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Acionamentos Eletroeletrônicos Responsável pelo Conteúdo: Prof. Esp. Alexandre Leite Nunes Revisão Textual: Prof.ª Me. Sandra Regina Fonseca Moreira Comandos Elétricos Comandos Elétricos • Estudar o funcionamento de comandos elétricos. OBJETIVO DE APRENDIZADO • Comandos Elétricos; • Fusíveis; • Disjuntor Industrial; • Relé Térmico; • Contator Industrial; • Sinalização; • Partida Direta de Motores. UNIDADE Comandos Elétricos Comandos Elétricos Nos tempos atuais, os motores elétricos são dispositivos dos mais utilizados na indústria. Para que estes equipamentos possam funcionar de forma eficiente e segura, o sistema de acionamento é parte essencial no controle de máquinas e equi- pamentos mecânicos que utilizam motores elétricos. Estes sistemas de acionamentos de controle para motores elétricos trifásicos sofreram consideráveis modificações nos últimos anos com o avanço no desenvolvimento de componentes eletroeletrô- nicos para controle de sistemas de potência. O acionamento elétrico controla os motores ou máquinas elétricas que são capazes de converter energia elétrica em mecânica. O sistema de controle ou comando elétrico garante que o trabalho produzido seja mantido para o maior aproveitamento da energia empregada. Este sistema de acionamento é composto basicamente por um motor elétrico, contatores, reles, CLP, meios de transmissão, entre outros. Contator em 1924 pela Telemecanique: https://bit.ly/2RMfYPV e Painel elétrico completo para automatização de estações de tratamento de fluentes: https://bit.ly/3cs1FrE Um sistema de comando elétrico é composto basicamente por: • Controle: parte do comando responsável por controlar as contatoras, relés e demais componentes. Por norma, esta parte do comando é alimentada por uma tensão de 24 V; contém os fusíveis de proteção da parte de controle; e ainda pode conter um controlador lógico programável e outros dispositivos; • Potência: parte do comando responsável por ligar e desligar os motores e equi- pamentos de potência; controlados pelo comando elétrico; nesta etapa, fica o disjuntor de proteção do circuito de potência, relé térmico, e outros dispositivos. A funções principais do controle de um motor são: partida, parada, direção de rotação, regulação da velocidade, limitação da corrente de partida, proteção mecânica, proteção elétrica. Veremos a seguir detalhes dos componentes que compõem o comando elétrico. Normas que regem a montagem de comandos/painéis elétricos – Normas brasileiras (ABNT): • NBR-5459: Manobra e Proteção de Circuitos – Terminologia; • NBR-6146: Invólucros de Equipamentos Elétricos – Proteção; • NBR-6808: Conjunto de Manobra e Controle de Baixa Tensão Montados em Fábrica – CMF; • NBR-6148: Fios e Cabos com Isolação Sólida Extrudada de Cloreto de Polivinila para Tensões até 750 V sem Cobertura – Especificação. 8 9 Fusíveis São dispositivos usados nas instalações elétricas, com a função de proteger os circuitos contra os efeitos de curto-circuito ou sobrecargas. São constituídos por um condutor de seção reduzida (elo fusível) em relação aos condutores da instalação, montados em uma base de material isolante. Quando submetidos a uma corrente com valor superior ao seu valor limite, o elo fusível rompe, protegendo o sistema. Norma Fusível Fusível com indicação do lado energizado, após a queima do mesmo ABNT DIM ANSI UTE IEC Figura 1 Figura 2 – Fusíveis D e NH - aR e gL/gG Parafuo de ajuste: https://bit.ly/2VgvBkZ Como dito anteriormente, os fusíveis possuem um componente que entra em fusão quando a corrente elétrica que circula pelo circuito em que foi inserido excede um valor pré-determinado por um intervalo de tempo específico, interrom- pendo, assim, a alimentação nos condutores e, por consequência, nos circuitos e equipamentos alimentados. Os fusíveis estão presentes nas indústrias, oficinas, máquinas residenciais, equipamentos eletroeletrônicos, entre outros. Desta forma, podemos dizer que a principal finalidade do fusível é realizar a proteção dos dis- positivos presentes em uma instalação, preservando o patrimônio e a integridade dos equipamentos, condutores, pessoas e animais, evitando danos, incêndios e a inutilização permanente dos equipamentos e alimentadores. 