois contatos auxiliares 1 NF e 1NA.
ii. Numeração de um contator de auxiliar com 4 contatos NA e 2 contatos NF.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 31
Engenheiro Eletricista
i. ii. Terminação “E”: destinada a disposição preferencial, dita que em sequencia de
quatro contatos, sendo 1NA + 2NF + 1NA.
Terminação “Z”: quatro contatos sendo 2NA seguido de 2NF.
Exercícios: Numere os contatores a seguir:
A) Contator de potência
B) Contator auxiliar
C) Faça o contator terminação E e contator terminação Z
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 32
Engenheiro Eletricista
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 33
Engenheiro Eletricista
Os defeitos mecânicos são provenientes da própria construção do dispositivo, das condições
de serviço e do envelhecimento do material.
Salientam-se em particular:
- lubrificação deficiente;
- formação de ferrugem;
- temperaturas muito elevadas;
- molas inadequadas;
- trepidação no local da montagem.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 34
Engenheiro Eletricista
Defeito Causas
Contator não liga
Fusível de comando queimado. Relé térmico desarmado. Comando interrompido. Bobina queimada
Contator não desliga
Linhas de comando longas (efeito de “colamento” capacitivo). Contatos soldados.
Faiscamento excessivo
Instabilidade da tensão de comando por: regulação pobre da fonte; linhas extensas e de pequena seção; correntes de partida muito altas; subdimensionamento do transformador de comando com diversos contatores operando simultaneamente. Fornecimento irregular de comando por: botoeiras com defeito; chaves fim-de-curso com defeito.
Contator zumbe
Corpo estranho no entreferro. Anel de curto-circuito quebrado. Bobina com tensão ou freqüência errada. Superfície dos núcleos (móvel e fixo) sujas ou oxidadas, especialmente após longas paradas. Fornecimento oscilante de contato no circuito de comando. Quedas de tensão durante a partida de motores.
Relé térmico atua e o motor não
atinge a rotação normal (contator com relé)
Relé inadequado ou mal regulado. Tempo de partida muito longo. Freqüência muito alta de ligações. Sobrecarga no eixo.
Bobina magnética se aquece
Localização inadequada da bobina. Núcleo móvel preso às guias. Curto-circuito entre as espiras por deslocamento ou remoção de capa isolante (em CA). Curto-circuito entre a bobina e o núcleo e por deslocamento da camada isolante. Saturação do núcleo, cujo calor se transmite à bobina.
Bobina se queima
Sobretensão. Ligação em tensão errada. Subtensão (principalmente em CC). Corpo estranho no entreferro.
Contatos sobreaquecem
Carga excessiva. Pressão inadequada entre contatos. Dimensões inadequadas dos contatos Sujeira na superfície dos contatos. Superfície insuficiente para a troca de calor com o meio ambiente. Oxidação (contatos de cobre). Acabamento e formato inadequados das superfícies de contato.
Contatos se fundem
Correntes de ligação elevadas (como na comutação de transformadores a vazio). Comandos oscilantes. Ligação em curto-circuito. Comutação estrela-triângulo defeituosa.
Contatos se desgastam excessivamente
Arco voltaico. Sistema de desligamento por deslizamento (remove certa quantidade de material a cada manobra).
Isolação é defeituosa Excessiva umidade do ar. Dielétrico recoberto ou perfurado por insetos, poeira e outros corpos. Presença de óxidos externos provenientes de material de solda.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 35
Engenheiro Eletricista
RELES
Os relés são os elementos fundamentais de manobra de cargas elétricas, pois permitem a
combinação de lógicas no comando, bem como a separação dos circuitos de potência e
comando. Os mais simples constituem-se de uma carcaça com cinco terminais. Os terminais (1)
e (2) correspondem a bobina de excitação. O terminal (3) é o de entrada, e os terminais (4) e (5)
correspondem aos contatos normalmente fechado (NF) e normalmente aberto (NA),
respectivamente. Uma característica importante dos relés, como pode ser observado na figura
2.2a é que a tensão nos terminais (1) e (2) pode ser 5 Vcc, 12 Vcc ou 24 Vcc, enquanto
simultaneamente os terminais (3), (4) e (5) podem trabalhar com 110 Vca ou 220 Vca. Ou seja
não há contato físico entre os terminais de acionamento e os de trabalho. Este conceito
permitiu o surgimento de dois circuitos em um painel elétrico:
i. Circuito de comando: neste encontra-se a interface com o operador da máquina ou
dispositivo e portanto trabalha com baixas correntes (até 10 A) e/ou baixas tensões.
ii. Circuito de Potência: é o circuito onde se encontram as cargas a serem acionadas, tais como
motores, resistências de aquecimento, entre outras. Neste podem circular correntes elétricas da
ordem de 10 A ou mais, e atingir tensões de até 760 V.
Embora esta seja também a denominação de pequenas chaves magnéticas (de uso
por exemplo em automóveis), quando se tratam de circuitos de comandos elétricos
industriais os relés são dispositivos de proteção que através de seus contatos
atuam o comando de chaves magnéticas de potência, sendo atuados por diversas
variáveis físicas, conforme seu tipo.
Os relés apresentam algumas características comuns às chaves magnéticas e
outras específicas. Em comum apresentam terminais de energização e terminais de
chaves ou contatos internos. Porém não basta energizar o relé para que este atue
em suas chaves. A atuação de suas chaves depende de alguma grandeza física,
conforme seu tipo.
O relé é um dispositivo de comando, ou seja, é empregado na partida de motores
no processamento de solda de ponto, no comando de laminadoras e prensas e no
controle de iluminação de edifícios.
Diferentemente dos fusíveis, que se autodestroem, os reles abrem os circuitos em
presença de sobrecarga, por exemplo, e continuam a ser usada depois de sanada a
irregularidade.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 36
Engenheiro Eletricista
Em relação aos fusíveis, os reles apresentam as seguintes vantagens:
- ação mais segura;
- possibilidade de modificação do estado ligado para desligado (e vice versa);
- proteção do usuário contra sobrecargas mínimas dos limites predeterminados;
- retardamento natural que permite picos de corrente próprios às partidas de motores.
Os relés usados como dispositivos de segurança podem ser eletromagnéticos e térmicos.
