aula 01 Acionamentos Introdução

Prévia do material em texto

Acionamentos elétricos
http://sites.google.com/site/disciplinasrgvm/
Endereço com material
http://sites.google.com/site/disciplinasrgvm/
• Dispositivos de acionamento.
• Comando e proteção de motores elétricos: partida direta, 
partida direta com reversão, partida estrela-triangulo, 
chave compensadora, soft start.
• Controle de velocidade de máquinas elétricas de corrente 
contínua e alternada.
• Simbologia dos dispositivos de eletromagnéticos utilizados 
nos acionamentos de motores elétricos. 
Ementa
1. Introdução (conceitos básicos, descrição de circuitos e dispositivos básicos 
para acionamento de máquinas elétricas, simbologia básica).
2. Acionamento de motores de corrente contínua (revisão teórica, controle de 
partida, controle de velocidade, análise de perdas).
3. Acionamento de motores de corrente alternada (revisão teórica, formas de 
ligação, partida estrela-triângulo, controle de partida, controle de velocidade, 
frenagem, análise de perdas).
4. Sistemas eletrônicos para partida e controle de velocidade (Soft start, PLC, 
inversores de frequência, controle escalar e vetorial).
Conteúdo programático
• BIM, E. Máquinas Elétricas e acionamento. 3 ed. Rio de Janeiro: 
Elsevier, 2014 
• FRANCHI, C. M. Acionamentos Elétricos. 5 ed. São Paulo: Érica, 
2015 
• FRANCHI, C. M. Inversores de frequência. 2 ed. São Paulo: Érica, 
2014. 
Bibliografia básica
• COTRIM, A. M. B. Instalações elétricas. 5 ed. São Paulo: Prentice-Hall, 2009 
• MAMEDE FILHO, J. Instalações elétricas industriais. 7 ed., Rio de Janeiro: LTC, 
2007. 
• MAMEDE FILHO, J.; MAMEDE, D. R. Proteção de sistemas elétricos de 
potência. Rio de Janeiro: LTC, 2016. 
• AHMED, A. Eletrônica de potência. São Paulo: Pearson, 2000. 
• NASCIMENTO, G. Comandos elétricos – teoria e atividades. São Paulo: Cortez, 
2011.
Bibliografia complementar
Bibliografia
Bibliografia
Bibliografia
Datas importantes
ETAPA REFERÊNCIA DATA VALOR
Primeira
Lista exercícios 19 abril 10,0 pontos
APS - projeto parte 01 05 abril 15,0 pontos
Avaliação 19 abril 15,0 pontos
Segunda
APS – projeto parte 02 14 junho 15,0 pontos
Avaliação 28 junho 20,0 pontos
Lista de exercícios 28 junho 5,0 pontos
Especial Avaliação especial 11 julho 100,0 pontos
Projeto da disciplina
Deverá ser feito em grupos de, no máximo, quatro alunos. 
Primeira etapa
Valor: 15,0 pontos (sendo os pontos divididos, igualmente, entre 
apresentação e parte escrita).
Data limite para envio da parte escrita e data de apresentação da 
primeira etapa: 05 de Abril.
Parte escrita deverá ser enviada, até a data limite para e-mail 
prof.rubem.machado@doctum.edu.br.
Regras básicas
O foco é o projeto para acionamento de motores elétricos de um 
processo industrial, à escolha de cada grupo e que atenda aos requisitos 
seguintes:
a) O processo deve demandar, pelo menos, três motores elétricos.
b) Deve haver algum tipo de relação/intertravamento na operação 
destes motores (ou seja, tem de haver uma situação em que, 
havendo desligamento de um dos motores, pelo menos um outro, 
também, terá de ser desligado).
c) Pelo menos um dos motores não poderá ter partida direta.
d) O uso de soft starter e/ou inversor de frequência, em pelo menos um 
motor, não é obrigatório, porém, aquele grupo que utilizar, em seu 
projeto, desde que corretamente especificado, terá 10,0 pontos na 
avaliação de segunda etapa garantidos.
