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Qutros parametros: alem dos parametros ja dtados, a soft-starter possui diversas prote<;:oes, dependendo do fabricante do equipamento, como, por exemplo: sobretemperatura nos tiristores, seqUencia de fase invertida, falta de fase no. rede, falta de fase no motor. Economiade energia eletrica: quando 0 motor opera em cargo. reduzida, consequentemente opera com baixo fator de potencia. A chave de partida estatica tern uma fun<;ao que otimiza 0 ponto operacional do motor, minimizando as perdas de energia reativa, fomecendo apenas a energia ativa requerida pela cargo., 0 que caracteriza um procedimento de economia de energia eletrica. A fun<;ao de economia de energia eletrica e aplicada com vantagens em situac;:oes em que 0 motor permanece funcionando a vazio por um nongo periodo de tempo. 1550 e feito mediante a reduc;ao' do. tensao fomecida nos terminais do motor durante 0 tempo em que 0 motor desenvolve a sua opera<;:ao em cargo. reduzida ou a vazio. Reduzindo a tensao, reduz-se a corrente a vazio e, conseqUentemente, as perdas no ferro, que sao proporcionais 0.0 quadrado datensao. Conforme a aplica<;:ao, pode-se obter'uma economia de energia entre 5% a 40% do. potencia nominal, considerando que 0 motor opere nas mesmas condi<;:oes, porem, sob tensao nominal, para uma cargo. no eixo de apena:s 10% do. potencia nominal. Essa fun9ao nao oferece nenhuma vantagem quando aplicada em situa<;oes em que 0 motor opera em cargo. reduzida por :curtos periodos de tempo. No. pratica, a fun<;ao de otimizac;:ao de energia s6 faz sentido 0.0 ser ativada quando a cargo. for menor que 50% do. cargo. nominal durante urn periodo de operac;:ao superior a 50% do tempo de fundonamento do D1otor. E55a fun9ao pode scr aplicada para cargas corno: motores de serraria, esmeril, esteiras transportadoras de aeroportos e cargas similares. Assim, temos a seguinte forma de onda de tensao aplicada 0.0 motor: Otimiza¢o para carga parciaf----L-'-'--'-'-~--..,..-,--J~-"------l~___.::::=F"""'--_\__..,..=cF_=-+-="._r_ (economia de energia) Figura 6.12 - Forma de onda de tensao para 0 modo economia de energia. II 8·:"Chaves de Partida Eletronicas 18. ,., "., , ,.' 6.2.2 - DesaiPD'" padimetros as paramet:ros sao agn~ de acordo com as suas caracteristicas e particularidades, confonne apleselltados em seguida: Parametros de leitura; vanaveis que podem ser visualizadas no display, mas nao pcxlem ser alteradas pelo usuario, como, por exemplo: tensao %, corrente %, potencia ativa etc. Parametros de regul~o: sao os valores ajustaveis a serem utilizados pelas fun<;oes da soft-starter, como, por exemplo: tensao inicial, tempo de: rampa de acelera<;:ao, tempo de rampa de desacelera<;:ao etc. ' Parametros de configura~o:definem as caractensticas da soft-starter, as ., . . " fun<;6es a serem executadas, bern como as entradas e saidas, \como, par exemplo: I f <, par~metros dos relcas de saida e das entradas da soft-starter. Parametros do motor: define as caracteristicas nominais do motor, como, por exempio: ajuste da corrente do motor, fator de servi<;:o. Observaciio: Existe um parametro na soft-starter que carrega as configura<;oes originais de !6brica. Os parametros sao escolhidos de modo a otender ao maior numero de aplicw;oes, redu.zindo ao maximo a necessidade de reprograma<;iio durante a coloca<;ao em funcionamento. 6.2.3 - Formas de liga~ao Existem varias formas de'!igar a soft·starter, as quais estao elencadas a seguir: ",-, Liga~a.o direta: nesse tipo de liga<;ao a motor e ligado diretamente a , I' soft-starter. Dependendo da modelo da soft-starter, .pode ser ligada dire tamente, ou com 0 auxilio de contatores, fusiveis e reles de sobrecorrente, como indica a figura 6.13. _.•. .. _,-~ e /, ~, 1F R Kl m eisNH Rele de sobrecarga Contator da rede Fusfv IS e F2 Chavc estiitica ~ I: Figura 6.13 - Liga~ao direta da soft-starter. Liga~ao com contator em paralelo (contator de by pass): essa liga<;:ao e feita para reduzir as perdas na soft-starter quando a motor esta em regime normal de trabalho. Para tanto, e utilizado urn contator em paralelo para quando 0 motor estiver em regime, conforme indica a figura 6.14. II Chaves de Partida Eletr6nicas 8 .>II. . -:-=::,==::::::::::::==;::=:;;::==-===::-:=~=:;:; ..:.itii.;.",;~=,;":,;::,~,, =:-.-'._::_:.~_:. -:=-~;--:.=:.: ·----"·=~~==:':~::>::::::::~~2:~~~~.""'.< ... ....�...... - .. ;: _ --~- -- _ ------..- F1 r-uslvcis NilI~ U Contator da rede R Kl f2 E 0) 0 ... -o CI> :J~ "0c '"p., 8 Figura 6.14· Ligac;iio com contator de by pass. . Liga~ao em partida seqiiencial de diversos motores: podem ser ligados diversos motores com a mesma soft-starter, reduzindo 0 custo dqs partidas. Para tanto, e partido urn motor, e ap6s ser conc1uida a sua partida, esse motor e alimentado com a tensao da rede, e a soft-starter fica Ilbarada para afetuar a partida de outro mot&r. Para partida seqUencial. recomenda-se a uso de motores de mesma potencia e caracteristicas de carga, assim pode ser utilizado 0 mesmo ajuste para ambos os motores. Se forem utilizados motores com potencias e/ou cargas difereptes, devem ser ajustados os parametros de cada motor em separado, via entradas digitais ou via rede (deuicenet, profibus, RS232, entre outras). A figura 6.15 apresenta 0 esquema desse tipo de liga<;:ao. ( " , ',i .::.e ~~i~~~~~t~~ .~l~~r~~~s ~ . -r ,..,,-.. ______"- _oJ._,. .••" ,_ _ .......M!M!.••,_ ffi ~m ~m= K1 --1--- K2 - -- ....= K3 -l-<= Chave eslatica I -t --= I Figura 6.15 - Liga~ao sequencia! de motores com soft-starter. Ligac;ao simultanea de diversos motores: para efetuar essa ligac;:ao, a capacidade da soft-starter deve ser maior ou igual a soma das potencias de todos as motores. A figura 6.16 mostra essa ligac;:ao. Contatorem paralelo Figura 6.16 - Liga~ao simu!tanea de motores com soft-starter. Diagramas de comando da soft-starter: a soft-starter possui urn determinado numero de entradas e saidas digitais e anal6gicas. As saidas podem .~ ~:1~~~~ ~~ .~~~i~.a. ~l.e~~~~i~~~ e.'.:' ' .. , , , , ser parametrizadas para comando: ligar e desligar soft-starter; sinaliza<;:ao: alarmes, sobrecorrente, falta de alimentayao etc.; controle: indica<;:ao de final de rampa etc. As tens6es de opera<;:ao desses reles e saidas digitais podem ser de 110 Vac a 240Vac a 24 Vdc, dependendo do fabricante. A figura 6.17 exibe a soft-starter com a representa<;:ao do seu circuito de comando. A B C N PE I [ ,I ;--@;} S1 : -------~ -",, - -{BJ--!r---- '_____L _____ > > > I] I~ ~ S4 l~ - AC 380 -415 v f-AC 200 -240 v AV 100 -120vH NIL DeL +24 v Inlerliga<;ao BE DCL +24v Ugarnecessaria l) Desligar 8 - Resetar 7 6 - Falha~ 5 4 - _______:=J Partida concluida 3 _______:=J Contuto pam (rcio2 1 0 Figura 6.17 - Diagrama de comando de uma soft-starter. (Fonte: Instalac;oes Eletricas Industriais: JoCio Mamede Filho). 6.3 - Inversor de freqiiencia Hit alguns anos, para se ter urn contrale precise de velocidade eram utilizados motores de corrente continua. Entretanto, i5S0 acarretava diversos probl~rnas como custo do motor e necessidade de retificalvao da tensao de fomecimanto para allmentar 0 motor, Corn 0 advento cia liiI!etronica de potenda aliada ! necessidade de aurnento de producr!l.o e diminuiyaQ dll3 CUllitos, dentro deste cenitrio surgiu a automa<;:ao, ainda em fase inicial no Brasil. .: ..8 Acionamentos EIl2tticos II ................................................................................................................................................................. -- -----~---""'!!'!!i ): L'Ina.