Reles Eletromagnéticos: funcionam com base na ação do eletromagnetismo, por meio do qual
um núcleo de ferro próximo de uma bobina é atraído, quando esta é percorrida por uma corrente
elétrica. Os mais comuns são de dois tipos: rele de mínima tensão e rele de máxima corrente.
Rele de mínima tensão: recebe uma regulagem aproximadamente 20% menor do que a
tensão nominal. Se a tensão abaixar a um valor prejudicial, o rele interrompe o circuito
de comando da chave principal e, conseqüentemente, abre os contatos dessa chave
abrindo o circuito. Os reles de mínima tensão são aplicados principalmente em
contatores e disjuntores.
Rele de máxima corrente: é regulado para proteger um circuito contra excesso de
corrente. Esse tipo de rele abre, indiretamente, o circuito principal, assim que a corrente
atingir o limite da regulagem. A corrente elevada, ao circular pela bobina, faz com o
núcleo do rele atraia o fecho. Isto provoca a abertura do contato abridor e interrompe o
circuito de comando.
Reles térmicos: como dispositivos de proteção, controle ou comando do circuito elétrico, atua
por efeito térmico provocado pela corrente elétrica. O elemento básico dos reles térmicos é o
bimetal. O bimetal é um conjunto formado por duas lâminas de metais diferentes (ferro e
níquel) sobrepostas e soldadas.
Relé de Sobrecorrente Por terminais apropriados se faz fluir por este relé a corrente da carga que se
pretende proteger e quando a corrente assume um valor superior ao selecionado, o relé atua seus
contatos. No tipo mais simples chamado térmico, a corrente flui por elementos que se aquecem
e o aquecimento atua em um par bimetálico, cuja torção promove a atuação das chaves. São três
os elementos pelos quais flui a corrente monitorada, um para cada fase, e mesmo que haja
sobrecorrente em uma só das fases o relé age da mesma forma.
As chaves atuadas retornam ao repouso assim que a corrente volta ao normal, mas
podem se manter atuados desde que a função de rearme manual esteja selecionada.
O ajuste do valor de corrente é feito em botão presente no painel do relé.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 37
Engenheiro Eletricista
Relé de Sobretensão e de Subtensão Caso a tensão que alimenta ou ativa o relé se torne maior ( no caso do relé de
sobretensão) ou menor (relé de subtensão) que o valor selecionado o relé atua suas chaves. Há
um relé que atua tanto no caso de subtensão quanto no caso de sobretensão. No painel do relé se
encontra o botão de ajuste do valor de tensão.
Relé Falta de Fase Destinado a proteger circuitos trifásicos, principalmente motores, contra os danos
provenientes da permanência da alimentação com falta de fase. O mais comum é que se utilize
uma chave NA desse relé, que é atuada enquanto há a presença das três fases. Assim se houver
falta de alguma fase tal chave se abre, desligando o motor protegido, em cujo comando tal
chave se conecta em série com a bobina.
Relé de Tempo ou Temporizador
Os Relés temporizadores são dispositivos eletrônicos que permitem, em função de
tempos ajustados, comutar um sinal de saída de acordo com a sua função. Muito utilizados em
automação de máquinas e processos industriais como partidas de motores, quadros de comando,
fornos industriais, injetoras, entre outros, especialmente em sequenciamentos, interrupções e
chaves de partida.
Retardado na energização – Esse tipo atua suas chaves um tempo após a ligação, ou
energização do relé e as retorna ao repouso imediatamente após seu desligamento.
Retardado na desenergização – Este atua as chaves imediatamente na ativação, porém
estas chaves só retornam ao repouso um tempo após a desativação. Não foi usado o termo
energização e sim ativação por que existe um tipo de temporizador na desenergização que
constantemente energizado e na realidade sua ativação e desativação se fazem por
intermédio da interligação e do desligamento respectivamente de dois terminais específicos.
No painel desse relé se encontra um botão pelo qual se seleciona o tempo de retardo.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 38
Engenheiro Eletricista
bobina Chaves NA e NF
Gráficos de acionamento x tempo, das bobinas e dos contatos dos relés temporizados.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 39
Engenheiro Eletricista
Relé Bimetálico
O relé de proteção contra sobrecarga ou relé bimetálico ou ainda relé térmico é indicado
para proteção de motores contra sobrecarga.
A sobrecarga pode ser causada por: rotor bloqueado, freqüência elevada de manobra,
partida prolongada, sobrecarga em regime de operação, falta de fase e variação da tensão e
freqüência.
A função do relé de proteção contra sobrecarga é desligar a alimentação do equipamento
antes que sejam atingidos valores de corrente e de tempo que causam deterioração
(decomposição, perda de qualidade) da isolação. Há dois tipos de relé de proteção, conforme o
principio construtivo:
relés de sobrecarga bimetálico
O relé de sobrecarga bimetálico é constituído de um par de lâminas metálicas (um
por fase), com metais de dilatação térmica linear diferente e por um mecanismo de disparo
contido num invólucro isolante com alta resistência térmica.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 40
Engenheiro Eletricista
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 41
Engenheiro Eletricista
figura1: rele bimetalico
Esquema de ligação do Relé bimetálico da figura 1:
1. Ajustar a escala à corrente nominal da carga.
2. Botão de destravação (azul):
Antes de por o relé em funcionamento, apertar o botão de destravação. O contato
auxiliar é ajustado pela fábrica para religamento manual (com bloqueio contra religamento
automático). Comutação para religamento automático: apertar o botão de destravação e girá-lo
no sentido anti-horário, até o encosto, da posição H (manual) para A (automático).
3. Botão "Desliga" (vermelho). O contato auxiliar abridor será aberto manualmente, se for
apertado este botão.
4. Indicador Lig./Desl - (verde). Se o relé estiver ajustado para religamento manual, um
indicador verde sobressairá da capa frontal se ocorrer o disparo (desligamento) do relé.
Para religar o relé, apertar o botão de destravação. Na posição "automático", não há
indicação.