Projeto disciplina – regras básicas
Primeira etapa de notas: 
• Escolha e descrição do processo, definindo características e/ou 
especificações dos motores exigidos.
• Descrição da operação dos motores elétricos para atendimento do 
processo (simultaneidade ou não de operação, sequência de operação, 
demanda por controle de velocidade, etc.).
• Especificação de condutores, circuitos, dispositivos de controle e/ou 
proteção.
• Especificação de sistemas de sinalização e emergência compatíveis.
• Especificação de requisitos para atendimento da NR-10 e da NR-12 (no 
que se refere aos circuitos elétricos e controles visando segurança).
Projeto disciplina – regras básicas
Segunda etapa de notas: 
Implementação e simulação do projeto (pelo 
menos, partes possíveis de simular).
Maiores detalhes serão dados mais à frente. 
Projeto disciplina – regras básicas
Observação
Uma vez definido o processo foco do projeto, o mesmo 
deve ser apresentado ao professor da disciplina, através de 
uma descrição suscinta, para verificação de requisitos e 
atendimento às demandas estabelecidas.
Esta descrição deve ser enviada para o e-mail 
prof.rubem.machado@doctum.edu.br.
Somente após esta verificação inicial, aconselha-se o início 
da atividades de projeto.
Projeto disciplina – regras básicas
mailto:prof.rubem.machado@doctum.edu.br
Acionamentos elétricos
Introdução
Uma máquina elétrica é um dispositivo que pode fazer a 
conversão de energia.
No caso específico de nossa disciplina, nosso interesse são 
as máquinas que operam para viabilizar conversão 
eletromecânica de energia.
Conceitos básicos
Uma máquina elétrica é um dispositivo que pode 
converter tanto a energia mecânica em energia 
elétrica (GERADOR), como a energia elétrica em 
energia mecânica (MOTOR).
Conceitos básicos
As funções principais do controle de 
uma máquina elétrica são: 
• partida, 
• parada (frenagem), 
• direção de rotação, 
• regulação da velocidade, 
• limitação da corrente de partida, 
• proteção mecânica, 
• proteção Elétrica, etc
Conceitos básicos
Na ausência de qualquer 
elemento de controle, os 
máquinas elétricas operam, 
essencialmente, com 
característica de saída 
constante, a menos que 
haja modificação na carga.
Conceitos básicos
Com a evolução tecnológica, os processos industriais e máquinas elétricas 
existentes no mesmo passam a poder ser controlados eletronicamente com 
acionamentos ajustáveis.
Sempre teremos um circuito de potência e um circuito de comando.
Conceitos básicos
• Avanços Técnicos: avanços na tecnologia como, por exemplo, 
nos processos de fabricação de semicondutores, têm tornado 
possível a melhora significativa da capacidade do tratamento 
de tensões e correntes, assim como as velocidades de 
chaveamento dos dispositivos semicondutores de potência.
• Necessidades de Mercado: Os benefícios de operar motores 
com velocidade variável como, por exemplo, melhora dos 
processos de controle, redução na utilização de energia e 
menos manutenção. 
• Eficiência energética.
• Aproveitamento de energia elétrica (sustentabilidade) –
sistemas regenerativos, geração eólica.
Fatores associados a acionamentos elétricos
Máquinas Elétricas
Algumas considerações iniciais 
genéricas
Uma máquina elétrica somente 
iniciará seu movimento quando 
o conjugado induzido na mesma 
superar o conjugado de carga.
Conceitos básicos – partida
Toda vez que uma máquina 
elétrica realiza seu processo de 
partida, distúrbios de tensão, 
corrente, frequência e 
conjugado são produzidos.
Assim, devem ser atendidos 
limites estabelecidos ou pelas 
normas técnicas ou por 
demandas das cargas ou pelos 
sistemas de proteção 
especificados.