-'MIe: in6nidade de equipamentos fa. desen\IOMd.a para as mais e dM:rrsas ViII"""'" de ~6es e setores indusbiais. Urn dos equipamentos e mais ldilizados nesses processos juntamente com 0 CLP e 0 inversor de frequCncia. IDOISIYado na figura 6.18. Um equipamento versillil e dinDmico que permitiu 0 uso de motores de indur;ao para controle de velocidade em substitui~aos motores de corrente continua. Vamos entao estudar 0 principio basico do inversor de freqiiencia. Figura 6.18 - Inuersor de !requencia CFW 08 Plus. (cortesia WEG) o metoda mais eficiente de controle de velocidade de motores de indu<;ao trifasicos, com menores perdas no dispositivo responsavel pela variar;ao da velocidade, consiste na variar;ao da freqUencia f1 da fonte alimentadora atraves de conversores de freqUencia, em que 0 motor pode ser controlado de modo a prover urn ajuste continuo de velocidade e conjugado com rela<;ao a carga mecanica. Os motores de induc;:ao sao equivalentes a urn transformador em que 0 primario e 0 estator e 0 secundario e 0 rotor. Peloequacionamento da tnaquina assincrona, a conjugado desenvolvido pelo motor assincrono e dado peIa seguinte equac;:ao: E a tensao aplicada na bobina de urn estator e dada por: II .Chaves de Partida Eletronicas II 8 .. :.. -~- -~ -' Sendo: C = conjugado do motor (N..m) <Pm = fluxo de magnetiza¢o (Wb) 12 = corrente no rotor (A) E1 = tensao no estator M F1 = freqUencia da rede (Hz) N1= numero de espiras o fluxo altemado <P b resultante da tensao no estator U1, induz no estator; uma f.e.m. no rotor, a qual produz um fluxo <D2 proporcional a tensao U2 e; inversamente proporcional a freqilencia. Portanto, temos: Para possibilitar a opera<;:ao do motor com torque constante para diferentes velocidades, deve-se fazer variar a tensao U 1 proporcionalmente com a varia<;:ao da freqUencia f1, mantendo, desta forma, 0 £luxo constante. 6.3.1 - Principios basicos o avanc;:o da eletronica de potencia permitiu 0 desenvolvimento de conversores de freqUencia com dispositivos de estado solido, inicialmente com tiristores e atualmente com transistores, mi:lis especificamente 0 IGBT, transistor bipolar de porta isolada. Os cicloconversores antecederam, de ceria forma, os atuais inversores. Eles eram utilizados para converter 60Hz da rede em uma freqUencia mais baiXo, era uma conversao CA-CA. J6 os inversores utilizam a eonversao CA-CC e, por fim, em CA novamente. . Os inversores podem ser classificados pela sua topologia, que e dividida em tres partes, sendo a primeira para 0 tipo de retificac;ao de entrada, a segunda para 0 Epo de controle do eircuito intermedi6rio e a terceira para a saida. . Retificador: na rede de entrada, a freqUencia e fixa em 60Hz, sendo transformada pelo retificador em continua (retificador de onda completa). 0 fHtro transforma essa tensao em continua com valor de aproximadamente: Vee = 1,41 x Vrede ·: e ~~i~~~~~~t~~ .~l:~~~~s ~ Controle de chaveamento: a figura 6.19 mostra urn diagramaf esquematico do circuito de urn inversor de freqUencia:I I Retificador Filtro· t I TlI R s T 1'2 Figura 6.19 - Circuito de um conversor de frequencia. A tensao continua e conectada aos terminais de saida pelos tiristores T1 a T6, que funcionam no corte ou na satura~ao como uma chave estatica. ! o controle desses circuitos e feito pelo circuito de comando, de ma~eira a obter um sistema de tensao altemada em que as freqUencias estao defasadas em 120°. Devem ser escolhidas a tensao e a freqUencia que permitem que a tensao U2 seja proporcional a freqUencia f para que 0 fluxo (1)2 e 0 torque sejam constantes. o circuito de comando dos transistores de potencia e 0 elemento responstwel pela gera<;:ao dos pulsos de controle clos transisLores de poLencin n partir do uso de microcontroladores digitais. Tal tecnica tomou-se possivel e extremamente confiavel. Atuando sobre a taxa de varia~ao do· chaveamento das bases dos transistores, controla-se a freqUencia do sinal trifasico gerado. Como o modulador recebe um sinal de corrente continua ou e alimentado em corrente continua, a freqUencia e a tensao de saida do modulador para 0 motor independem da rede de alimentayao do conversor, fato que permite que 0 conversor possa ultrapassar a freqUencia nominal da rede. A figura 6.20 mostra as tens6es de saida em forma senoidal, para uma freqUencia com periodo T. A tensao de saida varia de acordo com 0 metoda de modulayao denominado PWM (Pulse Width Modulation) que fomese uma corrente senoidal ao motor para uma freqUencia de modula<;:ao na faixa de 2KHZ. • ~ ~~~~~~ ~~ .~~~i.d~. ~l.e:~~~i~~~ e.·.:.' T Figura 6.20 - Modula~iio PWM. " Independente da topologia utilizada, 0 principio de funcionamento se baseia em uma tensao CC no circuito intermediario e devemos transformar em tensao CA para acionar 0 motor AC. Foi mostrado anteriormente urn circuito em blocos de urn inversor com a topologia PWM, que e a mais utilizada nos inversores de freqilencia atuais. Como a tensao e fixa no diagrama, devemos, entao, chavear os transistores de saida pela modulayao de larg'ura de pulso para obtermos uma forma de tensao CA sintetizada e de freqilencia varia-vel. Com isso, estamos aptos a variar a velocidade do motor. A variabilidade da freqilencia e muito grande, e pode ser de forma escalar ou vetorial. Como a escalar e mais comum, vamos comenta-la. A escalar, como 0 proprio nome sugere, e uma relayao direta entre freqilencia e tensao. Observe no grafico seguinte uma forma mais sucinta dessa descriyao: Volts 440 t------------7f 330 t----------:f 220 +------.,,r 110 t---~ j ! 15 30 '15 60 Hz I j Figura 6.21 " I l, ! L l, .::.8 - Grafico tensiio x freqiiencia. ~~i~~~~~~t~~ .~I:~~~~s . ,..~_ ..."",·.........r.-._._~~."V"'"",".",~"",~ -'." Grilfico escalar Com a eleva<;ao da freqUencia do sinal imposto a armadura do motor e manuten<;ao do valor da tensao, a corrente de magnetiza<;ao da maquina cai proporcionalmente e, com ela, 0 £luxo magnetico estabelecido no entreferro. ConseqUentemente, caindo 0 fluxo magnetico, cai 0 conjugado disponibilizado por ela. E a operac;;ao com enfraquecimento de campo: 0 conjugado eletromagnetico da maquina enfraquece e, com isso, determinamos uma area acima da freqUencia nominal que chamamos de regiao de enfraquecimento de campo, em que 0 £luxo come<;a a decrescer, portanto 0 torque come<;a a diminuir. . A curva conjugado x velocidade do motor acionado com conversor de freqUencia pode ser colocada da seguinte maneira: Conjugado Cn /1I 'V: Enfraquedmento /1 I de campo : V 6 60 Figura 6.22 - Enjraquecimento do campo. Podemos notar que 0 conjugado permanece constante ate a freqUencia nominal. Acima desse ponto 0 conjugado comec;a a decrescer. E preciso tomar cuidado especial na aplicac;ao de inversores para acionamento de motores em baixa rotac;ao, pois os motores do tipo fechado com ventila<;ao extema sao autoventilados. Em baixas rotac;o0S, tipicamente abaixo de 50% da rotac;:ao nominal, 0 fluxo de ar pElla carca9a ¢ deficiente. A retirada de calor e prejudicada e a potencia fornecida pelo motor deve ser reduzida para nao ocorrer a queima dos materiais isolantes de seu enrolamento da armadura. Os fabricantes prop6em uma curva operacional como a mostrada a seguir, para evitar danos a maquina, em que urn fator e aplicado ao conjugado nominal para determinar a sua capacidade de trabalho. II Chaves de Partida Eletronicas .8.:. ' •................................................................................... Conjugado 100 90 80 70 60 50 40 30 20 , I: 1 I I 10 1 1 I I I I I0 --l'--------i-----i2r----l30~--+40--S-+0--60-+----+70--8-+0~-9+0~f (Hz)10 O 0 Figura 6.23 - Curva operacional para motor de induc;ao. Uma solu~ao seria especificar 0 motor com um fator de servi~o maior, ou entao aumentar a classe de isolamento para que as bobinas resistam a maior temperatura, au ainda especificar um motor com uma carca<;:a maior para que se tenha maior area para troca termica. Nos motores de indu~ao trifasicos com ventila~ao independente, a troca independe da velocidade impressa pela alimenta~ao do eixo. Assim, 0 conjugado solicitado a ela pode ser otimizado. Dentro de urn intervalo que vai dos 10 Hz ate a freqilencia nominal, e possivel ter um conjugado de 90% do conjugado nominal, conforme 0 grafico seguinte: Conjugado 100 I 90 ----;.:--------i 80 I 70 60 50 40 30 20 10 O-!