Comandos Elétricos - Tópico 1

Prévia do material em texto

Comandos Elétricos 
 
 
 
 
Material de Consulta do Aluno 
 
1º Tópico – Motores Elétricos e Dispositivos de Manobra e Proteção 
 
Não só nas industrias, mas nas residências e imóveis comerciais, os motores elétricos 
têm uma grande importância. Não só nas máquinas operatrizes, mas nos 
eletrodomésticos em geral (condicionadores de ar, ventiladores, máquinas de lavar 
roupas etc.). 
 
Nessa etapa do curso iremos aprender a preparar os dispositivos de proteção e 
acionamentos para a instalação desse equipamentos. 
 
 
1.1 – Princípio de funcionamento 
 
A maioria de motores elétricos trabalha pela interação entre campos eletromagnéticos, 
mas existem motores baseados em outros fenômenos eletromecânicos, tais como forças 
eletrostáticas. O princípio fundamental em que os motores eletromagnéticos são 
baseados é que há uma força mecânica em todo o fio quando está conduzindo corrente 
elétrica imersa em um campo magnético. A força é descrita pela lei da força de Lorentz é 
perpendicular ao fio e ao campo magnético. Em um motor giratório, há um elemento 
girando, o rotor. O rotor gira porque os fios e o campo magnético são arranjados de modo 
que um torque seja desenvolvido sobre a linha central do rotor. 
 
Figura 1 - Esquema do funcionamento de um motor 
 
A maioria de motores magnéticos são giratórios, mas existem também os tipos lineares. 
Em um motor giratório, a parte giratória (geralmente no interior) é chamada de rotor, e a 
parte estacionária é chamada de estator. O motor é constituído de eletroímãs que são 
posicionados em ranhuras do material ferromagnético que constitui o corpo do rotor e 
 Comandos Elétricos 
 
 
 
 
enroladas e adequadamente dispostas em volta do material ferromagnético que constitui 
o estator. 
 
 
1.2 – Arquitetura interna 
 
Na figura 2 temos uma vista explodida das partes internas de um motor. Na disciplina 
dedicada aos motores teremos mais detalhes sobre sua construção. 
 
 
Figura 2 - Vista explodida de um motor elétrico 
 
 
 
1.3 – Classificação dos motores 
 
• Motores de corrente contínua 
Os motores de corrente contínua, ou motores DC, precisam de uma fonte de 
corrente contínua, neste caso pode ser necessário utilizar um 
circuito retificador para converter a corrente alternada, corrente fornecida pela 
concessionária de energia elétrica, para corrente contínua. Podem funcionar com 
velocidades ajustáveis entre amplos limites e se prestam a controles de grande 
flexibilidade e precisão. Por isso seu uso é restrito a casos especiais em que estas 
exigências compensam o custo muito mais alto da instalação, ou no caso da 
 Comandos Elétricos 
 
 
 
 
alimentação usada ser contínua, como no caso das pilhas em dispositivos 
eletrônicos. 
Principais motores de CC 
 
ü Ímã Permanente com escova: usam escovas de contato que se conectam 
com o comutador para alimentar o rotor. A construção escovada é menos 
onerosa do que o motor sem escovas e o controle é mais simples e barato. 
Outra característica é que o escovado pode operar em ambientes extremos 
devido à sua ausência interna de componentes eletrônicos. Por outro lado, 
motores escovados exigem manutenção periódica para substituição das 
escovas desgastadas. 
 
ü Imã permanente sem escova (motor CC brushless): usam um ímã 
permanente incorporado no conjunto do rotor. Eles podem usar um ou mais 
dispositivos de Efeito Hall para detectar a posição do rotor e uma eletrônica 
de acionamento associada a ele controla a rotação do eixo (velocidade). Os 
motores Brushless são similares aos motores CA, mas são comutados 
eletronicamente (ESM) de modo que possam ser alimentados em CC. 
 
ü Série: exibem altos torques de partida para cargas permanentemente 
conectadas que são necessárias a fim de evitar danos em condições de alta 
velocidade. estes motores desenvolvem um grande torque e podem ser 
operados a baixas velocidades. eles são mais adequados para aplicações 
industriais pesadas que exigem cargas maiores movendo-se lentamente 
ou cargas mais leves movendo-se rapidamente. 
 
ü Universal (trabalha em CC e CA): O principio de funcionamento do motor 
universal são semelhantes as do motor em série CC. Ele possui armadura, 
coletor, escovas e um enrolamento de campo fixo ao estator. Motor 
universal é o motor monofásico, cujas bobinas do estator são ligadas 
eletricamente ao rotor por meio de dois contatos deslizantes (escova); Esse 
dois contatos, por sua vez, ligam em série o estator e o rotor. 
 