5. Terminal para bobina do contator, A2.
Relés de sobrecarga são usados para proteger INDIRETAMENTE equipamentos
elétricos, como motores e transformadores, de um possível superaquecimento. O
superaquecimento de um motor pode, por exemplo, ser causado por:
Sobrecarga mecânica na ponta do eixo;
Tempo de partida muito alto;
Rotor bloqueado;
Falta de uma fase;
Desvios excessivos de tensão e freqüência da rede.
Em todos estes casos citados acima, o incremento de corrente (sobrecorrente) no motor é
monitorado em todas as fases pelo relé de sobrecarga. Os terminais do circuito principal dos
relés de sobrecarga são marcados da mesma forma que os terminais de potência dos contatores.
Os terminais dos circuitos auxiliares do relé são marcados da mesma forma que os de
contatores, com funções específicas, sendo o número de seqüência deve ser ‘9’ (nove) e, se uma
segunda seqüência existir, será identificada com o zero. Na figura 1 temos: 95, 96, 97 e 98.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 42
Engenheiro Eletricista
relés de sobrecarga eletrônico
A bobina eletromagnética do relé é ligada em série com os demais componentes
do circuito.
Sua atuação apenas se dá quando por esse circuito passa a corrente de curto
circuito (Ik), permanecendo inativo perante as correntes nominais (In) e de sobrecarga
(Ir).
Pelo que se nota, a sua função é idêntica à do fusível, com a diferença de que o fusível
queima ao atuar, e o relé permite um determinado número de manobras.
Por outro lado, como o relé atua sobre o mecanismo do disjuntor, abrindo-o
perante uma corrente Ik, a capacidade de interrupção depende do disjuntor, enquanto
que, usando fusível em série com o disjuntor, essa capacidade de interrupção depende do
fusível.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 43
Engenheiro Eletricista
CIRCUITO DE COMANDO E POTÊNCIA
Os circuitos de alimentação (potência) estão sujeitos naturalmente a anomalias de
sobrecargas e até um curto-circuito
Os circuitos de comando são os responsáveis pela produção dos serviços na potência.
Falha no sinal de comando pode causar acidentes às pessoas e perdas materiais
Para se cumprir com a necessária confiabilidade, os circuitos de comando devem ser
projetados a garantir a melhor qualidade de especificação, observar a referência dos
produtos, assim como da melhor forma estar imune aos desvios inerentes de uma planta
elétrica industrial atual.
Formulário básico. Para circuitos monofásicos / bifásicos trifásico
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 44
Engenheiro Eletricista
Classificação dos equipamentos de manobra e proteção.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 45
Engenheiro Eletricista
Normas para atendimento dos equipamentos de manobra e proteção em baixa tensão (BT)
IEC 60947-1 Equipamentos de manobra e proteção em baixa tensão - especificações gerais.
IEC 60947-2 Disjuntores.
IEC 60947-3 Seccionadores e seccionadores-fusível.
IEC 60947-4 Contatores de potência, relés de sobrecarga e conjuntos de partida.
IEC 60947-5 Contatores auxiliares, botões de comando e auxiliares de comando.
IEC 60947-7 Conectores e equipamentos auxiliares.
IEC 60269 Fusíveis para baixa tensão.
IEC 60439-1 Painéis para manobra e proteção de cargas em baixa tensão.
Com relação à simbologia literal, alguns exemplos são apresentados na tabela 8.1 a seguir.
Tabela 8.1 – Símbolos literais segundo NBR 5280
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 46
Engenheiro Eletricista
SÍMBOLO DESCRIÇÃO SÍMBOLO DESCRIÇÃO
Contato normalmente aberto (NA)
Contato normalmente fechado (NF)
Botoeira NA
Botoeira NF
Botoeira NA com retorno por mola
Botoeira NF com
retorno por mola
Contatos tripolares NA
ex: contator de potência
Fusível
Acionamento
eletromagnético, ex: bobina do contator
Relé térmico
Disjuntor com elementos térmicos e magnéticos, proteção contra correntes de curto e sobrecarga
Acionamento
temporizado na ligação
Disjuntor com
elemento magnético, proteção contra
corrente de curto-circuito
Lâmpada / Sinalização
Transformador trifásico
Motor Trifásico
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 47
Engenheiro Eletricista
CONCEITOS BÁSICOS EM MANOBRAS DE MOTORES
Para ler e compreender a representação gráfica de um circuito elétrico é imprescindível
conhecer os componentes básicos dos comandos e também sua finalidade. Alguns destes
elementos são descritos a seguir.
A) Selo
O contato de selo é sempre ligado em paralelo com o contato de fechamento da botoeira. Sua
finalidade é de manter a corrente circulando pelo contator, mesmo após o operador ter retirado
o dedo da botoeira.
B) Selo com dois contatos
Para obter segurança no sistema, pode-se utilizar dois contatos
de selo.
C) Intertravamento
Em algumas manobras, onde existem 2 ou mais contatores, para evitar curtos é indesejável o
funcionamento simultâneo de dois contatores. Utiliza-se assim o intertravamento. Neste caso os
contatos devem ficar antes da alimentação da bobina dos contatores.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 48
Engenheiro Eletricista
E) Circuito paralelo ao intertravamento
No caso de um intertravamento entre contatos, o contato auxiliar de selo, não deve criar um circuito
paralelo ao intertravamento, caso este onde o efeito de segurança seria perdido.
F) Intertravamento com dois contatos
Dois contatos de intertravamento, ligados em série, elevam a segurança do sistema. Estes devem ser
usados quando acionando altas cargas com altas correntes.
G) Ligamento condicionado
Um contato NA do contator K2, antes do contator K1, significa que K1 pode ser operado apenas
quando K2 estiver fechado. Assim condiciona-se o funcionamento do contator K1 ao contator K2.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 49
Engenheiro Eletricista
F) Proteção do sistema
Os relés de proteção contra sobrecarga e as botoeiras de desligamento devem estar sempre em série.
G) Intertravamento com botoeiras
O intertravamento, também pode ser feito através de botoeiras. Neste caso, para facilidade de
representação, recomenda-se que uma das botoeiras venha indicada com seus contatos
invertidos. Não se recomenda este tipo de ação em motores com cargas pesadas.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 50
Engenheiro Eletricista
ESQUEMAS ELÉTRICOS DE COMANDOS E PROTEÇÃO
O esquema de ligação é a representação de um sistema elétrico seja por símbolos gráficos
completos ou simplificados. O esquema representa o funcionamento do circuito, o circuito de
corrente e as interligações de rede.