Conceitos básicos – partida
Com relação às normas técnicas e 
das concessionárias de energia 
elétrica, alguns parâmetros são 
importantes:
• Especificação dos condutores 
(limites de capacidade de 
corrente, duração de 
sobrecorrente, temperatura);
• Limites para queda de tensão 
admissíveis;
• Especificações dos sistemas de 
proteção (incluindo 
seletividade).
Conceitos básicos – partida
Para evitar perturbações que 
comprometam a rede de distribuição, a 
própria instalação e o funcionamento das 
demais cargas por ela alimentadas, devem 
ser observados: 
• as restrições impostas pela empresa 
distribuidora de energia elétrica e 
pelos requisitos do processo interno da 
instalação à partida de motores; 
• Os limites de queda de tensão nos 
demais pontos de utilização, durante a 
partida do motor.
• Em instalações contendo diversos 
motores, deve-se considerar a 
possibilidadede partida simultânea de 
dois ou mais motores.
Conceitos básicos – partida motores
Durante a partida, motores solicitam 
da rede de alimentação correntes de 
valores elevados (algo da ordem de 6 a 
10 vezes a sua corrente nominal) por 
um dado período de tempo.
Dependendo do regime de 
acionamento, o processo de partida 
não afeta de forma substantiva o 
valor de demanda de energia (tempo 
de partida, entre 0,5 e 10 segundos, 
muito menor que o tempo de 
integralização para aferição de 
demanda) e o consumo de energia 
elétrica (baixo fator de potência em 
tempo de pouca expressividade).
Conceitos básicos – partida motores
Em geral, motores até 600 CV são 
fabricados em baixa tensão (220, 380 e 
440 Volts).
Conceitos básicos – partida motores
Durante a partida, não devem causar 
perturbações inaceitáveis na rede de 
distribuição, na instalação 
propriamente dita e nos demais 
equipamentos.
De forma geral, sempre as normas das 
concessionárias devem ser verificadas 
quando houver necessidade de 
partida direta de motores elétricos
(5,0 CV, referência geral para baixa 
tensão em ambiente industrial).
Conceitos básicos – motores elétricos
Configurações clássicas para ligação de 
equipamentos que possuem motores 
elétricos:
• Circuitos terminais individuais.
• Circuitos de distribuição com 
derivações em pontos 
determinados e com circuitos 
terminais individuais, sendo 
possível derivações para outras 
cargas.
• Circuito terminal único que serve a 
vários motores e, eventualmente, 
para outras cargas.
Conceitos básicos – motores elétricos
Parada
A parada pode ser realizada de duas 
formas:
• Sem controle (dada em função da 
inércia dos componentes 
mecânicos e do amortecimento 
natural do sistema)
• Com controle. Em determinadas 
aplicações há necessidade de uma 
rápida desaceleração da máquina 
elétrica (e/ou da carga). Neste 
caso, sistemas alternativos de 
frenagem devem ser utilizados 
(como, por exemplo, inversão de 
alimentação ou frenagem 
dinâmica).
Conceitos básicos
As máquinas elétricas devem ser 
protegidas tanto para a proteção do 
pessoal de serviço quanto contra 
influências prejudiciais externas para o 
próprio equipamento, devendo 
satisfazer aos requisitos de segurança, 
prevenção de acidentes e incêndios. 
Conceitos básicos – proteção mecânica 
Os objetivos principais dos elementos em 
um painel elétrico são: 
a)proteger o operador e 
b)propiciar uma lógica de comando e 
proteção. 
Conceitos básicos
Assumindo como prioridade a proteção do operador, uma 
sequência genérica dos elementos necessários à partida, 
proteção e manobra de máquinas elétricas é mostrada na 
figura ao lado em que se pode destacar:
i. Seccionamento (somente pode ser operado sem carga e 
deve ser utilizado durante a manutenção e verificação do 
circuito).
ii. Proteção contra correntes de curto-circuito (destina-se à 
proteção dos condutores do circuito elétrico conectado à 
máquina).
iii. Proteção contra correntes de sobrecarga (para proteção 
da máquina elétrica e dos condutores do circuito elétrico 
conectado à mesma).
iv. Dispositivos de manobra (destina-se ao acionamento e 
controle da máquina elétrica de forma segura). 