---+---+-+--+---I-+--+---+--/---+ 10 20 30 40 50 60 70 80 90 o Figura 6.24 - Conjugado para maquinas com ventilac;ao independente. .:..8 IIAcionamentos Eletricos .................................................................................II --~ .. <., - o'-4".,o-'&f1 ----- --------..,.,.,...- :;¥j: Os inversores devem garantir que a variac;:ao da tensao aplicada seja proporcional a freqliencia, 0 que e feito pelo ajuste automatico dos disparos dos transistores por sistemas microprocessados. Para motores de aplicac;:ao normal, nao e necessario um ajuste muito precise da velocidade ou do controle do conjugado. Para esses casos, e bastante razoavel uma precisao de velocidade de 0,5% da rotac;:ao nominal, sem variac;:ao da carga e de 3 a 5% com variac;:ao de carga de ate 100% do conjugado nominal. Usualmente, a faixa de variac;:ao da freqliencia e pequena, algo entre 6 e 100 Hz. 6.4 - Classifica~ao dos conversores de freqiiencia A estrutura eletr6nica de potencia dos conversores que trabalham com modulac;:ao por largura de pulso e praticamente a mesma. 0 que os diferencia sao as variac;:6es que ocorrem no seu circuito de comando. De acordo com as estruturas de comando, temos dois tipos de conversores distintos: 6.4.1 - Conversores com controle escalar Esta familia de conversores e composta de sistemas cuja eXlgencia se restringe ao controle da velocidade do motor, sem controle do torque desenvolvido e sem conhecimento da dinamica do processo sob controle. Sao sistemas que imprimem um certo erro de velocidade que, dada a aplica<;ao, pode ser facilmente assimilado pelo sistema controlado. Os motores acionados por essa familia de conver.sores tem ou dev.em atender a eXigencias normais e 0 controle e feito em malha aberta (sem realimenta<;ao), isto e, nao existe, normalmente, um tacogerador instalado no eixo do motor para realimentar a estrutura controladora do conversor. A faixa de freqliencias operadas, normalmente, vai dos 10Hz aos 60 Hz. 6.4.2 - Conversores com controle vetorial o avanc;:o das tecnicas de controle permitiu que as novas estruturas de comando geradas pudessem atender as sofisticadas solicita<;:6es do controle de velocidade com respostas rapidas e de alta precisao. As maquinas de corrente continua com sistemas de controle em malha fechada ja atendiam a essas solicita<;6es e, no acionamento em potencia, tinham total dominio. Com 0 avan<;o teorico das tecnicas vetoriais de controle, em que a avaliac;ao das variaveis internas do motor, num processo dinamico,e efetuada e passada ao sistema controlador, a regular;ao da maquina de indur;ao trifasica tornou-se mais precisa 13 mais proxima do controle alcanc;ado com a maquina de corrente continua. A corrente de armadura do motor, menos as perdas no ferro, pode ser ·analisada como formada por duas parcelas distintas: aquela que e responsavel pela magnetizar;ao da maquina e, conseqUentemente, pelo fluxo magnetico que atravessa 0 entreferro, e aquela outra parcela do ramo de forc;a do circuito. Portanto, tendo conhecimento dessas grandezas, tem-se conhecimento dos fluxos de energia que a maquina necessita, por meio da analise da corrente da armadura. 0 sinal vindo do eixo do motor, coletado por um tacogerador de pulsos, fomece uma malha fechada de controle, 0 que possibilita: • Alto desempenho dinamicoj • Opera<;ao suave no intervalo de velocidades especificadas para 0 conversor; • Pequenas oscila<;6es no conjugado motor, quando ocorrem varia<;6es na cargaj • Grande precisao de velocidade. 6.4.3 - Blocos componentes do inversor de freqiiencia Na figura 6.25 temos uma representar;ao em blocos dos componentes dos inversores de freqUencia. .:8 ~~i~~~~~~t~~ .~l~:r~~~s ~ (REDE)a R n S T ~ 1° 2°:l I 'I. Interface H serial M o-10Vcc ana16gico [GBT's I/O digital Figura 6.25 - Blocos componentes do inversor de frequencia .. 1Q Bloco - CPU A CPU (Unidade Central de Processamento) de um inversor de freqUencia pode ser formada por um microprocessador 01.1 por um microcontrolador. Isso depende apenas do fabricante. De qualquer fonna, e nesse bloco que todas as informa90es (parametros e dados do sistema) estao armazenadas, visto que tambem uma mem6ria esta integrada a esse conjunto. A CPU nao 'apenas armazena os dados e parilmetros relativos ao equipamento, como tambeltl executa a func;:lilo mats vital para 0 funoionarntlnt() do inverlllim s.na~'o do. puisos de disparo, por meio de uma 16gica de controle coerente, para os IGBT's. 2 Q Bloco - IHM o segundo bloco e a IHM (Interface Homem Maquina). E atraves desse dispositivo que podemos visualizar 0 que esta ocorrendo no inversor (display) e parametriza-lo de acordo com a aplicac;:ao (teclas). Na figura 6.26, temos urn detalhe da IHM de um inversor CFW 08 Plus. I II Chaves de Partida Eletronicas e.:. ..................................................................................' i I Figura 6.26 - IHM de um inuersor CFW 08 Plus. (cortesia WEG) Com esse IHM podemos visualizar diferentes grandezas do motor, como: tensao corrente, freqUencia, status de alarme, entre outras fun~6es. Etambem posslvel visualizar 0 sentido de giro, verifiear ° modo de opera<;:ao (local ou i remoto), \igar ou desligar 0 inversor, variar a velocidade, alterar parametros e outros fun<;:oes. 3 Q BI~co - Interfaces A maioria dos inversores podeser eonwndada por dois tipos de sinais: anal6gicos ou digitais. Normalmente, quando queremos controlar a velocidade de rota<;:ao de um motor AC no, inversor, utilizamos uma tensao anal6gica de eomando. Essa tensao se situa entre 0 a 10 Vee. A velocidade de rotac;:ao (RPM) e proporcional ao seu valor, por exemplo: 1 Vee = 1000 RPM, 2Vcc = 2000 RPM Para inverter ° sentido de rota<;:ao, basta inverter a polaridade do sinal anal6gieo (de a a 10 Vee sentido hon~rio e -10 a a Vcc sentido anti-horario). Este e 0 sistema mais utilizado em maquinas e ferramentas automaticas, sendo que a tensao anal6gica de controle e proveniente do contrale nUffilzrieo eomputadorizado (CNC). Alem da interface anal6gica, 0 inversor possui entradas digitais. Com um para-metro de programa<;:ao, podemos selecionar a entrada valida (anal6gica ou digital). p"it1;"" """~"!"i"'''''''' ~••_ ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• '"A.W.. Uhf,IMB 44. $, o 4!! BIoco - B 2 tie potencia A etapa de palencia e constituida por urn ciraJito retificador, que alimenta (atraves de urn cin:uito intermediario denominado "barramento DC") 0 circuito de saida inversor (mOdulo IGBll. No diagrama seguinte, temos a representa<;:ao detalhada de urn inversor de freqUencia comercial WEG: Rede monor.sica1? au trifasica Fun<;aes programaveis das entradas di itais I I I Fun<;Des programaveis das safdas anal6gicas , /~@" J • Fs • VariAvel de 3- • Fs processo (PID) M • Is • Setpoinl (pI D) • Torque • Corrente ativa Figura 6.27 - Representa<;Cio detalhada doirwersor CFW 08. 