Acionamentos Elétricos Marcelo

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FACULDADE PITÁGORAS
 
 
 
 	
 
 
 
 
 
 
 
 
ACIONAMENTOS ELÉTRICOS DE MOTORES
 
 
 
 
 
 
 
Linhares, ES
2018
Elizeu Alvarenga da Conceição
ACIONAMENTOS ELÉTRICOS DE MOTORES
Trabalho apresentado ao Curso de Engenharia Elétrica, da Faculdade Pitágoras, como atividade avaliativa da disciplina de Acionamentos Elétricos de Motores
Professor: Marcelo Henz Geller
Linhares, ES
2018
Resumo
O trabalho apresentado tem o objetivo de uma pesquisa descritiva sobre acionamentos elétricos de motores. Ele consiste em definir conceitos sobre os métodos de partida direta e indireta de motores elétricos, tipos de ligação, dispositivos de comando e sinalização para acionamento de motores, dimensionamento dos dispositivos de proteção e sobre conversores de frequência.
Este trabalho está constituído em etapas, partidas direta e indireta, partidas compensadoras, partidas direta estrala-triangulo, dimensionamento dos dispositivos de proteção e sinalização e conversores de frequência.
Palavras-chave: Partida direta e indireta, comando, proteção e conversores de frequência.
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Introdução
	O presente trabalho é elaborado no âmbito da disciplina de Acionamentos Elétricos, do curso de graduação em Engenharia Elétrica da faculdade Pitagoras de Linhares, ES. O trabalho referida a disciplina de acionamento elétricos, tem como objetivos uma pesquisa descritiva sobre conceitos básicos para os projetos de circuitos elétricos para acionamentos elétricos de motores.
	A automação dos processos e inovações tecnológicas no setor industrial, representa a maior parcela da transformação de energia elétrica em outros tipos de energia, como a mecânica, térmica e etc. O conhecimento referente a acionamentos elétricos de motores e maquina em geral nesse setor e de fundamental importância, na qual a industrial é onde encontra grande demanda de mercado e produção. Como consequência é nas indústrias que encontra a maioria das atividades exercidas pela maioria dos profissionais da elétrica. 
Nesse trabalho apresentaremos conceitos voltado para compreender o princípio de funcionamento dos motores, os tipos de motores elétricos, esquema de ligação, acionamento dos motores elétricos como a partida direta e indireta, partida compensadora, partida estrela-triangulo, dimensionamento de dispositivos de segurança e princípios de funcionamento dos conversores de frequência.
	