Conceitos básicos
i. Condutores do circuito terminal.
ii. Dispositivos de proteção do circuito terminal (destina-se à 
proteção dos condutores do circuito elétrico conectado à 
máquina, do dispositivo de comando e o motor contra 
correntes de curto-circuito).
iii. Dispositivo de seccionamento (destina-se a desligar o circuito 
terminal, o dispositivo de comando e motor; devem ser 
dispositivos que permitam o seu travamento).
iv. Dispositivos de comando (destina-se ao acionamento e 
controle da máquina elétrica de forma segura). 
v. Dispositivo de proteção do motor (proteção do motor contra 
correntes de sobrecarga; geralmente será um relé bimetálico).
vi. Condutores do circuito de distribuição (condutores que 
alimentam o quadro de distribuição)
vii. Proteção de retaguarda.
Conceitos básicos – componentes básicos dos circuitos de motores
i. Partida direta (sempre que possível, a partida 
de um motor trifásico de gaiola deve ser 
direta, isto é, feita a plena tensão, por meio 
de um dispositivo de comando (geralmente, 
um contator); geralmente, existem conjuntos 
pré-montados).
ii. Partida indireta (devem ser utilizadas se 
normas da concessionária, requisitos da 
instalação, limites de ampacidade e quedas de 
tensão inviabilizarem a partida direta). Aqui 
temos: chave estrela-triângulo, chave 
compensadora, sistema de partida suave.
A definição da estratégia de acionamento do 
motor elétrico é fundamental para 
dimensionamento do circuito e equipamentos.
Conceitos básicos – tipos de partida de motores
Eventos anormais foco de interesse:
• Sobrecarga contínua;
• Sobrecarga intermitente;
• Redução da tensão de alimentação;
• Tensão de alimentação elevada;
• Rotor bloqueado;
• Temperatura ambiente elevada;
• Circulação deficiente do meio circulante (ar);
• Variação da frequência na rede;
• Funcionamento com correntes desequilibradas;
• Funcionamento com ausência de uma fase. 
Motores elétricos de indução
Acionamentos elétricos
Algumas considerações iniciais genéricas a 
respeito de elementos e dispositivos 
existentes nos circuitos de comandos elétricos
Quando se fala em acionar uma máquina elétrica, o primeiro elemento que vem à mente é 
o de uma chave. Neste caso, visando maior segurança e flexibilidade de comando 
(intertravamento), podemos assumir uma chave especial (chave industrial ou botoeira) em 
que há o retorno para a posição de repouso através de uma mola. 
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.
Conceitos básicos – botoeira ou botão de comando 
Conceitos básicos – botoeira ou botão de comando 
Permitem a combinação de lógicas no comando, bem como a separação dos 
circuitos de potência e comando. 
Uma característica importante é que não há contato físico entre os terminais de 
acionamento e os de potência. 
Construtivamente, podem operar com base em sistemas eletromagnéticos e 
eletrônicos (analógicos e/ou digitais).
Conceitos básicos – relés
São dispositivos eletrônicos 
(analógicos, digitais, termo 
mecânicos) que permitem, em 
função de ajustes, comutar um sinal 
de saída de acordo com a sua função.
Podem operar com retardo na 
energização e/ou na desenergização.
Conceitos básicos – relés temporizadores
São dispositivos de manobra 
mecânica, acionados 
eletromagneticamente, construídos 
para uma elevada frequência de 
operação e cujo arco elétrico é 
extinto no ar, sem afetar o seu 
funcionamento. 
Segundo os limites máximos de 
corrente podem ser classificados 
como contatores de potência ou 
auxiliares. 
Conceitos básicos – contatores
São dispositivos usados com o objetivo de 
limitar a corrente de um circuito, 
proporcionando sua interrupção em casos de 
curtos-circuitos ou sobrecargas de longa 
duração. 
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. 