9 UNIDADE Comandos Elétricos Os fusíveis são aplicados aos circuitos conforme características fundamentais divididas em corrente nominal, corrente de curto-circuito e tensão nominal, além de serem separados por características físicas. Os mais utilizados no mercado são os fusíveis NH e Diazed. Saber aplicar estes fusíveis com eficiência pode ser a diferença entre uma boa proteção e um incêndio que danifica todo o sistema e seus usuários. Devemos dimensionar os fusíveis com vistas às seguintes características: • Tensão Nominal: É o valor de tensão que pode ser aplicado ao fusível. Para aplicação em baixa tensão, os valores padrão são de 500 V para circuitos CA (corrente alternada) e de 600 V para circuitos CC (corrente contínua); • Corrente Nominal: É o valor de corrente que o fusível suporta sem que seu ele- mento fusível entre em fusão e interrompa a alimentação do circuito que esteja protegendo. Estes dados estão impressos no corpo do dispositivo; • Corrente de Curto-circuito: É o valor máximo de corrente que pode percorrer o fusível com destino ao circuito protegido sem que ocorra a queima do fusível; • Capacidade de Ruptura (kA): É a corrente que pode ser interrompida pelo fusível no circuito com segurança, e não depende da tensão máxima correspon- dente à instalação. Figura 3 – Valores de tensão e corrente do fusível Os fusíveis estão subdivididos em três categorias, conforme a eficiência de operação e aplicações específicas: • Fusíveis de Efeito Rápido: Utilizados em aplicações onde a carga (equipamento ou dispositivo ligado ao alimentador) apresenta picos de corrente, normalmen- te cargas resistivas, por exemplo, lâmpadas, fornos elétricos, aquecedores, entre outros; • Fusíveis de Efeito Retardado: Os fusíveis de efeito retardado são utilizados em circuitos nos quais a corrente de partida assume valores bem superiores aos que possuem nas condições normais de funcionamento, ou em situações onde ocorre sobrecarga momentânea dos circuitos, por exemplo, na partida de motores. Os motores, quando partem, exigem uma corrente extra para formar os campos eletromagnéticos, desta forma, se colocarmos um fusível do tipo rápido, ao ligarmos o motor, o fusível abriria. Os fusíveis retardados suportam por alguns segundos uma corrente maior do que a nominal, por exemplo, um motor comum, quando parte, consome 13A, e após atingir a rotação nominal, 10 11 cai para 8ª. Esta diferença entre a partida e o funcionamento normal deve ser absorvida pelo fusível, desde que não ultrapasse o tempo limite em alta; • Fusíveis de Efeito Ultrarrápido: São aplicados em circuitos nos quais alimentam circuitos eletrônicos ultrassensíveis constituídos por elementos semicondutores como tiristores, GTOs e diodos. A seguir, vamos ver alguns tipos de fusíveis e suas características. Fusíveis NH Estes fusíveis são compostos por uma base de fixação em material isolante, onde são fixados contatos tipo garras contendo molas que aumentam a pressão no encai- xe. Suportam elevados níveis de corrente sem que haja rompimento de seu elo fusí- vel. Indicados para circuitos nos quais ocorrem picos de corrente com cargas indutiva e capacitiva, como motores em geral. Fusíveis tipo NH: https://bit.ly/2KdBbOG Base do fusível NH: https://bit.ly/2Ve5dIq Fusíveis