6.4.4 - Dimensionamento do inversor Para a escolha do inversor, devemos saber modelo, tipo e sua potencia de acordo com a necessidade de utiliza<;:ao. 1Q) Potencia do inversor Para calcularmos a potencia do inversor, temos que saber qual motor (e qual carga) ele acionara. Normalmente, a potencia dos motores e dada em CV ou HP. Basta fazer a conversao em watts, por exemplo: Rede eletrica = 380Vca 1.1 Chaves de Partida Eletronicas~,II. . :"7· ------ Motor = 1 HP Aplicayao = exaustor industrial CiJ.lculos: IHP = 746W Como a rede eletrica e de 380Vca e os inversores (normalmente) possuem fator de potencia igual a 0,8 (cos<\> = 0,80), temos: CI =Corrente do inversor CI = Potencia em Watts TenSQO na rede x cos <P CI = 746Watts =245A 380 x 0,8 ' 2 Q) Tipos de inversor A maioria dos inversores utilizados e do tipo escalar. S6 utilizamoso tipo vetoria! em duas ocasi6es: extrema precisao de rotayao, torque elevado para rotac;ao baixa ou zero (guindastes,pontes rolantes, elevadores etc.).. 3 Q) Modelo e fabricante Para escolher 0 modelo, basta consultarmos os cat6.logos dos fabricantes, ou procurar um que atenda as scguintes caracteristlcas minimas, como no caso do exemplo citado. Tensao de entrada = 380 Vca Tensao de entrada = 380 Vca Tipo = esca!ar Os mais encontrados nas industrias sao: Siemens, WEG, YasKawa e GE (Fanuc) . .::.e ~~i~~~~~t~~ .~l:~~~~s ~ . 6.4.5 - Sistemas de entrada e saida de dados o sistema de entrada e saida de dados e composto por dispositivos responsaveis pela interliga<;ao entre 0 homem e a maquina. Sao dispositivos por onde 0 homem pode introd~zir informa<;oes na maquina ou por onde a maquina pode enviar informa<;oes ao homem. Para os conversores de _freqUencia, podemos citar os seguintes dispositivos: Interface homem maquina (IHM): e urn dispositivo de entradahaida de dados, em que 0 operador pode entrar com os valores dos parametros de operac;:ao do conversor, como: ajuste de velocidade, tempo de acelera<;ao/ desa,celerac;:ao etc. Tambem pode ter acesso aos dados de opera<;ao do conversor, como: velocidade do motor, corrente, indica<;ao de erro etc. ' Entradas e saidas analogicas: sao os meios de controlar/monitorar 0 conversor atraves de sinais eletronicos anal6gico5, i5tO <3, sinais em tensa.o (0.. 10 Vec) au em corrente (0....20 rnA, 4 ... 20 rnA) e que permitern basicamente fazer 0 controle de velocidade (entrada) e leituras de corrente ou velocidade (salda). Entradas e saidas digitais: sao os meios de controlar/monitorar 0 conversor atraves de sin'ais digitais discretos, como chaves Iiga/desliga. Esse tipo -de controle permite basicamente ter acesso a fun<;oes simples, como: sele<;ao de sentido de rota<;ao, bloqueio, selec;:ao de velocidades etc. Interface de comu'nicas;ao serial: esse meio de comunicac;:ao pet-mite que 0 conversor seja controlado/monitorado a distancia por urn computador central. Essa cornunica<;ao e executada por pares de Hos, podendo ser conec tados varios conversores aum computador central ou operado por CLP, por redes field bus, RS 232 ou RS485, entre outras. o conversor de freqUencia permite 0 acionamento de motores de induc;:ao com freqUencias entre 1 a 60Hz com urn torque constante, sem aquecimentos anormais nem vibra<;oes fora de ordem. Tambem possui outras vantagens que estao enumeradas a seguir: • Rendimento de 90% em toda a faixa de velocidade; • Fator de potencia de aproximadamente 96%; • Acionamento de cargas de torque constante ou variavel; • Faixa de varia<;ao de velocidade, que pede chegar ate 1:20; • Partida e desligamento suave (rampa). II Chaves de Partida Eletr6nicas Q """ .. " ~ .. ""." ... ""."""""."""." .. """".""""."""""""" .. ""."" .. """."."." .. """""" ..~""" I , f 6.4.6 - Formas de variac;ao de velocidade em urn inversor de freqiiencia A principal fun<;:ao deum conversor de freqUencia e a variayao de velocidade em um motor eletrico. Existem algumas formas de promover essa varia<;:ao de velocidade. A seguir, enumeramos as principais maneiras de realizar essa variayao de velocidade pelo inversor de freqUencia: 1) Acionamento pela IHM Uma das maneiras de realizar 0 controle de velocidade de urn inversor de frequencia e 0 acionamento pelas teclas da IHM. Para tal, deve-5e colocar 0 inversor em modo local, e pelo teclado, pode-se incrementar e decrementar a velocidade do motor localmente, bem como inverter 0 sentido de giro do motor, 2) Acionamento pelas entradas digitais Em uma aplicayao industrial, torna-se inviavel 0 acionamento de urn inversor localmente direto nas teclas de sua IHM. Assim, a grande maioria das aplica<;:6es com inversores de freqUencia e realizada por meio de comandos remotos. Para isso, deve-5e colocar 0 inversor em modo de acionamento remoto e, por meio de botoes externos, acionar ou desativar 0 motor e ainda inverter 0 seu sentido de giro. 3) Acionamento pela fun~ao multispeed o multispeed e utilizado quando se deseja ate oito velQcidades fixas pre -programadas. Permite 0 controle da velocidade de saida relacionandoos valores definidos por parametros, conforme a combinayao 16gica clas entraclas digitais programadas para multispeed. Para a ativac;ao cia funyao multispeed, primeiramente e precise fazer com que a fonte de referenda seja dada pela func;ao multispeed, colocar 0 inversor em modo remoto e programar uma ou mais entradas digitais para multispeed, conforme tabela apresentada em seguida: .::.8 ~~i~~~~~~t~~.~l~~r~~~s ~ 8 velocidodes 4 velocidodes " 2 velocidodes 012 013 014 Ref. de Freq. Aberta Aberta Aberta PI24 Aberta Aberta OV PI25 Aberta OV Aberta PI26 Aberta OV OV PI27 OV Aberta Aberta PI28 OV Aberta OV PI29 OV OV Aberta PI30 OV OV OV PI3I Tabela 6.1 - Variar;ao de uelocidade de acordo com 0 funr;ao multispeed. A fun<;ao multispeed tem como vantagem a estabilidade das referencias fixas pre-programadas e tambem garante a imunidade contra ruidos eletricos. A figura seguinte exibe um gratico aplicado ao inversor CFW 08 plus da WEG: Freqliencia de safda ~ ; : : Rampa de ;: acelera<;ao P124 Tempo --:...--:----;--~ OV 012 -"----_-_----;.---;--- aberto ...----i--OV 013 -~- __;...----l._-!-_...!-__-;-_ aberto ..----;-- OV 014 _.l-----<_---'-_........_J.----l._-'-_"-- aberto Figura 6.28 - Grafico do uariar;oo do uelocidade pelo comando multispeed. • -. ~~~~~~ ~~ .p~rtkm. El.e~:o~;~~ ..................••...e.·.: i · -..-- . 4) Acionamento pelas entradas analogicas Em muitas aplicac;oes industriais, deseja-se um contrale da velocidade do motor desde 0% a 100%. Como vimos anteriormente, esse contrale nao e possivel se utilizarmos entradas digitais. Para efetuarmos esse tipo de contrale, pode-se trabalhar com as entradas anal6gicas do inversor por meio de sinais de tensao (0 a 10 Vcc) ou de sinais de corrente (4 a 20 mA). Esse acionamento pode ser realizado de duas maneiras: Pelo potenciometro: 0 inversor de freqUencia possui em seus bomes uma fonte de 10Vcc, assim, pode-se conectar um potenciometra na configurac;ao de divisor de tensao para aplicar uma tensao variavel de 0 a 10 Vcc. • Pela fonte de tensao ou corrente extemas: esse tipo de configurac;ao e um dos mais utilizados quando se quer controlar a velocidade do inversor remotamente. a fomecimento de tensao 01.1 correntee feito por um contralador extemo, como um controlador 16gico programavel (CLP) ou um controlador industrial. 6.4.7 - Conexoes de entrada e saida do inversor de freqiiencia As conexoes de sinais (entradas e saidas anal6gicas) e contraIe (entradas digitais e saidas a rete) sao feitas no conector do Cartao Eletronico de Controle~ A seguir veja os bornesde conexao para 0 circuito de potencia e de aterramento. A figura exibe ci diagrama de conex6es de entradas para 0 inversor CFW 08 Plus: .: .. @ IIAcionamentos Eletricos • •••••• a ••••• a •••• a.a ••••• a ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• a •••••••••• -- i ;;aii-! "'""'" • :\\\',,\\Il\1111111"'1;z· . · .'. ~, Controle XCI Polencia Aterramento ;")}.