ESQUEMA UNIFILAR: contém apenas os componentes principais do circuito. Objetiva
mostrar as interligações entre equipamentos sem minúcias quanto aos pontos de conexão
existentes nesses equipamentos.
ESQUEMA FUNCIONAL: representa o circuito de acordo com o sentido de circulação
da corrente através dos condutores e componentes.
ESQUEMA DE REDE: é a representação dos condutores em interligação de uma rede.
ESQUEMA MULTIFILAR: indica o sistema elétrico com todos os detalhes e
condutores. As partes e componentes são representados com sua disposição geométrica
no equipamento. Objetiva mostrar todos os condutores existentes em uma instalação.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 51
Engenheiro Eletricista
CARACTERÍSTICAS DOS MOTORES DE INDUÇÃO
IMPORTANTES AOS COMANDOS ELÉTRICOS
Nesta apostila trabalha-se com os motores de indução trifásicos do tipo gaiola de esquilo por
serem os mais comuns na indústria. Este nome é dado devido ao formato do seu rotor. Um estudo
completo sobre este elemento é tema de um curso de máquinas elétricas, apesar disso algumas
características são interessantes ao estudo dos comandos ellétricos. Basicamente os motores do tipo
gaiola são compostos por dois subconjuntos:
• Estator: com enrolamento montado na carcaça do motor, fornecendo o campo girante
• Rotor: enrolamento constituído por barras curto-circuitadas, a sua corrente é induzida pela ação do
campo girante, provocando uma rotação do rotor e o fornecimento de energia mecânica ao eixo do
motor.
Quando o motor é energizado, ele funciona como um transformador com o secundário em
curto-circuito, portanto exige da rede elétrica uma corrente muito maior que a nominal, podendo
atingir cerca de 7 vezes o valor da mesma. As altas correntes de partida causam inconvenientes pois
exigem um dimensionamento de cabos com diâmetros bem maiores do que o necessário. Além disso
podem haver quedas momentâneas do fator de potência , que é monitorado pela concessionária de
energia elétrica, causando multas a indústria.
Para evitar estas altas correntes na partida, existem algumas estratégias em comandos. Uma
delas é alimentar o motor com 50% ou 65% da tensão nominal, é o caso da partida estrela-triângulo,
que será vista neste curso. Outras estratégias são:
• Resistores ou indutores em série;
• Transformadores ou auto-transformadores;
• Chaves série-paralelo;
• Chaves compensadoras, etc.
Os motores de indução podem ser comprados com 6 pontas e 12 pontas.
FECHAMENTO 6 PONTAS
No caso do motor de 6 pontas existem dois tipos de ligação:
Triângulo: a tensão nominal é de 220 V (ver figura a)
Estrela: a tensão nominal é de 380 V (ver figura b)
Na ligação em estrela (380 V) os terminais 4, 5 e 6 são interligados e os terminais 1, 2 e 3 são
ligados á rede. Na ligação em triângulo (220V), o início de uma fase é fechado com o final da
outra e essa junção é ligada á rede.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 52
Engenheiro Eletricista
FECHAMENTO DE 12 PONTAS
No caso do motor de 12 pontas, existem quatro tipos possíveis de ligação:
• Triângulo em paralelo: a tensão nominal é 220 V (ver figura a)
• Estrela em paralelo: a tensão nominal é 380 V (ver figura b)
• Triângulo em série: a tensão nominal é 440 V (ver figura c)
• Estrela em série: a tensão nominal é 760 V (ver figura d)
Nota-se que nas figuras são mostradas as quantidades de bobinas constituintes de cada motor.
Assim um motor de 6 pontas tem 3 bobinas e um de 12 pontas tem 6 bobinas. Como cada bobina
tem 2 pontas, a explicado o nome é explicita. A união dos contatos segue uma determinada
ordem padrão. Existe uma regra prática para fazê-lo: numera-se sempre os terminais de fora com
1, 2 e 3 e liga-se os terminais faltantes.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 53
Engenheiro Eletricista
PARTIDA DE MOTORES
A corrente de partida de um motor de indução trifásico tipo gaiola típica varia entre 4 a 8
vezes a corrente nominal. Normalmente os fabricantes informam o valor da corrente de partida
de forma indireta, seja pelo fator Ip/In, como visto acima, ou através da letra código (norma
NEMA), que
fornece os kVA/hp com o rotor travado. A corrente de partida em Ampères pode ser facilmente
calculada a partir destas informações. A elevada corrente de partida pode trazer problemas para a
instalação elétrica, no que diz respeito a afundamentos de tensão, podendo causar a má operação
de outras cargas ligadas ao mesmo barramento. Isto motivou a busca de técnicas de partida para
amenizar tais efeitos. Cabe realçar que o motor em si é projetado para partida direta de cargas de
baixa inércia, e esta opção não deve ser descartada antes de uma análise do problema.
Partida direta de Motores
Objetivo: A primeira combinação entre os elementos de comando estudados é a partida direta de
um motor, mostrada na figura 3.1 abaixo. O objetivo é o de montar esta partida no laboratório,
observando as dificuldades e a lógica de funcionamento, bem como apresentar o conceito de selo.
Figura 3.1 – Circuitos de comando e potência para uma partida direta de motores
Componentes: 1 Disjuntor tripolar (Q1), 1 disjuntor bipolar (Q2), 1 relé térmico (F2), 1
contator (K1), 1 botoeira NF (S0), 01 botoeira NA (S1), 1 Motor trifásico (M1).
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 54
Engenheiro Eletricista
Partida direta de Motores com sinalização
Objetivo: Neste circuito o objetivo é o de consolidar os conceitos introduzindo os elementos de
sinalização no comando.
Figura 4.1 – Circuitos de comando e potência para uma partida direta de motores com sinalização
Componentes: 1 Disjuntor tripolar (Q1), 1 disjuntor bipolar (Q2), 1 relé térmico (F2), 1
contator (K1), 1 botoeira NF (S0), 1 botoeira NA (S1), 1 Motor trifásico (M1), 1 lâmpada
vermelha (H1), 1 lâmpada verde (H2), 1 lâmpada amarela (H3).