Conceitos básicos – fusíveis
São dispositivos termomagnéticos para proteção de 
instalações e equipamentos elétricos contra 
sobrecarga e curto-circuito. Eles são equipados com 
um disparador térmico (bimetal) que atua nas 
situações de sobrecarga, e com um disparador 
eletromagnético que atua nos casos de curto-circuito. 
Ambos os sistemas são individualmente ajustados 
para valores adequados à proteção de cargas 
específicas. 
O disjuntor precisa ser especificado através de 
algumas grandezas bem definidas tais como: tensão 
de isolamento, tensão nominal, corrente nominal, 
capacidade de interrupção e tipo de acionamento.
Conceitos básicos – disjuntores
Disjuntores
Disjuntores
DisjuntoresDisjuntores
Disjuntores
Disjuntores
Disjuntores
Disjuntores
São dispositivos construídos para proteger, controlar ou 
comandar um circuito elétrico, atuando sempre pelo efeito 
térmico provocado pela corrente elétrica. 
Os relés térmicos têm como elemento básico o “bimetal’. 
Esse elemento, é constituído de duas lâminas finas 
(normalmente ferro e níquel), sobrepostas e soldadas. Os 
dois materiais apresentam coeficientes de dilatação 
diferentes, dessa forma, um dos metais se alonga mais do 
que o outro quando aquecidos. 
Por estarem rigidamente unidos e fixados, numa das 
extremidades, o metal de menor coeficiente de dilatação 
provoca um encurvamento do conjunto para o seu lado, 
afastando o conjunto de um ponto determinado. Esse 
movimento é usado para diversos fins, como disparar um 
gatilho e abrir um contato elétrico.
Conceitos básicos – relé térmico ou de sobrecarga
Conceitos básicos – simbologia
O contato de selo é um caminho 
alternativo de corrente conectado em 
paralelo com um contato principal 
(por exemplo, uma botoeira com 
retorno por mola, como nas figuras ao 
lado). 
Sua finalidade é de manter a corrente 
circulando mesmo após 
seccionamento do contato principal 
(by-pass).
Conceitos básicos – selo
Processo de ligação entre os 
contatos auxiliares de vários 
dispositivos, pelo qual as posições 
de operação desses dispositivos são 
dependentes umas das outras. 
Através do intertravamento, pode-
se garantir uma sequência de 
comando, evitando-se, por 
exemplo, a ligação de certos 
dispositivos antes que os outros 
permitam essa ligação.
Conceitos básicos – intertravamento
Conceitos básicos – intertravamento
Conceitos básicos – intertravamento
Conceitos básicos – intertravamento
Assim como cada elemento em um 
circuito de comando elétrico tem o 
seu símbolo gráfico específico, 
também, a numeração dos 
contatos e a representação literal 
dos mesmos, tem um padrão que 
deve ser seguido. Um exemplo:
A numeração dos contatos que 
representam os terminais de força 
é assim padronizado:
→ 1, 3 e 5 se referem ao 
circuito de entrada (linha) 
→ 2, 4 e 6 se refere ao circuito 
da saída (terminal) 
Conceitos básicos – simbologia – considerações
Outro exemplo:
A numeração dos contatos auxiliares 
possuem dois dígitos, sendo que o 
segundo dígito possui o seguinte 
padrão: 
→ 1 e 2 se refere a contato 
normalmente fechado (NF ou NC), 
sendo 1 a entrada e 2 a saída. 
→ 3 e 4 se refere a contato 
normalmente aberto (NA ou NO), 
sendo 3 a entrada e 4 a saída.
Para maiores informações deve-se 
consultar a norma NBR 5280 ou a IEC 
113.2.
Conceitos básicos – simbologia – considerações
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)
Conceitos básicos – simbologia – considerações
Conceitos básicos – simbologia – considerações
Conceitos básicos – simbologia – considerações
São dispositivos constituídos por um par de lâminas 
metálicas com diferentes coeficientes de dilatação 
térmica linear que, ao serem percorridos por uma 
corrente elétrica de intensidade ajustável, sofrem 
dilatação que resulta na operação do contato móvel 
do relé. 
Quanto maior for o valor da corrente de sobrecarga, 
menor será o tempo de atuação do relé. Quando 
aplicados à proteção de motores elétricos, os relés 
bimetálicos de sobrecarga são acoplados a 
contatores, que são os elementos de comando do 
circuito. 
Motores elétricos de indução – Relé térmico de sobrecarga
Para um mesmo tipo de contator existem vários relés com 
diferentes faixas de ajustes. O relé ideal para cada tipo de contator 
geralmente é fornecido pelos fabricantes dos contatores. 
A seleção da faixa de ajuste dos relés de sobrecarga deve ser em 
função do regime de serviço do motor. A determinação do tempo 
de atuação da unidade térmica pode ser dada pela Equação:
𝑴 =
𝑰𝒄
𝑰𝒂
em que: 
𝐼𝑎 – corrente de ajuste da unidade térmica temporizada, [A];
𝐼𝑐 – corrente que atravessa o relé, [A]; 
M – múltiplo da corrente ajustada
Motores elétricos de indução – Relé térmico de sobrecarga
Para um mesmo tipo de contator existem vários relés 
com diferentes faixas de ajustes. O relé ideal para cada 
tipo de contator geralmente é fornecido pelos 
fabricantes dos contatores. 
A seleção da faixa de ajuste dos relés de sobrecarga 
deve ser em função do regime de serviço do motor. A 
determinação do tempo de atuação da unidade térmica 
pode ser dada pela Equação:
𝑴 =
𝑰𝒄
𝑰𝒂
em que: 
𝐼𝑎 – corrente de ajuste da unidade térmica 
temporizada, [A];
𝐼𝑐 – corrente que atravessa o relé, [A]; 
M – múltiplo da corrente ajustada
Motores elétricos de indução – Relé térmico de sobrecarga
São detectores térmicos compostos de semicondutores cuja resistência varia em função da 
temperatura. 
São localizados internamente ao motor, embutidos nos enrolamentos, e podem ser ligados em 
série ou paralelo com o circuito de comando do contator. 
Os protetores PTC (Positive Temperature Coefficient - Coeficiente de Temperatura Positivo) 
apresentam coeficientes positivos de temperatura muito elevados. Ao assimilar o aumento da 
temperatura dos enrolamentos acima do máximo permitido, os detectores aumentam 
abruptamente a sua resistência elétrica, provocando a atuação de um relé auxiliar responsável 
pela abertura da chave de manobra do motor. 
Os protetores NTC (Negative Temperature Coefficient – Coeficiente de Temperatura Negativo) 
funcionam de maneira parecida aos termistores PTC, entretanto possuem coeficientes negativos 
de temperatura. Quando aquecidos a um valor acima do máximo permitido, tem o valor de sua 
resistência reduzido abruptamente, provocando a atuação de um relé auxiliar responsável pela 
abertura da chave de manobra do motor. 
Apesar de aparentemente serem elementos de proteção de alta confiabilidade, não são eficientes 
quando os motores estão submetidos a determinadas condições de trabalho, tais como rotor 
travado, desequilíbrio de corrente e partidas prolongadas.
Motores elétricos de indução – Termistores
Acionamentos elétricos
Circuitos de comando e potência 
para partida direta de motores
Conceitos básicos – simbologia – considerações
Circuito de comando e potência para partida direta 
R
S
T
Circuito de comando e potência para partida direta 
R
S
T
R
S
T
R
S
T
R S T
Circuito de comando e potência para partida direta 
S
T
S
T
S
T
S
T
S
T
S
T
R S T
R
Neutro
Máquinas Elétricas
Circuitos de comando e potência para 
partida direta de motores com 
sinalização
Conceitos básicos – simbologia – considerações
Máquinas Elétricas
Circuitos de comando e potência para 
partida direta de motores com reversão
Conceitos básicos – simbologia – considerações
FIM