ü Shunt ou paralelo: Um motor cc de excitação separada pode ser definido 
como aquele cujo circuito de campo é suprido a partir de uma fonte de 
potência constante. 
No caso de um motor shunt, o circuito de campo é alimentado diretamente 
através dos terminais de armadura do motor. 
 
 Comandos Elétricos 
 
 
 
 
ü Composto (Composição de shunt e paralelo): Com dois enrolamentos de 
excitação, um em série e outro em derivação, podendo existir o esquema de 
ligação longo ou curto e composto aditivo ou subtrativo. Neste esquema de 
ligação utiliza-se uma combinação da excitação série e shunt, de forma a 
aproveitar os benefícios de ambas as ligações. Em muitas aplicações o 
enrolamento série é utilizado para compensar o efeito desmagnetizante da 
reação de armadura. 
 
• Motores de corrente alternada 
Os motores de corrente alternada, ou motores AC, são os mais utilizados, porque a 
distribuição de energia elétrica é feita normalmente em corrente alternada. 
Seu princípio de funcionamento é baseado no campo girante, que surge quando 
um sistema de correntes alternadas trifásico é aplicada em polos defasados 
fisicamente de 120º. Dessa forma, como as correntes são defasadas 120º elétricos, 
em cada instante, um par de polos possui o campo de maior intensidade, cuja 
associação vetorial possui o mesmo efeito de um campo girante que se desloca ao 
longo do perímetro do estator e que também varia no tempo. 
Os principais tipos de motores CA são: 
ü Motor síncrono: funciona com velocidade constante; utiliza-se de um 
induzido que possui um campo constante pré-definido e, com isso, aumenta 
a resposta ao processo de arraste criado pelo campo girante. É geralmente 
utilizado quando se necessita de velocidades estáveis sob a ação de cargas 
variáveis. Também pode ser utilizado quando se requer grande potência, 
com torque constante. 
 
ü Motor de indução ou assíncrono: funciona normalmente com velocidade 
estável, que varia ligeiramente com a carga mecânica aplicada ao eixo. 
Devido a sua grande simplicidade, robustez e baixo custo, é o motor mais 
utilizado de todos, sendo adequado para quase todos os tipos de máquinas 
acionadas encontradas na prática. Atualmente é possível controlarmos a 
velocidade dos motores de indução com o auxílio de inversores de 
frequência. 
 
 
1.4 – Placa de Identificação 
 
A placa de identificação de um motor contém todas as informações necessárias para a 
especificação e instalação do motor. 
 
 
 Comandos Elétricos 
 
 
 
 
 
Figura 3 - Placa de identificação de um motor 
 
Os principais dados da placa são: 
 
• Potência: É a força que o motor gera para movimentar a carga em uma 
determinada velocidade. Esta força é medida em HP (horse-power), cv (cavalo 
vapor) ou em kW (quilowatt). Ex.: Na placa da figura 3 temos: 75 kW ou 100 CV. 
 
• Tipo de tensão e número de fases: Indica se o motor trabalha em CC ou CA. No 
caso de CA, se é monofásico ou trifásico. Ex.: na placa da figura 3 temos: motor 
CA (~) trifásico (3). 
 
• Tensão: Todos os motores elétricos trabalham com pelo menos duas tensões 
diferentes. Ex.: Na placa da figura 3 temos: 220 V, 380 V e 440 V. 
 
• Corrente nominal (In): É a corrente de consumo do motor tendo como base as 
suas tensões de alimentação: Ex.: Na placa da figura 3 temos: 245 A (220 V), 142 
A (380 V) e 123 A (440 V). 
 
• Rotação: É o número de giros do eixo do motor por uma unidade de tempo. A 
rotação normalmente é expressa em rpm (rotações por minuto). Para a frequência 
de 60 Hz, temos:Motor Rotação síncrona 
 2 polos 3.600 rpm 
 4 polos 1.800 rpm 
 6 polos 1.200 rpm 
 8 polos 900 rpm 
 
 Comandos Elétricos 
 
 
 
 
Obs.: Existe uma diferença entre a rotação síncrona e a rotação efetiva na ponta 
do eixo do motor, que denominamos de escorregamento. 
 
• Grau de proteção: É a proteção do motor contra a entrada de corpos estranhos 
(poeira, fibras, etc.), contato acidental e penetração de água. 
 
Assim, por exemplo, um equipamento a ser instalado num local sujeito a jatos 
d’água, deve possuir um invólucro capaz de suportar tais jatos, sob determinados 
valores de pressão e ângulo de incidência, sem que haja penetração de água que 
possa ser prejudicial ao funcionamento do motor. 
 
