Laboratorio 1_Claudia Sabrina (1)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS ENGENHARIA ELÉTRICA – ELETROTÉCNICA DEPARTAMENTO DE ELETRICIDADE
CLAUDIA SABRINA MONTEIRO DA SILVA - 21553722
LABORATÓRIO DE ACIONAMENTOS DE MÁQUINAS ELÉTRICAS LABORATÓRIO 1: IDENTIFICAÇÃO DE DISPOSITIVOS DE COMANDO E PROTEÇÃO
MANAUS – AM 2018
CLAUDIA SABRINA MONTEIRO DA SILVA - 215537221
LABORATÓRIO DE ACIONAMENTOS DE MÁQUINAS ELÉTRICAS LABORATÓRIO 1: IDENTIFICAÇÃO DE DISPOSITIVOS DE COMANDO E PROTEÇÃO
Relatório apresentado com requisito parcial para obtenção de nota na disciplina Laboratório de Acionamentos de Máquinas Elétricas
Professor: Dr. Helder Cruz da Silva
MANAUS – AM 2018
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO	3
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA	4
FUSÍVEIS	4
Fusível tipo D	6
Fusível tipo NH	7
RELÉ	8
DISJUNTORES	10
CONTATORES	11
MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO	14
CONCLUSÃO	17
REFERÊNCIAS	18
10
INTRODUÇÃO
Neste trabalho são apresentadas as primeiras observações realizadas na primeira aula de laboratório de acionamentos de máquinas elétricas, afim de fixar os conhecidos obtidos referentes aos equipamentos que serão utilizados.
Foi realizada uma breve apresentação dos componentes, tais como, fusíveis, relés, contatores e motor trifásico, além da realização de uma explicação do funcionamento de cada um, com o objetivo de registar esses elementos e discutir as suas principais características.
Portanto, será apresentado o conceito e funcionamento de cada um dos elementos existentes que serão utilizados para realização dos circuitos de comando e de potência.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Ao conectarmos um equipamento a uma rede elétrica estes passam a estar sujeitos a uma falha elétrica ou de circunstancias que acarreta problemas na rede elétrica. Existem falhas que podem ocorrer no sistema elétrico de potência, como é o caso da sobretensão, queda de tensão, desequilíbrio ou falta de fases, além de curtos-circuitos e rotor bloqueado.
Ao realizarmos a partida de um motor, podem ocorrer avarias causadas por perturbações na rede de alimentação, portanto, os dispositivos de partida dos motores devem ser providos de:
a) Proteção contra curtos-circuitos: para detectar e interromper o mais rápido possível correntes anormais inferiores a dez vezes a corrente nominal (𝐼𝑛).
b) Proteção contra sobrecargas: para detectar aumentos da corrente de 10𝐼𝑛 e interromper a partida antes que o aquecimento do motor e dos condutores provoque a deterioração dos isolantes.
Os equipamentos que podem ser utilizados para proteção são: fusíveis, disjuntores, relés de proteção térmica, relés de proteção eletrônica, relés de medição ou aparelhos que integrem múltiplas funções.
1. FUSÍVEIS
Os fusíveis são componentes de circuito de alimentação, que realiza a proteção contra curto-circuito, além de proteger as linhas de alimentadoras, preserva os próprios dispositivos de comando em caso de curto circuito interno, atuando também como limitadores das correntes de curto-circuito.
O elemento fusível possui um fio ou uma lâmina, geralmente de cobre, prata, estanho chumbo ou liga, alocado no interior do corpo fusível, em geral, de porcelana e hermeticamente fechado. A maioria dos fusíveis possui um indicador que permite verificar a integridade do elo fusível. Portanto, o fusível é um elemento de proteção que pela fusão de um dado componente dimensionado para tal fim (o elo fusível) secciona o circuito no qual está inserido.
Portanto, um fusível, normalmente tem a sua estrutura formada por:
· Fusível - Onde contém o elo fusível que se funde quando percorrido por uma corrente maior a nominal durante um tempo especificado;
· Base - Parte fixa do dispositivo constituída de porcelana em que é conectada a entrada/saída de energia por meio de contatos e terminais e aloja todos os componentes da segurança D;
· Tampa / janela - de porcelana com um corpo metálico roscado. Sua função é fixar o fusível à base;
· Anel de proteção - Elemento de porcelana num formado de anel que tem função evitar a possibilidade de um contato acidental na troca do fusível;
· Parafuso de ajuste - dispositivo de porcelana com parafuso metálico que faz a união de entrada de energia elétrica para o fusível e tem como função impedir o uso de fusível de capacidade de corrente superior a indicada.