Motores Elétricos
O motor elétrico consiste em uma máquina que transforma a energia elétrica em mecânica, O funcionamento dos motores elétricos está baseado nos princípios do eletromagnetismo, mediante os quais, condutores situados num campo magnético e atravessados por corrente elétrica, sofrem a ação de uma força mecânica, força essa chamada de torque. Dentre os tipos existente de motores, o motor elétrico e mais utilizando, devido a sua simplicidade de construção, de fácil transporte, alto rendimento e fácil adaptação aos mais diversos tipos de cargas.
Os motores elétricos são classificados em dois grandes grupos, sendo os motores de corrente continua e corrente alternada.
Motores de corrente contínua
As maquinas de corrente contínua utilizadas tanto como motor com gerador, a corrente aplicada possui fluxo contínuo e ordenado de elétrons sempre na mesma direção. São destinados a aplicações especificas e restrito a casos especais, onde as exigências compensam o seu alto custo de fabricação e instalação, é muito utilizado quando faz necessário controlar a velocidade de forma flexível e precisa em um determinado sistema, possui alto torque em relação as dimensões do motor.
Figura 1 – Esquema de um motor CC
Fonte: http://www.c2o.pro.br/automacao/apk.html
Os motores de corrente contínua são compostos por duas estruturas magnéticas, estator (enrolamento de campo ou imã permanente) e rotor (enrolamento de armadura), necessita de um programa constante de manutenção devido as escovas comutadoras e o faiscamento causado por elas. Os motores CC são classificados de acordo com a forma de alimentação ou excitação, sendo por excitação Independente, Série, Shunt ou derivação (paralelo) e Composta.
Figura 2 - Tipos de excitação de motores CC
Fonte:http://www.marioloureiro.net/tecnica/electrif/Motores_CC_ind1.pdf 
Motores corrente Alternada
Motores acionados através de um fonte de corrente alternada, é uma corrente cuja magnitude e direção varia ciclicamente de acordo com a frequência da rede fornecida pela concessionária de energia elétrica. Os motores de corrente alternada tem uma série de vantagens, sendo a baixa necessidade de manutenção, ausência de escovas comutadoras, ausência de faiscamento, baixo ruído elétrico, custo inferior em relação aos motores de corrente continua, velocidade de rotação superior, não necessita de circuitos especiais de alimentação.
A rotação dos motores de corrente alternada e a formação do campo girante da frequência (Hertz) da rede elétrica fornecida pela concessionária, que no Brasil e estabelecida em 60 Hertz, do número de polos do motor.
Assim temos:
N: Rotação síncrona de motor em RPM;
F: Frequência em Hertz;
P: Número de polos do motor.
Dentre os motores de corrente alternada, os mais empregado são os motores síncronos, motores assíncronos ou de indução. A rotação dos motores síncronos e igual a rotação síncrona, dentro dos limites de fábrica de trabalho do motor, a velocidade praticamente não varia com a carga (fixa). Nos motores de indução ou assíncronos, ocorre uma defasagem ou deslizamento em relação à rotação síncrona, funcionando com uma velocidade menor que a síncrona.
O deslizamento (defasagem) e expressa por:
Os motores síncronos trabalham com velocidade fixa, estes tipos de motores geralmente são utilizados em sistemas de grandes potências, ou quando a aplicação se faz necessário velocidade constante. Os motores síncronos podem ajudar a reduzir os custos e melhoras o rendimento dos sistema de energia elétrica, por trabalharem com fator de potência reguláveis corrigindo-o na rede elétrica.
A respeito do motores síncronos, Mamede Filho, João (2012) declara:
Os motores síncronos funcionam através da aplicação de uma tensão alternada nos terminais do estator, excitando o campo notórico por meio de uma fonte de corrente contínua que pode ser diretamente obtida de uma rede de CC, de um conjunto retificador, de uma excitatriz diretamente acoplada no eixo do motor, comumente chamado de dínamo, ou de um grupo motor-gerador. (p205).
Figura 3 - Gerador síncrono
Fonte:www.feis.unesp.br/Home/departamentos/engenhariaeletrica/slides-2016-cap5_eletrotecnica_fabioleao.pdf
Os motores assíncronos ou motores de indução, é utilizado na grande maioria das máquinas e equipamentos, devido à sua simplicidade, baixo custo e robustez. O motor de indução trifásico que será abordado nesse trabalho, é composto por uma parte móvel denominada de rotor e uma parte fixa que é o estator bobinado. O processo de fabricação do rotor e estator, consiste por finas chapas de aço tratadas para reduzir perdas do campo magnético. 
O funcionamento do motor de indução se baseia na criação de um campo magnético rotativo, ou campo girante. Este campo girante surge a partir da aplicação de tensão alternada nos terminais do estator bobinado, que produz um campo magnético rotativo que atravessa os condutores do rotor, induz no rotor uma força eletromotriz (f.e.m), gerando o seu próprio campo magnético girante. O campo magnético girante criado pelo rotor, ao “tentar” se alinhar com o campo girante do estator bobinado, produz um movimento de rotação no rotor.
Figura 4 – Motor assíncrono ou indução trifásico