O grau de proteção é definido por duas letras (IP) seguido de dois números. O 
primeiro número indica proteção contra entrada de corpos estranhos e contato 
acidental, enquanto o segundo indica a proteção contra entrada de água. 
 
 
 
Figura 4 - Tabelas do grau de proteção 
 
Ex.: Na placa da figura 3 temos: IP55, isto é, proteção contra acúmulo de poeiras 
prejudiciais ao motor e, proteção contra jatos de água vindos de todas as direções. 
 
 
 
 
 Comandos Elétricos 
 
 
 
 
• Classes de isolamento: A classe de isolamento é a especificação do isolamento 
térmico. Ou seja, ele especifica qual é a máxima temperatura que o bobinado do 
motor pode suportar continuamente sem que seja afetada sua vida útil. Existem 
três classes de isolamento: 
B: 135 ºC 
F: 150 ºC 
H: 180 ºC 
 
 
• Fator de serviço (FS): Representa uma "reserva de potência" que o motor possui 
e que pode ser usada em regime contínuo (este tipo de regime é também chamado 
de regime S1, de acordo com as normas nacionais e internacionais). A potência 
que pode ser obtida do motor é assim a potência nominal (indicada na placa) 
multiplicada pelo FS. 
Ex.: Na placa da figura 3 temos: FS igual a 1 
 
 
• Ip/In: Corresponde a corrente absorvida da rede elétrica durante a partida. Essa 
corrente pode variar de 6 a 10 vezes. 
Ex.: Na placa da figura 3 temos: 8 vezes. 
 
 
Fora as informações citadas acima, ainda podemos encontrar: rendimento, fator de 
potência, temperatura de trabalho, peso, configuração das bobinas etc. 
 
 
1.5 – Dispositivos de Manobra e Proteção 
 
Um motor para entrar em funcionamento necessita de dispositivos para o seu 
acionamento e dispositivos para a sua proteção. 
 
 Comandos Elétricos 
 
 
 
 
 
Figura 5 - Esquema do dispositivo de manobra e proteção 
 
 
1.5.1 – Dispositivos de Manobra 
 
Dispositivos de manobras são componentes eletromecânicos ou eletrônicos que são 
responsáveis por impedir ou permitir a passagem de corrente elétrica entre a fonte e a 
carga através de manobras (ligar e desligar). 
 
Eles são instalados no condutor fase e convém lembrar que quando a carga for bifásica 
ou trifásica, o dispositivo de manobra deverá interromper todas as fases simultaneamente. 
 
• Dispositivos mecânicos: Atuam sobre o sistema através da ação direta, como a 
mão do homem, sobre o seu dispositivo de atuação. Dentre eles podemos citar: 
interruptores, botoeiras, chaves fim de curso etc. 
 
 
Figura 6 - Botoeiras 
 Comandos Elétricos 
 
 
 
 
 
Figura 7 - Chaves fim de curso e seccionadora 
 
 
• Dispositivos indutivos: São dispositivos de manobra mecânica, através de um 
campo eletromagnético, construídos para uma elevada frequência de operação. 
Dentre eles o mais conhecido são os contactores. 
 
 
Figura 8 – Contactores 
 
 
• Dispositivos eletrônicos: Utilizam componentes eletrônicos e microprocessados 
para o acionamento das cargas. Muitos deles englobam até dispositivos de 
proteção, como é o caso do Inversor de Frequência. 
 
 
Figura9 - Inversor de frequência 
 Comandos Elétricos 
 
 
 
 
1.5.2 – Dispositivos de Proteção 
 
Os dispositivos de proteção tem como finalidade a proteção de equipamentos, circuitos 
eletroeletrônicos , máquinas e instalações elétricas, contra alterações da tensão de 
alimentação e intensidade da corrente elétrica. 
 
Nesta disciplina trataremos apenas dos dispositivos de proteção para motores elétricos. 
Dentre eles podemos citar: 
 
• Fusíveis: São dispositivos cuja principal característica é a proteção contra curto-
circuito (aumento brusco da intensidade da corrente elétricas ocasionada por falha 
no sistema de energia ou operação máquina/operador). 
 
Conforme as Normas DIN 57636 E VDE 0636 são componentes cuja a função 
principal é a proteção dos equipamentos e fiação (barramentos) contra curto-
circuito, atuando também como limitadores das correntes de curto-circuito. 
 
Classe Funcional dos Fusíveis - A IEC utiliza a montagem com 2 letras, sendo que 
a primeira letra, denomina a "Faixa de Interrupção" , ou seja, que tipo de 
sobrecorrente o fusível irá atuar, que são elas: 
g - Atuação para sobrecarga e curto, fusíveis de capacidade de interrupção em 
toda faixa; 
a - Atuação apenas para curto-circuito, fusíveis de capacidade de interrupção em 
faixa parcial. 
 