~;;":f.; "~''>~:':. Descricao':;,-"'''; ',...•., ;~''.;c.,':·, '.'"IJ~ollect9r ';;FXCl;\'~t·I'''•. Funcao padrao defilbrica"";"-,:" '." ?rJJ~~t~ti;i&i~ ,.....-- ,--- \ Entrada diaital 1 1 Dil \ Sem funcao ou habilita geral 4 entradas digitais isaladas Entrada diOlta12 Nivel alto minimo: lOVcc 2 DI2 Nivel baixo minimo: 3Vcc Sentida de giro (remoto) i Nlvel alto maximo: 30Vcc , Entrada diQital 3 ! 3 D13 Corrente de entrada: ·UmA @ OVec ~ I Reset Corrente de entrada Entrada diQitai 4 maxima: ·20mA - I Dl4 ~L ___ r 4 Sem fundio ou Gim/Para .._., 5 GND Referenda OV Nao interligada com 0 PE 'Iv oa lOVccou 0(4) a 20mA. ;Entrada analogica 1 Impedanda: lOOkQ (entrada 6 All em tensao), r+1~ ~ Referenda de freqlienda soon (entrada em corrente).N. 1\1·r~ (remoto) Resolu~o: 7 bits ON tv Tensao maxhna de entrada: 31JJcc. - RP I 7 +lOV Referenda para 0 potenciornetro +10Vee ±5%, capacidade: 2mA I + On 10VccouO(4) n20rM. iI Entrnda anal6gica 2 Impedancia: 100kO (entrada e1n I 8 AI2 tensao), 5000 (entrada em corrente). Resolu¢o: 7 bits Sern fun¢o Tensao maxima de entrada: 3fN= J Saida analoQica oa lOVa::, RL ~ 10kO9 AO\_-- ..~ Frooiicncia de safda IFsl ResoIU¢o: 8 bits Cantato NF do Rele 2 10 AF Fs>Fx Rele~1Ji~2 11 Comum Ponto comum des reles Contata NA do Rele 1 n Ca~~?dade des conlatos:12 NA Sern erro o A 250Vac Figura 6.29 - Diagrama de conexoes do inuersor CFW 08 Plus. rrl'l: Ch~~ ~~. ~~rtkl.". EI.el~o~k~ 0Y :. 6.4.8 - Transferencia de configura~ao pela IHM Em muitos modelos de inversor, e possivel transferir 0 conteudo dos parametros de urn inversor para outro(s), possibilitando a configurac;;:ao de inversores com maior agilidade. Essa func;;:ao somente pode ser utilizada quando os inversores sao do mesmo modele (tensao e corrente) e tern versoes de software compativeis. As figuras seguintes mostram a retirada e conexao da IHM para a transferencia da configurac;;:ao: Figura 6.30 - Retirada e coneXQO da IHM do inuersor. 6.4.9 - Aplica~ao dos inversores de freqiiencia em controle A grande maioria dos inversores de freqi.lencia dispoe da func;;:ao regulador a PID que pode ser usada para fazer 0 controle de um processo em malha fechada. Essa fun<;ao faz 0 papel de um regulador proporcional, integral e derivativo superposto ao controle normal de velocidade do inversor. A velocidade e variada de modo a manter a variavel de processo (aquela que se deseja controlar, por exemplo: nivel de agua de urn reservatorio) no valor desejado, ajustado na referencia (setpoint). Urn exemplo desse controle e urn inversor acionando uma motobomba que faz circular urn f1uido numa dada tubula<;ao. 0 proprio inversor pode fazer <:> controle da vazao nessa tubula<;ao utilizando 0 regulador PID, sem necessidade de urn controlador extemo. Nesse caso, por exemplo, 0 setpoint (de vazao) pode ser dado por uma entrada ana16gica ou via setpoint digilal e 0 ;inal de realimenta<;ao da vazao chega a entrada analogica. Qutros exemplos de aplica<;ao: controle de nivel, temperatura, dosagem, entre outros. ·::.8 ~~i~~~~~~t~~.~l~~r~:~s ..•..•........•.......••... ~ , n iigura 6.31 representa a aplicac;ao de urn inversor CFW 08 Plus para contrale PIO: 25k setpeint via Al2 (semente dispenfvel no CfW-08 Plus) P222-2r····Ct;~~·~~···1 P238-1.00 i 1(Q.25bar) i P239·0 ~ :",~"",,,,,,,,,,,,,,; P240-0.00 4·2OmA CfW-08 06l0eCDe6100CD6l0 Conteudo 1 23456789101112 de P040 "i2 :;a.2.~ ~ '& off on [200 oJ ~ ~~~,g.lil l~S' -g::s .!: "" 2.:::J ..o setpoint @§J J:: c0 <:J ~ pode ser , - .J. ' alterado (!)@o §O is § pelas teclas 1 2 :,g@®~ Xl ~ ~ ~ "---v--' Rede Figura 6.31 - Aplica<;Qo do controle PID em um inuersor de jreqilencia. 6.4.10 - Considera~oes finais sobre os inversores de freqiiencia Perda de potencia: algumas restri<;:6es sao feitas com rela<;:ao a utilizac;:ao dos conversores de freqUencia. Uma delas e que 0 conversor nao fomece uma forma de onda perfeitamente senoidal, 0 que traz perdas no motor na faixa de 15%. No caso de implementa<;:ao de' inversores em motores ja instalados, deve-se verificar se existe essa folga de potencia e para motores novos deve-se levar em considerac;:ao esse acrescimo de potencia. Influencia sobre os capacitores: os capadtores sao afetados quando percorridos por correntes de alta freqUencia. Deve-se ter atenc;:ao para evitar que 0 motor seja submetido a sobretens6es devido a essa influenda. Sobretensoes no isolamento: a comuta<;:ao no conversor ,e realizada em alta freqUencia, provocando elevados picos de tensao que afetam 0 isolamento das espiras entre fases e entre fase e terra. A taxa de crescimento da tensao em relac;:ao ao tempo (dv/dt)e muito elevada no processo de comuta<;:ao, . II' Chaves de Partida Eletronicas 8 '.:' •................................................................................ ·-Wi .P -e-. _. ::: _.~-_.. -- ._----------- --- e a isola¢o das espiras e afetada. Para rrururruzar esses efeitos, deve-se especificar 0 motor de lUna classe de tensao de, no minimo, 600 V com tensao suportavel depico de pelo menos 1000 V. Limite de comprimento do circuito do motor: uma onda de tensao e injetada no terminal de fonte de circuito do motor, que tern uma determinada impedancia caractenstica, e atinge 0 terminal de carga em que estao ligadas as bobinas, cuja impedancia caractenstica e relativamente bern maior que a primeira, 0 que pode resultar no fenomeno de reflexao e refra<;ao da onda. -Assim, 0 motor pode ser submetido a eleva<;ao de tensao nos seus bomes. A equa<;:ao a seguir mostra 0 comprimento do cabo, em que podem surgir anomalias danosas a isola<;:ao do motor: Sendo: vpo = velocidade de propaga<;:ao da onda de tensao aproximadamente 150m/~ Tct = tempo de crescimento do pulso de tensao . A figura seguinte mostra um grafico do comprimento cntico do cabo em fun<;:ao do tempo de crescimento da tensao: :§: 8 75 :g u .9 37,5 c: '" E ..: 0. 15 18,5 u 0,25 0,5 1 TcI Tempo de Crescimento da Tensao - Il5 Figura 6.32 - Comprimento crftico do cabo. (Fonte: Instalac;oes Eletricas Industriais: JOQO Mamede Filho) Distor~ao harmonica: outro fator que deve ser considerado ea diston;:ao harmonica, pois, como foi citado anteriorment~, 0 conversor de freqUencia fornece ao motor uma onda que nao e perfeitamente senoidal, em fun<;:ao dos componentes harmonicos, tanto de tensao quanto de corrent~, ·::.8 ~~~t~~.E1etri~' ~ • · " afetando, assim, as caracteristicas dos motores de indnr;ao e seu rendimento. Portanto, para manter a eleva¢o de temperatura do motor dentro de sua dasse de isolamento, e necessario reduzir 0 torque por meio de urn fator apresentado na figura 6.33. ....... 1 tE 0,95 '" ........ ........ ~ 0,90 ::s r--....2' 0,85 .9 0,80 -- -- - -- -- -- -- -- --~ (l) f\."Sl 0,75 It 0,70 I ~ 0,65 I I " 0,60 I ,I .8 I& 0,55 I 0,50 a I 2 4 6 8 10 12 Distorc;ao hann6nica - Dh(%) Figura 6.33 - Fator de redU!;iio de torque x distorr;iio harmonica. (Fonte: Instalar;oes Eletricas Industriais: Joao Mamede Fi/ho) Para obter 0 rendimento de um motor de indu<;::ao, acionado por urn conversor de frequencia, deve-5e utilizar a equayao seguinte: Sendo: Tjr = rendimento do motor trabalhando com 0 conversor defreqUencia 11 = rendimento do motor alimentadopor uma onda senoidal Frth = fator de redu<;:ao de torque por diston;:ao harmonica II~ ~~~~~ ~~ .~~r.ti~.a.~l.e~~~~i~~~ .•••..•..•..••..•.. " . " .e.".:. -- ------- --- '.. EXERCicIOS PROPOSTOS _._--,-_._.- ...,. .-_~-,,, - -=:--::~---~: ;.--~~- ~ 1. Qual e a fun<;:ao de urna chave de partida soft-starter? 2. Quais as vantagens de ernpregar uma chave de partida soft-starter? 3. Qual 0 principio de funcionamento de uma soft-starter? 4. Descreva as principais fun<;:6es da soft-starter. 