DIAZED Este fusível é composto por uma base de porcelana contendo um elemento metálico (elo fusível) no interior. Um dos lados do elo fusível está ligado ao terminal diretamente, e o outro, ao parafuso de ajuste, conforme imagem. O parafuso de ajuste impede a substituição do fusível ideal para a aplicação por outro de maior ou menor capacidade. Para sua montagem, é utilizada uma chave especial. O fusível é feito deporcelana, assim como seu suporte. Em seu interior existe areia especial que tem a função de interromper o arco elétrico e evitar explosões que possam ocorrer com a queima do fusível. Estes fusíveis podem ser de ação rápida, utilizados em circuitos onde não existem cargas, ou os do tipo ação retardada, nor- malmente utilizados em circuitos contendo motores. Diazed internamente: https://bit.ly/3agwoql Fusível DIAZED completo com base: https://bit.ly/34HzLVY Disjuntor Industrial É um dispositivo de manobra mecânico utilizado para estabelecer, conduzir e interromper correntes sob condições normais do circuito, e interromper correntes sob condições anormais do circuito, como: curto-circuito, sobrecarga ou subtensão. 11 UNIDADE Comandos Elétricos Estes dispositivos associam as características dos relés térmicos e eletromagnéticos, surgindo, então, por esta combinação, um sistema de proteção contra subtensão, curto-circuito e sobrecarga. As características elétricas principais do disjuntor industrial estão listadas a seguir, e devem ser observadas pelo técnico tanto na instalação como na substituição: • Tensão nominal; • Corrente nominal; • Frequência. Estas características são encontradas no manual do dispositivo e devem ser segui- das à risca. 1 2 4 6 3 5 Figura 4 – Símbolo gráfico do disjuntor, e a letra Q é o símbolo literal Disjuntores da linha industrial: https://bit.ly/2yl9Ozu Relé Térmico O relé térmico é um dispositivo de proteção de sobrecarga de corrente, utiliza- do normalmente para proteção de motores elétricos, protegendo o motor de sobre- aquecimento, que normalmente ocorre por uma sobrecorrente. Esta sobrecorrente provoca a deformação de uma lâmina bimetálica, fazendo com que o contato mecâni- co abra o circuito elétrico sequente ao disjuntor térmico, efetuando, assim, a proteção dos equipamentos elétricos. O desarme do relé térmico ocorre normalmente por: • Travamento do rotor; • Curto-circuito entre as bobinas (rolamento interno); • Curto-circuito entre bobina e carcaça do motor; • Quando aumenta a corrente além das correntes nominais do motor elétrico. Os relés são divididos em classes para que seja possível atender a um numero maior de sistemas. 12 13 Tabela 1 – Categoria do relé térmico X Tempo de disparo a partir do estado frio Classe 1,05 Ir 1,2 Ir 1,5 Ir 7,2 Ir 10A >2h <2h < 2min 2 ≤ t ≤ 10s 10 >2h <2h < 4min 4 ≤ t ≤ 10s 20 >2h <2h < 8min 6 ≤ t ≤ 20s 30 >2h <2h < 12min 9 ≤ t ≤ 30s Contatos principais Contatos auxiliares Contatos principais ou de carga Contato auxiliar ou de comando tipo COMUTADOR 95 95 95 97 97 98 98 98 96 96 96 642 1 3 5 L1 L2 L3 T3T2T1 ou ou T3T2T1 L3L2L1 F 95 98 96 642 531 Figura 5 – Simbologia do relé térmico Contator Industrial Os Disjuntores Industriais são dispositivos para manobra mecânica, acionados por tensão elétrica, utilizados para acionamento e seccionamento de cargas de potência, funcionando como um interruptor de três fases, comandado por uma bobina eletromagnética. A1 (1) (3) (5) (NF) (NA) (NA) (2) (4) (6) A2 Figura 6 – Ilustração do mecanismo do contator 13 UNIDADE Comandos Elétricos Funcionamento de um contador: https://bit.ly/2RLyF6h Animação da aplicação do contator: https://bit.ly/2RI6pS8 Sinalização É uma forma visual ou sonora de indicar determinada operação em um circuito, máquina ou conjunto de máquinas. A sinalização pode ser