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 55
Engenheiro Eletricista
Partida de Motores com reversão
Objetivo: Acionar, de forma automática, um motor com reversão do sentido de rotação, mostrando
algumas similaridades com a partida direta. Introduzir o conceito de “intertravamento”.
Figura 5.1 – Circuitos de comando e potência para uma partida com reversão
Componentes: 1 Disjuntor tripolar (Q1), 1 disjuntor bipolar (Q2), 1 relé térmico (F2), 2 contatores
(K1 eK2), 1 botoeira NF (S0), 2 botoeiras NA (S1 e S2), 1 Motor trifásico (M1).
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 56
Engenheiro Eletricista
Comando de prensa com temporizador
Conhecer uma das estratégias para segurança em prensas, evitando que o
operador inutilize uma das botoeiras, trabalhando somente com a outra.
Circuito de comando
Os contatores K1 e K2 são auxiliares. O contator de potência, onde será ligado o
motor da prensa é o contator K3. K4 é um temporizador.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 57
Engenheiro Eletricista
Partida Estrela-Triângulo (Υ/Δ)
Demonstrar uma das importantes estratégias para evitar altos picos de corrente durante a
partida de um motor de indução trifásico.
São vantagens da partida estrela triângulo:
•Custo reduzido;
•Elevado número de manobras;
•Corrente de partida reduzida a 1/3 da corrente de partida nominal;
•Dimensões relativamente reduzidas.
Desvantagens:
•Aplicação específica a motores com dupla tensão nominal e que disponham de seis terminais
acessíveis;
•A relação entre as duas tensões deve ser de raiz de 3. Exemplo: 220/380; 380/660V ou
440/760V;
•A tensão da rede deve coincidir com a tensão em triângulo do motor;
•Conjugado de partida reduzido a 1/3 do nominal;
•Utilizado para partida a vazio ou com baixo conjugado de partida.
• O motor deve alcançar pelo menos 90% de sua velocidade de regime para que, durante a
comutação, a corrente de pico não atinja valores elevados, próximos, portanto, da corrente de
partida com acionamento direto.
Condições para ser utilizada:
1.O motor deve ter no mínimo 6 terminais acessíveis;
2. A tensão nominal da rede deve coincidir com a tensão nominal da ligação Δ;
3. O torque inicial solicitado pela carga deve ser pequeno. Preferencialmente, o motor deve
partir a vazio.
Conseqüências:
1. O torque de partida Y (TpY) fica reduzido a 1/3 do torque de partida direta (Tpd);
2. A corrente de partida, na linha, Y (IpY) fica reduzida a 1/3 da corrente de partida direta
(Ipd);
Quando o motor é ligado em estrela ele necessita da tensão maior, mas é imposto ao
motor uma tensão menor igual a da ligação triângulo. Durante a partida em Y, o conjugado e a
corrente de partida ficam reduzidos a 1/3 de seus valores nominais, então, um motor só pode
partir através da chave Y-Δ quando o seu conjugado, na ligação Y, for superior ao conjugado da
carga do eixo. Devido ao conjugado de partida baixo e relativamente constante a que fica
submetido o motor, as chaves Y-Δ são mais adequadamente empregadas em motores cuja
partida se dá em vazio.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 58
Engenheiro Eletricista
Circuito de potência
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 59
Engenheiro Eletricista
Circuito de comando
Material utilizado 1 Disjuntor tripolar (Q1), 1 disjuntor bipolar (Q2), 3 contatores (K1, K2 e K3), 1 relé térmico (F1), 1 botoeira (NF), 1 botoeira (NA), 1 relé temporizador (K6).
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 60
Engenheiro Eletricista
Partida Estrela-Triângulo (Υ/Δ) com reversão
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 61
Engenheiro Eletricista
Partida por chave compensadora ou Partida por Auto-Trafo
AUTO TRANSFORMADOR DE PARTIDA TRIFÁSICO
A chave compensadora é composta basicamente de um autotransformador com várias
derivações, as mais comuns são 50, 65 e 80% da tensão nominal. Este autotransformador é
ligado ao circuito do estator. O ponto estrela do autotransformador fica acessível e, durante a
partida, é curto circuitado e esta ligação se desfaz logo que o motor é conectado diretamente à
rede. Normalmente, este tipo de partida é empregado em motores de potência elevada, acionando
cargas com alto índice de atrito, tais como britadores, e semelhantes.
Usado na partida indireta do tipo compensada, este autotransformador é responsável pela
diminuição da tensão aplicada no motor no instante inicial. O valor da tensão de saída desses
auto transformadores é expresso em percentagem, normalmente nos valores 65 e 80%.
Os autotransformadores possuem a seguinte identificação em seus terminais:
R, S, T → bornes de alimentação do auto transformador
65 ou 80% → bornes de saída
0 (zero) ou Y (estrela) → bornes que devem ser curto-circuitados no momento da partida, ou
seja, deve-se ligar as bobinas em estrela.
No dimensionamento do autotransformador devem ser levados em conta: a tensão
nominal da rede, a potência nominal do motor, o número máximo de partidas por hora
(normalmente 10 para motores de baixa potência), o tempo aproximado de cada partida e os taps
de saída necessários.
Os autotransformadores são providos de um microtermostato, que deve ser conectado ao
circuito auxiliar para que impossibilite o uso do equipamento quando a temperatura atingir valor
elevado (em torno de 110°C).
Esta partida tem por objetivo suprir as aplicações que a Estrela-Triângulo não pode ser
utilizada, ou seja, onde a carga aplicada ao motor seja superior a 33% da carga suportada pelo
motor.
Com o mesmo objetivo de reduzir a corrente de partida, a partida por autotrafo é realizada
a inserção de um autotransformador para auxiliar a partida do motor realizando assim a redução
da tensão de alimentação do motor.
Este auto-trafo possui dois "Taps" de saída de tensão (tap’s é o nome dado a saída de
tensão do auto transformador), ele realizará o rebaixamento da tensão de partida do motor trifásico
a fim de reduzir respectivamente a corrente de partida.Este rebaixamento pode ser dado em dois
níveis de tensão, são eles:
Tap de 65% da tensão.
Tap de 80% da tensão.