A segunda letra, denomina a "Categoria de Utilização", ou seja, que tipo de 
equipamento o fusível irá proteger, que são elas: 
L/G - Cabos e Linhas/Proteção de uso geral; 
M - Equipamentos de manobra; 
R – Semicondutores; 
B - Instalações de minas; 
Tr – Transformadores; 
 
Principais fusíveis utilizados no mercado: 
gL/gG - Fusível para proteção de cabos e uso geral (Atuação para sobrecarga e 
curto); 
aM - Fusível para proteção de motores; 
aR - Fusível para proteção de semicondutores. 
 Comandos Elétricos 
 
 
 
 
 
Figura 10 - Tipos de fusíveis 
 
• Relé: são dispositivos projetado com a característica de proteger os equipamentos 
contra a sobrecarga (aumento da intensidade da corrente elétrica de forma 
gradual). 
 
Os relés utilizados comumente como dispositivos de segurança podem ser do tipo 
eletromagnéticos e Térmico. 
 
Os relés térmicos tem como princípio de atuação a deformação de um bimetal. O 
bimetal é formado por duas lâminas de metais diferentes (normalmente ferro e 
níquel) cujo coeficiente de dilação é diferentes, e com o aumento da temperatura 
provocado pelo aumento da circulação de corrente pelo bimetal este se deforma. 
 
Figura 11 - Relé térmico 
 
Relés Eletromagnéticos tem sua atuação baseada na ação eletromagnética 
provocada pela circulação da corrente elétrica numa bobina. Os tipos de relés 
mais comuns são: 
ü relé de mínima tensão 
ü relé de máxima corrente. 
 
 Comandos Elétricos 
 
 
 
 
Os relés de mínima tensão monitoram a tensão mínima admissível (limiar mínimo 
de tensão), são regulados aproximadamente em 80% do valor nominal da tensão. 
Quando a tensão for inferior a este limiar o relé atua e interrompe o circuito de 
alimentação. 
 
O relé de máxima corrente é utilizado para monitorar a circulação de corrente 
quando ocorre o aumento de corrente acima do valor determinado o relé atua e 
interrompe o circuito de alimentação. 
 
 
Figura 12 - Relé de máxima e mínima tensão 
 
• Disjuntores Motores: O disjuntor motor é um dispositivo desenvolvido para a 
proteção de motores, podem ser construídos apenas para a proteção de curto-
circuito (magnéticos) ou termomagnético (curto-circuito e sobrecarga) . Possui 
ajuste na proteção de sobrecarga (térmico), este ajuste do térmico possibilita uma 
melhor atuação no caso de sobrecarga em relação a disjuntores com o térmico 
fixos. 
 
Figura 13 - Disjuntor guarda motor 
 Comandos Elétricos 
 
 
 
 
1.5.3 – Dispositivos de sinalização 
 
São componentes utilizados para indicar o estado em que se encontra um painel de 
comando ou processo automatizado. As informações mais comuns fornecidas através 
destes dispositivos são : ligado, desligado, falha e emergência. 
 
Podem ser do Tipo Sonoro e/ou Visual. 
 
Figura 4 - Sinalizadores visuaisLinks para acesso aos vídeos do YouTube 
 
https://www.youtube.com/watch?v=dPKzVcfjL_o – Arquitetura interna do motor. 
 
https://www.youtube.com/watch?v=JFpA5cVOKMg – Placa de identificação de um motor. 
 
https://www.youtube.com/watch?v=JA7unE-exYw - Dispositivos de manobra e proteção. 
 
 
 
Bibliografia 
 
https://pt.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9trico – último acesso em 24/03/2018 às 
09h01min. 
 
http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-guia-pratico-de-treinamento-de-motores-
eletricos-50009256-guia-rapido-portugues-br.pdf - último acesso em 24/03/2018 às 
11h07min. 
 
https://www.mundodaeletrica.com.br/o-que-sao-dispositivos-de-manobra/ - último acesso 
em 24/03/2018 às 13h58min. 
 
http://www.joinville.ifsc.edu.br/~matsumi/geral/Comandos_Eletricos/Aula_Comandos_Eletr
icos_Industriais.pdf - último acesso em 25/03/2018 às 20h32min. 
 
WEG, Acionamentos. Informações Técnicas. Comando e proteção para motores Elétricos. 
 Comandos Elétricos 
 
 
 
 
Jaraguá do Sul, 1990. 
 
NETO, J. A. A., Apostila de comandos elétricos. 
 
FRANCHI, C. M. Acionamentos Elétricos. 4ª ed. São Paulo: Érica, 2008.