Figura 1 - Componentes do elemento fusíveis
Em relação as características dos fusíveis, temos:
· Corrente nominal - é o valor da corrente que o fusível aguenta sem se fundir. Esse valor normalmente está indicado no corpo do fusível;
· Corrente de ruptura - é o maior valor de uma corrente que o fusível tem capacidade para interromper;
· Corrente convencional de atuação - é o valor exato de uma corrente que faz o fusível atuar em um tempo definido;
· Curva característica - é a apresentação da relação entre o tempo necessário para a interrupção devido a corrente. Essa curva determina se o fusível é rápido ou retardado, dependendo do tempo de atuação;
· Elo fusível - o elo do fusível pode ser feito de chumbo ou estanho. O chumbo se funde a 327ºC e o estanho a 232ºC.
A velocidade com que o fusível se rompe varia de acordo com o material utilizado na fabricação. Isso porque o tempo que ele leva para se fundir é proporcional ao quadrado da
corrente aplicada e da inércia térmica do material do elo. Essa velocidade pode ser muito rápida, rápida, média, lenta ou muito lenta.
1.1 Fusível tipo D
Os fusíveis gL/gG tipo D - diametral, são montados em corpo cerâmico de alta qualidade e preenchimento com areia de quartzo. Dispõe de acesso frontal que permitem verificação de status dos fusíveis através de uma ponta de prova de tensão. Este fusível é utilizado em utilizado em residências ou na indústria, no caso, para correntes nominais de 2 a 63 A, com uma capacidade de ruptura de 50kA e tensão máxima de 500V.
Figura 2 – Fusível Diazed do laboratório de acionamentos
Figura 3 - Estrutura de um fusível tipo D
1.2 Fusível tipo NH
Os fusíveis tipo NH são utilizados para proteção de instalações elétricas industriais de sobrecorrentes de curto-circuito. Sua categoria de utilização é “gL/gG”, podendo ter seis tamanhos diferentes e com correntes nominais que varia de 6 a 1250A. Eles também são limitadores de corrente e possuem alta capacidade de interrupção (120kA) e tensão máxima de 500V.
São próprios para proteger os circuitos de sobrecargas de curta duração, mantendo suas características conforme sua curva tempo x corrente. Característica importante é a limitação da intensidade das correntes de curto circuito em virtude do pequeno tempo de fusão. Seus valores de energia de fusão e interrupção facilitam a determinação da seletividade e coordenação da produção.
Portanto, NH: N = baixa tensão; H = Alta capacidade de interrupção.
1.2.1 Partes constituintes do fusível NH
Base – possui um material de construção à base de esteatita, sendo seus contatos (facas) prateados, o que proporciona perdas muito reduzidas no ponto de ligação e o corpo de esteatita para garantir a segurança total;
Fusível – tem seu corpo de porcelana com extremidade metálica em forma de faca. Dentro do corpo encontra-se o elo fusível e o elo indicador de queima, imerso em uma areia especial que tem como função a extinção do arco voltaico;
Elo fusível - feito de cobre em forma de lâminas vazadas em determinados pontos a fim de reduzir a seção condutora;
Elo indicador de queima - constituído por um fio fino ligado em paralelo com o elo fusível.
Além disso, com o uso de punhos pode se garantir manuseio seguro na montagem ou substituição do fusível, para isso, os fusíveis NH também contam com acessórios como o saca- fusível e placa divisória.
Figura 4 – Estrutura do fusível tipo NH.
Figura 5 - Fusível tipo NH laboratório de acionamentos
2. RELÉ
Figura 6 - Saca fusível
O relé é um dispositivo é formado praticamente por uma bobina e pelos seus conjuntos de contatos.
Figura 7 – Estrutura de um relé
Portanto, podemos definir o relé como sendo um dispositivo elétrico destinado a produzir modificaçõessúbitas e predeterminadas em um ou mais circuitos elétricos de saída, quando alcançadas determinadas condições no circuito de entrada, que controla o dispositivo. Logo, o relé não possui a função de interromper o circuito principal, mas sim de fazer atuar o seu sistema de manobra. Sendo assim, ele funciona como uma chave automática comutadora que atua pela alteração de algumas variáveis predeterminadas como temperatura, corrente elétrica, ar e campo magnético
É possível observar na figura 7 que o relé possui um ponto comum de ligação entre o contato normalmente aberto (NA) e o contato normalmente fechado (NF), e os relés podem ter vários grupos de contatos (C, NA e NF), também chamados de contatos reversíveis.