Vantagens: Na derivação 65%, a corrente de partida na linha se aproxima do valor da corrente de
acionamento utilizando chave estrela-triângulo;
A comutação da derivação de tensão reduzida para a tensão de suprimento não acarreta
elevação da corrente, já que o autotransformador se comporta, neste instante, como uma
reatância que impede o crescimento dessa mesma corrente;
Pode-se variar gradativamente as derivações para aplicar as tensões adequadas à
capacidade do sistema de suprimento.
Desvantagens: Custo superior ao da chave estrela triângulo;
Dimensões normalmente superiores às das chaves Y-Δ, acarretando o aumento no volume
dos Centros de Controle de Motores (CCM).
Limitação da frequência de manobras.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 62
Engenheiro Eletricista
Torque
Como sabemos a redução da tensão implica em reduzir também o torque do motor, então tendo
dois níveis de tensão teremos respectivamente doi níves de torque, são eles:
Quando utilizado o Tap de 65%, teremos um torque de 42%. Dado através do cálculo:
65²/100.
Quando utilizado o Tap de 80%, teremos um torque de 64%. Dado através do cálculo:
80²/100.
Corrente
Observem que mesmo no Tap de 65% que disponibiliza um baixo torque, temos um torque ainda
maior que o da partida estrela-triângulo, no entanto a corrente também será maior cerca de 42%
da corrente nominal.
O mesmo ocorre para a partida com o Tap em 80% da tensão, sendo que a corrente de partida
nesta configuração chega a cerca de 64% da nominal bem como seu torque.
Observações:
- a alimentação deve ser feita nos terminais R, S e T, e o motor conectado aos terminais T1, T2 e
T3;
– devem ser observados a potência do motor e o número máximo de partidas por hora indicado
para a chave, a fim de não superaquecer o transformador, o que pode provocar sua queima;
– o tap de saída pode ser trocado para a posição desejada;
– a chave deve permanecer na posição partida até que o motor atinja sua velocidade nominal;
após isso, deve ser trocada para a posição marcha (rapidamente);
– algumas chaves têm seus componentes (contatos e/ou transformador) imersos em óleo isolante
para refrigeração e/ou eliminação do arco elétrico;
– o relé térmico de sobrecarga deve ser ajustado para a In do motor. Atenção para os casos onde
se emprega o relé térmico ligado a TCs, pois a relação de transformação deve ser considerada.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 63
Engenheiro Eletricista
Circuito Partida Compensadora
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 64
Engenheiro Eletricista
Circuito Partida Compensadora com Reversão
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 65
Engenheiro Eletricista
Partida por auto-transformador (compensadora) EXEMPLO 2
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 66
Engenheiro Eletricista
Dimensionamento:
a. Os autotransformadores possuem, opcionalmente, instalado na bobina central, um
termostato. O termostato tem a função de proteção do equipamento contra aquecimento excessivo
ocasionado por sobrecarga ou número de partidas acima do especificado. O termostato é
especificado em função da classe de isolamento do autotransformador.
b. Para se definir a potência do autotransformador deve-se considerar:
� Potência do motor
� Frequência de partida (número de partidas por hora)
Existem limitações quanto ao número de partidas, sob pena de danificação dos
enrolamentos. Assim sendo, fica estabelecido:
� 5 partidas/hora, podendo ser duas consecutivas com intervalo mínimo de 0,5 minutos entre elas
ou cinco com intervalos de aproximadamente doze minutos;
� 10 partidas/hora, podendo ser três consecutivas com intervalo mínimo de 0,5 minutos entre elas
ou dez com intervalos de aproximadamente seis minutos;
� 20 partidas/hora, podendo ser seis consecutivas com intervalo mínimo de 0,5 minutos entre elas
ou vinte com intervalos de aproximadamente três minutos.
c. Tempo de partida do motor. Normalmente os autotransformadores são projetados para
suportarem a corrente de partida durante 20s.
Após a definição da potência, para completar a especificação do autotransformador deve ser
citado:
d. Tensão nominal da rede;
e. Classe de isolamento - em sua maioria classe "B" (130°C)
f. Derivadores (tap’s) de tensão necessários - normalmente utilizam-se tap’s 65 e 80%.
Partida e parada suave (soft-starter).
Popularmente conhecidas como soft-starters, são chaves estáticas de partida, destinadas
à aceleração, desaceleração e proteção de motores de indução trifásicos. O controle da tensão
aplicada ao motor, mediante o ajuste do ângulo de disparo dos tiristores, permite obter partidas
e paradas suaves do mesmo. Ademais, através de ajustes acessíveis, pode-se controlar o torque
do motor e a corrente de partida em valores desejados, em função da exigência da carga. A
Figura abaixo ilustra o diagrama simplificado de um soft-starter para média tensão, onde pode-
se observar a presença dos tiristores em anti-paralelo, bem como da proteção e contatores
principal e by-pass:
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 67
Engenheiro Eletricista
As chaves de partida estáticas podem ser ajustadas no módulo de tensão, de forma a se
ter uma tensão inicial de partida adequada, responsável pelo torque inicial que irá acionar a
carga. Ao se ajustar a tensão de partida a um valor Vp e um tempo de partida Tp, a tensão
cresce do valor Vp até atingir a tensão de linha do sistema no intervalo de tempo Tp, conforme
mostrado na figura abaixo:
Coordenação de proteção.
A Figura 3 mostra um gráfico comparativo entre a corrente do motor de indução em
função do tempo usando o soft starter e a mesma corrente partindo o motor diretamente da rede e
em Y-Δ.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 68
Engenheiro Eletricista
Figura 3: Comparativo qualitativo entre as correntes dos métodos usuais de partida.
A seguir são apresentadas algumas vantagens e desvantagem do soft starter em relação aos
outros métodos mencionados
a) Vantagens
� Corrente de partida próxima da corrente nominal
� Nº de manobras ilimitado
� Longa vida útil devido à inexistência de partes eletromecânicas móveis
� Torque de partida próximo do torque nominal
� Pode ser empregada também para desacelerar
b) Desvantagens:
� Alto custo de implementação
Dimensionamento de Partida Direta
Neste tipo de partida o motor parte com valores de conjugado (torque) e corrente de partida
plenos, uma vez que suas bobinas recebem tensão nominal.