5. Quais sao os tipos de parametros que podem ter uma soft-starter? Explique. 6. Quais sao as formas de liga<;:ao de uma soft-starter? 7. Qual e a fun<;:ao de urn inversor de freqUencia? . 8. Qual e 0 principio de funcionamento de um inversor de freqUencia? 9. Qual a faixa de freqUencia recornendada para 0 uso do inversor de freqUencia? Por que? 10. 0 que e inversor de freqUencia escalar? 11. Defina inversor de freqUencia vetorial. 12. Quais sao as interfaces de comunica<;:ao com 0 usuario existentes no inversor de freqUencia? 13. Quais as vantagens de uma chave de partida que utiliza inversores de freqUencia? ·::.8 ~ ~~i~~~~~~t~~.~l~~r~~~s ~ CC ---- ---------------" ~-----jI1------ ESQUEMAS ELETRICOS Esta se<;ao apresenta uma serie de esquemas de acionamentos eletricos para diversos empregos diferentes. Faz uma progressao de comandos mais simples ate os mais complexos. Todos devem ser considerados exemplos de ensino. Nao podem ser aplicados diretamente na pratica por nao conterem todas as funy6es necessarias de sinalizayao e seguran<;:a. R 5 T Fz o 1 51 JV- ---- M 1"" A.l - Partida de motor mono/asicoc com chaue mecanica. • , •..••~ , , .•.. , , ••..•.... , , ..• ~~~~~i~~.~.-.~~~~.~~~ ~~~t~i~~~. " •••••.• , .•.• , .e.'.:' m 1M • R S T F1 F2 F3 F4 Ff1 So Ff1 Sl K1 A.2 - Partida de motor mono/asico a contator. s H T F1,2 I K3c?~:'·_C. I K1c?\_._f-8 ! . I K.Lc?' ·-ru H :,1 s I<z K, K1 S A.3 - Reversao do motor mono/asico. M I'\. H2 .::.e ~i~~~.fl':"~~' ~ I R 5 T F1 F2 F3 r ~ ) \ \ \ 51 V M 3"-' A.4 - Partida de motor trijasico com chave mecdnica. R I 5 T , M 3"-' A.5 - Partida reversora de motor trifCtsico com chave mecdnica. , ~ •••••• _••••••.•••.•••• ~~~~~i~~.~.-.~.u.e.~~~ ~:~t~i~~~ e : l3 J> S A. 6 - Partida reuersora trif6sica. R S T R Fl ~F2 ~~~ Klc?-\~~ .~ ."*\l" ----\ ,--- \ I \ ", I \1,I,I, I , FTl H2 .:e M 3'\, A. 7 - Partida reversora trif6sica com fins de curso. ~~i~~~~~~t~~ .~l~~~~~s ~ :; R 5 T K1 A.S -Motor acionado de varios pontos. I I A. 9 - Prote<;ao contra falta de jose. M 3" 5 T J 1Q'bm Fj I ·IJ~,~~!~ ~~rl >-~ 50 to>"t R 5 IT Kjc:? --1~- I m<3 IKFF 5j "'\ Kj \ i Frjll c: [ Kjf Hj ~~ F2 f(fF I R 5 T QI \' \ ) 1'1 1'2 He c: e I J> J> J>I I FTI >-\ KSf (R) 5u~' 1\5F~ T",,----,5 - KIt:? - - 51'" K \ 1 Frill [ e: I Kif Hj @ M 3'\.. A.10 - Protec;ao contra sequencia de Jase invertida. R S T FII 1'2 1"'31 . 1 5 13 8 12 7 r/l\. M 1 1 3"-'161. PJ , 2 6 14 A.ll - Partida estrela-triongulo com chave meconica. .::.8 ~~i~~~~~t~~.~l:~~~~s ~ ---- S T , F, Ftl FJjJ I-~ --' -4 K.J¢-\(-\ -~ rn~¢-\ -~__I K1¢-j--r f-f ~ FT, FTz ~ A.12 - Partida estrela-tridngulo com reuersao. H s, KT, I" A.13 - Partida estrela-tridngulo com retardo para reuersao. Ill" ~~~~~.A .~,:,u.~ EI"ri~~ ••••..•••••.•••••••••.e:.:~ -- -- 5 T F, FT, ).. F, F, F, K, 50 14 S," K; K, lIT, K, KT,Jl ", 11,\ S, IS K, H, F, T 80'1" 8O'X 80',1' I 6S7f <6.;x; ffi-t n, O·f. O'X. ~>--- A.14 - Partida compensadora com reversoo. H S T 13 F, I'z 1'" ] ----..---.'J .. •• J --' K.,9- --' ITIII [ I IT2 1' I K, -¥ ( S 1'5 A 15 -Motor com dais enrolamentos e duas velocidades. '::.8 ~~i~~~~~~t~~ .~l~~r~~~s.... .... .....•............. ~ 'i , ~S,;&.:.Lik~.··#' Wi FT:.- •2 F< FT;-l__--'(t ,}-"'R'---------l~EO:I__--'rJ: "01 s A.16 - Partida estrela trianqulo com reversdo motofreio de prote!;Qo. Apendice A - Esquemas Eletdcos· . e·:. .................................................................................,. II --- -- - --- -- ~;1""""~,~'~"'"'---""-"""~-~~===== '1 R s T K3 ~ ¢- ---\--- K,¢-{TI II [ FrZ Ii [ [IJ:;I M 3" A.17 - Partida estrela triQnqulo com reuersao motofreio de prote<;ao. R yrl R s 51 KAI (-._. 7'---; Frl , I !+ =-* -;; , I ; I ~--_.; KI HI KAI H3 Fs5 A.18 - Chaue de partida de motor com motofreio. ,:.8 ~~~~t~ .~~~'.. : ..••••.................•~ R " 5 > -- ,.. -~... T f 1 F2 F3 I , __ I -- -- Kz¢-, - 1{'~lliJ iiiIIiiIiiiiiii vk): Ff11[ [ [ I I<" ¢rill- I M 3'" A.19 -Motofreio reuersfuel - forga. II ,Q,:.'Apendice A - Esquemas Eletricos 11. ~." \ " 10 _I'T1 4 ..:..R'----E3-_-' A. So ..' Kzs'w K2 1\1 I\.2 1'5 __~__-J.__-!-.__~__~_--l.__~_--JS ~ A. 20 - Moto/reio reversfvel- eomando. R S T F, [ 1'2 f" Uri JTI -- -- K,c?l.J;--.J; K3c? -- r FT} fl I FT2 11 1 I ~ A.2l - Partida motor Dah/ander. .:e ~~i~~~~~~t~~ .~l~~r~~~s..................•........ ~ 1" i , ~L I", ' """"'" ,>::/ ./--------------------------------------------~ "... / ''''...", '~ ,'>< I .. " ... I ',,..' '\.,_5_4_ : >.~ , " , , 1 , , 1 " , 1 , --', " - 1 " ',_~:l. ,.----; ....,,<,' , , /' '" 52 ---' .... _ ..~ 5 A.22 - Diagrama de comando do motor Dahlander com reuersQo. '~ , II Apendice A - Esquemas Eletricos . @.:. t'I. ., . ------- R s .I.- Fl F2 FslU I I \j - --~ ---' --_\ ~ ¢-- --~ --) K ¢-- __ L_-'Kz ¢--l--~ s] Fflie { I m Ff2 /1 e [ I [ Ks ¢-- --~---~ M 3"-' A23 - Motor Dah/ander reuersao - circuito de jor<;a . .::.e ~~t~~.~l:t~~~ ••••••.•••.•••••••••.••.••~ { . i - ----------,----- j ! I I SIMBOLOGIA ELETRICA I I I I A seguir, temos relacionadas as normas nacionais e intemacionals' ,~ simbolos de maior usc, comparando a simbologia brasileira (ABNT) comli';~"J intemacional (IEC), com a alema (DIN) e com a norte-americana (ANSI) visanao:')x facilitar a modificac;:ao de diagramas esquematicos, segundo as normas estrangeiras, para as normas brasileiras" e apresentar ao profissional a simbologia correta em uso no territorio nacional. A simbologia tern por objetivo estabelecer simbolos graficos que devem ser usados para, em desenhos tecnicos ou diagramas de circuitos de comandos eletromedmicos, representar componentes e a relac;:ao entre eles. A simbologia aplica-se, generalizadamente, nos campos industrial, didatico e outros em que fatos de natureza eletrica precisem ser esquematizados graficamente. o significado e a simbologia estao de acordo com as abreviaturas das principais normas nacionais e intemacionais adotadas na constru<;ao e instalac;:ao de componentes e orgaos dos sistemas eletricos: ABNT- Associa~ao Brasileira de Normas Tccnicas Atua em todas as areas tecnicas do Pais. Os textos de normas sao adotados pelos orgaos govemamentais (federais, estaduais e municipais) e pelas empresas. Compoem-se de Normas (NB), Terminologia (TB), Simbologia (SB), Especificac;:oes (EB), Metodo de ensaio e Padronizac;:ao (PB). ANSI-AmericanNational Standards Institute Instituto de Normas dos Estados Unidos, que publica recomendayoes e, normas em praticamente todas as areas tecnicas. Na area dos dispositivos de comando de baixa tensao, tem adotado, freqUentemente, especificaq,6es da UL edaNEMA. ' II Apendice B -;Si~~ologia Eletrica .233,·,;II. ' '~':J ••••••••••••••••••••••••••• '••••• '."..8.: ••,," " .~sa SIGLA, SIGNIFICADO E NATUREZA Em seguida ha uma descri<;ao dos principais institutos de normas inter nacionais: CEE International Comission on Rules of the Approval of ~letrical Equipment Especifica<;6es intemacionais destinadas, sobretudo, ao material .de instala<;:ao. CEMA Canadian Eletrical Manufactures Association Associa<;ao Canadense dos Fabricantes de Material Eletrico. CSA Canadian Standards Association Entidade Canadense de Normas Tecnicas que publica as normas e concede certificado de conformidade. DEMKO Danmarl{s Elektriske MaterielkontroI Autoridade Dinamarquesa de Controle dos Materiais Eletricos que publica normas e concede certificados de conformidade. . DIN Deutsche Industrie Normen Associa<;ao de Normas Industriais Alemas. Suas publica<;6es sao devida mente coordenadas com as qa VDE. IEC International Electrotechinical Comission Essa comissao e formada por representantes de todos os palses industrializados. Recomenda<;6es da IEC, publicadas por essa comissao, ja sao parcialmente adotadas e caminharn para uma ado<;:ao na integra pelos diversos paises ou, em outros casos, procede-se a uma aproxima<;ao ou adapta<;:ao das normas nacionais ao texto dessas normas intemacionais. ': 8 ~~i~~~~~~t~~ .~I:~r~~~s ~ , &~i~4ic q,"K J •i JEC Japanese Electrotechinical Committee Comissao Japonesa de Eletrotecnica. JEM The Standards of Japan Electrical Manufactu Association Nonnas da Associac;:ao de Fabricantes de Material Eletrico do JIS Japanese Industrial Standards Associac;:a.o de Normas Industriais Japonesas. \ KEMA Kenring van Elektrotechnische Materialen \ Associa<;:ao Holandesa de ensaio de Materiais Eletricos. NEMA National Electrical Manufactures Association Associa<;:a.o Nacional dos Fabricantes de Material Eletrico (E.U.A.). OVE Osterreichischer Verband fur Elektrotechnik Associac;:ao Austriaca de Normas Tecnicas, cujas determina<;oe's geral mente coincidem com as da IEC e VDE. SEN Svensl{ Standard Associa<;:ao Sueca de Normas Tecnicas. UL Underwriters Laboratories Inc Entidade nacional de ensaio da area de prote<;ao contra incendio, nos Estados Unidos, que, enln:~ oulros, [(mliza as (msClios de equipul1¥:ntos 'cl(~tricos e publica as suas prescri<;6es. . .. Apendice B - Simbologia Eletrica '. . ..' i8 '. ;.. .. ' .. , . UTE Union Tecnique de J'Eleetricite Associa<;:ao Francesa de Normas Tecnicas: VDE Verband Deutscher Elektrotechniker Associa<;ao de Normas Tecnicas Alemas que publica normas e reco rnenda<;:6es da area de eletricidade. A seguir, temos os principais simbolos empregados por essas entidades: / I :j i "I '1 .:. 8......... ~'i~~~'~~ .8'~ ~ ~,: ,:II' t S<J'ilM-. ABNT DiN AN5I .-s IEC Grandezas eletricas fundarnentos Corrente continua -- -- DC -- -- . Correnle uliemada "v "v AC rv ",...,; , 'V Corrente contfnua e altemada 'V -- "v -- -- ru ~ --- Exemplo de corrente 1 Phase I-60Hz I-60Hz I-60Hz 1-601-Izaltemada monofasica, 60Hz 2 Wire-60Hz ! Exemplo de corrente 3-60Hz-200V uliernudu lrifiisiOl, 3 3Pllllse-3Wiro3-60Hz220 3-60Hz220 (3N3W 3-GOHz-220Vcondutores, 60Hz, tensao GOCyde-220V 220V-60Hz)de 220V ----:--- Exernplo de corrente 3M-60Hz-380V nllernada trifasica conl 3Philse-4Wire 3+M-50Hz3N-60Hz 380V 3N-60Hz 380V 3-60Hz-380Vneulro, 4 condulores, 60Hz 6OCyde-380V 380V-304W lensao de 380V 380V 60Hz , Exemplo de corrente 2 - 220V conlinua, 2 condulores, 2 -220V 2 -220V 2WireDC, 220V 2c220V(2N.220V)tensao de 220V Exernplo de corrente 2N -llOVcontlnua, 2 condotores e 2N -llOV 2N -llOV 3WireDC, nov 2N -llOV(3N.DC,1l0V)neulro, tensao de llOV .~ _ ~~:~~i~~.~ ~ .~i~~~l~:~ ~~~t~~~ •.••••.•••••.•••••••• _.e :. - - - - - - - - - - - - - - - - ...,-_....- Significado ABl'IT DIN ANSI JIS lEe Sfmbolos de uso geral Terra ~ ~ ~ ~ ~ Massa ~Ja h h ~ Polaridade positiva + + + + + Polaridade negativa Tensao perigosa I-; I-; I-; I-; I-; (Obstaculo geral) Liga~ao celta ou triimgulo 6 6 6 6 6 Liga<;ao Y ou estrela y y y A Y Liga<;ao estrela com neutro acessfvel 1 1 1 A 1 Liga<;ao ziguezague y y y y~ Liga<;ao em Y ou tri&ngulo V V V V Vaberto .::.e ~~i~~~~~~t~~ .~l~~r:~~s .•••••••.•••••••••••••••.•• ~ I _. ~ -~ - -----_..---. 59·· ....· Resistor Resistor com deriva<;Oes lndutor, enrolamento, bobina Indutor com deriva<;oes Ci'lpacitor Capacitor com deriva<;oes Capacitor elelrolHico [rna permanente Diodo semicondutor Diodo zener unidirecional e bidirecionaL Fotorresistor com varia<;l>o independente da tensuo Fotorresistor com varia<;ao dependente da tensao Fotoelemento Gerador "hall" Centelhador (de ponlas) Para - raio Acumulador, bateria, pitha Mufla terminal ou termina<;ao Mulla de jun<;ao ou emenda reta Mulla ou emenda de deriva.,ao simples Mufla ou emenda de deriva¢o dupla Par termoeletrico ..II --c=:::J ~ ....... ''''I' -II -Ill -I IX L..J ~ --c::==J ~ -Il -Ill -Ir± L..J ~ *~ *~ .::.c::=:J- ~ '" .::c:::J- --£L:::l '" ~- -E:::J -ep- -ep 1- 1 t t [I]~ --If- --If -<} <> <!> -+ => ==::> > -c==:J- -WWv ~ "OTffi"'" 1m'f -JE -Jh-1f "fJE rno * ~ ~~ ~ -@ * --If-* > -L -L T T' ·tL -.ti.. T rr L....J -[>I- -.+ ~- ~ ~ -@ 1 t ~ --If y <> 0 -+ -v+ V ~ 6~ ~ ~ ~ -@ 1 t ~ -If --<I <> 0 -+ V e :.. .•................................................ Apendice B - Simbologia Eletrica ----- --~-- W! DIN ANSI JIS IEC Disposilivos de sinalizae,ao 6tica e aeustica Buzina 0::::=:\ Q::::J =c(] =0' 0::::=:\ Campainha ~ :=0 =CD =CDS ~ Sirene » » =c(] cxj » Cigarra ~(l ~ :D" 0 ~ Lampada de sinaliza.;ao 0 0 =08 00 0 Indicador e e CD) e Instrumentos de medie,ao Indicador, simbolo geral 0 0 0 0 0 Amperimetro indicador 0 0 0 0 0) Voltfmetro indieador 0 0 0 ® 0 Voltfmetro duplo au diferendal indicador 9 e 0 @ Wattimetro indicador ® ® e ® ® Frequencimetro indicador 0) Q Q @ CD 0 lndieador de fator de potencia €! €! €! § e Registrador, sfmbolo geral 0 D 0 0 0 D Regislmdor de potilnciil ~ ~ ® ~ 8 ~ I , Integrador, slmbolo geral EJ EJ 0 DO U Inlegmdor de encrgia @ [ID]lWill~ m ~ I .: e ~~i~~l~~~~l~~ .~I:~r~~~s•••..•••••.• " •.••.•..•.••. ~ ----.~-~~~~~-~----- _._---- -_. -j 5 * ...5! Bobina~ geral Bobina eletromagnelica, de enrolarnento unico Bobina elctromagniHica, dc dOis enrolamento Rete de subtensao Rele com retardo para vo ltar ao repouso Rele com retarcio prolongado para voltar ao repouso Rele com rctardo para operar Hcle com relardo para operar e para voltar ao repouso Rele polarizado Rele com remanencia Rele com ressonancia Rele tennico ou bimetillico Rete eletromagnetico de sobrecarga Rele eltromagnetico de curlo-circuito IIII. Bobinas de comando e reIes Mil: I .M;I$~~ .~ r±¢J0 ~~~~ Q--t-· Q--t-· ¢ Q--t ComamO~o ( > o ~ Apendice B - Simbologia E1etrica 8 .:. . .-;,... ---------:..------- � Significado DIN ANSI JIS IECCantatas e pec;as de contato com comandos diversos fcchador (normalmente ..L \* 66\ \ 1 -l-laberto) ~ ? ;~ T ~ ( ~I ?Ti Abridor (normalmente fechado) ~ ~ ~ ( =#= tt (~ ~ 4~ ~ ~ YO! Comutador 6/~ \6~~ ~ 6( \"~I*-r Comutador sem interrupc;;ao \6U \6 ~1o ~ 6/ \0 U T~Temparizado: no fechemento I or~ ~ -,- ~ ~ T¥ T'?fna abertura ~ ~ ~ >-1 TOO-L na abertuta -,- I 'I ~ ~ ~ ~ ~ T~ 'h ~ ,no fechamento ~ ~ ~ 19 ~ I I I Fechador de comando manual ~ ----~ ----""-~ f------~ f------~ Abridor com comando por excentrico (7----t 0------7 % (7---~ I C7 ~ IFechador com comando par ¢---~ ¢----~ ¢--~ .~bobina ~ Fechador com comando par EB---~ EB---~ ISWWeChh EB---~mecanisme� Abridor com comando por� [I]------~ [I]------( d: @pressao IFechador com comando par temperatura O----~ IT1----~ ~ Elm El .::.e ~~i~~~~~t~~ .~l~~r~~~s.••.•••••.•.••..•••••.•...• ~ 59-·\· Tomada e p1ugue Fusivel Fusivel com indica¢o do lade ligado a rede ap6s a ruptura Secionador-Fusivel tripolar Lamina ou barra de conexao, reversora Secionador tripolar Interruptor tripolar (sob cargal Disjuntor Secionador-disjuntor Contatos com rele lermico contatos auxiliares Disjuntor tripolar com reles elretomagnetico com contatos auxiliares ."!".� DIN Dispositivos de <x>mando e de protee;ao JIS lEe !!! ..l.....L...L \--\--\ ') ) ) ...1.." ..l.. ~ ..l.. 0 ITo ..L .J....J... .J....J....J... \--\--\ \--\--\ o---Jo 0--'0 .1 .1 .l ~-~-~ ..L..L..L \--\--\ I Chave de e) protl.?"'oo I ~~~~~i~~.~ ~ .~i~~~I~~~ ~~~t~i~~ ••••••••••••••••..••••e :., ------ DIN ANSI JIS lEe Transfonnadores ..�Transformador com dois ~ l..w.uJ l.uw.J l..w.uJ enrolamentos� (llT"I (llT"I~ 8~ 8~~ (llT"I r� LwJ , --- LwJ 6?~ ..... ....� ___ l.t.u)� fT"'l fT"'lTransformado com Ires� l..w.uJl.t.u) enrolamentos LwJ (llTilI (llTilI~('RlYJlT' t..uV fT"'lfT"'l~ Autolransformador� f-u!.uJ~~ ~ Q) l.utu1 eY~ ---rm-r-- _l..w.uJBobina de reatfulda� l..w.uJ -e::I::J- ~.. , --c:o- -J..NWv- Transformador de correnle ( cp( CPt~ " ( Transformador de -.UL-][ t ][" jf 8 -.llL-WM 8 '"'lTI'potencial� ~NI/IN' 1- 1- 1- 1- T.L 1-..,..