O relé de sobrecarga é um dispositivo de proteção cuja operação é baseada em um método indireto de detecção de sobrecarga em motores, em que é criado um modelo térmico do motor a ser protegido por um elemento térmico.
Um relé térmico tripolar possui três bimetálicos, sendo cada um deles constituído por dois metais unidos e com diferentes coeficientes de dilatação e um enrolamento de aquecimento em volta de cada bimetálico. Cada enrolamento de aquecimento é ligado em série com uma das fases do motor.
A atuação do dispositivo é produzida pelo movimento relativo de elementos mecânicos com diferentes coeficientes de dilatação, sob a ação das correntes de entrada, em que as duas lâminas de metais diferentes quando aquecidos dilatam diferentemente, curvando o conjunto.
Figura 8 - Principio de construtivo de um relé de sobrecarga bimetálico.
O relé térmico não protege a linha em caso de curto-circuito e deve ser associado a fusíveis de proteção para que a proteção da partida do motor esteja completa.
Figura 9 - Relé de sobrecorrente existente no laboratório.
3. DISJUNTORES
Os disjuntores são dispositivos magneto-térmicos para proteção de instalações e equipamentos elétricos, sendo empregados para efetuar a proteção elétrica do circuito com a detecção de sobrecorrentes e da abertura do circuito, além de serem utilizados para permitir comandar, por meio da abertura e fechamento voluntário sob cargas, seus respectivos circuitos em que são instalados.
Eles oferecem larga margem de escolha de corrente nominal e em muitos casos podem admitir ajustes nos disparadores, o que, além de ampliar a margem de escolha. Simplifica a
coordenação com os outros dispositivos de proteção. Ele pode ser religado após ter atuado sem a necessidade de substituição e permite o comando a distância em alguns casos.
O funcionamento dos disjuntores térmicos ocorre através da deformação de uma lâmina bimetálica, quando acontece uma sobrecarga e a corrente elétrica neste disjuntor é maior que a aceitável, a lâmina bimetálica se aquece por efeito joule e começa a se deformar, este deformamento age diretamente em um contato que em determinado nível de deformação abre o contato seccionando o circuito protegido por este disjuntor.
Figura 10 - Partes constituintes de um disjuntor
Estes dispositivos possuem dois níveis de proteção, sendo eles: contra sobrecorrentes pequenas e moderadas através de disparadores magnéticos ou térmicos e; contra corrente de curto-circuito através de disparadores eletromagnéticos.
Figura 11 – Disjuntores do laboratório
4. CONTATORES
Sendo um dispositivo mecânico de manobra, o contator pode estabelecer, conduzir e interromper correntes elétricas em condições normais de cargas como motores, iluminação,
banco de capacitores, resistências e circuitos auxiliares, entre outros. Assim, a partir de um circuito de comando, ele faz o controle de cargas em um circuito de potência.
Portanto, contatores são os elementos principais de comando eletromecânicos que permitem o controle de elevadas correntes por meio de um circuito de baixa corrente. Sendo caracterizado como uma chave de operação não-manual, eletromagnética.
Os contatores são compostos por contatos móveis, onde os eletromecânicos podem ser divididos em dois tipos principais: os contatores auxiliares e os de potência, classificação relacionada à disposição de seus contatos no dispositivo. O primeiro é utilizado para ligar e desligar circuitos de comando, sinalização, controle, interface com processadores eletrônicos, etc., enquanto o de potência é usado como chave de ligação e desligamento de motores e outras cargas elétricas.
O seu funcionamento ocorre da seguinte maneira: quando a bobina eletromagnética é energizada, forma-se um campo magnético que se concentra na parte fixa do dispositivo e atrai o núcleo móvel, onde estão localizados os contatos móveis, que, por consequência, também são deslocados. O comando da bobina é feito por meio de uma botoeira com duas posições, que tem seus elementos ligados à bobina. A velocidade de fechamento dos contatos é uma junção da força proveniente da bobina e da força mecânica das molas de separação que atuam em sentido contrário. As molas de compressão são também as responsáveis pela velocidade de abertura do circuito, quando a alimentação da bobina cessa.
Figura 12 -Diagrama esquemático de um contator com 2 terminais NA e um NF
Desligando a alimentação da bobina, é interrompido o campo magnético, provocando o retorno do núcleo por molas. As quatro principais partes de um contator são:
Bobina - representa a entrada de controle de contator que, ao ser ligada a uma fonte de tensão, circula na mesma uma corrente elétrica que cria um campo magnético que envolve o núcleo de ferro.
Núcleo de ferro - atraído para dentro da bobina pelo campo magnético, está acoplado ao contato e o movimento do núcleo aciona o contato.
Contato - é acionado pelo núcleo de ferro e está acoplado a uma mola que tende a leva- lo à posição de repouso, entretanto quando a bobina é energizada com a passagem da corrente elétrica a força do campo magnético gerado é maior que a da mola, dessa forma o núcleo fixo é atraído pelo núcleo móvel.
Mola - Elemento responsável por levar de volta o contato à posição de repouso quando a bobina é desconectada da fonte, quando cessar o campo magnético.
Figura 13 - Contatora existente no laboratório
5. MOTOR DE INDUÇÃO TRIFÁSICO
Um motor de indução tem nos enrolamentos do estator e do rotor apenas corrente alternada, sendo a sua constituição dada pelos elementos apresentados na figura 14.
Onde:
Figura 14 - constituição de um motor de indução
· O estator – é a parte fixa da máquina, constituída por chapas ferromagnéticas empilhadas e isoladas entre si. As chapas possuem cavas nas quais são colocados os enrolamentos alimentados pela rede de corrente alternada, no caso, trifásica. O conjunto é então alojado no interior de uma carcaça de ferro, aço ou alumínio.
· O rotor – é a parte móvel da máquina, sendo constituída por um núcleo ferromagnético, laminado, sobre o qual se encontra um conjunto de enrolamentos.
Entre o rotor e o estator existe um entreferro, que deve ser menor possível, de forma a reduzir a relutância magnética total do circuito.
O princípio de funcionamento do motor de indução trifásico é baseado na iteração do fluxo magnético com uma corrente em um condutor, resultando em uma força magnética no condutor. A força produzida é proporcional às intensidades de fluxo e de corrente. O estator está ligado à fonte de alimentação CA. O rotor não está ligado eletricamente a nenhuma fonte de alimentação.
Ao energizarmos o enrolamento do estator, através de uma alimentação trifásica, cria- se um campo magnético girante. À medida que o campo percorre os condutores do rotor, é induzida uma força eletromotriz ocasionando o aparecimento de uma corrente elétrica.
Os condutores do rotor, percorridos por corrente elétrica, interagem com o campo magnético girante do estator para produzir um torque eletromagnético que atua sobre os condutores do rotor fazendo-o girar. Entretanto, como o campo do estator gira continuamente, o rotor não consegue se alinhar com ele. A velocidade do rotor é sempre menor que a velocidade do campo girante.
Figura 15 - Motor trifásico do laboratórioFigura 16 - Dados de placa motor de indução trifásico do laboratório
CONCLUSÃO
Neste primeiro trabalho, foi possível entender a finalidade de cada um dos dispositivos apresentados em ambiente laboratorial, tais como: os fusíveis, o disjuntor, os relés, contatores, o motor trifásico de indução, entre outros.
A compreensão da finalidade, dos tipos e da funcionalidade de cada um dos dispositivos é de grande importância para sabermos qual o seu papel dentro do circuito de potência ou circuito de manobra, podendo ser um dispositivo de proteção e/ou de manobra.
Sendo assim, a partir dos conceitos apresentados na realização desse trabalho, foi possível entender como será utilizado cada um dos elementos de proteção ou manobra, nos circuitos montados.
REFERÊNCIAS
Franchi, C. (2008). Acionamentos elétricos. São Paulo: Editora Érica.
Automação Fusíveis aR e gL/gG Tipo NH Contato Faca, NH Flush End e Diametral - Catalogo WEG. Disponível em: <https://static.weg.net/medias/downloadcenter/hf3/ha3/WEG-fusiveis- ar-e-gl-gg-50009817-catalogo-pt.pdf> Acessado em: 12/09/2019.
Dispositivos	de	manobra	e	proteção.	Disponível	em:
<http://professor.ufop.br/sites/default/files/adrielle/files/dispositivos_manobra_protecao.pdf> Acessado em: 12/09/2019.
Tipos Fusíveis: Conheça as Características e Aplicações na Indústria. Disponível em:
<https://www.sabereletrica.com.br/tipos-de-fusiveis/> Acessado em: 12/09/2019.
BRITO, Raquel. Fusível: o que é, funções, tipos e características. Disponível em:
<https://www.stoodi.com.br/blog/2018/04/17/fusivel/ > Acessado em: 12/09/2019.
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FRANCISCO,	Antônio	M.S.,	Motores	de	Indução	Trifásicos.	Disponível	em:	< http://www.estgv.ipv.pt/PaginasPessoais/lpestana/maquinas%20el%C3%A9ctricas%202/aula s%20te%C3%B3ricas/Motores_inducao_tri.pdf> Acessado em: 12/09/2019.