Neste caso o motor pode estar fechado em estrela ou triângulo como podemos ver abaixo:
Esta partida é considerada aplicável somente em casos em que o motor a ser utilizado não possua
mais do que 7,5cv de potência.
Algumas perguntas ficam em nossa mente quando decidimos dimensionar uma chave de
partida:
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 69
Engenheiro Eletricista
Qual contator usar?
Qual fusível aplicar para proteger o circuito?
Qual o valor de corrente do relé térmico?
Para ficar mais lógico estaremos simulando o dimensionamento de um motor de 30CV e 4
pólos que será ligado a uma rede de 380V/60Hz. A corrente nominal deste motor é de 44A e
possui um Ip/In de 8,0. Este trabalha em serviço normal de manobra com rotor gaiola de
esquilo e desligamento em regime e possui um tempo de partida igual a 5 segundos.
Antes de qualquer coisa vamos relembrar como é o circuito de potência da partida direta:
Roteiro de Cálculo
Vamos começar com o dimensionamento do contator K1:
Neste caso o contator K1 deverá possuir uma corrente Ie (corrente nominal do contator)
maior que a corrente nominal do motor, ou seja: K1 => Ie > In x 1,15
Logo, teremos em nosso exemplo: K1 => Ie > 44 x 1,15 Ie > 50,6A
Com base base nos dados encontrados e tomando como base o tipo de aplicação do motor temos
no catálogo da WEG o contator CWM65 que suporta 65A, o fato do cálculo ter mostrado que a
corrente é de 50,6A faz com que não utilizemos o contator CWM50 pois sua corrente nominal é
maior que a corrente calculada.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 70
Engenheiro Eletricista
Agora faremos o dimensionamento do Relé Térmico:
O Relé Térmico deverá possuir corrente nominal igual a corrente nominal do motor.
Com isso podemos deduzir que: FT1 = In
Temos então em nosso caso, o seguinte: FT1 = 44A
De acordo com o mesmo catálogo de dispositivos da WEG temos o relé térmico RW67-2D3-
U057 com ajuste de corrente entre 40 e 57 sendo o mais recomendado ao nosso sistema,
observem que o modelo 1D3 não se aplica pois não suporta montagem no contator escolhido.
Vamos agora dimensionar os fusíveis F1, F2 e F3, nesta etapa teremos 3 condições que
deverão ser observadas e todas as situações deverão ser atendidas pelo sistemas, vamos
as três situações:
1º situação:
A corrente nominal do fusível deve primeiramente suportar a corrente do motor no instante da
partida, ou seja, Ip/In, logo: Ip = Ip/In x In ; ou seja, no nosso exemplo teremos a seguinte
situação: Ip = 8,0 x 44 Ip = 352A . Então, através da tabela de fusíveis e sabendo-se que o
tempo de partida do motor é de 5 segundos, definimos o fusível a ser aplicado no motor, como
podemos observar o fusível escolhido por este passo é o de 100A.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 71
Engenheiro Eletricista
2º situação:
A corrente do fusível deverá suportar 20% a mais que a corrente nominal do motor, logo:
IF > 1,2 x In IF > 1,2 x 44 IF > 53A Então, o fato do fusível abordado no primeiro caso ser maior que 53A significa que atende a
necessidade, em caso contrário (IF > IP) teríamos que encontrar na tabela outro fusível que
atenda a necessidade.
3º situação:
Os fusíveis terão que suportar também a corrente que circulará no relé térmico e no contator,
sendo assim: IF < IF max K1 100A < 125A (fig abaixo)
IF < IF FT1 100A < 100A
Portanto, podemos concluir que os fusíveis NH de 100A suportam todas as exigências e
especificações requeridas.
Resumindo teremos em nosso acionamento:
- 1 contator CWM65
- 1 Relé térmico RW67-2D3-U057
- 3 fusíveis NH de 100A (retardado)
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 72
Engenheiro Eletricista
SENSORES O QUE É SENSORIAMENTO?
É uma terminologia generalista que reflete a distância relativa do sensor ao elemento
sob observação. No entanto, convencionamos como sensoriamento àoperação de
obtenção de informações da superfície e sub-superfície de um objeto a partir de
sensores.
TIPOS DE SENSORES: Existem vários tipos e modelos de sensores que variam conforme o objeto alvo de
sensoriamento
�Indutivo
�Capacitivo
�Fotoelétrico
�Magnético ou "Reed-Switch"
�Pressão ou toque
SENSOR INDUTIVO
São componentes eletrônicos capazes de detectar a aproximação de um objeto sem a
necessidade de contato físico entre sensor e o acionador, sendo assim, aumentando a vida útil
do sensor por não possuir peças móveis sujeitas a desgastes mecânicos. Eles também não
necessitam de energia mecânica para operar e são imunes a vibração e choques mecânicos.
Graças à elevada resistência dos componentes de alta tecnologia utilizados em seu circuito
eletrônico, os sensores são particularmente capazes de operar em condições severas de trabalho,
como a presença de lubrificantes, óleos, imersos na água, etc. Têm largas aplicações em
máquinas operatrizes, injetoras de plástico, indústria cerâmica, máquinas de embalagens,
indústria automobilística, etc.
A sua principal aplicação é a detecção de objetos metálicos, pois o campo emitido é
eletromagnético.
Fig. 01 – Campo eletromagnético gerado.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 73
Engenheiro Eletricista
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
Fig. 02 – Sensor
O sensor consiste de uma bobina em um núcleo de ferrite, um oscilador, um detector de nível de
sinais de disparo e um circuito de saída.
O sensor indutivo trabalha pelo princípio da indução eletromagnética. Funciona de maneira
similar aos enrolamentos primários e secundários de um transformador. O sensor tem um
oscilador e uma bobina; juntos produzem um campo magnético fraco. Quando um objeto
entre no campo, pequenas correntes são induzidas na superfície do objeto. Por causa da
interferência com o campo magnético, energia é extraída do circuito oscilador do sensor,
diminuindo a amplitude da oscilação e causando uma queda de tensão (voltagem). O
circuito de detecção do sensor percebe a queda de tensão do circuito do oscilador e
responde mudando o estado do sensor.