� +co--H-TTransformador de corrente capacitivo ~l8[ ~L O[ p[ 8[ Transdutor com tres� enrolamentos, um de servi..o� e dois de contraIe� ~"t# =tz= t# Translormador de dois N� N Nenrolamentos com diversas� '" N N N . deriva<;6es (TAP's) em urn dos ~~ ... enrolamentos (com varia¢o ~(llT"I (l"ffiT) em escaloes) ~ ~ ~~ ~~ Trdnsformador de dais� ~/~--~-- enrolamentos com variar;ao� ~ ~~r(llT"Icontfnua de tensao ~(llTilI ~ ~~ Nota 1:� A ABNT recoinenda para transfonnadores de rede a usa do sfmbolo simplificado, fonnado de dois circulos que se cortam, espedalmente na representar;ao unifilar. Os Ira,.es inclinados que cortam a Iinha vertical, indicam 0 numero de fases.0 ~ Nota 2: Simplificar;ao analoga enonnalizada pata transfonnadores de corrente e de potencial.~m"~~t=ci"' , :..e IIAcionamentos Eletricos ..................... a� ~ ..•-...• � ,I WM ~------------ - . 4Referencias BibIiogrMicas . COTRIM, A. A. M. B. Instala~oes Eletricas. Sao� 2003.� ·,.1' CREDER, H. Instala~oes Eletricas. 14. ed. Rio de Janeiro: LTCj� FILHO, G. F. Motor de Indu~ao. Sao Paulo: Erica, 2000.� KOSOW, 1. T. Maquinas Eletricas e Transfonnadores. 9. ed.� Alegre: Globo, 1993. I� MAMEDE, J. F. Instala~oes Eletricas Industriais. 6. ed. Rio de Janeiro:� LTC,200l. � NETO, J. A. A. Comandos Eletricos. Sao Paulo: Eltec, 2002.� PFEIFFER, J. Manual de Maquinas Eletricas. Sao Joao de Meriti-RJ: Co- edi<;:ao CADTS/SACTES, 1991.� ____. Manual dos Comandos Eletricos. Sao Joao de Meriti-RJ: Co-� edi<;:ao CADTS/SACTES, 1993.� I� ROLDAN, J. Manual de Automa~ao por Contatores.Curitiba: Hemus.� 2002.� SIMONE, G. A. 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" i indice Remissivo i� A Autotransformador de partida 168� B Botoeiras 109� c I� Capacitores ,� banco de capacitores 97� parametros 96� ponto de localiza<;:ao 100� Caracteristicas� dos motores trifasicos 57� nominais de motofreios trifasicos 51� Cargas� capacitivas 140� indutivas 138� resistivas 139� Categoria de conjugado 60� o 61� H 61� HY 61� N 61� NY 61� Chave� com retenc;:ao 110� de contatos multiplos 111� impulso 109� seletora 111� Chaves de partida 154� compensadora 167� direta 154� estrela-triangulo 158� Classe de isolamento 63� Classificac;:ao dos dlsposit iV(l~ ,·11-1 ricos� utilizados em baixa tens,'lO I I: \� Conjugado� acelerante 60� do motor 60, 61� resistente 61� Constituic;:ao do motor <;I,., lndw, i\I' 22� Contato normalmentc� aberto 110� fechado 110� Contator,� blocos antiparaslt"" 145� dimensionamento 143� vida uti! do contalor 144� Contatores 135� categorias de emprcgo d~'i contatores 137 ." � principais caracterbilca~ ·146� principais defeltos 142� Correc;:ao do fator de poll1l:lCti,� vantagens 93� D Desvantagens dos rno(orQ~ em relac;:ao aos motores diif h'Kh~» Disjuntores motores 133� caracteristicas basica:> 134� Dispositivos� de comando e prolcylto� eletricos 109� II fndice Remissivo II ';' Marcas Registradas SSW 04 e CFW 08 plus sao marcas registradas WEG S.A. Todos os demais nomes registrados, marcas registradas ou direitos de uso citados neste livro pertencem aos seus respectivos proprietarios. ': 8 ~~i~~~~~~t~~ .~l::~~~s ' ~ Indice Remissivo A Autotransformador de partida 168� B Botoeiras 109� c Capacitores,� banco de capacitores 97� parametros 96� ponto de localiza~ao 100� Caracteristicas� dos motores trifasicos 57� nominais de motofreios trifasicos 51� Cargas� capacitivas 140� indutivas 138� resistivas 139� Categoria de conjugado 60� D 61� H 61� HY 61� N 61� NY 61� Chave� com reten~ao 110� de contatos multiplos 111� impulso 109� seJetora 111� Chaves de partida 154� compensadora 167� direta 154� estrela-triangulo 158� Classe de isolamento 63� Classifica~ao dos dlsposit iV(l~ ('k-t flcaS� utilizados em baixa tensllo 11:,� Conjugado� acelerante 60� do motor 60,61� resistente 61� Constitui~ao do motor <If' Indlll, hl' 22� Contato normalmente� aberto 110� fechado 110� Contator,� blocos antiparasltns 145� dimensionamento 143� vida util do contator 144� Contatores 135� categorias de emprego d~ contatores 137 - ': � principais caracteril>11c4f$ -146' � principais defeltos 142� Corre~ao do fator de pot~I;\ct~. vantagens 93� D Desvantagens dos rnotOfQ~ ,� em rela~ao aos motores de if'll;h� Disjuntores motores 133� caracteristicas basici.1~' 134� Dispositivos� de comando e protc<;:l1o� eletricos 109� II indice Remissivo II " " _ . --------~--~_.---- I classifica<;ao, 202E controle escalar 202 Escorregamento 59 controle vetorial 203 Enrolamentos em estrela 77 Conex6es de entrada e saida 211 Enrolamentos em tri~mgulo 79 considera<;6es finais214 dimensionamento 206 F formas de variac;:ao 209 prindpios basicos 197Fator de potencia 92 sistemas de entrada de dados 208causas 92 transferencia de configurac;:ao 213compensa<;ao 99� dos motores 105� medic;ao 100 L� metodos para melhoramenlo 94� Ligac;ao para frenagem Fator de servi<;o 69 media 50 Formas construtivas dos motores 75 lenta 49 Fusiveis 116 rapida 51� , aspectos construtivos 118� caracteristicas 119 M dimensionamento 124� Motor aberto 66�tipo NH 122� Motor com�tipo 0, partes constituintes 120� dois capacitores 34�tipo NH, 122 tipo 0 120 dois enrolamentos separados 21 rqtor bobinado 21ultra-rapidos 125� rotor gaiola de esquilo 20� Motor Dahlander 21�G Motor de capacitor Grau de prote<;ao de motores 72 de partida' 31 permanente 33 Motor de fase dividida 30ldentificac;ao das bobinas de um motor de induc;ao trifasico 82 p6los sombreados 28 'Irotor bobinado 46monofa-sico 36� Motor monofasico com�Interruptores fim de curso 111 lnversor de frequencia 195 dois terminais 26 aplicac;ao em controle 213 quatro terminais 26 seis terminais 27blacos componentes 203 '::.8 ~~~~~~t~~ .~~tri~~'.......••......•.•......... ~ , ' ' w .-. Motor para tres e quatro velocidades 22� sincrono para correyao 40� totalmente fechado 67� trifasico com freio 48� universal 35� Motores� a prova de explosao 74� AC 18� DC 18� de alto rendimento 52� de indu<;:ao 18� de indu<,:ao monofasicos 24� Sincronos 38� N Numero de rota<;:oes 70� p Partida compensadora,� desvantagens 178� equacionamento 171� esquema de Iigac;:ao 170� exemplo de dimensionamento 176� vantagens 178� Partida direta,� esquema de Iiga<,:ao 156� exemplo de dimensionamento 157� Partida estrela serie paralelo 82� Partida estrela-triangulo� desvantagens 167� equacionamento 161� esquema de Iiga<,:ao 160� exemplo de dimensionamento 165� vantagens 167� Partida� serie paralelo� triangulo serie� Perdas� eletricas e magnet!� mecanicas 76� no motor 75� parasitas 76� Potencia� aparente 89� ativa 87� de mo.tores trifasicos 105� do transformador 104� reativa 88� Principio de funcionamento de um� motor trifasico 53� R Regime de servi<,:o 68� Rele de Sobrecorrente,� dimensionamento 132� representa<,:ao 132� Reles auxiliares, 146, 148� de falta de fase 150� de minima tensao 151� de prote<,:ao PTC 148� de tempo com retardo 146� de tempo estrela-triEmgulo 147� temporizador pneumatico 147� Reles de� seqUencia de fase 148� sobrecarga 127� Rendimento do motor em fun<;:ao 56� da poLencia no seu eixo 58·� de sua pot~ncia nominal 57� Rota<,:ao nominal 68� ~ I.~d:~~ ~.~~~:":' <B>.:.'� s� T� Seleyao de urn motor 19� Sentido de rota~ao de motores� trifasicos 71� Soft-Starter, 181� descriyao dos parametros 191� formas de ligayao 192� .� principais funyoes 184� principio de funcionamento 182� proteyoes 189� Tabela de caraeteristicas ~ de� motores trifasicos 85� Tempo com rotor bloqueado 63� Tensao nominal mUitipla 70� Tipos de motores eletricos 19� Triangulo das potencias 90� v� Vantagens� da liga~ao estrela 78� dos motores sincronos 42� Velocidade sincrona 38� Ventila~ao 66� ·::.8 ~~i~~~~.~~~~~' ~
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