Fonte: www.portaleletricista.com.br/motores-de-inducao/
Sistema de Partida de Motores
Durante a partida da inércia, os motoreselétricos requer da rede de alimentação um valor de corrente elevado, podendo a corrente do motor chegar na ordem de 6 a 10 da nominal. Considerado regras básicas para obter do motor elétrico uma vida útil e prolongada, um sistema de partida eficiente que promova custos operacionais reduzidos e reduza o tempo médio entre falhas.
Partida Direta
Método simples para acionamento de motores elétricos, não são agregados dispositivos de comandos e eletrônicos para partida dos motores. São utilizados apenas disjuntores, contatores ou chaves comutadoras. Para utilização desse método de partida de motores direta da rede, a configuração da rede, do motor e operação se forem satisfeitas as condições abaixo:
A corrente de partida do motor não é relevante, pois a corrente a nominal da rede de alimentação e bastante elevada;
A potência do motor é pequena que a corrente de partida é de baixo valor;
A partida do motor é feita sem carga no eixo, reduz o tempo de duração da corrente de partida.
Figura 5 – Partida de Motor Direta
Fonte: www.ensinandoeletrica.com.br/2016/04/diagramas-de-comandos-eletricos_22.html
Figura 6 – Partida de Motor Direta com Reversão
Fonte : www.ensinandoeletrica.com.br/2016/04/diagramas-de-comandos-eletricos_22.html
Partida Indireta Através da Chave Estrela-Triângulo
Partidas indireta de motor trifásico é basicamente, o método utilizado para a redução da “corrente de partida” que Interferem diretamente no dimensionamento de dispositivos elétricos e condutores responsáveis pela partida do motor elétrico trifásico. Para realizar o acionamento do motor através de chaves estrela-triângulo, o motor deve possuir seis terminais de ligação e dispuser de dupla tensão nominal, como 220/ 380V e 380/660V.
O acionamento do motor é inicialmente feito ligando o motor na configuração de ligação estrela até que alcance uma velocidade próxima a de velocidade de regime, após esta ligação é desfeita e executada a ligação em triangulo.
Figura 7 – Diagrama de Ligação Estrela- Triângulo
Fonte: /www.ensinandoeletrica.com.br/2016/04/diagramas-de-comandos-eletricos_22.html
Figura 8 – Diagrama de Ligação Estrela- Triângulo com Reversão
Fonte: www.ensinandoeletrica.com.br/2016/04/diagramas-de-comandos-eletricos_22.html
Partida Compensadoras
A chave compensadora é composta de um autotransformador com várias derivações, destinadas a regular o processo de partida, sendo ligado ao circuito do estator bobinado. Esse tipo de partida de motores elétricos e empregado em motores de potência elevado.
A redução da corrente de partida depende do TAP em que estiver ligado o autotransformador:
TAP 65% - redução para 42% do seu valor de partida direta;
TAP 80% - redução para 64% do seu valor de partida direta.
Figura 9 – Partida Compensadora
Fonte: http://eletricaemsuavida.blogspot.com/2015/11/
Figura 10 – Diagrama Unifilar Chave Compensadora
Fonte: http://eletricaemsuavida.blogspot.com/2015/11/
Partida com Conversores de Frequência
Um inversor de frequência é um dispositivo capaz de gerar uma tensão e frequência trifásicas ajustáveis, com a finalidade de controlar a velocidade de um motor de indução trifásico. Estes motores quando alimentados diretamente da rede de distribuição de energia elétrica possuem uma característica de velocidade constante.
Seu princípio de funcionamento é baseado no campo magnético girante, que surge quando um sistema de alimentação de corrente alternada é aplicada em polos defasados entre si 120º. Desta forma surge o campo magnético, através desta defasagem.
A frequência fornecida pela rede (frequência de entrada no motor) determina a velocidade síncrona do campo elétrico pela qual o motor trabalha. O inversor atua mudando esta frequência na entrada do motor, caso a frequência seja maior, consequentemente a velocidade do motor será maior, e caso a frequência seja menor a velocidade também é menor.
Figura 11 – Inversor de Frequência
Fonte: http://propi.ifto.edu.br/ocs/index.php/connepi/vii/paper/viewFile/3687/2462
Dimensionamento de dispositivos de proteção
Para garantir a integridade dos equipamentos que compõem uma planta Industrial, vários dispositivos de proteção são utilizados para resguardar que problemas como sobre correntes, sobre tensões e perturbações em geral possam causar danos ao sistema e a seus operadores principalmente. Para garantir a eficácia da proteção e necessário a adequada utilização, o posicionamento e ajuste em cada dispositivo de segurança.
Dispositivos de Proteção
Para a realização da proteção do sistema elétrico em geral, existe vários equipamentos, sendo eles Disjuntores, Elos-Fusíveis/Chaves-Fusíveis, Chaves Seccionadoras, Relés, etc. Cada equipamento ou dispositivo de proteção apresenta suas características, construtiva e operativas.
Fusível
Dispositivo de proteção contra sobrecorrente que é caracterizado por um filamento ou placa metálica com um ponto de fusão baixo, tornando-o sensível às elevações na corrente, uma vez que, por efeito Joule, o filamento se funde e interrompe a circulação de corrente elétrica.
Figura 12 – Fusíveis Diazed e NH
		
Fonte: www.portaleletricista.com.br/tipos-de-fusiveis/
Disjuntor
Dispositivo eletromecânico, que funciona como um interruptor automático, destinado a proteger uma determinada instalação elétrica contra possíveis danos causados por curto-circuito e sobrecargas elétricas. A sua função básica é a de interromper a passagem de uma corrente quando esta atinge valores anormais antes que os seus efeitos térmicos e mecânicos possam causar danos à instalação elétrica protegida. 
Figura 13 - Disjuntores
		
Fonte: www.weg.net
Seletividade é a característica que deve ter um sistema elétrico quando submetido a correntes anormais, de modo a atuar os dispositivos de proteção para desenergizar somente a parte do circuito afetado.
Conclusão
O motor elétricos e uma máquina de transforma a energia elétrica em mecânica, O conhecimento referente a acionamentos elétricos de motores e maquina em geral nesse setor e de fundamental importância, na qual a industrial é onde encontra grande demanda de mercado e produção.
A elaboração de um sistema completo de proteção de uma planta industrial, ou no caso de uma instalação elétrica, envolve várias etapas. Processo que envolve a escolha dos dispositivos corretos, de cálculos para a realização da coordenação deste dispositivos conforme as suas características construtivas. Para que o sistema de proteção atinja a finalidade a que se propõe. 
Dentre os principais requisitos para a proteção atingir as suas finalidades, a seletividade é, sem dúvida alguma, o item de maior importância. Pois a presença de uma anormalidade no sistema deve ser isolada e removida, sem que as outras partes do mesmo sejam afetadas. Em outras palavras, seletividade significa isolar, tão depressa quanto possível, a parte do sistema afetada pela falta, e deixar todas as demais energizadas, garantindo a confiabilidade e continuidade no sistema elétrico de acionamento dos motores elétricos.
REFERÊNCIAS
Weg S/A, Disponivel em:< http://www.weg.net/institutional/BR/pt/this-is-weg>, Acesso em: 08 jun. 2018.
MAMADE FILHO, JOÃO. Instalações Elétricas Industriais / João Mamede Filho. – 8.ed. – [Reimpr.]. – Rio de Janeiro: LTC, 2012
“Schneider Electric,” [Online]. Available: http://www.schneider-electric.com.br/documents/cadernos-tecnicos/apostila_procobre_eficienc.pdf. [Acesso em 20 de novembro de 2016].
ARAUJO, L. R. - Apostila do curso de Proteção de Sistemas Elétricos - Universidade Federal de Juiz de Fora – UFJF.