A superfície ativa de um seletor de proximidade indutivo é a superfície onde emerge o campo
eletromagnético de alta freqüência.
Um alvo padrão é um quadrado de aço doce com 1 mm de espessura, com comprimentos
laterais equivalentes ao diâmetro da superfície ativa ou 3X a distância do valor nominal da
comutação, a que for maior.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 74
Engenheiro Eletricista
Alguns tipos de sensores indutivos:
Sensores indutivos quadrados ou cilíndricos de longa distância em estruturas de plástico ou
metal.
a) E2AU: Uso em veículos; (b) E2EH: Indústria alimentar: resistência a
detergentes e a calor); (c) E2A3: Embalamento de pó e corte de madeira; (d) E2E: Linha de
montagem de automóveis (à prova de óleo).
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 75
Engenheiro Eletricista
SENSORES CAPACITIVOS
São sensores capazes de detectar a aproximação de objetos sem a necessidade de
contato físico, tal qual os sensores indutivos, porém com principio de funcionamento
baseado na variação da capacitância.
Os sensores capacitivos podem detectar objetos metálicos e não metálicos assim como
produtos dentro de recipientes não metálicos. Estes sensores são usados geralmente na
indústria de alimento e para verificar os níveis de fluidos e sólidos dentro de tanques.
Os sensores capacitivos são mais sensíveis à flutuação da temperatura e da umidade do
que o são os sensores indutivos, mas os sensores capacitivos não são tão precisos quanto
os indutivos. A precisão pode variar de 10 a 15 por cento em sensores capacitivos.
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
Geram um campo eletrostático e detectam mudanças causadas neste
campo quando um alvo se aproxima da face ativa.
As partes internas do sensor consistem em uma ponta capacitiva, um oscilador,
um retificador de sinal, um circuito de filtragem e um circuito de saída.
- Na ausência de um alvo, o oscilador está inativo.
- A capacitância do circuito com a ponta de compensação é determinada pelo tamanho
do alvo, sua constante dielétrica e distância até a ponta.
- Quanto maior o tamanho e a constante dielétrica de um alvo, mais este aumenta a
capacitância. Quanto menor a distância entre a ponta e o alvo, maior a capacitância.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 76
Engenheiro Eletricista
C1 é uma chave magnética com bobina de 24Vcc e poderá acionar cargas de
tensão alternada como a bobina de outra chave magnética por exemplo, através
da qual pode-se por exemplo acionar um motor de indução.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 77
Engenheiro Eletricista
SENSORES ÓPTICOS
Classificação São Sensores cujo funcionamento baseia-se na emissão de um feixe de luz, o qual é
recebido por um elemento foto-sensível, basicamente são divididos em três sistemas:
Barreira, Difusão e reflexão.
Funcionamento Baseia-se na interrupção ou incidência de um feixe luminoso sobre um foto-receptor, o
qual provoca uma ação (comutação) eletrônica. A emissão de luz é proveniente da emissão
de raios infra-vermelhos. Para conseguir-se máxima eficiência a luz é modulada ou pulsada
a uma frequência máxima de 1,5kHz, frequência que será interpretada por um receptor
óptico sincronizado a essa frequência o que imuniza o sistema de interferências da
recepção luminosa ambiente.
Aplicações Além das aplicações habituais, como contagem de peças, proteção do operador, etc., o
sistema pode trabalhar com emissão de luz visível, para sistemas de alarme tanto em
ambientes internos quanto externos, formando uma barreira que ao ser interrompido, pode
causar diversos acionamentos no sistema.
Os tipos reflectivos ou por difusão são comumente utilizados onde um espelho ou a própria
peça a ser detectada reflete os raios infra-vermelhos. Evidentemente que as peças não
poderão ter
suas superfícies opacas. Os sensores ópticos pelo sistema a de barreira possuem um alcance
maior que os reflectivos, chegando a distancias de até 200 metros, enquanto os reflexivos e
por difusão a apenas 10 metros.
Sistema por barreira É um sistema formado por sensores alinhados, ou seja, o dispositivo emissor de luz colocado e
alinhado ao receptor.
O transmissor e o receptor estão em unidades distintas e devem ser dispostos um frente
ao outro, de modo que o receptor possa constantemente receber a luz do transmissor. O
acionamento da saída ocorrerá quando o objeto a ser detectado interromper o feixe de
luz.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 78
Engenheiro Eletricista
Sistema Reflexivo É um sistema formado pelo dispositivo emissor de luz e dispositivo receptor montados no
mesmo conjunto, neste caso o feixe de luz emitido é refletido em uma superfície refletora e
retorna ao ponto de origem atingindo o dispositivo receptor que está ao lado do dispositivo
emissor.
Este sistema apresenta o transmissor e o receptor em uma única unidade. O feixe de luz
chega ao receptor somente após ser refletido por um espelho prismático, e o
acionamento da saída ocorrerá quando o objeto a ser detectado interromper este feixe.
Sistema por difusão No sistema por difusão, os elementos de emissão e recepção infra-vermelho estão montados
justapostos em um mesmo conjunto óptico, direcionados para a face sensível do sensor. Os
raios infra-vermelhos emitidos pelo transmissor, refletem sobre a superfície de um objeto e
retornam em direção do receptor, a uma distância determinada (distância de comutação), que
provoca o chaveamento eletrônico, desde que o objeto possua uma superfície não totalmente
fosca.
Neste sistema o transmissor e o receptor são montados na mesma unidade. Sendo que o
acionamento da saída ocorre quando o objeto a ser detectado entra na região de
sensibilidade e reflete para o receptor o feixe de luz emitido pelo transmissor.
DISCIPLINA: COMANDOS ELÉTRICOS
Vinicius José Lopes Ostáquio 79
Engenheiro Eletricista
Sistema por difração Neste sistema os elementos de emisão e recepção infra-vermelho estão montados justapostos
em um unico conjunto óptico, direcionados para um prisma e retornam em direção do receptor.
Quando este prisma é mergulhado em qualquer liquido translúcido,
os raios infra-vermelhos se dispersam, desviando assim a sua trajetória ocasionando uma
comutação eletronica.
Veja o diagrama de blocos:
Exemplos de Aplicações: