Atividades de Aprendizagem - Acionamentos Elétricos

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Aap1 – Acionamentos Elétricos
1)
O sistema de controle elétrico pode ser Malha Aberta ou Malha Fechada. No sistema em malha aberta o dispositivo de controle ocorre em 'Linha' e a saída não sofre a transformação do sinal, contudo com o passar do tempo, sistema vai se ajustando. No sistema em malha fechada o ajuste e controle é realizado em tempo real e o sinal de saída é reaproveitado realimentando a entrada dos sistema, também chamado de Feedback. A Figura-1 ilustra ambos os sistemas: malha aberta e malha fechada.
 
Figura-1 - Sistema em Malha Aberta e Sistema em Malha Fechada
 
Fonte: Mello, 2017.
A seguir assinale a alternativa em que todos os componentes são controladores de Malha Fechada.
c) Pressostato, fotocélula e sensor de fim de curso
2)
Os movimentos lineares e rotativos são também determinantes na análise para a seleção do motor e sistema de transmissão mecânica. Consequentemente afetam o tipo de acionamento para partida dos motores que irá garantir na carga os requisitos de torque e velocidade necessários. O modelo de movimentação rotativo é o movimento natural do motor elétrico.
 
Com base nas características de um motor elétrico, avalie as seguintes afirmativas assinalando (V) para as verdadeiras ou (F) para as falsas:
 
(    ) A forma como o motor elétrico será instalado não demanda análise sobre a sua forma construtiva.
(    ) Não recomenda-se utilizar um motor que foi dimensionado para trabalhar no sentido vertical sendo que foi projetado para trabalhar no sentido horizontal.
(    ) A implantação de suporte para o motor pode aumentar a proporção de perdas do conjunto de alimentação.
(    ) O processo de manutenção, quando falho, contribui para depreciação do motor.
A seguir assinale a alternativa que apresenta a sequência correta.
a)
 F - V - V - V.
3)
O que diferencia entre os movimentos rotativos e lineares, apesar de usarem semelhantes sistemas mecânicos de transmissão é a forma como deslocam a carga. Nos modelos rotativos, a carga ou os efetuadores giram sobre o mesmo eixo. Já nos modelos lineares, a carga ou os efetuadores apenas deslocam do ponto A ao B. Esses conjuntos mecânicos lineares são facilmente encontrados para movimentação de portões, deslocamento de peças em sistemas prismáticos e até na atuação dos eixos de um torno CNC, onde podem resultar em muitas perdas na sua eficiência, caso se utilize conjuntos com folgas ou mal dimensionados.
Tendo como referência um motor para uma transmissão mecânica, avalie as seguintes afirmativas:
 
I - Cargas de torque constante são aplicações que mantém constante o torque, ainda que a velocidade da carga esteja aumentando ou diminuindo;
II - Cargas de torque variável são proporcionais a velocidade;
III - Cargas de potência constante, a velocidade é inversamente proporcional ao torque, quanto maior o torque menor a velocidade de trabalho;
IV - Cargas com inércia elevada, necessitam de baixo torque para entrar em movimento e alto torque para mantê-la.
A seguir assinale a alternativa que corresponda aos requisitos de cargas para motores elétricos:
c)
Apenas as afirmativas I, II e III estão corretas.
4)
A transmissão de um movimento ou da velocidade de rotação pode-se apresentar por uma relação de transformação
 
Sendo,
i     Relação de transmissão com polias, engrenagens ou elementos motores;
n1  Velocidade de rotação da polia/engrenagem 1;
n2  Velocidade de rotação da polia/engrenagem 2;
D1  Diâmetro da polia/engrenagem 1
D2  Diâmetro da polia/engrenagem 2
Z1  Número de dentes da polia/engrenagem 1
Z2  Número de dentes da polia/engrenagem 2
 
Com base nas informações disponíveis e na equação que estabelece sua relação de transformação, avalie o seguinte cenário:
 
Para a Figura-1, se a transmissão é dada a partir da engrenagem 1 de 12 dentes, pela engrenagem 2 de 13 dentes e para engrenagem 3 de 22 dentes, sendo a velocidade na engrenagem 1 é 20 rad/s, avalie as seguintes afirmativas que seguem, assinalando (V) para as verdadeiras ou (F) para as falsas:
 
Figura-1 - Sistema com três Engrenagens.
Fonte: Mello, 2017.
 
(     ) A relação entre a engrenagem 2 e 3 é de 1,6923.
(     ) A velocidade de saída na engrenagem 3 é 10,9091 rad/s
(     ) A velocidade na engrenagem 2 é 20 rad/s.
(     ) A relação de velocidade entre a engrenagem 1 e 3  é 1,6923.
Agora assinale a alternativa com a sequência correta.
c)
V - V - F - F.
Aap2 - Acionamentos Elétricos
1)As partidas indiretas, ao contrário da direta, tem por diferenciação que por causa do tratamento de métodos pode-se reduzir as altas correntes de partida por meio de redução da tensão nos enrolamentos do motor. Um caso clássico disso é a partida estrela-triângulo ou :
 
Figura 1 - Fechamentos estrela e triângulo.
 
A ligação em estrela dos enrolamentos do motor, como pode-se observar na Figura 1, proporciona uma maior impedância e menor tensão nas bobinas reduzindo a corrente de partida, ocasionando uma perda do torque de partida. E realizando a transformada para triângulo, reduz a corrente de consumo em aproximadamente 30% relacionado a partida direta.
Para a realização da partida estrela-triângulo automática necessita-se de:
Alternativas:
· a) 3 contatores motor, 1 relé/contator temporizador, sendo que o tempo associado para mudança de estrela para triângulo deva ser de pelo menos 10% da corrente nominal do motor. 
2) Quando desejamos parar um motor elétrico, geralmente o fazemos desenergizando-o, para que a própria carga acoplada realize a parada da rotação do eixo por inércia, entretanto, em alguns casos necessita-se de paradas mais rápidas, como torque frenante, que aquece muito o motor, sendo um mecanismo que força a reversão com sistema acionado. Outras formas de frenagem podem ser:
 
a) frenagem dinâmica que conecta ao motor, após desenergizado, caixas de resistências para dissipar a energia eletromecânica em calor;
b) frenagem por injeção CC, no qual a corrente contínua força um alinhamento entre o rotor e o estator parando o motor; ou;
c) através de freios de atrito eletromecânico.
 
Tendo por base as formas de frenagem de motores elétricos, avalie as seguintes asserções e a relação proposta entre elas:
 
I. Os freios de atrito eletromecânico o eixo do motor permanece estacionário após a parada;
 
PORQUE
 
II. Há um conjunto mecânico composto por um tambor fixado no eixo e com sapatas usadas para frenagem, através de uma mola.
A seguir assinale a alternativa correta a respeito das asserções do freio de atrito eletromecânico:
e) As asserções I e II são verdadeiras, e a II justifica a I.
3) As partidas indiretas são os tipos de partidas que produzem altas correntes e tensões elétricas através de mecanismos e métodos aplicados aos enrolamentos dos motores, seja pelo acionamento manual ou eletromecânico de contatores. Assim, avalie as seguintes afirmativas assinalando (V) para as Verdadeiras ou (F) para as Falsas:
 
(     ) A partida estrela-triângulo um dos métodos mais utilizados, cujo acionamento permite que a corrente de partida possa ser reduzida e em segunda etapa, após acionamento de contator temporizador e comutação de contatos auxiliares, atingir a velocidade plena;
(     ) A partida compensadora que utiliza um conjunto de contatores para permitir uma tensão proporcional ao enrolamento;
(     ) Os soft-starters mecanismos de chave eletrônica de partida, que como nome sugere partida suave;
(     ) Os inversores de frequência que são os principais responsáveis pelo controle de velocidade em motores elétricos através do controle do seu campo elétrico.
A seguir assinale a alternativa com a sequência correta.
· b) V-F-V-F.
4) Caracteriza-se como partida de motor elétrico trifásico a forma pela qual é concebida a alimentação elétrica ao motor, de forma direta ou indireta, para que este venha a iniciar seu funcionamento. A Figura-1 ilustra os três enrolamento de um motor trifásico, porém ainda não conectados:
 
Figura-1 Enrolamentos de um Motor Trifásico
Fonte: Mello, 2017.
Com base na Figura-1, assinale a alternativa que apresenta corretamente o procedimento para ofechamento das bobinas desse motor trifásico, na configuração delta triângulo, conectando seus enrolamentos através nos pontos de 1 à 6.
· Ligar os pontos 1 e 6, e conectar a fase R; ligar os pontos 2 e 4, e conectar na fase S; ligar os pontos 3 e 5, e conectar na fase T.
Aap3 – Acionamentos Elétricos
1)
Fusíveis, relés de sobrecarga e disjuntores são equipamentos de proteção bastante comuns em diagramas e sistemas nos quais exijam a segurança de equipamentos e trabalhadores. Veja por exemplo a Figura 1 que denota um tipo de partida direta de motores trifásicos no qual estão identificados como A o elemento do relé de sobrecarga e como B fusíveis unipolares (um para cada fase).
 
Figura 1 - Diagrama de partida direta reduzida.
 
Os fusíveis uma vez entrado em atuação por sobrecorrente (corrente acima da suportada pelo equipamento), rompe o elemento interno e interrompe a passagem de corrente para todo circuito, e neste caso, está para descarte e substituição por um novo para que o sistema volte ao funcionamento.
Os relés de sobrecarga e disjuntores, se desarmados, permite o rearme do sistema; os relés de sobrecarga só poderão ser reiniciados se o par bimetálico estiver em estado resfriado; já os disjuntores poderão ser reiniciados quando ainda estiverem aquecidos, contudo não recomenda-se.
 
São características do:
( 1 ) Fusíveis
( 2 ) Relés de sobrecarga
( 3 ) Disjuntores
 
 
(    ) Atuam em proteção de sobrecorrentes, havendo casos de sobrecarga utiliza-se elementos bimetálicos, e caso curto-circuito, eletromagnéticos de bobina.
(    ) Há modelos unipolar, bipolar, tripolar e tetrapolar.
(    ) Atuação única, após o rompimento do filamento necessita da troca por outro não atuado.
(    ) Não permite ajuste de tempo nem de corrente.
Baseado nos conceitos dos funcionamentos dos fusíveis, relés de sobrecarga e disjuntores, assinale a alternativa correta.
· c) 3 - 3 - 1 - 1.
· 
2)
· Os fusíveis (Figura 1) uma vez entrado em atuação por sobrecorrente (corrente acima da suportada pelo equipamento), rompe o elemento interno e interrompe a passagem de corrente para todo circuito, e neste caso, está para descarte e substituição por um novo para que o sistema volte ao funcionamento e não permite ajuste de tempo nem de corrente.
·  
· Figura 1 - Simbologia do fusível.
· 
·  
· Tabela 1 - Classe de serviço de fusíveis.
· 
·  
· As classes de serviço apresenta-se os dados de classificação do fusível em relação ao tipo do serviço, em função e objetos protegidos.
· Seja um fusível que contenha a identificação 10 a M, o que significa?
· e) Um fusível de proteção de corrente de 10 Ampères, sendo limitador de corrente, que atua na presença do curto-circuito e utilizado na proteção de circuitos motores.
· 
3)
· Nos relés de sobrecarga, o dimensionamento envolve pequenas análises, tanto do ambiente de instalação como do tipo de carga a ser acionada. Com relação ao ambiente de instalação, caso a temperatura possa interferir, é utilizado o relé com compensação térmica, de forma que o funcionamento do mesmo ficará apenas no monitoramento da corrente elétrica e seus efeitos de aquecimento do bimetal. A outra análise se dá pelo tempo de partida necessário, a corrente de consumo do motor e a classe de serviço do mesmo.
·  
· Com base nos efeitos de sobrecarga em relés, avalie as seguintes asserções e a relação proposta entre elas:
·  
· I. O funcionamento dos relés de sobrecarga baseia-se no monitoramento da corrente elétrica que passa por ele e segue até a carga. Para este monitoramento, é utilizado um par bi metálico, ou seja, duas lâminas com coeficientes térmicos diferentes, em que a corrente que passa pelo relé, e internamente passa pelas lâminas, podem resultar no deslocamento da junção, conforme a transferência de calor.
·  
· PORQUE
·  
· II. Quem define a sensibilidade na percepção do aumento da corrente é o parafuso de parametrização para operação e ajuste de corrente da carga.
· Analise as asserções e assinale a alternativa correta sobre o funcionamento dos relés de sobrecarga.
· b) As asserções I e II são verdadeiras e a II é uma justifica da I.
4) Os elementos de entrada são dispositivos responsáveis por identificar e apontar os mecanismos que deverão ser acionados. Estão entre eles as botoeiras, interruptores, sensores em geral.
 
Os interruptores e botoeiras geralmente possuem 3 tipos possíveis de funcionalidade sendo:
 
- NA (normalmente aberto);
- NF (normalmente fechado);
- Comutador (tanto NA quanto NF).
Sobre o funcionamento das botoeiras do tipo NA e NF, assinale a alternativa correta:
d) Os contatos do tipo NA são elementos que quando acionados permitem a passagem de corrente elétrica; já os contatos do tipo NF quando acionados não permitem a passagem de corrente elétrica.
Aap4 – Acionamentos Elétricos
1)
O controle por acionamento de controle escalar apresenta a relação entre a tensão e a frequência para o controle da tensão e consequentemente da frequência, que atua de forma mais simples, contudo, uma regulação desbalanceada e inadequada podem incorrer de elevar muito a tensão e a frequência de acionamento. Este tipo de acionamento não deve ser aplicado para motores que necessitem de alta precisão no controle de velocidade e é aplicado para o controle em malha aberta.
O controle em malha fechada interna, sem uso de sensores, utiliza-se de recurso interno (circuito interno) para o controle de realimentação, torna o sistema mais simples e pode-se manter a velocidade e torque bem próximo do valor desejado; entretanto, o seu controle em baixas velocidades também limita o torque.
Já o controle em malha fechada externa, com uso de sensores, como o encoder, permite um controle mais acurado pois pode-se verificar a posição e velocidade do eixo, além de informar ao controlador o toque e a potência real a serem produzidos pelo motor.
 
Conhecendo as características dos conversores escalar e vetorial de malha fechada, associe as colunas:
 
	I. Consegue segurar carga com velocidade zero.
	1. Malha Aberta: Escalar
2. Malha Fechada: Interna
3. Malha Fechada: Externa
	II. Regulação de velocidade pelo escorregamento.
	
	III. Controle de torque limitado pelo torque nominal.
	
	IV. Média precisão de velocidade.
	
Baseado nos elementos de característica em malha aberta (conversor escalar) e malhas fechadas (conversor vetorial Interna e Externa), assinale a alternativa correta:
d)
I-3; II-1; III-2; IV-2.
2)
Ao controlar os circuitos analógicos digitalmente, os custos do sistema e consumo de energia podem ser reduzidos, incluindo microcontroladores ou conversores de frequência utilizando PWM (Pulse Width Modulation, ou modulação por largura de pulso). Consistindo em codificar digitalmente níveis de sinais analógicos por binários e interpolação, como na Figura 1.
 
Figura 1 - Representação de um sinal elétrico através de binários (discretização).
Fonte: MELLO, 2018.
 
O sinal PWM é digital, pois em determinados instantes de tempo, encontra-se totalmente alimentado ou totalmente desligado, fonte de corrente contínua. Vale ressaltar, que o controle encontra-se com corrente contínua devido a retificação por ponte de diodos, ou por fonte externa de alimentação.
E como o PWM sugere, pode-se apresentar os instantes de ativação ou desativação dependendo da largura do pulso de configuração, como apresentado na Figura 2.
 
Figura 2 - Controle da largura de pulso através de porcentagens.
Fonte: Citisystems <http://www.citisystems.com/pwm>, 2017.
 
No caso de chaveamento alternado de interruptores, a saída do inversor de frequência possui forma retangular, ou valores associados por interpolação de pontos discretos. No entanto, para alterar a frequência de trabalho do motor para 30 Hz utiliza-se a técnica dos PWMs para poder controlar o "duty cycle" do motor com maior precisão.
Assinale a alternativa que apresente um característica do uso de inversores/conversores de frequência para motores.
b) 
Aumenta a produção com controle de processo em PWM.
3)
A eficiência energética consiste em uma atividade para melhorar o usode fontes de energia, incluindo a utilização racional de energia. Este conceito não é diferente para motores elétricos e seus acionamentos, sendo um mecanismo atrativo para o uso de conversores/inversores de frequência.
Para implantação e implementação da eficiência energética é necessário fazer o levantamento do consumo de equipamentos e aparelhos conectados a rede elétrica. Além disso, faz se necessário o uso de aparelhos medidores com memória de massa (analisador de energia), apresentando valores e gráficos. Quando se tem um painel CCM (Centro de Controle dos Motores) as medições são feitas através do ponto de alimentação principal, obtendo os dados de consumo, níveis de tensão e corrente, além de distorções harmônicas por um período de no mínimo 24 horas.
Na ausência do CCM, como são realizadas as medições?
b)
Na ausência do CCM, as medições poderão ser realizadas pelos terminais dos motores, com medições para menores de 5 cv, de pequenas durações (4 h em média).
4)
O dimensionamento a ser realizado para seleção dos inversores e conversores de frequência é realmente simples, quando são utilizadas as recomendações inerentes ao catálogo do fabricante. Desta forma, não visa-se uma única aplicação e também não podem ser consideradas as características da carga a ser acionada.
Como foi visto em exercícios anteriores, os riscos da má parametrização pode ocasionar danos sérios aos equipamentos a ele associado, além de comprometer o correto funcionamento assim como má adequação de submissão do motor selecionado.
O que se deve observar para a seleção do motor elétrico?
c)
Os motores de alta potência demandam conversores de frequência muito grandes, que eleva o custo de aquisição, uma prática para torná-los mais viáveis economicamente usando tensões elevadas (desde que disponíveis na rede de alimentação).