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Praça Expedicionário Assunção, 168 – Bairro Centro Nova Lima – MG – CEP: 34.000-000 Telefone: (31) 3541-2666 DDEESSEENNHHOO TTÉÉCCNNIICCOO SENAI – “Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial” Centro de Formação Profissional “AFONSO GRECO” Presidente da FIEMG Olavo Machado Gestor do SENAI Petrônio Machado Zica Diretor Regional do SENAI e Superintendente de Conhecimento e Tecnologia Lúcio Sampaio Gerente de Educação e Tecnologia Edmar Fernando de Alcântara SÚMULA Apresentação 04 Comandos elétricos / introdução 05 Tipos de alimentação 05 Dimensionamento dos condutores 08 Proteção elétrica 11 Comandos e acionamentos 19 Circuitos clássicos 21 Elaboração de esquemas de comandos 25 Caracterização de componentes 27 Considerações a respeito da composição de esquemas 30 Componentes para entradas de sinais 32 Interruptor 32 Botoeira 33 Chaves de fim de curso de contato 36 Chaves de fim de curso sem contato 38 Sensores e Sentilenas 40 Equipamentos para o processamento de sinais 41 Contator 42 Relés 44 Relés de remanência 50 Relés de impulso de corrente 50 Relés de tempo 51 Relés contadores 54 Componentes para saída de sinais 55 Indicadores visuais 55 Indicadores acústicos 56 Especificações de segurança e proteção 57 Normas VDE 0113 e DIN 57113 61 Côres para indicação de condição de serviço 63 Partida direta 66 Partida direta com reversão 74 Partida compensada 85 Partida Estrela Triângulo com Reversão 95 Partida Seqüencial de Motores 104 ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 4 Apresentação “Muda a forma de trabalhar, agir, sentir, pensar na chamada sociedade do conhecimento”. Peter Drucker O ingresso na sociedade da informação exige mudanças profundas em todos os perfis profissionais, especialmente naqueles diretamente envolvidos na produção, coleta, disseminação e uso da informação. O SENAI, maior rede privada de educação profissional do país,sabe disso , e ,consciente do seu papel formativo , educa o trabalhador sob a égide do conceito da competência: “formar o profissional com responsabilidade no processo produtivo, com iniciativa na resolução de problemas, com conhecimentos técnicos aprofundados, flexibilidade e criatividade, empreendedorismo e consciência da necessidade de educação continuada.” Vivemos numa sociedade da informação. O conhecimento , na sua área tecnológica, amplia-se e se multiplica a cada dia. Uma constante atualização se faz necessária. Para o SENAI, cuidar do seu acervo bibliográfico, da sua infovia, da conexão de suas escolas à rede mundial de informações – internet - é tão importante quanto zelar pela produção de material didático. Isto porque, nos embates diários,instrutores e alunos , nas diversas oficinas e laboratórios do SENAI, fazem com que as informações, contidas nos materiais didáticos, tomem sentido e se concretizem em múltiplos conhecimentos. O SENAI deseja , por meio dos diversos materiais didáticos, aguçar a sua curiosidade, responder às suas demandas de informações e construir links entre os diversos conhecimentos, tão importantes para sua formação continuada ! Gerência de Educação e Tecnologia ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 5 1. Comandos Elétricos Poder projetar (ou reparar) sistemas de distribuição de energia elétrica dentro de uma planta industrial é, sem dúvida um grande diferencial de mercado de trabalho. Quando digo “projetar” significa: dimensionar condutores, desenvolver sistema de proteção eficazes, dispositivos de comandos e circuitos clássicos de acionamento de motores. TIPOS DE ALIMENTAÇÃO A energia elétrica, para chegar ao consumidor final, passa por três etapas: geração, transmissão e distribuição. A etapa de transmissão é aquela onde a energia atinge a maior amplitude. Dependendo de cada região, ela pode variar de 69 kV até 750 kV (750.000 V). Uma vez que as linhas transmissoras aproximam-se dos centros de consumo, entretanto, ela é reduzida ("abaixada"). Dentro dos centros consumidores a etapa transmissora, então, transforma-se em distribuidora que, no Brasil, geralmente é feita em 13,8 kV. Essa tensão está disponível nos postes de energia, e ainda é classificada como "alta tensão". Novamente ela é reduzida antes da entrada do consumidor, e passa a ser de "baixa tensão". Para as indústrias ela continua trifásica, e sua amplitude pode variar de 208V a 630V. Para as residências convencionais ela é monofásica, normalmente em 220V (fase, neutro, fase). A figura 1 mostra um diagrama simplificado do esquema de distribuição. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 6 A figura 2 ilustra o secundário do transformador, tanto para circuitos industriais como residenciais. Alguns consumidores, por serem muito grandes e de alta demanda, "coletam" a energia diretamente na linha de alta tensão. Nesse caso, dentro da própria planta, existe um transformador abaixador. Esse transformador fica dentro de uma cabine primária, cuja tensão de entrada é 13,8 kV, e a saída de acordo com a necessidade (380V, por exemplo). Por outro lado, empresas e indústrias de pequeno porte já se abastecem da energia em baixa tensão, onde a origem é o transformador externo (poste da rede pública). ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 7 De um modo ou de outro, o fator mais importante a ser observado pelo projetista é contemplar seu projeto com uma chave seccionadora de entrada. A figura 3 apresenta o diagrama unifilar mostrando essa técnica, tanto para consumidores de alta quanto de baixa tensão. A chave seccionadora tem duas principais funções: proteção e medição. Imaginem que tenhamos que encontrar um curto-circuito interno e, para isso, necessitemos realizar uma série de medições a frio (sem tensão). Isso só será possível se tivermos uma chave seccionadora que poderá desligar (isolar) a planta da sua rede pública. Além disso, caso haja um problema grave nas instalações (um incêndio, por exemplo) poderemos desligar a energia através dela. CCUUIIDDAADDOO CCOOMM OO ““EERRRROO CCOONNCCEEIITTUUAALL”” A chave seccionadora é uma chave de alta potência (grande tensão e corrente de trabalho), porém, quando aplicada em instalações industriais, geralmente não apresenta um grande números de manobras como característica. Isso significa que essa chave somente deve ser atuada em duas condições: proteção ou medição. Não se deve utilizá- la para desligar a energia de uma indústriano final do expediente, por exemplo. Caso essa seja uma prática desejada, deveremos desligar cada disjuntor individualmente. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 8 Além de aumentar-se a vida útil da chave, com essa técnica, evitamos os picos de corrente no desligamento, que podem ser até perigosos ao operador devido ao arco- voltaico formado. DIMENSIONAMENTO DOS CONDUTORES O tipo de carga que abordaremos neste artigo é a indutiva, mais precisamente os motores. A razão disso é óbvia, pois os motores (além de serem os equipamentos em maior número em uma instalação industrial) são o tipo de carga mais crítica. Sabendo como trabalhar com eles, todas as demais (resistivas, lâmpadas, etc.) podem ser analisadas sem tantos pontos críticos. Outro aspecto importante a ser analisado antes do dimensionamento é a normalização. Todas as tabelas, fórmulas e dispositivos deste artigo têm como base a norma NBR 5410/97. Essa norma estabelece todos os padrões a serem seguidos em "instalações elétricas de baixa tensão". O dimensionamento dos condutores deve contemplar a capacidade de corrente em função da máxima queda de tensão permitida. Já a corrente considerada, é a nominal do motor. Para dimensionarmos o condutor necessitamos saber apenas a sua demanda total de corrente. Uma vez determinada, basta consultarmos a tabela relativa. As duas fórmulas básicas para calcular-se a demanda de corrente são: l = Pmec (redes trifásicas) n √3 .V Cos ou l = Pmec (redes monofásicas) n . V . Cos ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 9 Onde: Pmec = potência do motor, convertida em watts n = rendimento do motor V = tensão da rede CosØ = fator de potência do motor. Com exceção da tensão da rede de alimentação, todos os demais dados são constantes e devem ser fornecidos pelo fabricante. Normalmente, eles estão disponíveis em "plaquetas" fixadas no próprio motor. Alguns motores possuem o que chamamos de "FS" (fator de serviço) maior do que 1. O fator de serviço é um parâmetro que trata da capacidade de suportar sobrecargas contí- nuas. Essa característica melhora o desempenho do motor em condições desfavoráveis, porém, caso ela seja maior do que 1, deve ser considerada nos cálculos de corrente. It ≥ FS . l Onde: It = corrente total FS = fator de serviço l - corrente de cálculo pelas fórmulas anteriores. Quando temos um fator de serviço igual a 1 (FS = 1) significa que o motor não foi projetado para funcionar continuamente acima de sua potência nominal. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 10 A seguir temos duas tabelas (1 e 2) sendo a primeira delas para o limite de temperatura para os isolantes dos cabos, e a segunda para a bitola dos fios segundo a corrente em condição "B1". A NBR 5410 classifica as instalações em nove tipos: B1, B2, E,F, G, A1, A2, C e D. Neste artigo abordaremos apenas o mais comum deles, isto é, o "B1". Caso o leitor queira conhecer essa classificação aconselhamos a consulta dessa norma (aliás, essa consulta é interessante ao profissional da eletroeletrônica, independentemente da natureza da dúvida). Quanto ao nosso caso, B1 significa condutores isolados ou cabos unipolares em: eletroduto aparente de seção circular sobre parede ou espaçado dela, eletroduto de seção não circular sobre parede, eletroduto de seção circular embutido em alvenaria, eletrocalha sobre parede em percurso horizontal ou vertical, canaleta fechada encaixada no piso ou no solo, eletrocalha ou perfilado suspenso, eletroduto de seção circular contido em canaleta ventilada no piso ou no solo. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 11 Como regra prática a queda de tensão na partida do motor não deve ultrapassar 7% da tensão nominal. Além disso, a NBR 5410 impõe (independente de cálculo) que a seção mínima para os cabos de alimentação seja igual a 2,5 mm2 (condutores de cobre). Vejamos um exemplo prático de dimensionamento: dimensionar os cabos de cobre (PVC/70°C) para alimentar um motor trifásico de 20 CV; 380 V. Dados: n = 0,89 CosØ = 0,86 FS= 1,15 1 CV = 736 W (conversão l = 20x736 CV para W) = 29,2 A 0,86 x √31 x 380 x 0,89 Como o fator de serviço é igual a 1,15, teremos: l ≥ 1,15x29,2=33,6A Consultando a tabela 2, o valor mais próximo a 33,6 A é 36 A, portanto, a bitola será de 6 mm2. PROTEÇÃO ELÉTRICA A NBR 5410/97 prescreve que todo circuito deve ser protegido por dispositivos que interrompam a corrente elétrica em caso de curto-circuito ou sobrecarga. a) Curto-circuito: O curto-circuito é uma "ligação" acidental de condutores sob tensão. No sistema trifásico ele pode ocorrer entre fases, ou entre uma fase e terra (ou neutro). Em qualquer dessas situações a tensão entre os condutores em "curto" cai a níveis próximos a zero volts, em compensação a corrente elétrica cresce rapidamente tendendo ao infinito. Caso não haja proteção, os condutores da instalação sofrerão degradação (queima). ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 12 b) Sobrecarga: A sobrecarga difere do curto-circuito pelas amplitudes das grandezas no fenómeno. A sobrecarga resulta em uma sobrecorrente, que não tende ao infinito, porém, assume valores acima da corrente nominal da carga. A tensão de alimentação, na sobrecarga, não cai a zero como no curto-circuito. Ela pode até sofrer uma queda devido a sobrecorrente, mas raramente diminui mais de 20% da tensão nominal. A sobrecarga pode ser momentânea ou permanente. A proteção indicada para o curto-circuito é o fusível. Para o caso de motores eles devem ser do tipo "g". Esse tipo de fusível possui um retardo, que impede sua queima na partida do motor. As formas construtivas mais comuns dos fusíveis aplicados aos motores são as dos tipos D e NH. O tipo D pode ser utilizado para uso industrial ou residencial, e o tipo NH apenas industrial. A figura 4 exibe um exemplo de cada um deles. Os fusíveis tipo "g" são caracterizados por: corrente nominal (corrente de trabalho normal que deve circular pelo fusível por tempo indeterminado sem que haja interrupção); tensão máxima de operação; e capacidade de interrupção (máxima corrente pela qual o fusível pode garantir a interrupção, geralmente, a unidade é o kA - quiloampère). ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 13 Como todo componente elétrico, o comportamento do fusível é expresso através de uma curva característica (figura 5). Notem que essa curva mostra a interrupção em função do tempo. Para dimensionar os fusíveis necessitamos de duas constantes: K. e Ip/ln. A constante K pode ser obtida através da tabela 3, a seguir, e trata-se dofator que determina a corrente nominal do fusível. Tabelas 3 Irb(A) K Irb < 40 0,5 40 < Irb < 500 0,4 Irb > 500 0,3 O fator Irb é a corrente de rotor bloqueado, determinado segundo a tabela anterior. A razão Ip / In é a razão entre a corrente de pico e a nominal. No caso de motores, vamos estabelecê-la em 8,3 (valor mais comum). A capacidade do fusível será dada por: In = Irb . K Para concretizar todos esses conceitos, vamos a um exemplo prático de dimensionamento. Especificar um fusível NH para proteção contra curto-circuito nas seguintes condições: In = 30 A Ip/In =8,3 ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 14 Como Ip/ln é igual a 8,3, teremos: lp= 8,3 x In (corrente de rotor bloqueado) Ip = Irb = 8,3 x 30 = 249 A Consultando a tabela 3, temos que 249 está entre 40 e 500 (40 < Irb < 500), portanto K = 0,4. In (fusível) = 0,4 x 249 = 99,6 A O valor imediatamente superior (comercial) a 99,6 A é 100 A. Utiliza-se, então, um NH de 100 A. Agora que já sabemos como dimensionar os fusíveis para a proteção contra curto- circuito, vamos analisar as proteções contra sobre-carga. CUIDADO!!! Muito cuidado com a substituição de fusíveis, principalmente o tipo D. O fusível D (diazed) é um fusível comum, e de resposta lenta, feito para a proteção de motores e outras cargas elétricas. Existe, entretanto, outro tipo de fusível, de aparência mecânica igual à do diazed. Esse fusível é o silized. Ele é um dispositivo de proteção tipo "rápido", e serve para proteger circuitos eletrônicos. Eu já presenciei máquinas que foram literalmente "torradas" porque o pessoal da manutenção não observou esse detalhe, e trocou um silized por diazed. Antes da troca, verifique as inscrições do invólucro para reconhecê-los. A proteção contra sobrecarga utilizada em motores é o relê térmico. O princípio de funcionamento desse dispositivo está baseado na ação da dilatação térmica diferencial de uma haste bimetálica. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 15 A figura 6 mostra o esquema de funcionamento. Uma haste é composta pela união de dois metais distintos. Como os metais são diferentes, os coeficientes de dilatação também são. Quando há uma sobrecorrente, a haste aquece, porém, devido aos diferentes coeficientes de dilatação, um metal dilata mais do que o outro. A haste, então, sofre uma "curvatura" abrindo os contatos e interrompendo o circuito. Normalmente os contatos do relé térmico não estão ligados diretamente ao motor, mas sim à bobina de comando de contato de acionamento. O relé térmico possui um ajuste para sua atuação (figura 7). Portanto, "dimensionar" o relê térmico, na realidade, significa determinar seu tipo e seu ponto ideal de ajuste em função da carga. A corrente de ajuste é dada pelo produto do fator de serviço do motor pela corrente nominal. l ajuste = FS x In ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 16 A tabela 4, abaixo, determina as faixas de ajuste. Tabela 4 – Relés térmicos e faixas de ajuste. RELÉ Faixa de Ajuste (A) Fusível Máximo – D ou NH (A) RW 27.1 0,28 – 0,4 2 0,4 – 0,6 2 0,56 – 0,8 2 0,8 – 1,2 4 1,2 – 1,8 6 1,8 – 2,8 6 2,8 – 4,0 10 4 – 6 16 RW 27.2 0,28 – 0,4 2 0,4 – 0,6 2 0,56 – 0,8 2 0,8 – 1,2 4 1,2 – 1,8 6 1,8 – 2,8 6 2,8 – 4,0 10 4 – 6 16 5,6 – 8 20 8 – 12 25 11 – 17 35 15 – 23 50 22 – 32 63 RW 67 22 – 32 63 30 – 46 100 42 – 62 125 RW 207 42 – 62 125 56 – 80 160 80 – 120 200 120 – 180 300 Consideremos agora outro exemplo prático. Determinar o relê térmico e seu ajuste para o motor do exemplo anterior. In = 30 A FS=1,15 l ajuste =1,15 x 30 = 34,5 A Portanto, de acordo com a tabela 4, estamos na faixa de 30 a 46 A . Devemos, então, utilizar o relê RW 67 (ajustado para 34,5 A). Fácil, não é? ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 17 Lembre-se de que um bom projeto deve contemplar três dispositivos entre o motor e a rede elétrica: chave seccionadora (manutenção/medição/proteção), fusível (proteção contra curto-circuito), e relê térmico (proteção sobre sobrecarga), conforme ilustra a figura 8. A figura 9 exibe a curva característica de desarme de um relé térmico. Na figura 10 podemos observar o diagrama genérico de ligação de um relê térmico. Notem que o contato interrompe a corrente do contator K de acionamento e não as fases de alimentação. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 18 c) Outras proteções: Além dos fusíveis e relês térmicos, temos outras duas proteções muito comuns no ambiente industrial: relés de falta de fase, e termistor. O relé de falta de fase é um dispositivo que "desarma" o contator de comando caso alguma das fases caia (figura 11). É bom lembrar que um motor trifásico continua operando na ausência de uma fase, porém, após algum tempo de funcionamento sua queima é quase certa. O relé de falta de fase impede esse fenômeno. O termistor é uma proteção interna ao motor. Geralmente o termistor utilizado é o PTC (Positive Temperature Coefficient), ou seja, são dispositivos que aumentam a resistência segundo a temperatura. Assim como os relés térmicos, o termistor atua no comando do contator. Normalmente esses dispositivos são instalados nas "cabeças" de bobinas e, para motores grandes, podemos encontrar mais de um (três por exemplo, ligados em série) vide figura 12. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 19 COMANDOS E ACIONAMENTOS Antes de "discorrermos" sobre os circuitos clássicos de comandos elétricos, vamos analisar um pouco seus componentes fundamentais. a) Contator: O contator é um dispositivo projetado para realizar manobras em circuitos elétricos sob carga. Entende-se por manobra o estabelecimento da condução ou a interrupção da cor- rente elétrica para a carga, em condições normais de funcionamento. A figura 13 ilustra um perfil simplificado de um contator. Notem que os contatos A1 e A2 são da bobina de comando. Essa bobina, através da ação da força magnética, atrai o núcleo que fecha os contatos. Uma vez interrompida a corrente de excitação, uma mola interna desloca os contatos de volta à sua posição original. Os contatos 1, 2 e 5 têm origem na "montante" (linha de alimentação), e os contatos 2, 4 e 6 vão para a "jusante" (carga). As bobinas dos contatores podem estar disponíveis em corrente alternada (12, 24, 110, 127, 220, 380 e 440 V), ou contínua (12, 24, 48, 110, 125 e 220 V). ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de FormaçãoProfissional “Afonso Greco” 20 Quanto a capacidade de corrente do contator, temos quatro categorias:AC1, AC2, AC3, E AC4. A tabela 5, a seguir, detalha cada uma delas. Tabela 5 – Categoria de empregos de contatores de força Categoria Serviço Normal Serviço Ocasional Ligar Desligar Ligar Desligar AC1 1.IN 1.IN 1,5.lN 1,5.lN AC2 2,5 . IN 1.IN 4.IN 4.IN AC3 6. IN 1.IN 10.IN 8.IN AC4 6. IN 6.IN 12.IN 10.IN A figura 14 traz a simbologia de um contator e sua respectiva numeração. b) Botoeiras: A botoeira é um elemento mais simples de comando. Seu funcionamento pode ser visto na figura 15. Uma vez acionada mecanicamente seu contato NA (normalmente aberto) fecha-se, e seu contato NF (normalmente fechado) abre-se. Assim como no contator, uma mola interna é responsável por deslocar os contatos de volta à posição original, assim que o acionamento mecânico for retirado. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 21 Segundo o mesmo princípio de funcionamento, temos outros dispositivos que são comuns a instalações industriais, tais como: pressostato (interruptor de pressão ambiental), termostato (interruptor ou "chave" térmica), e chave fim-de-curso (interruptor que monitora o início ou fim de deslocamento de partes móveis). Os símbolos desses componentes podem ser vistos na figura 16. CIRCUITOS CLÁSSICOS Para poder analisar um circuito elétrico industrial, o técnico deve Ter em mente um conceito fundamental: tratar o circuito em duas partes separadas (circuito de comando, e circuito de força). O circuito de comando mostra a "lógica" com que o circuito de força deve operar. O circuito de força, por sua vez, e como o próprio nome diz, estabelece ou não a energia para a carga. Vamos a um exemplo prático. A figura 17 mostra um dos circuitos mais elementares: a partida direta de motores. À esquerda podemos ver o circuito de força, onde temos 3 fusíveis (um para cada fase), um contator tripolar (que liga ou desliga o motor), o relê térmico, e o motor de indução trifásico. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 22 Nesse exemplo o único componente de manobra é o contator k1. Imaginem ainda que desejamos ligar esse motor através de um botão (botoeira), e desligá-lo através de outro botão. Ora, o circuito de comando direto mostra exatamente isso. As linhas da esquerda e da direita estabelecem os limites do circuito de comando. Caso esse contator tivesse a bobina alimentada por 24 Vcc (por exemplo), a linha da esquerda seria +24 Vcc e a da direita 0 V (ou terra). Notem que temos os contatos do relé térmico (proteção) em série com uma botoeira de desligamento (tipo NF), uma botoeira de "liga" (NA) e, finalmente, a bobina do contator. Em paralelo com a botoeira "liga" temos um contato k1 , esse contato é chamado auxiliar ou "de selo". O contato de selo serve para manter o contator fechado na ausência da atuação da chave liga, após o sistema ter sido acionado. Em outras palavras, quando acionamos L o contator "entra" e o contato de selo também. Como ele está em paralelo com a chave liga (L), mesmo após tiramos o "dedo", o sistema continuará ligado. Para desligar, basta pressionarmos a chave desliga (D) que, por ser normalmente fechada (uma vez acionada), interromperá o processo. Agora que já sabemos os conceitos gerais, vejamos as três configurações mais comuns na indústria: partida automática Y/∆, chave compensadora e reversão. a) Circuito de partida automática Y/∆: Uma das necessidades da indústria é proporcionar a partida suave aos motores de grande porte (acima de 10 CV). Uma das técnicas utilizadas é a partida automática Y/∆. Para mudar o "fechamento" das bobinas internas de um motor Y para ∆, vamos utilizar dois recursos: intertravamento de contatores e relé de tempo. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 23 O intertravamento de contatores é uma técnica onde a "entrada" de um contator significa, necessariamente, a saída de outro. Notem pela figura 18 que, caso k1 entre sem que K2 saia, haverá curto-circuito entre as fases de alimentação. O intertravamento é realizado através do contato auxiliar (ou de selo) de cada contator, de modo a interromper cada respectivo comando segundo a lógica de operação. O relé de tempo, na essência, é um "contator temporizado". Uma vez energizado, segundo seu ajuste, permite que determinada manobra ocorra de acordo com o tempo desejado. Esse tempo, no caso de partida de motores, dependerá de cada motor. Na prática, ele pode variar de 100 ms (motores "pequenos") até vários segundos. Ainda com base na figura 18, poderemos notar que quando os contatores k2 e K3 "entrarem" (estiverem energizados), temos a ligação estrela (Y). Nesse instante K2 deve estar desenergizando-se. Após o tempo "programado" (ajustado), K3 deve "sair" e, então, Kg é energizado, estabelecendo a ligação triângulo (∆). No motor desse exemplo, a ligação estrela é feita através do curto-circuito dos terminais 4 - 5 - 6 , e a ligação triângulo através das conexões 1 - 6, 2 - 4, e 3 - 5. b) Reversão automática: Um dos circuitos mais simples em comandos elétricos é a reversão automática do sentido de rotação de motores trifásicos. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 24 Para inverter o sentido de "giro" de um motor AC trifásico, basta invertermos as fases R e T da sua alimentação. A figura 19 mostra o diagrama de força e de comando desse sistema. Com dois contatores (k1 e K2) intertravados, podemos inverter as fases R e T nos bornes do motor. Quando k1 está energizado, K2 está aberto, e a fase R está conectada ao borne U do motor, S em V, e T em W. Quando K2 entra, k1 sai e a fase R muda para W, e T para U, revertendo o sentido de rotação. c) Chave compensadora: Outro modo de proporcionar uma redução do pico de corrente gerado pela partida de motores, é a partida através da chave compensadora. O "coração" desse circuito é um autotransformador que, através de um "tap" (derivação) dispõe uma tensão reduzida de 65% da nominal. Através de três contatores (k1, K2, e K3) ligamos o motor (instante da partida), nesse tap. Como a tensão está reduzida, sua partida torna-se mais suave. Uma vez vencida a inércia, o motor é ligado diretamente à rede elétrica, funcionando com ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 25 100% da tensão. Conforme vemos na figura 20, na partida, K2 e K3 estão energizados e k1 desenergizado. Assim temos K3 fazendo o fechamento do autotransformador, e K2 conectando-o a rede. Após algum tempo, K2 e K3 são desenergizados, desligando o autotrafo, e k1 entra. Nesse momento, 100% da tensão passa a alimentar o motor. O circuito pode ser equipado com um relé de tempo, de modo que as manobras entre contatores sejam feitas automaticamente. EEllaabboorraaççããoo ddee EEssqquueemmaassddee CCoommaannddoo AA ffiimm ddee aatteennddeerr aass mmúúllttiippllaass eexxiiggêênncciiaass ddee ttééccnniiccaa ddee ccoommaannddooss eellëëttrriiccooss,, ssããoo nneecceessssáárriiooss ddiivveerrssooss ttiippooss ddee eexxeeccuuççããoo ddee..eessqquueemmaass.. OOss pprriinncciippaaiiss tteerrmmooss ee ddiirreettrriizzeess eessttããoo rreellaacciioonnaaddooss nnaa nnoorrmmaa DDIINN 4400 771199.. TTiippooss ddee eessqquueemmaass Pode-se efetuar uma subdivisão em: EEssqquueemmaass qquuee mmoossttrraamm pprriinncciippaallmmeennttee oo ffuunncciioonnaammeennttoo ee aa cciirrccuullaaççããoo ddee ccoorrrreennttee.. Esquema de supervisão: Mostra, em forma bastante simplificada e na maioria das vezes em representação unipolar, as principais partes da instalação. Em via de regra são representados apenas os circuitos principais. Serve como base para a elaboração de problemas. Como ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 26 símbolos, utilizam-se representações simbólicas abreviadas, segundo DIN 40 708 - 40 718. Esquema de funcionamento: Representa-se no esquema do funcionamento o circuito em todos os detalhes, portanto, circuitos principais e de comando, equipamentos, condutores etc. Característica para o esquema de funcionamento e a representação dos elementos individuais em configuração completa, um equipamento é por exemplo desenhado como unidade, com sistema de acionamento e contatos, (Figura 01), sendo entretanto dispostos no esquema independentemente de sua posição real, portanto sem considerar a sua posição física. Figura 01 Através deste tipo de representação transmite-se uma supervisão bastante boa sobre os equipamentos utilizados. A facilidade de supervisão do esquema global entretanto não é muito adequada em virtude das diversas linhas que se cruzam. Diagrama de circulação de corrente: Também no diagrama de circulação de corrente representa-se o circuito em todos os seus detalhes. Contrariamente ao esquema de funcionamento, entretanto, representa-se neste caso os equipamentos sem considerar a sua constituição mecânica, permanecendo desconsiderada obviamente também a posição física. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 27 A instalação global e decomposta em trajetos individuais de corrente. Convém representar os condutores, dentro do possível, de modo retilíneo e sem cruzamentos. A fim de efetuar o relacionamento entre componentes individuais dos equipamentos representados separadamente, utilizam-se letras designativas e números de ordem, como se mostrara mais adiante. Uma outra característica é a representação separada do circuito principal e do comando. A vantagem do diagrama de circulação de corrente é a sua facilidade de supervisão em relação ao funcionamento do circuito e a construção simples e clara dos diferentes trajetos de corrente, os quais também facilitam mais tarde uma eventual procura dos defeitos. A desvantagem principal e que os componentes individuais dos equipamentos podem ser representados de maneira dispersa sobre todo o esquema e que, com isto, há grande dificuldade de reconhecer um equipamento como unidade. Isto entretanto pode ser evitado, desenhando-se novamente os equipamentos como unidades em separado. Como as vantagens deste tipo de representação predominam nitidamente, utiliza-se na maioria das vezes, na prática,diagramas de circulação de corrente, eventualmente complementados por diagramas de construção. CCaarraacctteerriizzaaççããoo ddee ccoommppoonneenntteess Com vistas a uma melhor diferenciação de equipamentos individuais e componentes, introduzem-se letras de caracterização e números de ordem. As letras de caracterização representam o tipo de equipamento, enquanto que os números de ordem seguindo a letra de caracterização possibilitam a numeração corrente de equipamentos iguais. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 28 Formando-se ainda grupos no interior de um circuito maior, coloca-se um número de ordem, como numero de grupo, antes da letra de caracterização considerada. Letras de caracterização dos diversos tipos de equipamento: LLeettrraa CCoommppoonneennttee EExxeemmppllooss a Chave Seccionadora, disjuntor, chave comutadora de motor, disjuntor de potência, chave automática, chave protetora de motor, demarradores b Chaves auxiliares Chave de comando, botão de comando, tecla, chave seletora, chave mestra automática de instalação, dispositivos de conexão c Contactores Contactores de potência d Contactores auxiliares Contactores auxiliares, relés auxiliares e de tempo, chaves auxiliares de distância e Instalações de segurança Fusíveis, disparadores com medida, relés de proteção, sentinelas, chaves de força centrífuga f Transformadores de medição Transformadores de medição resistores “ shunt” e de mais dispositivos auxiliares para equipamentos de medida e relés como elementos térmicos e de resistência para medição de temperatura g Aparelhos de medição Medidores de tensão e de corrente, medidores de potência, e de fator de potência, medidores de rotações e freqüência, contadores etc. h Indicadores óticos e acústicos Indicadores luminosos e através de ponteiros, dispositivos contadores, campainhas, buzinas, sirenes k Condensadores e reatores Condensadores de todos os tipos, bobinas de reatância e de filtro m Máquinas e transformadores Geradores, motores, conversores, transformadores n Retificadores e baterias Retificadores e conversores de corrente, acumuladores de elementos galvânicos r Resistores e reguladores de ação rápida Resistores série, resistores de proteção, resistores de arranque, de campo e de frenagem ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 29 Contatores Auxiliares Contatos normalmente abertos: são designados através dos algarismos finais 3 e 4. O algarismo anterior indica o número do contato. (Exemplo 13 e 14 primeiro contato normalmente aberto, 23 e 24 segundo contato normalmente aberto, etc.) Contatos normalmente fechados: recebem os algarismos finais 1 e 2, indicando o algarismo anterior preposto a numeração concorrente. (Exemplo 41 e 42 quarto contato normalmente fechado, 51 e 52 quinto contato normalmente fechado, etc.) A figura 3 mostra um exemplo para um contator auxiliar com três contatos normalmente abertos e 2 normalmente fechados. Figura 3 Contatores de potência: Neste caso os bornes são numerados de modo corrente. (Figura 4) Figura 4 ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 30 CCoonnssiiddeerraaççõõeess aa rreessppeeiittoo ddaa ccoommppoossiiççããoo ddee eessqquueemmaass Em geral a instalaçãodeve ser representada em estado desligado, livre de corrente, representando-se os equipamentos em sua posição de repouso. Desejando-se ressaltar a importância de um condutor, pode-se efetuar isto através de linhas correspondentemente reforçadas. Os símbolos podem ser desenhados em qualquer posição, devendo-se observar apenas a facilidade de supervisão. Em diagramas de circulação de corrente, deve-se ainda considerar o seguinte: 1. - Efetuar a disposição dos trajetos de corrente verticalmente, entre as barras coletivas dispostas horizontalmente. 2. - Por via de regra convêm dispor os equipamentos e elementos de comutação apenas sobre as linhas verticais dos trajetos de corrente. 3. - O fluxo de corrente deve, se possível, transcorrer de cima para baixo. 4. - Cruzamentos de condutores devem ser evitados na medida do possível. 5. - Os equipamentos são sempre desenhados no estado livre de corrente e não acionados. Divergindo-se desta situação, deve-se indicar este fato claramente, por exemplo: por seta. 6. - Convêm observar, na simbologia, que o acionamento se verifica sempre da esquerda para a direita. Devido a isto, resulta a disposição do tipo de acionamento no lado esquerdo. 7. - Equipamentos comandados como bobinas, lâmpadas, indicadores e outros, devem estar conectados sempre diretamente a uma das barras coletivase, em caso de circuitos aterrados, ao polo aterrado. Não deve haver contatos nesta ligação. 8. - Para a representação facilmente supervisionável de equipamentos individuais, pode-se desenhar o respectivo símbolo completo sob o diagrama de circulação de corrente. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 31 9. - Contatos e equipamentos são designados através de letras características e numerados de maneira corrente. 10. - Circuitos de comando e circuitos principais devem ser desenhados separadamente. O circuito de comando deve, para isto, ser disposto sob o circuito principal, na medida do possível. A Figura 5 mostra um exemplo para um diagrama de circulação de corrente. Através de um motor elëtrico m1 aciona-se a bobina de um cabo de elevação. As posições finais são verificadas pelas chaves fim de curso b3 e b4. O movimento descendente é acionado através de um botão b1. O movimento ascendente por um botão b2. Desejando-se que a instalação pare numa posição intermediária, este sinal e introduzido através de um segundo botão b0. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 32 CCoommppoonneenntteess ppaarraa aa eennttrraaddaa ddee ssiinnaaiiss Esta relação pretende dar uma supervisão sobre os módulos de entrada de sinais mais importantes para comandos elétricos. Conta-se para este grupo de equipamentos todos os tipos de comutadores que tomam um sinal sem contato fïsico, ou que são acionados manual ou mecanicamente. É sua atribuição, converter uma informação ou uma ordem em um sinal correspondente a respectiva forma de energia e entregá-los ao processamento de sinais. Em geral são considerados dois grupos principais: 11 –– CCoommppoonneenntteess qquuee rreecceebbeemm oorrddeennss oouu iinnffoorrmmaaççõõeess mmaannuuaaiiss:: Interruptor: Elemento de comutação acionado manualmente com pelo menos 2 posições de comutação, que permanece em cada uma das posições após o acionamento, por exemplo: - Comutador - Chave seletora ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 33 Botoeira: Elemento de comutação acionado manualmente com reposição automática após a retirada da força de acionamento, com uma posição de repouso, por exemplo: - Botão aparente tipo cogumelo - Pedal - Botão manual - Botão travável (bloqueio contra uso indevido) Nesta outra figura, os dois elementos, tanto o fechador, como o abridor, estão conjugados num único corpo. Esta construção permite sua utilização, de uma ligação externa, sejam unidos um dos bornes do abridor, com um dos bornes do fechador, constituindo desta maneira, um contato comum a ambos. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 34 Pressionando – se o botão, o contato de abridor interrompe a ligação entre os bornes correspondentes; ao mesmo tempo, o contato fechador estabelece uma conexão entre os bornes respectivos. Ao liberar-se o botão, tem-se novamente a situação inicial. A utilização dos comutadores é necessária, nos casos de acionamento simultâneo de equipamentos, ou quando um acionamento permanente é necessário por motivos de segurança. Os fabricantes destes elementos oferecem em versões bem diferentes com diversos contatos, por exemplo, 2 fechadores e 2 abridores, ou 3 fechadores e 1 abridor, etc. Por vezes, estes elementos também são equipados com uma lâmpada de sinalização. Interruptores Nestes elementos, tem- se o bloqueio mecânico no primeiro acionamento. No segundo, o bloqueio é eliminado e o interruptor retorna a posição inicial. A figura seguinte, mostra uma solução construtiva para um interruptor. Os botões e interruptores normalmente são identificados conforme norma DIN 43605, e possuem uma certa disposição para montagem. Convenções: I – ligado - (barra) 0 - Desligado - (círculo) Também poderá ser utilizado os sinais “Lig / Desl”, marcadas ao lado do próprio elemento. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 35 Posições de montagem: Quando os botões estiverem dispostos um ao lado do outro, o botão de desligamento será o do lado esquerdo. Quando os botões estiverem um acima do outro, o botão de desligamento será o de baixo. A marcação colorida dos botões não é indispensável. Se porém for utilizada, o botão de desligamento geralmente é vermelho. Símbolos para os elementos de contato (manuais) DIN 40713 Interruptor de contato fechador Acionamento manual geral Interruptor de contato fechador Acionamento manual por apertar Interruptor de posicionamento com abridor Acionamento manual por puxar Interruptor de posicionamento com fechador Acionamento manual por virar ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 36 Chave bloqueável: Elemento de comutação com reposição interna, liberando-se entretanto a força de reposição apenas em caso de desbloqueio. Equipamentos que transmitem informações da instalação ao comando (posições e estados de elementos de trabalho). Chaves fim de curso com dispositivo apalpador: A chave fim de curso é acionada com a mesma velocidade, com a qual também se verifica a sequência de trabalho. Em caso de velocidades demasiadamente pequenas, ocorrem dificuldades devido à comutaçãolenta (formação de arcos). Por meio destes detetores de limite detectam – se certas posições finais de partes de máquinas ou de outras unidade de trabalho. Ao escolher tais elementos de introdução de sinais, têm – se em mira a carga mecânica, a segurança de acionamento e a precisão do ponto de comando. Normalmente os elementos fim de curso têm um fechador e um abridor sendo possível uma outra combinação de interruptores na execução standard. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 37 Os detectores de limite distinguem – se também segundo o acionamento dos contatos que poderão ser proporcionais ou de ação rápida. No proporcional, abrem – se ou fecham – se os contatos à mesma velocidade com que se efetua o acionamento. No tipo de ação rápida, a velocidade de acionamento não têm importância, pois a um certo ponto do percurso de acionamento, o contato é instantaneamente comandado. O acionamento do detetor de limite pode efetuar- se através de uma peça fixa, por exemplo, tucho ou rolete. As instruções do fabricante devem ser observadas para a montagem e o acionamento dos detetores. O ângulo e o trajeto de acionamento devem ser mantidos constantes. Símbolos para elementos detetores mecânicos Detetor de limite com fechador Acionamento por rolete Detetor de limite com fechador Acionamento por rolete escamoteável ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 38 Possibilidades de acionamento: - Came - Rolete rígido - Rolete dobrável (acionamento em apenas uma direção, conhecido também como rolete escamoteável) - Alavanca tipo forquilha Chaves fim de curso com resposta instantânea: O funcionamento e o acionamento são como os da chave fim de curso com dispositivo apalpador, entretanto o tempo de comutação é mantido constante por um dispositivo de impulso que e acionado em uma determinada posição. Chaves fim de curso sem contato: Em termos de funcionamento, possuem as mesmas atribuições das demais chaves fim de curso. Como vantagem cita-se a desnecessidade de força de acionamento e que se pode obter altas freqüências de comutação, por exemplo: - Barreiras fotoelétricas - Chave de aproximação (eletrônica) - Chave magnética ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 39 1-) Contato “Reed” ( Acionamento magnético) Estes elementos são especialmente vantajosos quando se necessita alto número de ciclos, quando não há espaço suficiente para a montagem de chaves fim de curso convencionais, ou quando são solicitados sob condições ambientais adversas ( poeira, umidade, etc.). Construtivamente tratam – se de dois contatos colocados no interior de uma ampola de vidro preenchida com gás inerte. Esta ampola é colocada num invólucro que posteriormente é preenchido com resina sintética, servindo assim de base para o conjunto. Ao aproximar – se um ímã permanente deste invólucro, o campo magnético atravessa a ampola, fazendo com que as duas lâminas em seu interior se juntem, estabelecendo um contato elétrico. Removendo – se o ímã, o contato é imediatamente desfeito. A figura ilustra este tipo de detetor, utilizado com fim de curso, por exemplo em um cilindro pneumático ou hidráulico. Neste caso o êmbolo do cilindro, possui um anel magnético que ao passar sobre o detetor, provoca seu acionamento. Desta maneira, o fim de curso pode ser instalado no corpo do cilindro, deixando sua haste completamente livre para o trabalho que realiza. 2 - ) Detetor de limite indutivo ( sensor ) Os sensores indutivos reagem a proximadade de materiais metálicos, pois estes materiais provocam uma variação no campo magnético criado pelo próprio sensor, esta variação é processada e transformada, em um sinal de saída. 3 - ) Detetor de limite capacitivo ( sensor ) Os sensores capacitivos reagem a todos os materiais ( mesmo que não sejam metálicos ). O princípio de funcionamento é a alteração do dielétrico entre as armaduras de um compensador, pela proximidade do material. Podem igualmente detectar líquidos ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 40 ou granulados; isto significa que estão sujeitos a perturbações tais como: poeira, cavacos, respingos, etc. Dados técnicos Distância máxima de detecção 15 mm 15 mm 15 mm 15 mm Tensão 24 V ± 15 % 80 – 250 V 30 – 90 V 80 – 250 V Ondulação residual máx. 5 % - - - Corrente de carga máx. 200 mA máx. 200 mA máx. 200 mA máx. 200 mA Tensão residual < 1,5 V < 7,5 V~ < 2,7 V~ < 7,5 V~ Consumo 15 mA 5 mA 5 mA 5 mA Freq. de comut. máx. 100 Hz máx. 10 Hz máx. 10 Hz máx. 10 Hz Faixa de temper. 0 – 60 ºC 0 – 60 ºC 0 – 60 ºC 0 – 60 ºC Aumento de temper. máx. 15 % máx. 15 % máx. 15 % máx. 15 % Proteção IP 67 IP 67 IP 67 IP 67 Uma outra execução dos elementos de comando são as chamadas sentinelas. São utilizadas para supervisionar determinadas grandezas e processos, por exemplo, grandezas físicas como temperatura, claridade, etc, emitindo um sinal na ultrapassagem de um valor-limite e assim acionando um processo de comutação. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 41 Por exemplo: - Sentinela de temperatura - Sentinela de pressão - Sentinela do número de rotações, etc. 22 –– EEqquuiippaammeennttooss ppaarraa oo pprroocceessssaammeennttoo ddee ssiinnaaiiss São contados para este grupo principalmente os elementos de comutação acionados elétricamente, sendo portanto comandáveis indiretamente, como contatores, relês e seus diversos derivados. Contator: ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 42 Equipamento de comutação acionado eletromagnéticamente e que possui condições de suportar alto número de ligações, podendo, em dependência da sua construção, ser acionado por corrente alternada ou corrente contínua. DDiivviissããoo sseegguunnddoo oo ccaammppoo ddee aapplliiccaaççããoo ddooss ccoonnttaattoorreess:: Contator de potência: Contator para a comutação de potências elevadas com câmaras de extinção de arco. É utilizado especialemente como elemento de comando, portanto, para o comando de elementos de trabalho como: Motores elêtricos ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 43 Eletroímãs, etc. Muitas vezes estes contactores de potência estão equipados adicionalmente com contatos auxiliares, para fins de comando. Contator auxiliar (contator de comando): Contator paraa comutação de circuitos auxiliares. Estes contactores estão equipados apenas com contatos auxiliares, isto é, com comutadores que servem para fins de bloqueio, informação e comando. Não possuem, na maioria dos casos, câmaras de extinção de arco específicas e podem estar equipados com até 10 contatos (valor de retenção até aproximadamente 10 VA). ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 44 Contator de remanência: Contator com bloqueio ou trava magnética. O estado de comutação alcançado ë mantido mesmo em caso de falta de abastecimento de energia. O bloqueio pode ser levantado apenas por magnetização em sentido contrario. Relés: Elementos de comutação comparáveis em termos de funcionamento aos contatores auxiliares. Sua construção é, na maioria dos casos, menor, sendo equipa dos com contatos tipo mola. Para potências de comutação muito pequenas, com interrupção simples (valor de retenção ate aproximadamente 2 VA). Ao ser conectada uma tensão na bobina, flui através desta uma corrente, produzindo um campo magnético; em conseqüência, a armadura é atraída pelo núcleo da bobina, dado ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 45 o efeito de ímã que se produz neste. Por outro lado, a armadura está acoplada mecanicamente a determinados grupos de contatos que abrem ou fecham, quando dá atração da armadura pelo núcleo. Enquanto a bobina permanece energizada, os contatos mantém sua posição de acionamento. Ao ser desconectada a tensão, cessa o campo magnético que atraía a armadura; esta então retorna a sua posição inicial por efeito de uma mola. Para uma representação simplificada de relés, são utilizados símbolos: Retângulo representa a bobina, cujos terminais de ligação são designados com A1, A2. Ao lado estão representados os contatos que poderão ser fechadores, abridores ou comutadores, conforme o tipo de relé. Nesse caso, o relé possui dois fechadores e dois abridores, indicados claramente pelo símbolo; além disso, existe também a desgnação numérica: 13 23 31 41 14 24 32 42 O primeiro algarismo forma a numeração seqüencial dos contatos. O segundo algarismo identifica a natureza do contato; ou seja , 3 e 4 indica que se trata de um fechador, e 1 e 2 de um abridor. O relé possui várias propriedades positivas que são desejadas na prática, por esta razão ele continuará ocupando seu lugar de elemento de processamento na elétrica; tais vantagens são: Fácil adaptação a diversas tensões de operação. Ampla independência térmica em relação ao meio ambiente. À temperaturas desde – 40º até 80ºc, os relés trabalham com toda segurança. Alta resistência entre contatos desligados. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 46 Podem ser comandados entre vários circuitos de corrente, independentes, de maneira simultânea. Existe a separação galvânica entre o circuito principal. Porém sendo o relé um elemento eletromecânico, apresenta algumas desvantagens: Desgastes dos contatos, por centelhamento e também por oxidação. Ocupam muito espaço, quando comparados com os transistores. Seu acionamento produz ruído. Velocidade limitada das manobras, 3 – 17 ms. Influências externas nos contatos, como poeira, etc. Para escolha de relés, devem ser utilizados folhas de dados dos fabricantes, nos quais estão indicados especificações como: número de contatos, natureza dos contatos, tensão nominal da bobina, corrente máxima suportável pelos contatos, números de manobras, etc. Existem na prática, relés de corrente contínua e corrente alternada; suas características, vantagens e desvantagens serão vistas a seguir. Imãs de corrente contínua (Relés de corrente contínua) O núcleo de imã de corrente contínua é sempre de ferro doce, maciço; conseqüentemente está garantida uma constituição simples e robusta. As perdas de calor produzidas durante o funcionamento dependem apenas da resistência ohmica da bobina e da corrente. Além disso, em virtude d núcleo maciço de ferro, condutibilidade existente não provoca aquecimento. Ligação do imã de corrente contínua Após ser liado o imã de corrente contínua, a corrente elétrica na bobina I, sobe lentamente. Ao constituir-se o campo magnético, é gerada, pela indução, uma tensão inversa a tensão aplicada na bobina; isto explica a atração suave e amortecida do imã de corrente contínua. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 47 Desligamento do imã de corrente contínua No desligamento de um eletroimã de corrente contínua, o campo magnético desaparece; neste instante se produz uma tensão induzida que é múltiplo da tensão nominal da bobina. Portanto, devido a esta elevada tensão induzida, pode existir perigo para a isolação da bobina; além, pelo efeito do arco voltáico (centelhamento) que se produz, pode ocorrer erosão dos contatos. Para evitar estes inconvenientes, pode ser colocado uma “supressão de arco”. Tais circuitos tem por tarefa, oferecer um caminho para a descarga da tensão induzida no momento do desligamento; porém todas as providências para a supressão de arco, têm por conseqüência um prolongamento do tempo de desativação do relé. Circuito para a supressão de arco Em paralelo com o interruptor S é conectada uma resistência R.O valor da resistência R deve ser determinado de tal maneira a não provocar a ligação da bobina L quando o interruptor estiver desligado. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 48 Neste circuito uma resistência R e um condensador C estão ligados em série; esta associação é ligada em paralelo com a bobina. A vantagem desta ligação é que, caso existam vários contatos que ligam a bobina, não é necessário um circuito supressor para cada contato; porém traz como vantagem um retardo na desativação. Neste tipo de supressão, um diodo é ligado em paralelo com a bobina, fazendo o mesmo efeito que o circuito anterior; porém deve ser observado que o diodo deverá estar inversamente polarizado quando se liga a bobina, ou seja a corrente que flui na bobina deverá estar no sentido do bloqueio do diodo. O seguinte quadro resume as vantagens e desvantagensdos relés de corrente contínua: Vantagens: Ligações suaves Facilidade de ligação pequena – potência – de ligação Pequena potência para segurar Vida útil prolongada ( aproximadamente 100 x 106 ligações) Sem ruídos Desvantagens: Exige supressor de faíscas Elevada carga nos contatos Exige retificador quando ligados a corrente alternada. Tempos de manobra mais prolongados. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 49 Ìmãs de corrente alternada ( Relés de corrente alternada) Neste tipo de ímã, a armadura e o núcleo, são formados por chapas laminadas ( sobreposição em forma de camadas, de várias chapas finas). Esta construção é utilizada, afim de se reduzir as perdas que ocorrem no ferro devido as correntes de Foucaut e histerese. Mesmo assim, durante o funcionamento se produz um forte aquecimento. Ligação do ímã de corrente alternada Ao ser ligado um ímã de corrente alternada, estabelece – se uma intensa corrente I que diminui conforme o aumento da impedância da bobina. Em virtude da elevada corrente no instante da ligação, a força de atração também é grande; consequentemente, os tempos de manobra são relativamente pequenos. O entreferro entre a armadura e o núcleo tem grande influência na grandeza da corrente I. È conveniente portanto que o entreferro seja o menor possível. O quadro seguinte resume as vantagens e desvantagens dos relés de corrente alternada: Vantagens: Tempos curtos de manobra Grande força de atração Não necessita se supressão de arco Não necessita retificador Desvantagens: Grande solicitação mecânica Forte aquecimento se houver entreferro Grande absorção de corrente Curta vida útil Zumbido ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 50 Relés de remanência: (Funcionamento como o dos contatores de remanência) O bloqueio sucede magnéticamente. Os elementos de sinal mantêm o estado ocupado mesmo após o desaparecimento da excitação, até a ocorrência do sinal contrário. Trata- se de um relé especialmente construído para produzir um elevado magnetismo residual, isto é, após Ter sido comandado, mantém a armadura atraída. Também no caso de queda de energia, ele mantém a posição de ligação. Para que o relé seja desativado, é necessário um impulso contrário de corrente. Dados técnicos: Duração do impulso: Min. 30 mS para magnetizar Min. 25 mS para desmagnetizar Limite de temperatura do núcleo: Máx. 80 ºc Relés de impulso de corrente: Componentes de comutação com apenas uma entrada e duas posições de comutação estáveis, nas quais, a cada entrada, a outra posição de comutação é ocupada, alternadamente. Neste tipo de relé, ao ser ligada a bobina, a armadura leva os contatos à uma determinada posição. Ao ser desligada a bobina, esta posição é mantida graças a um travamento mecânico. Um segundo impulso de corrente na bobina, leva os contatos à outra posição, que também é mantida quando cessa o impulso. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 51 Este relé pode ser utilizado por exemplo, em instalações elétricas prediais, quando há a necessidade de comando de iluminação de vários lugares diferentes, como escadas; ou então em comandos que exijam divisões de impulsos, já que este relé tem um comportamento de divisor binário, isto é, a cada dois impulsos dados na bobina, os contatos executam apenas um ciclo. Relés de tempo: Dependendo da execução em questão (retardo de fechamento ou de abertura), o processo de comutação se verifica com retardo após a chegada do sinal de entrada e instantâneamente na retirada do mesmo, ou instantâneamente na chegada do sinal e com retardo na retirada no mesmo. O retardo pode-se verificar por meios mecânicos (dispositivo de tempo ou motor síncrono), pneumáticos (efeito de estrangulamento), eletrônicos (elementos RC) ou térmicos (bimetal). ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 52 A figura seguinte mostra o comportamento de um relé com retardamento da ligação. Ao ser ligado o contato s, é conectada a tensão entre os bornes A1 e A2 e em conseqüência inicia – se a contagem do tempo ajustado. Uma vez atingindo este tempo a armadura é atraída, acionado o contato em ligação os bornes 15 e 18. Ao lado pode ser observado o diagrama de comutação para os sinais de entrada e saída. Nesta outra figura, é explicado como de produz este retardo de tempo. Ao fechar o contato S, a corrente flui através da resistência ajustável R1. Esta corrente não tomará o caminho para a bobina mas sim para o condensador C, através do contato abridor de K1; o condensador irá se carregar, e quando for atingida a tensão de operação de K1, este será acionado. O tempo em questão será então o tempo que leva o condensador para se carregar, que dependerá do valor de R1 e de C (constante RC). Quando o relé k1 é acionado, o contato fechador coloca agora o condensador C em ligação com a resistência R2, que provoca a sua descarga; o relé continuará ligado até que contato S seja desligado, quando então o circuito voltará ao estado inicial. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 53 No relé temporizador com retardo no desligamento, surge de imediato um sinal de saída, ao ser fechado contato S. Somente quando for desligado este contato, é que se dará início a contagem de tempo, após o qual será desligado o sinal de saída. O funcionamento deste temporizador pode ser observado na figura seguinte: Ao ser ligado o contato S, o relé K1 é imediatamente acionado, ligando o contato fechador, que coloca o condensador C em série com R1 e ambos em paralelo com a bobina de K1. Nota – se que o condensador C já se encontrava carregado por estar conectado à tensão através de R2 e do abridor de K1. Ao ser efetuada a comutação de K1 o condensador continuará carregado, até que o contato S desligue, quando então iniciará sua descarga através de R1 e da bobina de K1.Quando a tensão cair abaixo do valor de manutenção de K1acionado, este se desligará, suprimindo o sinal de saída e retornando o circuito ao estado inicial. O tempo em questão neste caso será o de descarga de C. Relés de contatos deslizantes: Equipamento de comutação para a conversão de sinais de duração indefinida em sinais de comportamento temporizado definido. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 54 Esta conversão pode ocorrer no instante de conexão (relé de contato deslizante de conexão) ou na desconexão (relé de contato deslizante de desconexão) ou também em ambas as comutações. Relés oscilantes: Elemento de comutação com alternações rítmicas das posições de comando. Relés contadores:Elemento de comutação que recebe sinais de um pulsador e de acordo com o número de pulsos ajustado, aciona um elemento de trabalho ou de comando. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 55 CCoommppoonneenntteess ppaarraa aa ssaaííddaa ddee ssiinnaaiiss Como elementos de comando utilizam-se em comandos puramente elétricos na maioria das vezes contatores de potência, enquanto que comandos eletropneumáticos e eletrohidráulicos operam com válvulas magnéticas. Elementos de trabalho elétricos entre outros são - Motores - Eletroímãs de elevação - Acoplamentos - Válvulas - Equipamentos térmicos OOuuttrrooss ccoommppoonneenntteess A este grupo pertencem, entre outros conversores, amplificadores, disparos, indicadores. Dispositivo de disparo: Analogamente as sentinelas aciona-se um processo de comutação, na ultrapassagem de um valor limite. Em especial, utiliza-se esta designação para equipamentos que respondem a corrente, tensão, frequência etc. - Disparo de sobrecorrente/relé de sobrecorrente - Relé de mínima tensão/relé de tensão Indicadores: Para a indicação de estados da instalação utilizam-se indicadores. Indicadores visuais: Equipamentos de indicação óticos: Lâmpadas de sinalização Contadores com indicação Reles de sinalização Indicadores eletrônicos (Indicadores digitais eletrônicos etc.) ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 56 Indicadores acústicos: Equipamentos acústicos Buzinas Sirenes Campainhas Especificações de segurança e proteção Além de especificações VDE, existem ainda: Publicações IEC ( especificações internacionais) Diretivas VDI (Idênticas às especificaçõesVDE, com algumas informações especiais a mais) Cadernos de carga ( normas de meios de proteção com regulamentos sobre o emprego do equipamento elétrico) Regras de segurança das associações profissionais. Para a segurança na eletrotécnica foram estabelecidas certas normas e especificações pela VDE ( Associação de eletrotécnicos) sendo estas subdivididas em: Normas Regras Instruções Regras: São especificações desejáveis, isto é, exigências para uma boa confiabilidade de funcionamento de sistemas. Instruções: São especificações facultativas, não incluindo informações técnicas de segurança. As especificações VDE, mais importantes são: VDE 0100: Medidas de proteção contra tensões de contato altas. VDE: 0113: Especificações para o equipamento elétrico de máquinas de usinagem e tratamento, com tensões nominais até 1000V. VIN 40050: Tipos de proteção de meios elétricos de produção. Além de especificações VDE, existem ainda: Publicações IEC ( especificações internacionais) Diretivas VDI (Idênticas às especificaçõesVDE, com algumas informações especiais a mais) Cadernos de carga ( normas de meios de proteção com regulamentos sobre o emprego do equipamento elétrico) Regras de segurança das associações profissionais. No projeto de máquinas e dispositivos que trabalham com elementos elétricos, as exigências mínimas de segurança devem ser observadas. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 57 VDE 0100 – Medidas de proteção contra tensões altas de contato PPaarrtteess ddee ssiisstteemmaass eellééttrriiccooss qquuee eemm ffuunncciioonnaammeennttoo eessttããoo ssoobb tteennssããoo ggeerraallmmeennttee ssããoo pprrootteeggiiddaass ccoonnttrraa ccoonnttaattoo aattrraavvééss ddee iissoollaammeennttooss.. SSee eessttee iissoollaammeennttoo ffoorr ddaanniiffiiccaaddoo,, ppooddeerrããoo ssuurrggiirr tteennssõõeess ddee ccoonnttaattoo ppeerriiggoossaass eemm ccoorrppooss mmeettáálliiccooss.. TTeennssõõeess ddee ccoonnttaattoo ssuuppeerriioorreess aa 6655vv ssããoo ppeerriiggoossaass ppaarraa oo hhoommeemm (( ppaarraa aanniimmaaiiss,, aacciimmaa ddee 2244vv)).. Conforme as especificações VDE são prescritas, para sistemas que trabalham com tensões superiores a 65v, as seguintes medidas de proteção: Isolamento de proteção Neste tipo de proteção, todas as partes nos quais o homem pode tocar, são isoladas. Este isolamento é obtido através de revestimento dos elementos com material sintético resistente a choques, assim como as partes elétricas são montadas de modo a manter um afastamento do seu invólucro metálico. ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 58 Proteção através de tensões reduzidas Neste caso, as tensões são reduzidas a um valor de aproximadamente42v ( em brinquedos, 24v), que desta maneira não oferecem riscos a pessoas. Esta tensão reduzida é conseguida por meio de transformadores redutores ou então através de elementos galvânicos ( baterias). Em muitos comandos elétricos e eletrônicos, as tensões utilizadas são de 24v. Apesar disso, o tipo de proteção aqui analisado, não se refere a estes comandos, pois partes da máquina muitas vezes possuem uma ligação elétrica com esta tensão de 24v; ligação esta necessária para que não surjam comandos errados, enquanto que outras partes estão ligadas com condutor de proteção na rede de 220/380v. A separação galvânica necessária nestes casos, entre os lados de baixa e alta tensão, não é efetuada. Separação de proteção Um transformador de separação é intercalado entre a rede e o consumidor ( no máximo 380v de tensão nominal). ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 59 No lado de saída do transformador, não há tensão ligada à terra. Esta proteção é somente eficaz, enquanto não há contato à terra unilateral no lado de saída. Pode-se ligar a um transformador de separação, somente um consumidor com, no máximo, 16A de corrente nominal. Colocação à zero A colocação à zero exige um ponto estrela ligado ao terra da rede, e um condutor de proteção ligado neste. Se surgir uma tensão de contato na carcaça de um aparelho elétrico, obtém- se um curto- circuito e os elementos antepostos de proteção ( fusíveis ou disjuntores) são acionados. Ligação de proteção à terra ____________________________________________________________ ____________________________________________________________ Centro de Formação Profissional “Afonso Greco” 60 A ligação de proteção à terra, torna uma tensão de contato, um curto- circuito à terra. A corrente que passa pelo fio terra, causa a reação dos elementos de proteção. Sistema de linhas de proteção Todas as partes do sistema que podem Ter uma tensão de contato, são interligadas através de condutores de proteção e ligados à terra. O sistema de linhas de proteção é admissível somente em instalações limitadas. Circuito de proteção contra falhas de tensão
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