feita por buzinas, campai- nhas, sinaleiros luminosos ou sinalizadores audiovisuais. Tabela 2 – Botoeiras Cor Exemplos de Aplicação Verde/Preto Arranque, Ligar, Partida Vermelho Parar, Desligar, Botão de emergência Amarelo Inverter sentido, Cancelar operação Azul/Branco Qualquer função que não as anteriores Símbolos Dispositivo de sinalização Símbolo h h h h h buzina campainha sirene cigarra lâmpada sinalizadora Figura 7 – Simbologia Figura 8 – Dispositivos de sinalização 14 15 Partida Direta de Motores Método de acionamento de motores de corrente alternada, quando o motor é conectado diretamente à rede elétrica, utilizando um comando elétrico simples. Neste tipo de partida, a corrente de pico (Ip) pode variar de 6 a 10 vezes a corrente nominal do motor. Es te tipo de partida se utiliza de motor elétrico trifásico, botões tipo pulso, botão tipo soco para emergência, relé térmico, contator com três contatos bloco de contato auxiliar N/A. Seguindo o esquema elétrico, quando o botão S2 é pressionado e os contatos do contator -K1 estão abertos, os contatos comutam de aberto para fechado, e o motor entra em funcionamento. Ao pressionar S2, a bobina de K1 deixa de receber ali- mentação, desligando o contato de selo k1 que está em paralelo com S1, desligando o motor. Notamos ainda a presença de S0, que é responsável pelo desligamento do motor em caso de emergência; ainda o contato DMT1, que se refere ao contato do relé térmico, que no caso de sobrecorrente no motor, o relé é desarmado, abrindo o contato auxiliar DMT1. -K1 A2 A104 03 02 13 13 14 14 -K1 02 12 11 14 13 01 -S2 -S1 -DMT1 -S 0 11 12 Figura 9 – Esquema elétrico da partida direta 15 UNIDADE Comandos Elétricos Quando precisamos inverter a rotação do motor, é necessário inverter ao menos uma das fases conectadas ao motor. Para isso, precisamos acrescentar ao sistema de partida direta mais um botão e uma contatora, conforme link abaixo. Partida direta com reversão: https://bit.ly/2Vi2FsF Partida direta com reversão, disponível em: https://youtu.be/shOS_w0Gzd8 Para treinar e conhecer mais sobre comandos elétricos, você poderá fazer uso de um progra- ma gratuito chamado Cad Simu, disponível em: https://bit.ly/2XRGQ4V 16 17 Material Complementar Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade: Livros Robótica CRAIG, J. J. Robótica. 3. Ed. São Paulo: Peb Pearson, 2012. (e-book) Eletrotécnica Geral: Teoria e Exercícios Resolvidos FRANCISCO, F. Eletrotécnica Geral: Teoria e Exercícios Resolvidos. 2. ed. São Paulo: Manole, 2006. (e-book) Projetos de Circuitos Analógicos FRANCO, S. Projetos de Cicuitos Analógicos. 1. Ed. São Paulo: Ed. McGraw Hill, 2016. (e-book) MATLAB com Aplicações em Engenharia GILAT, A. MATLAB com Aplicações em engenharia. 4. Ed. São Paulo: Ed. Bookman, 2006. (e-book) Análise de Circuitos MARIOTTO, P. A. Análise de Circuitos. 1. Ed. São Paulo: Ed. Prentice-Hall, 2003. (e-book) Análise de Circuitos Elétricos MARIOTTO, P. A. Análise de Circuitos Elétricos. 2. Ed. São Paulo: Ed. Prentice Hall, 2003. (e-book) Vídeos TRIAC e DIAC - Tiristores - O que são e como funcionam! Parte 2 https://youtu.be/GBxwM8ROV7k Controle de potência AC com TRIAC e Arduino – Parte 1 https://youtu.be/h5QpmV4AqAk 17 UNIDADE Comandos Elétricos Referências AHMED, A. Eletrônica de Potência. São Paulo: Ed. Pearson Prentice Hall, 2009. JOHNSON. D. Fundamentos de Análise de Circuitos Elétricos. São Paulo: LTC. MOHAN, N. Eletrônica de Potência – Curso Introdutório. São Paulo: LTC, 2014. RASHID, M. H. Eletrônica de Potência: Circuitos, Dispositivos e Aplicações. São Paulo: Makron Books do Brasil, 1999. SOLOMON, Fundamentos de Processamento Digital de Imagens – Uma Abordagem Prática com Exemplos em Matlab. LTC. 18
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