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Acionamentos elétricos
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Acionamentos elétricos

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Acionamentos elétricos Document Transcript

  • 1. i ­ ,. --.,.-..... . t rr·~ ~.ahon ... £...-..L: ~,
  • 2. ~ -=""""""" ....... ~-.lt.,.,_ =- ... &"",=,-",,,,,,,,:_ _• _ _ I , i Agradecimentos ~ l Ao professor Evandro Cherubini Rolin, coordenador dos cursos de Engenharia de ContraIe e Automayao e Superior de Tecnologia em Automayao Industrial do Cesumar pelo apoio e incentivo nesta jomada; A WEG pela coniribuic;:ao, permiUndo a reproduc;:ao de figuras e tabelns que proporcionaram um carMer pratico a obra; A AGPR5 Automayao e Sistemas Uda. pela gentileza de ter cedido 0 esquematico colocado na capa do Iivro; Aos colegas prafessores dos cursos de Engenharia de Controle e Automac;:ao e Superior de Tecnologia em Automa~ao Industrial do Cesumar de Maringa-PR; Aos demais amigos e colegas nao citados que contribuiram de forma direta ou indireta com a realiza<;ao deste trabalho; A Editora Erica pelo apoio na elabor~ao e ediyao do livro; A Deus por ter me dado saude e condi<;:6es intelectuais para concluir a tarefa. ·::.0 ~~i~~~~~~t~~ .~I~~~~~s .....•.•...•••...•.•..•••.• ~
  • 3. Siglas AC (alternating current): corrente altemada. CLP: controlador 16gico programavel. CNC: contraIe numerico computadorizado. CV (cavalo-vapor): potencia eletrica equivalente a 736 watts. DC (direct current): corrente continua. FT: rele de sobrecarga. HP (horse-power): potencia eletrica equivalente a 746 watts. IHM: interface homem maquina. K: contator. , KT: reI€! de tempo. NA: cantato normalmente aberto. NF: contato normalmente fechado. 11: rendimento. PID (proporcional integral derivativo): tecnica de controle utilizada emprocessos industriais. PWM (pulse width modulation): modulac;::ao par largura de pulso. RPM: rotac;::6es por minuto. Setpoint: valor desejado. SCR (silicon controled rectifier): retificador contralado de silicio. TC: tranformador de corrente. TP: transformador de potencial. Vee: tensao em corrente continua. Vf (tensao de fase): tensao eletrica entre fase e neutra. VL (tensao de linha): tensao eletrica entre duas fases.
  • 4. "-~. • .-. -:: -...-.... - ~_._"-~~"""--",.-...~,".,, ~~."J..-. . s. ". ----"--- - - -"",--"··:"_,<:~~,-.,..::jL2::::"Iodice AnaliticoCapitulo 1 - Motores Eletricos " _ 17 1.1 - Motores de indu<;:ao 18 1.2 - Fatores de sele<;:ao _ 19 1. 3 - Tipos de motores eletricos 19 1.3.1 - Motor com rotor gaiola de esquilo 20 1.3.2 - Motor com rotor bobinado 21 1.3.3 - Motor Dahlander "" .. 21 1. 3.4 - Motor com dois enrolamentos separados , 21 1.3.5 - Motor para tres e quatro velocidades 22 1.4 - Constituic;:ao do motor de indw;:ao 22 1.5 - Motores de ind~.Ic;:ilO monofasicos 24 1.5.1 - Motor monofasico com dois terminais 26 1.5.2 - Motor monofasico com quatro terminais 26 1.5.3 - Motor monofasico com seis terminais : 27 1.6 - Motores de indw;ao monofasicos 28 1.6.1 - Motor de p610s sombreados (Shaded Pole} 28 1.6.2 - Motor de fase dividida (Split Phase) 30 1.6.3 - Motor de capacitor de partida (Capacitor Start} 31 1.6.4 - Motor de capacitor permanente (Permanent Split Capacitor) .. 33 1.6.5 - Motor com dais capacitores (Two Value Capacitor) : 34 1.7 - Motor universal 35 1.8 - Identificac;:ao das bobinas de um motor monofasico 36 1.9 - Motores sincronos 38 1.9.1 - Utilizac;:ao do motor sincrono para correc;:ao do fator de potencia ., " " 40 1.9.2 - Desvantagens dos motores sincronos em relac;:ao aos motores de induc;:ao : 41 1.9.3 - Vantagens dos motores sincronos em rela<;:ao aos motores de induc;ao " 42 EXERCrCIOS PROPOSTOS 43·::.8 ~~i~~~~~~t~~.~l~~r~~~s .•••...•.•.••..••.•......•. ~
  • 5. Capitulo 2 - Motores Trifasicos 45 2.1 - Motor de induc;;ao com rotor gaiola de esquilo 45 2.2 - Motor de rotor bobinado 46 2.3 - Motor trifasico com freio (motofreio trifasico) .48 2.4 - Motores de alto rendimento 52 2.5 - Principio de funcionamento de urn motor trifasico 53 2.6 - Caraeteristicas dos motores trifasicos 57 2.6.1 - Rendimento 57 2.6.2 - Escorregamento 59 2.6.3 - Categoria de conjugado 60 2.6.4 - Tempo com rotor bloqueado 63 2.6.5 - Ventilac;;ao 66 2.6.6 - Rotac;;ao nominal 68 2.6.7 - Regime de selVic;;o 68 2.6.8 - Fator de selVic;;o (FS) 69 2.6.9 - Tensao nominal multipla 70 2.6.10 - Numero de rotac;;6es 70 2.6.11 - Sentido de rotac;;ao : 71 2.6.12 - Grau de protec;;ao de motores(IP) 72 2.6.13 - Motores a prova de explosao 74 2.6.14 - Formas construtivas 74 2.7 - Perdas no motor 75 2.8 - Conexao dos enrolamentos 76 2.8.1 - Configurac;;ao em estrela (V) 77 2.8.2 - Ligac;;ao em triangulo ~ 79 2.8.3 - Partida serie paralelo 81 2.9 - Identificac;;ao das bobinas de um motor de induc;;ao trifasico 82 2.10 - Tabela de Caracteristicas Eletricas de Motores Trifasicos 85 EXERc!CIOS PROPOSTOS 86Capitulo 3 - Definivoes de Potencia Eletrica 87 3.1 - Potencia ativa 87 3.2 - Potencia reativa 88 3.3 - Potencia aparente 89
  • 6. 3.4 - Fator de potencia 92 3.4.1 - Causas do baixo fator de potencia 92 3.4.2 - Vantagens da correr;ao do fator de potencia 93 3.4.3 - Metodos para 0 melhoramento do fator de potencia 94 3.4.4 - Medi<;ao do fator de potencia 100 3.4.5 - Ponto de localizar;ao dos capacitores 100 3.5 - Potencia do transfonnador em fun<;ao do fator de potencia 104 3.6 - Potencia de motores trifasicos 3.7 - Fator de potencia dos motores 3.8 - Exemplo para determina<;ao das caracteristicas de potencia de urn motor trifasico 105 105 106 I EXERCICIOS PROPOSTOS 108Capitulo 4 - Diagramas de Comando 109 4.1 - Disposilivos eletricos 109 4.2 - Dispositivos de comando e de prote<;ao 112 .4.2.1 - Classifica<;:ao dos dispositivos eletricos utilizados em baixa tensao 113 4.3 - Fusiveis 116 4.3.1 - Aspectos construtivos dos fusiveis 118 4.4 - Caracteristicas dos fusiveis 119 4.4.1 - Tipo 0 120 4.4.2 - Tipo NH 122 4.4.3 - Dimensionamento dos fusiveis 124 4.4.4 - Fusiveis ultra-rapidos : 125 4.5 - Considera<;6es finais sobre os fusiveis 126 4.6 - Reles de sobrecarga 127 4.6.1 - Representa<;ao dos reles de sobrecorrente 132 4.6.2 - Dimensionamento 132 4.7 - Disjuntores motores ; 133 4.7.1 - Caracteristicas basicas 134 4.7.2 - Dispositivos de partida com disjuntor motor 134 4.8 - Contatores · 135 4.8.1 - Categorias de emprego dos contatores 137.: . 0 ~~i~~~~~~t~~.~l:~r~~~s ~
  • 7. ":""::---_._--~- 1 • 4.8.2 - Principais defeitos em corrtatores eIetricos 142 4.9 - Dimensionamento do contator 143 4.10 - Vida util do contator 144 4.11 - Blocos antiparasitas 145 4.12 - Principais caracteristicas dos contatores 146 4.13 - Reles auxiliares 146 4.13.1- Rele de tempo com retardo na energizac;ao 146 4.13.2 - Bloco temporizador pneumatico 147 4.13.3 - Rele de tempo estrela-triemgulo (Y -Li.) 147 4.13.4 - Rele de sequencia de fase 148 4.13.5 - Rele de protec;ao PTC : 148 4.13.6 - Reles de falta de fase 150 4.13.7 - Reles de minima e maxima tensao 151 EXERClcIOS PROPOSTOS 151 , ,. Capitulo 5 - Chaves de Partida 153 , ; ,! 5.1 - Partida direta ; 154 5.1.1 - Esquema de ligac;:ao da chave de partida direta 156 5.1.2 - Exemplo de dimensionamento 157 5.2 - Partida estrela-triemgulo 158 5.2.1 - Esquema de ligac;:ao da chave de partida estrela-tri~mgulo 160 5.2.2 - Equacionamento da chave de partida estrela-trimgulo € 161 5.2.3 - Vantagens da chave estrela-triangulo 167 5.2.4 - Desvantagens cia chave estrela-triangulo 167 5.3·· Pi.)rUda cornpcnsadora 167 5.3.1- Autotransforrnador de partida 168 5.3.2 - Esquema de Iigac;ao da chave compensadora 170 5.3.3 - Equacionamento da chave de partida compensadora 171 5.3.4 - Determinac;:ao das correntes da chave compensadora 173 5.3.5 - Exemplo de dimensionamento de uma chave compensadora .. 176 5.3.6 - Vantagens da chave de partida compensadora 178 . 5.3.7 - Desvantagens da chave de partida compensadora 178 EXERclclOS PROPOSTOS 179 , .
  • 8. ~--~-~ --:: ~ .::;~-~ -~-- ..............---.--, - ---------... - -- - - _ _ . _~ccu,/, . ~.~~, ~~~:~.:E::=:.Ec:::---l_ _ _.;,J:t:V!l~.;5I:I!!I 1IIlli:: "".,,, _ i • • • f I Capitulo 6 - Chaves de Partida Eletronicas 181 I • 6.1 - Soft-Starters 181 • I • 6.1.1 - Principio de funcionamento 182 6.1.2 - Circuito de potencia 183 6.1.3 - Circuito de controle 184 til 6.2 - Principais fun<;:oes da soft-starter 6.2.1 - Prote<;:oes 184 189 I I II II II 6.2.2 - Descri<;:ao dos parametros 6.2.3 - Formas de liga<;:ao 6.3 - Inversor de freqtiencia 192 192 196 • • • 6.3.1- Principios basicos 6.4 - Classifica<;:ao dos conversores de freqliencia 6.4.1 - Conversores com contrale escalar . 198 203 203 .. • .. .. 6.4.2 - Conversores com contrale vetorial.. 6.4.3 - Blocos componentes do inversor de freqliencia 6.4.4 - Dimensionamento do inversor. 203 204 207 .. .. .. 6.4.5 - Sistemas de entrada e saida de dados 209 6.4.6 - Formas de variac;:ao de velocidade em urn inversor de freqilencia 210 ~ 6.4.7 - Conexoes de entrada e saida do inversor de freqilencia 212 6.4.8 - Transferencia de configurac;:ao pela IHM 214 6.4.9 - Aplicac;:ao dos inversores de frequencia em contrale 214 6.4.10 - Considera<;oes finais sobre os inversores de freqliencia 215 EXERCICIOS PROPOSTOS 218 Apendice A - Esquemas Eletricos 219:.. Apendice B - Simbologia Eletrica 233 Referencias Bibliograficas 245 Indice Remissivo 247 .::.G ~C.i~~~~~~t~~ .~I~:r~~~s ~.
  • 9. "",,,·",1,.-", ~~ _ _ _ _ _ ..:..-.~~~ :-_:~~~_itJ"%$"e;;i¥fir1 ,",;CC -V -. ,,: .~ "Prefacio A motivaya.o para elaborar 0 livro surgiu devido a dificuldade de obter ummaterial didatico na literatura nacional que trate de acionamentos eletricos, comuma linguagem objetiva sem perder a essencia tecnica. Ele apresenta uma descriyao conceitual detalhada aliada a figuras eexemplos ilustrativos que harmonizam a abordagem te6rica com a pratica, 0 quepossibilita 0 pleno entendimento das informa<;:oes. Compoe~se de seis capitutos e dois apendices que descrevem de maneiradinamica e didatica os conceitos fundamentais relativos a acionamentos demaquinas eletricas. Ao final de cada capitulo encontra-se um conjunto deexercicios para facilitar a fixa<;:EIO do conteudo estudado. Os capitulos iniciais apresentam os conceitos relativos aos motoreseletricos monofasicos a partir da descriya.o do seu principia de funcionamento,caraeteristicas construtivas e eletricas e formas de Iiga<;:ao. Os capitulos seguintes trazem as definiyoes de potencia elctrica, fator de:potencia, suas causas, metodos de medi<;:ao e corre<;:a.o. Os dispositivos eletricos e chaves de partida sao tratados intensamente emdois capitulos com a descriyEIO de suas caracteristicas, pOl meio de conceitostecnicos e com 0 auxilio de figuras, possibilitando compreender e dimensionalas chaves de partida e os diaglamas de comando utilizados em acionamentoseletricos. o ultimo capitulo e c.lcslinado as chaves de partida clctronicas;soft-starter e inversor de freqilencia que atualmentesao os equipamentos maiSutilizados nesses processos ao lado dos controladores 16gicos programaveis(CLPs). Os apendices A e B apresentam os principais diagramas e1etrico~utilizados na pratica e a descri<;:ao da simbologia adotada por normas nacionaise intemacionais. E uma obra recomendada a tecnicos, tecn610gos e engenheirosque atuam nas areas de automa<;:ao, mecatronica e eletrotecnica, alem deprofissionais que desejam manter-se atualizados. o autor
  • 10. MOTORES ELETRICOS o motor eletrico e urn dispositivo que transforma. energia eletrica emenergia medmica, em geral, energia cinetica, ou seja, num motor, a simplespresen<;a da corrente eletrica, seja corrente continua ou altemada, garantemovimento em, um eixo, que pode ser aproveitado de. diversas maneiras,dependendo da aplica<;:ao do motor. o acionamento de maquinas e equipamentos mecamcos por motoreseletricos e urn assunto de grande importancia economica. Estima-se que 0mercado mundial de motores eletricos de todos os tipos seja da ordem de umadezena de bilhoes de dolares por ano. No campo dos acionamentos industriais,avalia-se que de 70 a 80% da energia eletrica consumida pelo conjunto de todasas industrias seja transformada em energia medmica par motores eletricos. Figura 1.1 - Motor eJetrico de indw;ao tri/6sico. Isso significa que, admitindo-se urn rendimento medio da ordem ,de 80%do universo de motores em aplica<;:oes industriais, cerca de 15% da energia.~ ...........................•. ~~.t~~~s.~l.e~~i~~~ ..........•................. 0." :.1
  • 11. --. ...7..·O- ----..-,.---~-.....,.; ·i:t..::eletrica industrial transforma-se em perdas nos motores. No Brasil, a fabrica<;iiode motores eJetricos e urn segmento relevante da atividade economica. No inkio da decada de 80, a industria brasileira de motores produziu emtorno de tres milh6es de unidades por ano, tendo mais do que 80 mil unidadesacima de 20 CV. Entre 0 fabricante e 0 usuario final deve existir uma estreitacomunicac;:ao, de forma que seja feita uma correta selec;:ao do motor a serutilizado em determinada aplicac;:ao. De acordo com 0 tipo de fonte de alimentac;:ao os motores eletricospodem ser divididos em motores de corrente continua e de corrente alternada. Apresentamos a seguir algumas caracterlsticas basicas dos motores AC eDC: Motores DC: sao conhecidos par seu contrale precise de velociclade epor seu ajuste fino e sao, portanto, largamente utilizados em aplicac;:6es queexigem tais caracteristicas. Vale comentar que a utiliza~ao dos motores decorrente continua teve um grande incremento nos ultimos anos, grac;as aeletronica de potencia, Fontes estaticas de corrente continua com tiristoresconfiaveis, de baixo custo e manutenc;:ao simples, substituiram as gruposconversores rotativos. Com isso, motores de corrente continua passaram aconstitui: altemativa mais atrativa em uma serie de aplicac;6es. Motores AC: a grande maioria das aplicac;6es tern sua configurac;:aomais economica com a utilizac;ao de motores de inclw;:ao de gaiola. Estima-seque 909;() (em unidades) clos motores fabricaclos sejam desse tipo. Quando nao hil necessidade de ajuste e contraIe de velocidade e apotencia e inferior a cerca de 500 CV, sua utilizac;:ao e amplamente dominante.Pode-se dizer que outros tipos de motores sao utilizados somente quandoalguma peculiaridade determina tal opc;ao.Qbscrv(~Q.t 0 constante descnvoluimcmto da e1ctronica de potencia deve /evar a umprogressivo abandano dos matores de corrente contfnua. [sso pOlquc fontcs de tensuo e!requencia contro/adas, que alimentam motores de corrente a/ternada, principalmente os deindw;Qo de gaio/a, ja estQo se transformando em opi;i5es mais atraentes quanta ao ajuste e aocontro/e de velocidade.1.1 - Motores de induvao o motor de indw;:ao converteu-se no tipo mais usado na industria, porquea maioria dos sistemas atuais de distribuiyao de energia eJetrica e de corrente::.0 ~~i~~~~~~t~~.~l:~r:~~s ~
  • 12. -- T .. l ~ ---~, ~ --01.-~- -~~~"~-:~-7,:~~r:~~,£t:;.:_:~~~.,: . :-~- "­alternada. Comparando com 0 motor de corrente continua, 0 motor de indw;aotern como vantagern a sua simplicidade, que se traduz em baixo custo e maximaeficacia com manutenc;:ao minima. 0 rendimento e elevado para medias emaximas cargas, e pode-se assegurar um born fator de potencia com umasele<;ao correta.1.2 - Fatores de sele~ao Na seleyao do motor, varios fatores sao determinantes. A importanciadesses fatores depende da utilizac;:ao a que 0 motor esta sUjeito e daspossibilidades do investidor. A seguir estao enumerados os principais fatores quedevem ser levados em considerac;:ao no processo de selec;:ao de um motor: • Fonte de alimentac;:ao: tipo, tensao, freqUencia, simetria, equilibrio etc.; • Condi<;6es ambientais: agressividade, periculosidade, altitude, tempe­ ratura etc.; • EXigencias da carga e condi<;6es de servi<;o: potencia solicitada, rotac;:ao, esforc;:os mecanicos, configura<;ao fisica, ciclos de operac;:ao, confiabilidade etc.; • Consumo e manutenc;:ao (varia com os interesses econ6micos, perspectiva a curto ou longo prazo); • Controlabilidade: posic;:ao, torque, velocidade, corrente de partida (de acordo com exigencias da carga).1.3 - Tipos de motores eletricos Os motores eletricos sao basicamente divididos em duas grandescategorias quando consideramos tipo de tensao: corrente continua e correntealternada. A figura 1.2 mostra uma descric;:ao detalhada dOlO principais tipos demotores.1m II m.. ~ Motores Eletricos . ::J..:.1 Q r I I
  • 13. • •~--------~ -----........c,.,~_,;·.1· -.. -- --­ - Split phase Capacitor - de partida I ~ Gaiola de Capacitor esquilo I pennanente P610s - sombreados -1 Assincrono ~ Capacitor de I dais valores rl Monofiisico f----- Rolor -1 bobinndo I [ Repulsao I ,-- Relutfmcia I Motor CA t-- H -1 Sincrono L Universal I Histerese r de galola rl Assincrono L de aneis Trifasico I-- r- -~ Ima pennanente -1 Sfncrono I­ P610s salientcs ~ Excita<;flo I P610s Iisos I- , . Figura 1.2 - Tipos de motores eletricos. Serao abordados com maior profundidade os motores em corrente alternada, ja que a maioria dos motores eletricos utilizados na industria pertence a esta categoria. I as motores assincronos trifasicos sao as mais utilizado$ em conjunto com I comandos eletricos devido ao seu custo, robustez e facilidade para inverseo do sentlclo de rota9&o. EXistem dois tlpas de rotates nElSSIIlS mdtotes. 0 mais I comum e, sem duvida, 0 rotor gaiola de esquilo, conhecido tambQm como I rotor em curto-circuito ou rotor de gaiola. 0 segundo e 0 rotor bobinado. I I 1.3.1 - Motor com rotor gaiola de esquilo I I orotor gaiola de esquilo e 0 mais robusto de todos. Nao exige 0 uso de escovas nem de comutadores, 0 que evita muitos problemas relacionados a I desgaste e manutenc;:ao. I , .: e ~~i~~~~~~t~~ .~:~~~~s ~ , , , I I I
  • 14. --.-. ~~-~A.·~~~-...w8 _.-"._~"i"".l-$,;{t~,~"W<t,.;o-~"",~ _ _ _ _ _ ~~~:~;~:.~.~~~_~_;~---S; ~,2.,,=~~:.~_:,~~~~~r:~F::, - ":~~ .-. A forma mais simples do motor com rotor gaiola de esquiIo apresenta um conjugado de partida relativamente fraco e 0 pica de corrente na partida aicanc;:a ate dez vezes 0 valor da corrente nominal do motor. Esses aspectos podem ser m~lhorados parcialmente pela construc;:ao do proprio rotor. Em especial, as barras que formam a gaiola influem nessas caracteristicas. Motores de melhor desempenho sao equipados com rotores gaiola de barras altas, barras de cunha ou barras duplas. ­ 1.3.2 - Motor com rotor bobinado o rotor bobinado tem um enrolamento composto por tres bobinas, semelhante ao estator do motor. Essas bobinas sao ligadas normalmente em es­ trela, com os tres terminais livres conectados a aneis deslizantes no eixo do rotor. Esses aneis permitem, por meio de escovas, a conexao de reostatos (resistores variaveis) no circuito das bobinas do rotor para manipular as caracteristicas de partida, como, por exemplo: melhorar 0 conjugado de partida e diminuir 0 pica de corrente na partida. Alem de diferentes rotores, existem ainda varios tipos de enrolamentos nos estatores dos motores com a finalidade de obter mais de uma velocidade de regime para 0 mesmo motor. 1.3.3 - Motor Dahlander , 0 enrolamento Dahlander e 0 preferido para motores de duas velocidades, sendo uma velocidade maior e outra menor. 0 numero de rotac;:oes em velocidade menor corresponde sempre a metade do numero de rotac;oes em velocidade maior. 0 rendimento do motor em velocidade maior e melhor do que em velocidade menor. A potencia do motor em velocidade maior e 1.5 ate 1.8 vezes maior do que em velocidade menor. . o enrolamento Dahlander consiste em seis bobinas, que podem ser combinadas de duas formas. 0 motor possui seis terminais, como 0 motor para uma velocidade, ponzm nao pode ser adaptado para duas tensoes. 1.3.4 - Motor com dois enrolamentos separadosI1 Nesse tipo de motor existemdois enrolamentos separados, 0 que possibilita duas velocidades em urn so motor. Cada enrolamento e ligado para obter a respectiva velocidade, deixando 0 segundo enrolamento desligado e II Motores Eletricos •................................................................................... G.: . ,.
  • 15. vice-versa. Isso traz a desvantagem de que apenas metade do motor esta ativa, 0que diminui seu rendimento.1.3.5 - Motor para tres e quatro velocidades Em motores de tres velocidades une-se um enrolamento Dahlander a umenrolamento separado. Para obter quatro velocidades unem-se dais enro ­lamentos Dahlander separados em um 56 motor. A respeito das razoes dasvelocidades e do rendimento, vale 0 que foi dito anteriormente para 0 caso domotor Dahlander.1.4 - Constitui~ao do motor de indu~ao o motor assincrono e constituido, basicamente, pelos seguintes ele­mentos: • Urn circuito magnetico estatico: composto de chapas ferromag­ neticas empilhadas e isoladas entre si, ao qual 5e da 0 nome de estator, em que fica a carca<;:a que e a estrutura que tambem tern a funyao de suporte do conjunto. Possui uma constrw;:ao robusta em ferro fundido, a<;:o ou alumlnio injetado, resistente a corrosao e com aletas para a refrigerayao. • Bobinas: de acordo com 0 numero de grupos que caracterizam 0 motor monofasico ou polifasicoj localizadas em cavas abertas no estator e alimentadas pela rede de corrente altemada. • Rotor: formado pOl urn nucleo ferromagnetico, tambem laminado, sobre 0 qual se encontra um enrolamento ou um conjunto de condutores paralclos, nos quais sao induzidas correntes provocadas pela corrente alternada das bobinas do estator. o rotor e apoiado em uma cavidade que transmite a carga a energiamecanica produzida. 0 entreferro (distancia entre a rotor e 0 estator) e bastantereduzido, de forma a diminuir a corrente em vazio, que leva a perdas, mastambem aumenta 0 fator de potencia em vazio. A figura 1.3 apresenta as diversos elementos que compbem 0 motorassincrono de rotor em gaiola de esquilo:: 0 ~~i~~~~~~t~~ .~I~~r~~~s ~
  • 16. ·._~ ~_ ==.. .. <.~~~.~:"" "·!~J::.:~:jtt~·~~~-- . ­ .. 1.­ .. .. .. ... iii ... • ... .. 2v Figura 1.3 " Motor de indw;aa gaia/a de esquilo. (cartesia WEGj A partir da figura 1.3 podemos dividir construtivamente 0 motor em duaspartes: Estator: • Carca<;a (1) • Nuc!eo de chapas (2) • Enrolamento trifasico (8) Rotor • Eixo (7) • Nuc!eo de chapas (3) • Barras e aneis de curto-circuito (12) Outras partes: • Tampa (4) • Ventilador (5) • Tampa defletora (6) II Motores Eletricos e·.:"..................................................................................
  • 17. ~:z~ _ • Caixa de ligac;:ao (9) • Tenninais (1O) • Rolamentos (11) J . Quando 0 motor e energizado, ele funciona como um transformador com secundario em curto-circuito, portanto exige da rede uma corrente muito maior do que a nominal, podendo atingir cerca de sete vezes 0 valor da corrente nominal. A mC?dida que 0 campo girante arrasta 0 rotor, aumentando sua velocidade, a corrente diminui ate atingir a corrente nominal, no tempo em que a rotac;:ao atinge seu valor nominal. No capitulo 2 temos a descric;:ao de funcionamento do motor eletrico. 1.5 - Motores de indu~ao monofasicos Os motores monofasicos sao assim chamados porque os seus enro­ lamentos de campo sao ligados diretamente a uma fonte monofasica. Entre os varios tipos de motores eletricos monofasicos, os motores com rotor gaiola destacam-se pela simplicidade de fabricac;:ao e, principalmente, pela robustez, confiabilidade e manutenc;:ao reduzida. Por terem somente uma fase de alimentac;:ao, nao possuem um campo .girante como os motores polifasicos, mas um campo magnetico pulsante. Isso impede que tenham torque de partida, tendo em conta que no rotor se induzem campos magneticos alinhados ao campo do estator. Para solucionar 0 problema de partida, utilizam-se enrolamentos auxi­ liares, que sao dimensionados e posicionados de forma a criar uma segunda fase ficticia, permitindo a formac;:ao do campo girante necessario para a partida. Assim, teremos um enrolamento de armadura com duas partes: um I enrolamento principal, que e coneetado diretamente a rede de alimentac;:ao. A I outra parte e 0 enrolamento secundilrio ligado em serie com um capacitor e I esse circuito e Iigado em paralelo com 0 circuito principal. Desta maneira, a I corrente eletrica que circula pelo enrolamento auxiliar esta adiantada em aproximadamente 90° da corrente do enrolamento principal. I I Na figura a seguir temos um motor monofasico de uso comerciaJ. I I I I I I I I I I
  • 18. ---_ _-­ -. _______ ... . "_--__-~- _-_"~_-::_-::.-,~~-. -"~~E~I~~ ---- Figura 1.4 - Motor mono!6sico. (cortesia WEG) as motores de induc;:ao monofasicos sao a altemativa natural aos motoresde induc;:ao polifasicos, nos locais onde nao se disp6e de alimentac;:ao trifasica,sendo empregados com freqUeneia em resideneias, escrit6rios, oneinas e emzonas rurais, em aplicac;:6es como: bombas dagua, .ventiladores e meio deacionamento para pequenas maquinas. Nao e recomendavel 0 emprego demotores monofasicos maiores que 3 CV, pois estao Iigados somente com umafase da rede, provocando um considerilVel desbalanceamento de carga na rede. a emprego de motores monofasicos se justifica pelos itens citadosanteriormente, entretanto temos alguns inconvenientes desse tipo de motor: • Levando-se em considerac;:ao 0 Gusto, 6 motor monofasico tem um custo rnais elevado que urn motor trifasico de mesma poteneia. • 0 motor monofasico sofre desgaste mecEmico do platinado (contato centrifugo necessario a partida do motor). • 0 motor monofasico a1canc;:a apenas 60 a 70% da potencia do motor trifasico do mesmo tamanho. • a motor monofasico apresenta rendimento e fator de potencia menores. • Nao e possivel inverter diretamente 0 sentido de rotac;:ao de motores monofasicos. II II Motores Eletricos @ .:,." ·
  • 19. A seguir, temos os tres tipos de motores monofasicos mais utilizados naprirtica.1.5.1 - Motor monofasico com dois terminais E destinado apenas a um valor de tensao, e nao pode ser adaptado adiferentes valores de tensao. Assim, a tensao aplicada na placa deve ser igual atensao da rede de alimenta9ao. Outro inconveniente e 0 fato de nEm ser possivel a inversao do seu sentidode rota9ao, pois ele tem somente dois terminais em que sao ligados oscondutores de fase (Ll) e neutro (N). A inversao dos cabos de alimenta9ao fasee neutro nao provoca a inversao do sentido de giro.1.5.2 - Motor monofasico com quatro terminais Nesse tipo de motor 0 enrolamento e dividido em duas partes iguais.Toma-se possivel a instala9ao do motor a dois valores de tensao, que saochamados de tenSQO maior e tenSQO menor. o valor de tensao maior e sempre igual a duas vezes 0 valor de tensaomenor, sendo que os valores mais utilizados sao 220 V para 0 de maior tensaoe 110 V para 0 de menor tensao. Nao Ii possivel inverter 0 sentido de rota9aodesse motor. Pelo diagrama a seguir, os terminais 1 e 2 sao conectados a uma metadee os terminais 3 e 4 a segunda metade do enrolamento. As duas partes doenrolamento devem ser ligadas em serle se a tensao de alimenta9ao for de 220V. Se a tensao de alimenta<;:ao for 110 V, as duas partes do enrolamento devemser ligadas em paralelo, como mostra a figura 1.5. Ll N L1 N 11 c:r-o 2 3 1 Lo-l 4 3 2 4 Figura 1.5 - Esquema de Iigci<;ao de motor monojasico com quatro terminais.: 8 ~~i~~~~~~t~~ .~l~~~~~s . ..•........•.•..••••..•... ~
  • 20. >",,--_.. -... ....,. -~.,", _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ -~~:..::_~~~_-:-~- . ·,~~@f$t¥r-""t··5*t4i*it(-~,,,-.·c :-----~ 1.5.3 - Motor monofasico com seis terminais Com esse tipo de motor podemos efetuar a liga<;:ao em dois tipos de tensao de alimenta<;:ao diferentes. Alem disso, pode-se inverter 0 sentido de giro desse motor. E necessario ressaltar que nao e possivel fazer a inversao com 0 motor em movimento. Deve-se desliga-lo para que possa ser dada a partida em outra dire<;:ao. Os terminais 1 ate 4 sao conectados as duas metades do enrolamento, como nos motores de quatro terminais. Os terminais 5 e 6 estao ligados a parte e tem como fun<;:ao a inversao do sentido de rota<;:ao, bastando inverter a liga<;:ao dos terminais 5 e 6. A liga<;:flO do motor a maior tensao (220 V) e feita como no motor de quatro terminais. A figura 1.6 mostra 0 esquema de liga<;:ao para a tensao maior. Para inverter 0 sentido de rota<;:ao, basta trocar as conex6es dos temiinais 5 e 6. Ll N k L-A ~ ~ Figura 1.6 - Esquema de liga<;iio de motor monoj6sico com seis term ina is. A figura seguinte mostra a liga<;:ao na menor tensao (llOV). Como no caso da maior tensao, para inverter a rotac;;ao, basta trocar a ligac;;ao dos terminais 5 e 6. Ll N Ll N ~~ X Figura 1.7 - Inversiio de rota<;iio de motor com seis terminais. •~ ~ ~~~~:~s. ~~e.t~~~~ e..: I,
  • 21. 1.6 - Motoresde indu~ao monofasicos Estao divididos nas categorias enumeradas a seguir: • Motor de p610s sombreados (ou shaded pole) • Motor de fase dividida (ou split phase) • Motor de capacitor de partida (ou capacitor start) • Motor de capacitor permanente (ou permanent split capacitor) • Motor com dois capacitores (ou two value capacitor) 1.6.1 - Motor de p610s sombreados (Shaded Pole) o motor de p610s sombreados, tambem denominado motor de campo distorcido (ou shaded pole), grac;:as ao seu processo de partida, e 0 mais simples, confiavel e econ6mico dos motores de indw,:ao monofasicos. Construtivamente, existem diversos tipos, e uma das formas mais comuns e a de polos salientes. Cada polo tern uma parte (em geral 25% a 35%) abrac;:ada por uma espira de cobre em curto-circuito, como e mostrado na figura 1.8. A corrente induzida nessa espira faz com que 0 fluxo que a atravessa sofra urn atraso em relac;:ao ao fluxo da parte nao abrac;:ada por ela. 0 resultado disso e semelhante a urn campo girante que se move da direc;:ao da parte nao abrac;:ada para a parte abrac;:ada do polo. Isso produz 0 torque que fan~ 0 motor partir e atingir a rotac;:ao nominal.-- o sentido de rotac;:ao, portanto, depende do lado em que se situa a parte abrac;:ada do polo. ConseqUentemente, 0 motor de campo distorcido apresenta urn unico senlido de rolac;50. Esle, geralmcnle, pode ser InverUdo, mudnndo-se a posic;:ao da ponta de eixo do rotor em relac;:ao ao estator. Existem outros metodos para obter inversao de rotac;:ao, mas muito mais dispendiosos. ·: e ~~i~~~~~~t~~ .~I~~~~~s .•..•••..•..•....••..••..•. ~
  • 22. -;--_---:::---:-:--::------------~~- --- ---­.~ Espira / de sombra Figura 1.8 - Motor de palos sombreados. As espiras de sombra sao aneis de cobre inseridos nas sapatas polares. Devido a induyao magnetica nos aneis, 0 campo magnetico no entreferro sob eles ter<~ uma defasagem em relayao ao restante da regiao da sapata polar. Tudo ocorre como se houvesse urn campo girante sob cada sapata polar. Quanto ao desempenho, os motores de campo distorcido apresentam . baixo torque de partida (15% a 50% do nominal), representado na figura 1.9, baixo rendimento e baixo fator de potencia. Devido a esse fato, eles sao normalmente fabricados para pequenas potencias, que vao de alguns milesimos de CV a 1/4 CV. De forma geral, 0 controle de velocidade dos motores de campo distorcido consiste em reduzir a tensao de alimentayao aplicada. 100 50 -t--.-----r---.--r----,-~ %0, 20 40 60 80 100 . Figura 1.9 - Curua torque x rotat;QO para 0 motor de palos sombreados. Pcla sua simplicidade, robustez e baixo custo sao ideais nas seguintes aplicayoes: movimentayao de ar (venlllndorcs, exnuslorcs, puriflcndores de ambiente, unidades de refrigerayao, secadores de roupa e de cabelo, pequenasi bombas e compressores, projetores de slides, gira-discos e aplica~6es domes- ticas). , f::: .~ ~~.t~~~. ~~e.t~i~~~ ~..:! i .- .. ~,,,.-- _.-- .. ~
  • 23. 0"-=._" "-0 ,.::.~~-.-.;:; .. _.~·..:t~.:~·","<" ..",­ -~"~-"--: ;C~_~;;;_ .#"l•• - _- ;f:;: t~l"!k" ttRtiz ~.~.~,~.- ;w7lwriF,-::-··..-~------------------~- 1.6.2 - Motor de fase dividida (Split Phase) Esse motor possui urn enrolamento principal e urn auxiliar (para a partida), ambos defasados de 90 0 , como mostra a figura 1.10. 0 enrolamento auxiliar cria urn deslocamento de fase que produz 0 torque necessario para a rota<;:ao inicial e a ace1erac;ao. Quando 0 motor atinge uma rotac;ao predeter­ minada, 0 enrolamento auxiliar e desligado da rede por meio de uma chave que normalmente atua por uma for<;:a centrifuga (chave ou disjuntor centrifugo) ou, em casos especificos, por rele de corrente, chave manual ou outros dispositivos especiais. Como 0 enrolamento auxiliar e dimensionado para atuar apenas na partida, se nao for desligado logo apos a partida, danifica-se. o angulo de defasagem que se pede obter entre as correntes do enro/amento principal e do enrolamento auxiliar e pequeno; assim 0 conjugado de partida e proporcional ao sene do angulo entre as correntes nos enrolamentos principal e auxiliar, no instante da partida; por isso esses motores tem torque de partida igual ou pouco superior ao nominal, 0 que limita a sua aplicac;ao a potencias fracionarias e a cargas que exigem pouco torque de partida, tais como:. maquinas de escritorios, ventiladores e exaustores, pequenos polidores, compressores hermeticos, bombas centrifugas etc. Normalmente sao construidos em potencias fracionarias que nao excedem % de CV. . A chave centrifuga mantem em uniao urn bloco de contatos com os contatos do enrolamento auxiliar atraves de mdas, de modo que 0 circuito esta fechado na partida. A medida que. aumenta a velocidade do motor, pesos sao deslocados para fora, superam a tensao das molas e afastam 0 bloco de contatos, abrindo 0 circuito do cnrolamento iluxiliar, 0 qual pcrmancce aberto enquanto 0 motor estiver funcionando . . __----./_---...., 1 Chave centrlluga u C C i ~ 8 ~ Enrolamento auxiliar Figura 1.10 - Motor de Jose diuidida. Para esse tipo·· de motor 0 ~nrolamento auxiliar e desconectado da rede por maio de chava centrifuga quando a rota~ao estiver situada entre 75% e 80% da valocidade sincrona, pois nesse intervalo de velocldades, 0 conjugado produzido pelo campo pulsante do enrolamento principal excede aquele .: 0 , , ~~i~~~~~~t~~ .~I~:~~~s , ~
  • 24. ,--"------~..~>d I i I desenvolvido pelos dois enrolamentos combinados. A Figura 1.11 mostra 0 comportamento do torque com a variayao da velocidade do motor. 200 100 t-----­ --+-----.----...-------,,----Y----t---. %ns 20 40 Figura 1.11 - Curva torque x 60 rota~ao 80 100 para 0 . motor de Jase dividida. A corrente de rotor bloqueado varia entre cinco e sete vezes a corrente nominal, mas nao constitui urn problema. Uma vez que os rotores desse tipo de .motor sao de tamanho reduzido, apresentando uma baixa inercia mesmo quando ligados Ii carga, a corrente de partida relativamente elevada cai quase que instantaneamente. Para inverter 0 sentido de giro do motor de fase dividida, e necessario inverter a polaridade dos terminais de ligayao da rede em relayao a urn dos enrolamentos, principal ou auxiliar. A inversao do sentido de giro nunca pode ser feita em condiyoes de funcionamento. o controle de velocidade em motores de fase dividida deve ser realizado numa faixa bastante limitada, que se situa acima da velocidade de operayao da chave centrifuga e abaixo da velocidade sincrona. Seu controle de velocidade e muito dificil, ja que sua velocidade sincrona e determinada pela freqUenCia da rede e pelo numero de p610s desenvolvidos pelo enrolamento principal. 1.6.3 - Motor de capacitor de partida (Capacitor Start) E urn motor semelhante ao de fase dividida. A principal diferenya reside na inclusao de urn capacitor eletrolitico em serie com 0 enrolamento auxiliar de partida. 0 capacitor permite maior angulo de defasagern entre as correntes dos enrolamentos principal e auxiliar, proporcionando elevados torques de partida. A figura 1.12 descreve 0 motor de capacitor de partida. Como no motor de fase dividida, 0 circuito auxiliar e desligado quando 0 motor atinge entre 75% e 80% da velocidade sincrona. • ~ ~.o.t~~~s. ~I.e.t~i~~~ @..: : ,
  • 25. ----------- Nesse intelValo de velocidades, 0 enrolamento principal sozinho desenvolve quase 0 mesmo torque que os enrolamentos combinados. Para velocidades maiores, entre 80% e 90% da velocidade sincrona, a CUlVa do torque com os enrolamentos combinados cruza a CUlVa de torque do enrolamento principal, como mostra a figura 1.13. Desta forma, para velocidades acima deste ponto, 0 motor desenvolve menor torque, para qualquer escorregamento, com 0 circuito auxiliar ligado do que com ele desligado. 1­ =--,----/ Chave centrrruga -----11 C c ." 8 Po ~ " E .!S! 2 c w Enrolamenta auxilinri , Figura 1.12 - Motor com capacitor de partida. Devido ao fato de 0 cruzamento das CUlVas nao ocorrer sempre no mesmo ponto e, ainda, 0 disjuntor centrifugo nao abrir sempre exatamente naI. mesma velocidade, e pratica comum fazer com que a abertura aconte<;a, na media, urn pouca antes do cruzamenta das CUlVas. !bC n 300-t---~ 200 , , , , ,i ; 100 -+---r--...,..---~---I----l--+ %ns 20 40 60 80 100 Figura 1.13 - Curva de torque x rotac;ao para 0 motor com capacitor de partida. Com a seu elevado torque de partida (entre 200% e 350% do torque nomina!), 0 motor de capacitor de partida pode ser utilizado em uma grande variedade de aplica<;6es Ii! fabricado para potencies que VaG de 1/ CV a 15 CV. 4 Davida eo dimensionamento do enrolamento auxiliar e do capacitor de partida basear-se apenas no seu funcionamento intermitente, uma chave .: e ~~i~~~~~~t~~ .~I~~r~~~s . ..•...••...•........•..•.. ~
  • 26. ,. centrifuga de partida defeituosa pode causar danos nao apenas aos , enrolamentos do motor, mas tambem ao capacitor. Igualmente aos motores de fase dividida, para inverter 0 sentido de giro dos motores de capacitor de partida, e necessario inverter a polaridade dos terminais de liga<;:ao da rede em rela<;:ao a um dos enrolamentos. Isso toma possivel realizar a inversao do sentido de giro com 0 motor em funcionamento. 1.6.4 - Motor de capacitor permanente (Permanent Split Capacitor) Nesse tipo de motor, 0 enrolamento auxiliar e 0 capacitor ficam perma­ nentemente ligados, sendo 0 capacitor do tipo eletrostatico, como indica a figura 1.14. 0 efeito desse capacitor e criar concli<;:oes de f1uxo muito semelhantes as encontradas nos motores polifasicos, aumentando, com isso, 0 torque maximo, 0 rendimento e 0 fator de potencia, alem de reduzir sensi- . velmente 0 ruido. 8 Enrolamento auxiliar Figura 1.14 - Motor de capacitor permanente. Construtivamente,. sao menores e isentos de manuten<;:ao, pois nao. utilizam contatos e partes m6veis, como nos motores anteriores. Porem, 0 seu torque de parlida e inferior no do motor de rase c1lvidida (50911 a 1000/l1 do· conjugado nominal), 0 que limita sua aplica<;:ao a equipamentos que nao· requerem elevado torque de partida, tais como: maquinas de escrit6rio,. ventiladores, exaustores,· sopradores, bombas centrifugas, esmeris, pequenas. serras, furadeiras, condicionadores de ar, pulverizadores etc. Sao fabricados, normalmente, para potencias de 1/50 a 1,5 CV. A figura 1.15 ilustra 0 comportamento do torque com a varia<;:ao da velocidade. 1iI, Motores Eletricos ................................................................... ~ e:;­ .
  • 27. %CS 300 200­ 100 -+---r---,---.--~-+-- % Os 20 40 60 80 100 Figura 1.15 - Curua torque x rotac;iio para 0 motor de capacitor pcrmancnte.1.6.5 - Motor com dois capacitores .(Two Value Capacitor) E urn motor que utiliza as vantagens dos dois anteriores: partida como 0do motor de capacitor de partida e funcionamento em regime identico ao domotor de capacitor permanente, como e ilustrado na figura 1.16. Devido ao seualto custo, normalmente e fabricado apenas para potencias superiores a 1 CV. Capacitor pcnnanente Capacitor / de arranque Fase principal 8 1- Chave Figura .1.16 . Motor com dais capacitorcs. Nesse tipo de motor, sao utilizados dais capacitores durante 0 periodode partida. Um deles e um capacitor eletrolitico de partida, de capacidaderazoav<ilmente elevada, cerca de 10 a 15 ·vezes 0 valor do capacitor de{uncionamento, que e desllgado do circulto pOr meio de uma. chav~ centrifugequando a velocldade do motor atinge 75% a 80% da veloCldade sincrona,mostrado na figura 1. 17. I I I I I.::.e.., ,, ". ~~i~~~~~~t~~,~I~~~~~S I .. , ....•....•.........•.... ~ I I I I I
  • 28. ,.... , ... -, ,.,-~ _ _ .......""_.""""".. ,.- ...r,~, ------_. .. -- .. ~ ~ "::.";""~.~..~·gi~·;;·~~ii;J;k.· .. ...... Ii til 300 ti il 200 Wi I 100 -+---.----,-----,.------+----1--+ %ns .ill ill 20 40 60 80 100 til Figura 1.17 ~ Curva torque x rota~ao para 0 motor com dois capacitores. Ele pode reverter 0 seu sentido de rota~ao, pois quando em funcio­ namento, se a polaridade dos terminais de Iigac;ao da rede e invertida em. relac;ao a urn dos enrolamentos, 0 seu sentido de giro tambem se inverte. :~ i~ Inversoes freqilentes reduzem a vida uti! da chave centrifuga. Assim, quando forem necessarias freqilentes reversoes, deve-se dar preferencia ao uso i~ de um motor de capacitor permanente. 1.7 - Motor universal Varios aparelhos eletrodomesticos, especialmente de cozinha, e diversas ferramentas portateis uti!izam outro tipo de motor monofasico, denominado universal, cujo principio de funcionamento e comp!etamente diferente do motor de indu~ao. A denominaC;ao de motor universal deriva do fato de poder operar tanto sob alimentac;ao CA como Cc. A rigor, trata-se de um motor CC serie. Para opcrac;ao em CA, 0 estator e 0 rotor devem ser de chapas Inminadi.:ls, para evitar perdas por histerese e correntes parasitas. Trata-se de urn motor de velocidade vari6vel, coin baixas velocidades para grandes conjugados e altas velocidades para pecjuenas cargas. 0 conjugado de partida tambem e elevado. Devido a isso, sao usados comumente em pequenos eletrodomesticos, como fura~eiras eletricas e lixadeiras, que requerem conju­ gado elevado, e em liquidificadores, aspiradores de po e bombas centrifugas, que requerem alta velocidade. Normalmente sao fabricados para potencias fracionarias de ate 3/4 CV.• Para potencias acima de alguns poucos CV, funcionam precariamente em corrente alternada. H6 urn grande faiscamento nas escovas, e 0 rendimento e 0 fafor de potencia decrescem. II Motores Eletricos ................................................................................... G.:.: , ,
  • 29. Tipicamente 0 estator e urn conjunto de p610s salientes com bobinasenroladas sobre eles. 0 rotor e constituido par urn enrolamento distribuido emranhuras e ligado em serie com as bobinas do estator, que recebe 0 nome dearmadura. Os terminais das bobinas do rotor sao soldados num anel coletorsolidinio ao eixo, e a conexao com 0 meio extemo e feita par urn conjunto deescovas de grafite. Na figura 1.18 temos a representayao desse tipo de motor: Rotor bobinado Figura 1.18 - Motor universal.1.8 - Identifica~ao das bobinas de urn motor monofasico Os motores monofasicos de fase auxiliar sao as mais utilizados na pratica.As suas bobinas sao identificadas da seguinte forma: 1 3 5 , , 2 4 T {} Figura 1.19 - Bobinas de um motor mon%sreo. o enrolamento principal e representado por duas bobinas, sendo as seusiniclos os numeros 1 e 3 e os seus finafs 2 e 4 respectivamente. 0 enrofamentoa:uxiIiar a representado pelos bomes nurnerad.os com mlcio cia bobina em 5 efinal em 6. Nesse enroIamento estao urn capacitor e urna chave centrifuga,...e.. _ _: ~~~~~~~t~~_~~~~s ....••.• , • " ••••.••••.••••• ~ ,
  • 30. -,.~.. ..""-"".~.,. ""~-"-~"-----~.#;~-~- ,~_ .._"--,,....."" ... _,~,,.."-~<.~ ...,,..... ,1...... :": .... " -; ; : rt responsavel. pelo desligamento desse enrolamento quando 0 motor atingir 75% de sua velocidade nominal. Para determinarmos os enrolamentos do motor monofasico, primeira- mente com 0 auxilio de urn ohmimetro, devemos medir 0 valor de resistencia de cada uma das bobinas. A bobina que apresentar 0 maior valor de resistencia sera a auxiliar e as outras duas serao as bobinas principais. o proximo passo e a polariza<;:ao das bobinas principais em que se deve i ligar as duas bobinas em serie e aplicar a tensao nominal delas na associa<;:ao e medir a corrente, como mostra a figura 1.20. F------------, N------...J 3 4 Figura 1.20 - Determinac;cio da polaridade dos enrolamentos principais. Inverte-se uma das bobinas e mede-se a corrente novamente, como indica a figura 1. 21. F -------------, N-------- 4 3 2 Figura 1.21 - Determinac;cio da polaridade dos enrolamentos principais. Deve-se aplicar os nillneros I, 3, 2 e 4 it ligac;ao das bobinas que apresentar a menor corrente.
  • 31. 1.9 - Motores sincronos Sao denominados motores slncronos porque a velocidade do seu rotor esincronizada com 0 campo girante que e estabelecido no estator. A velocidade·do motor sincrono e determinada pela equa~ao: Ns= 120.j p Sendo: Ns = velocidade slncrona em rpm F = freqUencia em hertz P = numero de polos Como podemos considerar a freqUencia que alimenta 0 motor constante,bem como seu numero de polos, podemos considerar 0 motor slncrono CAuma maquina de velocidade constante. Da mesma forma, 0 funcionamento dos motores slncronos requer aaplica<;ao de uma tensao altemada no estator do motor, sendo a eXcita<;:ao docampo rot6rico feita por meio de uma fonte de correnfe continua, que pode serobtida diretamente de uma fonte externa, ou de uma excitatriz conectada aoeixo do motor. Uma pequena parcela do torque do motor sera utilizada paragerar a corrente continua para a excita<;:ao do campo. As figuras 1.22 e 1.23 mostram, respectivamente, um esboyo daestrutura de um motor sincrono comercial WEG.::.8 ~~i~~~~~~t~~ .:I~:r:~~s ,.,
  • 32. , ,0- ,0_, _ _.. ~. -~"-..:>t-.4/."";i",,!,", • __ ......,," ~"""_ .~,._. __ -•. l~ .........."· ... _ ~._<,··.~~,~~_: ·;~· _~·":;;.,::,,",,,:~~~,:,,,-~ -" . ... Estator .. .. .. .. Entreferro + .. til til .- til Figura 1.22 - Estrutura do motor sfncrono. -fill ... - . .. .. ~ ~ !-t i~ ! Figura 1.23 - Motor sfncrono WEG..~ .. " " ....•.......... ~~:~~~.~l.e.t~i~~~ " ..........•.. .. e.·
  • 33. 1.9.1 - Utiliza~ao do motor sincrono para corre~ao do fator de potencia Devido a possibilidade de variac;ao da excitac;ao do campo, 0 motorsincrono possui uma caractenstica que nenhum outro possui, que e a possibi-lidade da variac;ao do fator de potencia. Em urn motor sincrono, quando uma carga e aplicada, ha um deslo-camento do angulo de fase do rotor com relac;:ao ao campo. Apesar de avelocidade do motor continuar sincrona, teremos nestas condic;6es um fator depotencia em atraso. Para que 0 motor volte a operar em condic;:6es de fator depotencia unitilrio, deve-se aumentar a corrente continua de excitac;:ao, 0 quetoma 0 fator de potencia unitario e se for mantido 0 aumento de corrente, 0fator de potencia ficara adiantado. Podemos afirmar que para uma dada carga 0fator de potencia e diretamente dependente da corrente de excitac;ao. Isso acontece porque, quando a corrente de eXcitac;ao e de valor reduzido,a forc;a eletromotriz induzida no estator e pequena, 0 que leva 0 estator aabsorver da rede de alimentac;ao uma potencia reativa necessaria para aformac;ao do campo magnetico, ocasionando baixo fator de potencia. 5e acorrente de excitac;:ao for aumentada, para a mesma carga, haven~ uma e1e-vac;ao na forc;:a eletromotriz no estator, 0 que fara com que a corrente doestator, que estava anteriormente atrasada, possa ficar em fase com a tensao darede, caracterizando urn fator de potencia unittlrio. Se 0 aumento da correntede excitac;ao prosseguir, teremos entao uma corrente do estator adiantada, 0que caracteriza um fator de potencia adiantado. Este comportamento pode ser verificado na figura 1 ~24 em que notamosque 0 fator de potencia de um motor submetido a uma determinada carga,representada pelas diferentes curvas, depende da sua corrente de excitac;ao, emque I", representa a corrente do induzido e IF a corrente de excitac;ao.·::.8 ~~i~~~~~~t~~ .~I~:~~~s ~
  • 34. ----_._--_. ------_ ... __ _ _ _ e-...-• ...-:".:;~o_.~"""1_~_.~~-~~""> ..-...._- .l_~" "----t"Wdt Falor de polencia atrasado I Falor de polencia unilario IFFigura 1.24 - Varia(Qo do Jator de potencia em Jun(Qo da varia(Qo da corrente de excita(Qo. Assim, 0 motor sincrono pode ser uma altemativa para a correc;ao defator de potencia, com relac;ao ao tradicional metodo do uso de capacitores,entretanto devem ser tornados alguns cuidados com relac;ao ao tipo de cargautilizado, pois varia<;:oes no conjugado produzern variac;:oes no fator de potencia.·Tambem nao e aconselhiwel 0 usa de motores sincronos para correc;ao de fatorde potencia com potencia inferior a 50 CV.1.9.2 - Desvantagens dos motores sincronos em rela~ao aos motores de indu~ao Devido a suas peculiaridades, a aplicayao de motores sincronos e bastanterestrita, pois como foi citado anteriormente, precisam de uma fonte deexcitac;ao em corrente continua, alem de uma manutenc;ao constante. Uma outra desvantagem do motor sincrono com relac;ao ao motor deinduc;ao e que ele nao e capaz de partir somente com a aplicac;ao de umacorrente altemada no estator, pois e necessario que 0 motor seja levado a umavelocidade suficiente proxima da velocidade sincrona para que ele possa entrarem sincronismo com 0 campo girante. Para que a partida seja passivel, devem ser utilizadas algumas tecnicas. Autilizac;ao de urn motor de corrente continua acoplado ao eixo do motor e autilizac;ao de enrolamento de compensa<;:ao (enrolamentos amortecedores) saoas mais comuns. .-.~. II . Motores E1etricos 8 .: . .. . . .. . . . .. . . . .. . .. .. . . . . . . .. . . . . ... . . .. . .. ... .. .. . .. . . ....... . . .. . . ............
  • 35. "",,,....... ,. ....... , , _. ~. ,",::-~n:,.",.,·,"",,,,,. __ ,c,c . .._ - ------~-- ,,~-,.~~~~, ~~~~~.~...... -~::~:<-"--",,,1;;.;,-..... ......_ ....".. ~<"".~j ·" T:..i;~·-, • I , Quando se utilizam enrolamentos de compensa<;:ao, que podem ser dotipo gaiola de esquilo ou rotor bobinado, 0 enrolamento de campo de correntecontinua e curto-circuitado, aplicando-se tensao da rede nos terminais doestator, levando 0 motor a vazio a condi<;:ao de sincronismo, como se fosse urnmotor de indw;ao. Ap6s a partida, a liga<;:ao de curto-circuito e desfeita, sendoaplicada corrente continua no circuito de eXcitac;:ao. Tambem pode-se colocar 0 motor em movimento por meio de urnpequeno motor de induc;:ao ou motor de corrente continua acoplado ao seueixo, assim quando 0 rotor se aproxima da velocidade sincrona, ele passa a serenergizado por uma fonte CC, a partir dai 0 rotor passa a acompanhar 0campo girante e esta apto a operar.1.9.3 - Vantagens dos motores sincronos em rela~ao aos motores de indu~ao Em seguida estao enumeradas algumas vantagens dos motores sincronos Iem relac;:ao aos motores de induc;:ao: • Os motores sincronos, alem de serem utilizados para fomecer for<;:a i mecElnica, tem a caracteristica de corrigir 0 fator de potencia. • Possuem rendimentos maiores do que os motores de indw;:ao equivalentes, quando trabalham com fator de potencia unitario. • as rotores dos motores sincronos permitem 0 usa de entreferros maiores, possibilitando menores tolerEmcias...e: ~~i~~~~~~t~~ .~l~~r~~~s ..•.•..••..•••...••..••.•.. ~
  • 36. ~_ .06-----_ _ .... _ •• _--_.---- . ----10 EXERCicIOS PROPOSTOSte:0 1. Quais requisitos devem ser levados em considera~ao para a sele~aoIIo de urn acionamento eletrico? 2. Quais sao as caracteristicas basicas dos motores AC e DC?n 3. Por meio de urn diagrama descreva os tipos de motores eletricos.u:r 4. Por que os motores assincronos trifasicos sao os mais utilizados na ) industria em acionamentos eletricos? . 5. De as principais caracteristicas de urn motor com rotor gaiola de esquilo. 6. 0 que e motor com rotor bobinado? 7. De as principais caracteristicas de um motor Dahlander. 8. Como e constituido urn motor de indu~ao? 9. Quais sao as vantagens e desvantagens do emprego de motores monofasicos? 10. Com rela~ao ao numero de terminais, quais sao os tres tipos de motores monofasicos mais utilizados? Quais suas principais carac- teristicas? , 11. Quais sao os cinco principais tipos de motor monofasico? Quais sao suas caracteristicas, aplicayoes e faixa de potencia de trabalho? 12. Descreva as principais caracteristicas de um motor universal. 13. Caracterize 0 motor sincrono. I 14. De que forma 0 motor sincrono pode ser usado para fator de potencia? corre~ao do I 15. Cite tres vantagens e tres desvantagens do motor sincrono em ao motor de indu<;:ao. rela~a.o I I ",II 11. Motores Eletricos e. :.:
  • 37. -------_.- ... - -~ _-......~"----...;;. ")";"_:"_~"""""",/-"""" ··~~.~~r--,_. ,:.<- ,.< ,,;-.; """:.<":-"""_;·~r~,t~ O-.~ _--=;;.~~ _.......-..- ~_~. ......J :~~ MOTORES TRIFASICOS i o motor de induc;:ao polifasico e 0 tipo mais utilizado, tanto na industria como no ambiente domestico, porque os sistemas atuais de distribuic;:ao de energia eletrica normalmente sao trifasicos de corrente altemada. 0 estudo recaiu essencialmente nos motores de induc;:ao trifilsicos, jil que mi pratica constituem 0 grande leque dos motores de induc;:ao polifasicos. A utiliiac;:ao de motores de indu<;:ao trifasicos e aconselhavel a partir dos 2 KW. Para potencias inferiores justifica-se 0 rnonofasico. o motor de induc;:ao trifilsico apresenta relativa vantagem com relac;:ao ao . monofasico, ja que possui partida mais facH, 0 ruido e rnenor e e mais barato para potencias superiores a 2 KW. 2.1 - Motor de indu~ao com rotor gaiola de esquilo Este e 0 motor mais utilizado na industria atualmente. Tern a vantagern de ser mais economico em relac;:ao aos motores monofasicos tanto na construc;:ao como na utilizac;:ao. Alem disso, escolhendo 0 metoda de partida ideal, tern um leque muito maior de aplicac;:6es. Vamos analisar detalhadamente esse motor. o rotor em gaiota de esquilo e constituido por urn nucleo de chapas ferromagneticas, isoladas entre si, sobre 0 qual sao coloc~das barras de aluminio (condutores), dispostas paralelamente entre s1 e unidas nag suas extretrHdades por dois aneis condutores, tambem em aluminio, que provocam um curto~ -circuito nos condutores. .. Motores Trifasicos ................................................................................... e·:.
  • 38. .~~ __-0- _ - "~-~"~~~"""""""-~oO_""",",".~"",,<. . --f SfiR @ @ I o estator do motor e tambem constituido por um nueleo ferromagnetico tI •laminado, nas cavas do qual sao colocados os enrolamentos alimentados pelarede de corrente alternClda trifi1sica. A vantagem desse rotor em relac;:ao ao rotor bobinado e que resulta em (ijuma construc;:ao do induzido mais nipida, mais pratiea e mais barata. ~ Trata-se de um motor robusto, barato, de rapida produc;:ao, que nao eXige ticoletor (6rgao sensivel e caro) e de rapida ligac;:ao a rede. ~ As barras condutoras da gaiola sao colocadas geralmente com uma certainelinac;:ao para evitar as trepidac;:6es e ruidos pela ac;:ao eletromagnetica entre osdentes das cavas do estator e do rotor. A principal desvantagem e que 0 torque de partida e reduzido em relac;:aoa corrente absorvida pelo estator. 0 motor de induc;:ao de rotor bobinadosubstitui 0 de rotor em gaiola de esquilo em potendas muito elevadas, devido aoabaixamento da corrente de partida permitido peIa configurac;:ao do rotor. Apesar de ser utilizado em casos com velocidades constantes de servic;:o,aplica-se, preferencialmente, quando as veIocidades de servic;:o sao variaveis. ,.-~.~~; llAl.I Figura 2.1 0 Rotor tipo gaiola de esquilo. (cortesia WEG)2.2 ~ Motor de rotor bobinado Diferedo motor de rotor em gaioIa de esquilo apenas quanto ao rotor,constituido por um nueleo ferromagnetieo Iaminado sobre 0 qual Sao alojadas as·::.8 0 0 •••••••••••••••• ~~i~~~~~~t~~.~l:~~~~s ~
  • 39. espiras que constituem 0 enrolamento trifasico, geralmente em estrela. Os tres .terminais livres de cada uma das bobinas do enrolamento trifasico sao ligados atres aneis de deslizamento de escovas colocadQs no eixo do rotor e por meio deescovas de graCile cstacionadas no estator. Esses tres Clneis s50 ligadosexteriormente a um. reostato de partida constituido por tres resistenciasvariaveis, ligadas tambem em estrela. Desse modo, os enrolamentos do rotor·tambem Hcam em circuito fechado. A func;:ao do reostato de partida, ligado aos enrolamentos do rotor, ereduzir as correntes de partida elevadas, no caso de motores de elevadapotencia. A medida que 0 motor ganha velocidade, as resistencias sao, progres­sivamente, retiradas do circuito ate Hcarem curto-circuitadas (retiradas), quandoo motor passa a funcionar no seu regime nominal. o motor de rotor bobinado tambem funciona com os elementos do rotorem curto-circuito (tal como 0 motor de rotor em gaiola de esquilo), quandoatinge 0 seu regime nominal. Tonte Caixa de resistores Figura 2.2 - Ligac;oes do motor de rotor bobinado. o motor de induc;:ao de rotor bobinado substituio de rotor em gaiola deesquilo em potencias muito elevadas devido ao abaixamento da corrente departida permitido pela configura9ao do rotor. Os rotores bobinados sao multoempregados quando 5e necesslta de partida a tensao j::Jlena de armadura, comgrande conjugado de partida e corrente de linha tnoderada na partida. Por intermedio do dimensionamento, os resistores do reostato fazem 0motor trabalhar com escorregamento muito maior que a convencional (> 5%),fazendo com que se consiga um conjugado de partida maior. II Motores Trifasicos................................. , , .. , ,., , " e·:· - "
  • 40. ,.., -------- ---- t • . .;: ·,t*~j :"(>,;.~ . •• ..• Figura 2.3 - Motor de indur;ao com rotor bobinado. (cortesia WEGj ..• • .. 2.3 - Motor trifasico com freio (mo~ofreio iii trifasico) E formado por um motor trifasico de indU<;:ao acoplado a um freio com disco. 0 motor e fechado, com ventilayao extema e 0 freio e constituido de .. til .. .. duas pastilhas e com 0 minimo de partes moveis, provendo pouco aquecimento por atrito. 0 sistema de ventilac;:ao e responsilVel pelo resfriamento do motor, assim, 0 conjunto motor e freio forma uma unidade bastante compacta. o freio e ativado por um eJetroima, cuja bobina opera normaJmente dentro de uma faixa de tensao de ±10%, cuja alimenta<;:ao e fomecida par uma fonte de corrente continua constituida por uma ponte retificadora, alimentada .. .. .­ diretamente pela rede eletrica local. till o circuito de alimentac;:ao do eletroima e acionado pelo mesmo circuito de ~ comando do motor. Assim, quando 0 circuito de comando do motor for des­ Iigado, a fonte de alimenta<;ao do eletroima e interrompida, liberando as molas de pressao que pressionam as pastilhas de metal do disco de frenagem, rigidamente presas ao eixo do motor. As pastilhas sao comprimidas peJas duas superficies de atrito, sendo uma fonnada pela tampa e a outra peJa propria armadura do eldroimfl. A figura 2.4 mostra 0 motofreio trifasico. .e : ~~i~~~~~~t~~ .~J::~~~s ~
  • 41. ". ~ ,., ~--,- ~~~"~;~?~~------:-_. __~,:~I,.~~.t!t_~!~ _. ::.~. - _~.... ~_.I. ~..•H ,,~" •. ~, .... _"~ ~.".""" ",.,,_ ~<~-"__ _ _ _ _ - _ .~~ •• _ ,~._::.....:......-.--.....:.;~~i~.-":w·~t1:{~:~;~i"·.:4:~P=;-ft :,, . ~ . i""~L--~~- ~- - - _ · - c -~ Figura 2.4 - Motofreio trif6sico WEG. Para que haja 0 deslocamento da armadura do eletroima pela a<;ao damola, e necessario que a for<;a eletromagnetica seja inferior a for<;a exercidapela mola, que ocorre quando 0 motor e desligado da rede. Da mesma maneira,quando 0 motor e acionado, 0 eletroima e energizado, atraindo a sua armadurana c!irec;:ao oposta a forc;:a da mola, fazendo com que 0 disco de frenagem girelivre, sem atrito. A aplicac;:ao do motofreio e restrita as atividades industriais, quando hanecessidade de paradas rapidas para requisitos de seguranc;:a, bem como deprecisao no posicionamento das maquinas, como, par exemplo: guindastes,elevadores, pontes rolantes, correias transportadoras, bobinadeiras etc. Nao e aconselhilVel a aplicac;:ao de motofreio em atividades que possamprovocar a penetrac;:ao de particulas abrasivas, bern como agua, 6leo, entreoutr05, de forma a reduzir a eficiencia do sistema de frenagem ou mesmodanifjca~IQ. 0 calor gerado palo atrito durante a operacrao de frel1agi:nTl cllilve Slilrretirado p<i!lo sistema de vel1tilaQao do motor. De uma maneira geral, os motofreios podem se dividir em tres diferentescategorias:a) Ligayao para frenagem lenta Nesse tipo de ligac;:ao, a ponte retificadora e alimentada diretamente dosterminais do motor, sendo assim a corrente e enviada para a bobina doeletroima, que e a forma de ligac;:ao padronizada de fabrica. Na figura 2.5 observe 0 circuito que representa essa ligac;:ao:.~ .......................•.... ~~~~r~.~~f.a~:c~~, , " , .. , ,. " , , .. e..:
  • 42. , I ! .• Contador ~ 111 R KQ--- ---- --­ S T I ..• • .• . rC~,Xig-- I I I : Terminais CiI : do I ... I motor , I CI. • I Figura 2.5· Frenagcm Jenta do moto/reio. CiiIb) Liga~ao para a frenagem media Nesse caso a ponte retificadora e alimentada a partir da rede local pormeio de corrente altemada. Esse circuito deve ser conectado a um contato .. til til ...auxiliar do contator de comando do motor para que 0 freio seja Iigado oudesligado juntamente .com 0 motor, evitando desarmes dos elementos deprote<;ao na partida. A figura 2.6 mostra a frenagem media do motofreio. Contator ~ ..­... ~ KQ--­ 51", .~ " Contator auxiliarNA Bobinn de e!c(ro(ma fC;~Cig-- , -------..----t----+--,-----­ ~ -----r--+------: I I , I Terminais , I Jo L I I I motor I I ---------- Figura 2.6 - Frenagem media do moto/reio..:.8: ~~i~~~~~~t~~.~I~~~~~s ••••••••••••••••••••••••••• ~
  • 43. - __ ~ ... ·~~..:-::,:;i{""i"",,,,<iii"~,"·~~~~~~· "_ ~ ~, __ _ _ _ _ ~~- :~~~:~~.._~~~.I.>.~I-;iti£vt-;;·~;:mf?_ki1iti6~·h·-"-" . ex Me"" -;-::-;:-~I .... ~.A"...... ~~ ...,. ",._~"•. _; ..... -<,,,,,.•.• .-t"i>o_. __ > _ ._ =-"": IfI I c) Liga~o para frenagem rapida I I A ponte retificadora e alimentada a partir da rede local de corrente alternada. Desta vez, 0 circuito de alimentac;:ao de corrente continua da referida 1 ponte e interligado a um contato auxiliar normalmente aberto do contator de I comando do motor. I A figura 2.7 representa a frenagem rapida do motofreio. I Contator I auxiliarNA R S T I Contalor ~ 111 I K Q--- ---- --- --- 1 I Ponte Sobina de eletrofma I fC~~Cig-- ~:t~~ca~~:~ -------------: I 1 ,--------J----L..-, .-1--+--------1-----, r--<-- -l I I I I L I I I I I I I ... --------- I I Figura 2.7· Frenagem rapida do moto/reio. I I A seguir, temos uma tabela com as caraderisticas nominais de motofreios trifasicos WEG. /I .~ ~~~~r~~ .~r~f~~~c~.s @..,:.
  • 44. ,;, " -.-, ",",ji>~----__.~_ ---~_"_u._,,,,.~,,"..,..~_,. __ - ~">~---~fClhilieftbf -··gtfiefa1.f: Tempo de atua~o (ms)1 Nde Potencia Consuano Conjugado Corrente opera.yOes mflxima deCarcatya de absolVida ate 0 Polos Frenagem Frenagem Frenagem de potenciaABNT frenagem pelo freio proximo ~ leuta media rapida frenagem pelo (N.m) (AJ reajuste do P{W) freio {W) entreferro II IV 350 250 55 40 200.000 500.000 i ~ t !1 71 200 80 15 30 0,14 VI 200 30 900.000 VlIl 150 25 1.2000.000 II IV 450 350 70 45 80.000 350.000 ~ ~ ~ 80 VI 250 250 120 20 40 35 0,16 650.000 ~ VlIl 200 30 1.000.000 g ~ II 650 100 60.000 ~ ~ IV 500 75 250.000 90S/L 300 170 25 40 0,2 VI 400 55 550.000 VIII 280 45 1.000.000 II IV 700 550 150 100 60.000 250.000 • ~ ~ 100L 350 220 40 50 0,25 VI 450 85 550.000 VlIl 300 60 1.000.000 II IV 800 600 250 150 50.000 150.000 • ~ ~ 112M 450 250 70 60 0,3 VI VlIl 450 350 120 100 300.000 600.000 • ~ ~ II 1000 400 30.000 N 800 250 110.000 ~132S/M 600 300 80 100 0,5 VI 600 170 250.000 VllI 400 150 450.000160M/L II IV VI 1200 1000 850 800 370 160 550 300 230 120 0,55 20.000 80.000 150.000 • ~ ~ VIII 600 200 320.000 ~ I Tempo decorrido entre 0 instante da interru~o da corrente e 0 infcio cia (renagem. Tabela 2.1 - Caracteristicas dos motofreios trif6sicos WEG. • ~ ... ~ ~ fill ( j2.4 - Motores de alto rendimento C Esses motores utilizam materiais de melhor qualidade tanto no estator ~quanto no rotor e, para a mesma potencia no eixo, consomem menos energia ~,durante urn mesmo cicio de opera<;ao. as motores de alto rendimento sao dotados de algumas caractensticasespeciais. Utilizam chapas magneticas de a<;o silicio de qualidade superior, 0 queproporciona uma redUl;:ao da corrente de magnetiza<;ao e, por conseqUencia,aumenta 0 rendimento do motor. E utilizada maior quantidade de cobre nos seus enrolamentos, 0 queacarreta uma redu<;ao nas perdas por aquecimento em fun<;ao da correnteeletrica (efeito Joule).::.@ ~~i~~~~~~t~~ .~I~~r~~~s ..•..•...•.••.•••...•.••... ~
  • 45. I Apresentam um alto fator de enchimento das ranhuras, que tern como beneficio melhor dissipayao do calor gerado pelas peroas intemas. o rotor, devido ao tratamento tennico, tern uma redw;ao des perdas suplementares. As ranhuras do rotore os aneis de curto-eircuito possuem um dimen­ sionamento adequado, que acarreta redu<;ao das perdas por efeito Joule. Devido aos fatores citados anteriorrnente e ao seu sistema de ventila¢o bern elaborado, os motores de alto rendimento pennitem operar com temperaturas inferiores as dos motores convendonais, 0 que toma passivel maior capacidade de sobrecarga, possibilitando um fator de setvi90 geralmente superior a 1,10. Hipoteticamente, 0 rendimento dos motores pode crescer e atingir um numero muito proximo a unidade, entretanto ° seu custo e, algumas vezes, maior que 0 do motor de induyao convencional, 0 que e cornpensado pela redu<;:ao do seu custo operadonal. . 2.5 - Principio de funcionamento de urn motor trifasico Quando uma bobina e percorrida por uma corrente eletrica, cria-se um campo magnetico dirigido conforme ° eixo da bobina e com seu valor proporcional it corrente. Ul~l,,~ a) 120" Figura 2.8 - Enrolamento de motor monofasico{a} e enrolamento de motor trif6sico(b}. II Ii Motores Tr i f a s i c o s . G.:. .&
  • 46. .l"~""",,,,,,,,_,._<,.~ _ _~ ~ . ~ ~............ ~,,,,..- ..,,,,.;,.,. _ ... , _ . ..........-. _ __ _.~._... __.... _~-..,&W~~~ ....,.~~ ~,_ ,."~.~1kc"il,~~~~, ... -""",,,,..-,~,:.:~~ ~~_~~_ ... -":,,::",,,",: .,.,.,>"~:1::~:" .. ~--------- I ~-i I A figura 2.8a exibe urn enrolamento monofasico atravessado por uma corrente I, e 0 campo H e criado par ela. 0 enrolamento e constituido por urn par de polos (norte e sui) cujos efeitos se somam para estabelecer 0 campo H. o £luxo magnetico atravessa 0 rotor entre as dois polos e se fecha atraves do nuc1eo do estator. 5e a corrente I e altemada, 0 campo H tambem e e 0 seu valor, a cada instante, e representado pelo mesmo grafico da figura 2.9, inclusive invertendo o sentido a cada meio ciclo. U I 1 cicio = 360° u " Tempo , 1 cicio = 360° Figura 2.9· Grafico da corrente e tenSQO a/ternadas de urn circuito rnonofasico. Ocampo H toma-se pulsante, pois sua intensidade varia proporcio­ nalmente a corrente sempre na dire<;:ao norte-suI. Na figura 2.8b e indicado um enrolamento trifasico feito com tres enrolamentos monofasicos defasados entre si de 120°. Se esse enrolamento for alimentado por urn sistema trifasico, as correntes 11> 1 , 1 criarao, do mesmo 2 3 modo, os seus proprios campos magneticos H1> H 2 , H 3 , sendo esses campos tambem espac;ados de 120°. Alem disso, como sao proporcionais as respectivas correntes, tomam-se defasados no tempo de 120° entre si e podem ser representados por um grafico igual ao da figura 2.9. o campo total resultante a cada instante e igual a soma grafica dos tres campos Hi> H 2 e H 3 num dado instante. • .. : 8 ~ ~ ~~i~~~~~~t~~ .~l:~r~~~s ~
  • 47. -:~-:"::::"::~::"::::::.::- --....;.-:-..._-----_. ­ ... - .;.:--- - ..r ~ - ~ ~_. f_.~ ~ ___._ _ _ _ ~ _ " - ~ ~ - , ! ~ vI 360 U 1 CicloII 1200 U, ~ _ t 1200 ~ l 1200 u, "I . . . . . . I,.. ,,; :.>-•••••_---_••••• ,.,.,~ 4 6 Tempo --- >>-~.j Figura 2.10 - Gra/ico da corrente e tensao alternadas de um circuito tri/asico.i No instante 1, a figura 2.10 mostra que 0 campo Hi e maximo e 0 campo Hz e de valor igual a 0,5. Os tres campos sao representados na figura 2.11 na" parte superior, levando-se em conta que 0 campo negativo e representado por uma seta de sentido oposto ao normal. Hl Hj Hz ~;j HZ~H3 Soma H3 ~H3 ~H /f ~ Hz H3~Hz grMicu H3 H3t , Hz Hj Hj j (1) (2) (3) (tJ) (5) (6) Resullante r /H ~; Figura 2.11 . Soma gra/ica dos campos magneticos em um circuito tri!asico. L / H ~ Repetindo a constru<;50 nas pr6ximas figUr<:lS, observamos que 0 campo resultante H tern intensidade constante, porem sua direc;50 gira completando uma volta no fim do cicio. Assim, quando urn enrolamento trifasico e alimentado pOl correntes trifilsicas, cria-se um campo girante como se houvesse um (mico par de p610s glrantlas com Intensldade constante. Esse campo glrante, crlado pslo enrolamento trifasico do estator, induz tensoes nas barras do rotor (linhas de fluxo cOliam as barras do rotor) as quais geram correntes e, conseqUentemente, campo no rotor de polaridade oposta a do campo girante. Como campos opostos se atraem e 0 campo girante do estator e rotativo, 0 rotor tendea acompanhar a rota<;:ao desse campo desenvolvendo um conjugado motor que faz com que 0 rotor gire. f/r;;~ M olores I n[ J.. :. • , s f:::S m ffi.2 oSlCOS
