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FUNDAÇÃO EDUCACIONAL DE CARATINGA – FUNEC CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA – UNEC NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA - NEAD ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Prof. Daniel Butters NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA - NEAD Página | 2 Professor: Daniel Butters – danielmbutters@hotmail.com GRADUAÇÃO UNEC / EAD CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA DISCIPLINA: ACIONAMENTOS ELÉTRICOS 1. INTRODUÇÃO AO CONTROLE DOS MOTORES ELÉTRICOS A energia mecânica pode ser convertida em energia elétrica, a qual pode ser transmitida por longas distâncias até ser convertida novamente em trabalho, de forma limpa, em nossas casas, escritórios, indústrias, etc. No nosso cotidiano os motores elétricos acionam refrigeradores, aspirado- res de pó, processadores de alimentos, condicionadores de ar, ventiladores e diversos outros eletrodomésticos. Nas indústrias, os motores convertem energia elétrica em energia mecânica de forma a produzir força motriz necessária para mover pratica- mente todas as máquinas. É essencial compreendermos como os motores elétricos são interligados à rede elétrica e como é efetuado o seu controle quando necessário. As funções principais do controle de um motor elétrico são: partida, parada, sentido de rotação, regulação da velocidade, limitação da corrente de partida, prote- ção mecânica, proteção elétrica, etc. De acordo com o tipo de fonte de alimentação os motores elétricos podem ser divididos em motores de corrente contínua e motores de corrente alternada: AULA 1 O motor elétrico é um dispositivo que transforma energia elétrica em mecânica, ou seja, a corrente elétrica aplicada a um motor garante o movimento em um eixo, que pode ser aproveitado de diversas maneiras, dependendo da aplicação do motor. Observação: Estima-se que 70 a 80% da energia elétrica consumida pelo conjunto de todas as indústrias seja transformada em energia mecânica por motores elétricos. Em eletricidade, comandos elétricos ou acionamentos elétricos é uma disciplina que lida com projetos de circuitos elétricos para o acionamento e controle de máquinas elétricas. NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA - NEAD Página | 3 Professor: Daniel Butters – danielmbutters@hotmail.com GRADUAÇÃO UNEC / EAD CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA DISCIPLINA: ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Motores DC: São motores alimentados por uma fonte de tensão contínua. São conhecidos por seu controle preciso de velocidade e por seu ajuste fino, portanto são largamente utilizados em aplicações que exigem tais caracte- rísticas. Motores AC: São motores alimentados por uma fonte de tensão alternada, podendo ser monofásica ou trifásica, que é o foco desta disciplina. A maioria das aplicações tem sua configuração mais viável com a utilização de moto- res de indução com rotor do tipo gaiola de esquilo. Este tipo de motor é am- plamente utilizado quando não há necessidade de ajuste e controle de velo- cidade. O conhecimento desta disciplina é de fundamental importância em qualquer sistema elétrico, sempre que há algum tipo de máquina ou equipamento sendo acio- nado de alguma forma. O foco do nosso estudo serão os acionamentos para os mo- tores de indução trifásicos do tipo gaiola de esquilo (rotor em curto-circuito), por serem os mais comuns na indústria. 1.1. IDENTIFICAÇÃO DOS MOTORES Os dados exibidos na placa são: Marca comercial e tipo, modelo e número de carcaça; Tensão nominal; Número de fases; Observação: O constante desenvolvimento da eletrônica de potência tem levado a um progressivo abandono dos motores de corrente contínua. Isso porque fontes de tensão e frequência controladas (inversores de frequência) que acionam os motores de corrente alternada, principalmente os de indução de gaiola, já são opções mais atraentes quanto ao ajuste e ao controle de velo- cidade. Os motores elétricos devem possuir uma placa identificadora, colocada pelo fabricante, fixada em um local bem visível. NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA - NEAD Página | 4 Professor: Daniel Butters – danielmbutters@hotmail.com GRADUAÇÃO UNEC / EAD CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA DISCIPLINA: ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Tipo de alimentação (contínua ou alternada); Frequência; Potência nominal; Corrente nominal; Rotação nominal; Regime de trabalho; Classe de isolamento ou aquecimento permissível; Relação de Ip/In; Fator de serviço (f.s.); Grau de proteção (IP); Esquemas de ligações; A figura a seguir mostra o exemplo de placa identificadora de um motor: Os terminais dos motores de corrente alternada podem ser em bornes ou chicotes, devidamente marcados e encerrados na caixa de ligações, permitindo ao instalador liga-los à rede, de acordo com o esquema que o fabricante fornece na placa. Os motores de indução trifásicos podem ser adquiridos com 3, 6, 9 ou 12 ter- minais. Para os motores de 6 terminais existem as ligações do tipo triângulo (220 V) e estrela (380 V), conforme figura a seguir: Figura 1: Exemplo de placa identificadora. Fonte: CREDER, HÉLIO. Instalações Elétricas, 16. Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2005. Pág. 158. NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA - NEAD Página | 5 Professor: Daniel Butters – danielmbutters@hotmail.com GRADUAÇÃO UNEC / EAD CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA DISCIPLINA: ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Os terminais 1-2-3 são para ligação à linha, acrescentando 3 a cada um, temos o outro terminal da respectiva bobina do motor. No caso de um motor de 12 terminais, existem quatro tipos de ligações possí- veis: Triângulo paralelo (220 V); Estrela em paralelo (380 V); Triângulo em série (440 V); Estrela em série (760 V), conforme figura a seguir: Figura 2: Esquema de ligação de motores de 6 terminais. Fonte: CREDER, HÉLIO. Instalações Elétricas, 16. Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2005. Pág. 158. Figura 3: Esquema de ligação de motores de 12 terminais. Fonte: CREDER, HÉLIO. Instalações Elétricas, 16. Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2005. Pág. 159. NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA - NEAD Página | 6 Professor: Daniel Butters – danielmbutters@hotmail.com GRADUAÇÃO UNEC / EAD CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA DISCIPLINA: ACIONAMENTOS ELÉTRICOS 1.2. DISPOSITIVOS ELÉTRICOS Os objetivos principais dos elementos de um painel elétrico são: 1- Proteger o operador, o equipamento e a instalação elétrica; 2- Propiciar uma lógica de comando. Uma sequência genérica dos elementos necessários à partida e manobra de motores é: 1- Seccionamento: Só pode ser ope- rado sem carga. Usado durante a manutenção e verificação do cir- cuito; 2- Proteção contra correntes de curto-circuito: Destina-se a prote- ção dos condutores do terminal; 3- Proteção contra correntes de so- brecarga: Destina-se a proteção das bobinas de enrolamento do mo- tor e dos condutores do terminal; 4- Dispositivos de manobra (ou co- mando): Destina-se a ligar e desli- gar o motor de forma segura, ou seja, sem que haja o contato direto do operador no circuito de potência.A figura ao lado ilustra a sequência des- tes elementos: 1.2.1. CONTATOS ELÉTRICOS A maioria dos dispositivos elétricos utilizados em acionamentos elétricos, con- sistem em contatos elétricos. Existem basicamente dois tipos de contatos elétricos: Os dispositivos elétricos são componentes de um sistema automatizado que aci- onam as máquinas elétricas. Figura 4: Sequência genérica para o acionamento de um motor. Fonte: SOUZA, NEEMIAS S.. Apostila de Aciona- mentos Elétricos, 1. Ed. Natal: Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte, 2009. Pág. 8. NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA - NEAD Página | 7 Professor: Daniel Butters – danielmbutters@hotmail.com GRADUAÇÃO UNEC / EAD CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA DISCIPLINA: ACIONAMENTOS ELÉTRICOS 1- Contato normalmente aberto (NA ou NO): Neste contato não há passa- gem de corrente elétrica na posição de repouso, e se fecham quando acio- nados; 2- Contato normalmente fechado (NF ou NC): Neste contato há passagem de corrente elétrica na posição de repouso, e se abrem quando acionados. 3- Contatos comutadores: possuem as duas funções no mesmo contato, com uma parte NA e outra NF. São empregados para comutar entre dife- rentes partes de um circuito. A figura a seguir ilustra os principais tipos de contatos: Os contatos elétricos podem ser associados, basicamente, em série e paralelo: A associação em série de con- tatos normalmente abertos, conforme figura ao lado, exe- cuta uma função lógica denomi- nada “função E”, onde a saída só será ligada quando todos os contatos associados forem acio- nados. Figura 5: Representação dos tipos de contatos elétricos. Fonte: CREDER, HÉLIO. Instalações Elétricas, 16. Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2005. Pág. 70. Figura 6: Associação em série de contatos normalmente abertos. “Função E”. Fonte: SOUZA, NEEMIAS S.. Apostila de Acionamentos Elétricos, 1. Ed. Natal: Instituto Federal de Educação, Ci- ência e Tecnologia do Rio Grande do Norte, 2009. Pág. 9. NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA - NEAD Página | 8 Professor: Daniel Butters – danielmbutters@hotmail.com GRADUAÇÃO UNEC / EAD CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA DISCIPLINA: ACIONAMENTOS ELÉTRICOS A associação em paralelo de contatos normalmente abertos, conforme figura ao lado, exe- cuta uma função lógica denomi- nada “função OU”, onde a sa- ída é ligada quando um ou mais contatos associados forem acio- nados. Para uma melhor compreensão da funções lógicas executada a partir da associação série e associação paralelo em contatos normalmente abertos, observe as tabelas verdades da figura a seguir: Figura 7: Associação em paralelo de contatos normal- mente abertos. “Função OU”. Fonte: SOUZA, NEEMIAS S.. Apostila de Acionamentos Elétricos, 1. Ed. Natal: Instituto Federal de Educação, Ci- ência e Tecnologia do Rio Grande do Norte, 2009. Pág. 9. Figura 8: Tabelas verdade das funções lógicas executadas pelas associações de contatos NA. Fonte: SOUZA, NEEMIAS S.. Apostila de Acionamentos Elétricos, 1. Ed. Natal: Instituto Federal de Educação, Ci- ência e Tecnologia do Rio Grande do Norte, 2009. Pág. 10. NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA - NEAD Página | 9 Professor: Daniel Butters – danielmbutters@hotmail.com GRADUAÇÃO UNEC / EAD CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA DISCIPLINA: ACIONAMENTOS ELÉTRICOS A associação em série de con- tatos normalmente fechados, conforme figura ao lado, exe- cuta uma função lógica denomi- nada “função não OU”, onde a saída só será ligada quando ne- nhum dos contatos associados forem acionados. A associação em paralelo de contatos normalmente fecha- dos, conforme figura ao lado, executa uma função lógica de- nominada “função não E”, onde a saída é ligada quando um ou mais contatos associados não forem acionados. Para uma melhor compreensão da funções lógicas executada a partir da associação série e associação paralelo em contatos normalmente fechados, observe as tabelas verdades da figura a seguir: Figura 9: Associação em série de contatos normalmente fechados. “Função NOU”. Fonte: SOUZA, NEEMIAS S.. Apostila de Acionamentos Elétricos, 1. Ed. Natal: Instituto Federal de Educação, Ci- ência e Tecnologia do Rio Grande do Norte, 2009. Pág. 10. Figura 10: Associação em paralelo de contatos normal- mente fechados. “Função NE”. Fonte: SOUZA, NEEMIAS S.. Apostila de Acionamentos Elétricos, 1. Ed. Natal: Instituto Federal de Educação, Ci- ência e Tecnologia do Rio Grande do Norte, 2009. Pág. 10. NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA - NEAD Página | 10 Professor: Daniel Butters – danielmbutters@hotmail.com GRADUAÇÃO UNEC / EAD CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA DISCIPLINA: ACIONAMENTOS ELÉTRICOS 1.2.2. BOTOEIRAS A figura ao lado mostra o digrama esque- mático de um tipo de botoeira. Figura 11: Tabelas verdade das funções lógicas executadas pelas associações de contatos NF. Fonte: SOUZA, NEEMIAS S.. Apostila de Acionamentos Elétricos, 1. Ed. Natal: Instituto Federal de Educação, Ci- ência e Tecnologia do Rio Grande do Norte, 2009. Pág. 11. Observação: Nos painéis elétricos, os contatos elétricos são formados botoeiras e sensores, cuja lógica combinacional realizará a manobra e acionamento das cargas. Os botões de comando ou botoeiras são dis- positivos comandados manualmente e têm a fi- nalidade de interromper ou estabelecer mo- mentaneamente, por pulso, um circuito de co- mando para iniciar, interromper ou comandar um processo de automação. Figura 12: Diagrama esquemático de uma botoeira. Fonte: SOUZA, NEEMIAS S.. Apostila de Acionamentos Elétricos, 1. Ed. Natal: Ins- tituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte, 2009. Pág. 12. NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA - NEAD Página | 11 Professor: Daniel Butters – danielmbutters@hotmail.com GRADUAÇÃO UNEC / EAD CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA DISCIPLINA: ACIONAMENTOS ELÉTRICOS As botoeiras fazem parte da classe de componentes denominada “elementos de sinais”, que são dispositivos que fazem parte do circuito lógico de comando e nunca são aplicados diretamente ao acionamento de cargas e motores. As botoeiras de painéis industriais geralmente possuem retorno por mola. A figura a seguir ilustra vários tipos de botoeiras: De acordo com as normas IEC 60073 e VDE 0199, as botoeiras devem possuir cores de acordo com a sua função, conforme tabela da figura a seguir: Figura 13: Exemplos de botoeiras. Fonte: Saiba tudo sobre os botões de comando. R3 Automação Industrial, 2023. Disponível em: https://www.au- tomacaor3.com.br/saiba-tudo-sobre-os-botoes-de-comando Figura 14: Cores das botoeiras segundo as normas IEC 73 e VDE 0199. Fonte: SOUZA, NEEMIAS S.. Apostila de Acionamentos Elétricos, 1. Ed. Natal: Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte, 2009. Pág. 12. NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA - NEADPágina | 12 Professor: Daniel Butters – danielmbutters@hotmail.com GRADUAÇÃO UNEC / EAD CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA DISCIPLINA: ACIONAMENTOS ELÉTRICOS A figura a seguir mostra a simbologia das botoeiras com retorno por mola: As botoeiras também podem ser do tipo com retenção (ou trava). Neste tipo de dispositivo, o retorno à situação anterior somente acontece com um novo aciona- mento. A figura a seguir mostra a simbologia das botoeiras com retenção: Botoeiras de contatos múltiplos são botoeiras com vários contatos NA e/ou NF agregados. Estas botoeiras podem ser do tipo com ou sem retenção. A figura a seguir mostra a simbologia deste tipo de botoeira. Observe que a linha tracejada re- presenta um acoplamento mecânico entre os contatos, ou seja, os contatos são acionados simultaneamente. Um tipo especial de botoeiras são as chaves seletoras. Este tipo de chave possui duas ou mais posições e permite selecionar uma entre várias posições em um determinado processo com um ponto de contato comum. A figura a seguir mostra a simbologia deste tipo de chave: Figura 15: Simbologia de botoeiras com retorno por mola (sem retenção). Fonte: FRANCHI, CLAITON MORO. Acionamentos Elétricos, 5. Ed. São Paulo: Érica, 2014. Pág. 110. Figura 16: Simbologia de botoeiras com retenção. Fonte: FRANCHI, CLAITON MORO. Acionamentos Elétricos, 5. Ed. São Paulo: Érica, 2014. Pág. 110. Figura 17: (a) Simbologia de botoeira sem retenção (2 NA + 2 NF); (b) Simbologia de botoeira com retenção (2 NA + 1 NF). Fonte: FRANCHI, CLAITON MORO. Acionamentos Elétricos, 5. Ed. São Paulo: Érica, 2014. Pág. 111. NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA - NEAD Página | 13 Professor: Daniel Butters – danielmbutters@hotmail.com GRADUAÇÃO UNEC / EAD CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA DISCIPLINA: ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Ao substituir o botão manual por um rolete, tem-se a chave fim de curso. Estes dispositivos são basicamente constituídos por uma alavanca ou haste, com ou sem roldanas na extremidade, que transmite o movimento aos contatos que se abrem ou fecham para indicar a posição de um elemento móvel. As chaves ou sensores fim de curso são utilizados para sinalizar os pontos de início ou parada de um determinado processo e para atuar como dispositivo de segurança, quando há abertura de porta ou equipamento de alarme. A figura a seguir ilustra alguns tipos de chaves fim de curso de sua simbologia: Outros elementos de sinais são os termostatos, pressostatos, chaves de ní- vel, etc. Todos esses elementos exercem uma ação de controle binária e discreta, ou seja, liga / desliga, sendo representados como contatos elétricos NA ou NF exa- tamente como as botoeiras. 1.2.3. SINALEIROS LUMINOSOS Nos painéis elétricos os sinaleiros luminosos são os responsáveis por indicar se um equipamento está ligado, desligado ou indicar algum tipo de falha. Os sinaleiros possuem um visor colorido à frente de uma fonte luminosa, que pode ser uma lâmpada ou led. Quando energizados, estes dispositivos brilham em uma cor específica, a qual indica o “status” do equipamento. Figura 18: Simbologia de chave seletora sem retenção de três posições e chave seletora com retenção de duas posições. Fonte: FRANCHI, CLAITON MORO. Acionamentos Elétricos, 5. Ed. São Paulo: Érica, 2014. Pág. 111. Figura 19: Exemplos e simbologia de chaves fim de curso. Fonte: SOUZA, NEEMIAS S.. Apostila de Acionamentos Elétricos, 1. Ed. Natal: Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte, 2009. Pág. 13. NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA - NEAD Página | 14 Professor: Daniel Butters – danielmbutters@hotmail.com GRADUAÇÃO UNEC / EAD CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA DISCIPLINA: ACIONAMENTOS ELÉTRICOS A figura a seguir ilustra alguns tipos de sinaleiros luminosos: A norma IEC 60073 define as cores a serem utilizadas pelos sinaleiros de acordo com sua função, conforme tabela da figura a seguir: Figura 20: Exemplos de sinaleiros luminosos e sua simbologia. Figura 21: Definição das cores dos sinaleiros luminosos segundo IEC 60073. Fonte: Sinaleiros de comando principais cores. Aprendendo elétrica, 2023. Disponível emhttps://aprendendoele- trica.com/sinaleiros-de-comando/ Fonte: Sinaleiros de comando principais cores. Aprendendo elétrica, 2023. Disponível emhttps://aprendendoele- trica.com/sinaleiros-de-comando/ NÚCLEO DE ENSINO A DISTÂNCIA - NEAD Página | 15 Professor: Daniel Butters – danielmbutters@hotmail.com GRADUAÇÃO UNEC / EAD CENTRO UNIVERSITÁRIO DE CARATINGA DISCIPLINA: ACIONAMENTOS ELÉTRICOS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS FRANCHI, CLAITON MORO. Acionamentos Elétricos, 5. Ed. São Paulo: Érica, 2014. CHAPMAN, STEPHEN J. Fundamentos de Máquinas Elétricas, 5. Ed. Porto Alegre: Bookman, 2013. FITZGERALD, A.E.; KINGSLEY, CHARLES JR; UMANS STEPHEN D. Máquinas Elétricas, 6. Ed. Porto Alegre: Bookman, 2006. KOSOW, IRVING LIONEL. Máquinas Elétricas e Transformadores, 4. Ed. Rio de Janeiro: Editora Globo, 1982. BIM, EDSON. Máquinas Elétricas e Acionamento, 1. Ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2009. PETRUZELLA, FRANK D. Motores Elétricos e Acionamentos, 1. Porto Alegre: Bo- okman, 2013. CREDER, HÉLIO. Instalações Elétricas, 16. Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2005. MAMEDE FILHO, JOÃO. Instalações Elétricas Industriais, 9. Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2007. SOUZA, NEEMIAS S.. Apostila de Acionamentos Elétricos, 1. Ed. Natal: Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Rio Grande do Norte, 2009.