  • 48. ~ ~.;;;, c.. --...-. .......... , ...... __ ~·~:~~-{iF~".WitI;.."::7~"~*,,"j{""""";;ii: . ..""""_~ ~ ."jt~"::-:_,:~~l<>i.-::-. "·f,.. :-:· o motor eletrico transforma a potencia eletrica fomecida em potenciamecanica e. uma reduzida percentagem em perdas. Potencia PolCncin e16trica medmica Perdas . Figura 2.12 - Conuersoo da potencia em um motor c/etrico. As perdas, que sao I inerentes ao processo de transforma<;ao, saoquantificadas por meio do rendimento (mais a frente ahalisamos melhor osvarios tipos de perdas nos motores). Assim, 0 seu rendimento (11) c dado pelarela<;:ao entre a potencia mecanica fomecida e a potencia e1etrica absorvida,como mostra a equa<;:ao seguinte: A potencia ·medmica traduz-se, basicamente, no binario que 0 motor gerano rotor. 0 binario (torque) e conseqOencia direta do efeito originado pelainduc;ao magnetica do estator em interac;ao com a do rotor, sendo expressa pelaseguinte equa<;:ao: T = K . Best. Brot . sen e Sendo: T - binario dado em newtons por metro(N.m) K - constante caracteristica do motor Best ~ indw;ao magnetica criada pelo estator em Wb/m2 Brot - indu<;ao magnetica criada peto rotor em Wb/m2 e - angula entre Best e Brot-::.8 _ ~~i~~~~~~t~~ .~~~r~~~s •••••••••. _••••••••.••••••. ~ :
  • 49. 2.6 - Caracteristicas dos motores trifasicos2.6.1 - Rendimento E a rela<;ao entre a potencia ativa fomecida pelo motor e a potencia ativasolicitada pelo motor it rede, sendo expresso pela seguinte equac;:ao: 11 = potencia ativa fomecida pelo motor/ potencia solicitada pelo motor itrede 11 = Psaida/ Pentrada A medida que e aplicada carga ao motor, 0 rendimento aumenta e podechegar a 96% nas maquinas de grande potencia. Assim, devemCDs Ievar emconsidera<;ao duas curvas para analisarmos 0 rendimento das maquinas.2.6.1.1 - Rendimento do motor em fun~ao de sua potencia nominal Devido a c;aracteristicas relativas it massa de ferro e it espessura doentreferro,embora com baixos carregamentos, a maquina de induc;:ao trifasicapossui uma consideravel corrente de armadura. Em razao de os condutoresterem suas resistencias 6hmicas pr6prias, isso leva a consideraveis valores paraas perdas no cobre do enrolamento de armadura. Com pouca carga no motor, 0 rotor possui baixissimo escorregamento,fazendo com que as correntes induzidas no enrolamento ret6rico sejam dep<lqucmus intensid..dGS (~ as perdas. ai localizadas. sejam pequenas. A massa de ferro do rotor, ?lpesar de apreclavel, quando sob pequenosescorregamentos, conduz a pequenas perdas. Enti!lo, podemo$ concluir que,quando a maquina esta em vazio, as perdas presentes devern-se, unicamente,ao estator: nucleo de ferro e enrolamento. Se a potencia nominal da maquina for pequena, comparativamente, temperdas elevadas, conduzindo a rendimentos relativamente menores. Deduzimosque de maneira geral, 0 rendimento aumenta quando a potencia nominalaumenta, como podemosobservar na figura 2.13 em seguida. I I 1 .:.".:.:..••,_., .------:..,. ._ ,,.I
  • 50. UK ! # i , , -. 1,0 ----- ----- - ----------------- ---------- ----­ 0,8 ================~~=~i=~~=~-~-r "....~ I : ---------~ : : 0,6 /: " I I : I I : I I I I I 0,4 I I I I I , I I I I I I I I I 0,2 I I I , I I ---l I I I a I,--O-,l---i-----.....- l O-~---l... : .. OO~O---p+~(CV) O-O"----------l..... Figura 2.13 . Rendimento do motor em jun<;o.a de sua patencia nominal. A tabela 2.2 mostra urn quadro que apresenta 0 rendimento do motor para diversas potencias: Potencia Nominal Rota~ao Rendimento Fator de Potencia (CV) (RPM) 1,0 1705 69% 0,66 5,0 1730 83%· 0,80 25,0 1750 90% 0,841:.1 :1) . 125,0 1770 92% 0,88I· :, i! 500,0 1785 95% 0,91f;: Tabela 2.2 - Rendimento em fun<;60 da patencia nominal. (Fonte: Maquinas de lnduc;do Trij6sicas: Gilio Aluisio Simone) 2.6.1.2 - Rendimento do motor em fun~ao da potencia no seu eixo A medida que se aplica carga no eixo do motor, temos urn aumento no seu rendimento. Assim, quanto mais proximo da carga nominal, maior e 0 rendimento da rhaquina. 0 grafico seguinte mostra uma curva de rendimento x potencia no eixo para urn motor de indUl;ao trifasico de 5 CV e 3470 rpm . ..e : Acionamentos Eletricos ................................................................................-.-.- ..• II
  • 51. 11 I I I I 1,0 I I I I I I I I : 1 __ ---+-,-- 0,8 ------------:-;;.-;.- ­ , I ~-I----------r-~ I I I I , I 0,6 I , I I I I I I I I 0,4 I I I I I I I I I I 0,2 I I I I I I • • • • • • • • • i 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 Figura 2.14 - Rendimento em jllnr;ao da potencia aplicada ao motor. (Fonte: Maquinas de Indllr;ao Trij6sicas: Gilio Aluisio Simone)2.6.2 - Escorregamento Se 0 motor gira a uma velocidade diferente da velocidade sincrona, ouseja, diferente da velocidade do campo girante, 0 enrolamento do rotor corta aslinhas de forya magnetica do campo e, pelas leis do eletromagnetismo, circulamcorrentes induzidas. Quanta maior a carga, maior ten~ que ser 0 conjugado necessario paraaciona-Ia. Para obter 0 conjugado, a diferenya de velocidade tera que ser maiorpara que as correntes induzidas e as campos produzidos sejam maiores.Portanto, a medida que a carga aumenta, cai a rotayEio do motor. Quando a carga do motor e zero (motor vazio), 0 rotor gira praticamentecom a rotayao sincrona. Outra (,laractlllflstlea Importante que devemos lever ern consldel"ac;:lIo e queo 13scorregarnento dirnlnul a medlda que a poteancla nominal do motor aumenta.Par exemplo, urn motor de 10 CV e quatro p610s tern urn escorregamento de2,78 %, ao passe que urn motor de 500 CV com 0 mesmo numero de p610spossui um escorrcgamento de 0,83 %. A diferenc;a entre a velocidade do motor e a velocidade sincrona n schama-se escorregamento s, que pode ser expresso em rpm, como frayao davelocidade sincrona ou como porcentagem desta: S(rpm) = ns _ n S(%) = 100* (n s - n}/n s II - Motores Trifasicos•................................................................................. e .: . .-J
  • 52. IIj ExemplQ:I Qual e Q escorregamento de um motor de quatro pOlos 60 Hz se suaI velocidade e 1730 rpm?II .( -, , ; $(%) -=. 100* (1800 - 1730) /1800I "} tiI5~ ~ 5{%) =; 3,88%I De acordo com a carga mecanica a ser acionada, ha uma cUlva de conjugado resistente associada. Em cargas de ventilac;aQ, por exemplo, 0 conjugado resistente e proporcional ao quadrado da velocidade, ao passo que, em guindastes, talhas e pontes rolantes, 0 conjug9do resistente e praticamente constante, ocorrendo urn aumento de torque na regiao proxima do repouso,.. c C resistente Figura 2.15 - CurUQ torque x uc10cidade para mot.n; tri!6.sico. De acordo com a figura, 0 ponto de opera<;ao do motor ocorre onde a CUlVa de conjugadQ do motor encontra a CUlVa do conjugado resistente da carga, e esta sera a velocidade nominal, com 0, escon-eg,amento, nominal do motQr. o conjugado. aCel~rante e 0 r~ponsavet pela acelera9aQ. do motol" na fas~ cia partida e elB e· igual a diferen<;:a entre 0 conjugado. dQ I;Xl.Qtor e 0 conJugado r.esistente. No, ponto de opera<;ao, 0 conjugado acelerante e nulo, pois QS conj,ugados dornotor. e r.esistente sao iguais. Assim, 0 motor nao varia a velocidade. .. @ " .: . . Q,Q i Acipn;;lrl)~ntosEletricos •.•••, ,.,-,Y•• •.•••.••••••••••.••••••••.••••.•••••••••.••.•.••.•.•.•.••• . ."" •.•••.••.•. , •.•.••••.•• ~.
  • 53. Quando a tensao do motor e menor que a tensao aplicada, por exemplo, quando usamos uma chave de partida com reduc;:ao de tensao, como, par exemplo, estrela-triangulo, a eurva clo eonjugado motor desee a eixo do torque e e possivel a eurva intereeptar a eurva do conjugado resistente preeocemente, o que definiria 0 ponto de operac;:ao do motor em urn ponto de velocidade bern menor do que a esperada. 0 resultaclo disso e que, quando a tensao nominal do motor for aplicada, havera uma nova reaeelerac;:ao do motor ate 0 ponto de partida nominal. Nestas condic;:6es, a ehave nao esta adequada a partida do motor. Alem disso, com a reduc;:ao do eonjugado motor, 0 conjugado de acelerac;:ao tam bern se reduz, acarretando malor tempo de partida. A norma NBR 7094 classifiea os motores de gaiola em cinco categorias, conforme as caracteristicas de eonjugado em relac;:ao a velocidade e a corrente de partida: • Categoria N: conjugado de partida normal, corrente de partida normal e baixo escorregamento. A maior parte dos motores encontrados no mereado enquadra-se nesta eategoria. Utilizado para acionamento de cargas normais com baixo conjugado de partida, como: bombas, maquinas operatrizes etc. • Categoria NY: possui as mesmas earactensticas antenores, mas tem a previsao de uma partida estrela-triangulo. • Categoria H: eonjugado de partida alto, corrente de partida normal e baiXO eseorregamento. Utilizado para cargas que exigem maior . conjugado de partida, como: transportadores carregados, moinhos etc, • Categoria HY: possui as mesmas caractensticas anteriores, porem tern a preVisao de uma partida estrela-triemgulo. • Categoria 0: conjugado de partida alto. corrente de partida normf!le alto escorregamento (s > 50/0}. Utilizaelo em prensas e maquinas semelhantes, em que a carga apresenta picos periooicos e em elevadores onele a carga necessIta de alto cOnjugado de partida. A figura 2.16 mostra as eurvas earaeterfsticas conjugado X rotac;:ao para as tn?s categorias N, H e D: II Motores T r i f a s i C o s @ . . 6 1 . ". •................................................................................ ~ . ~ .. --.~,~, .. ~.~~~"." ..~:"".:::;:.::. ::.~-::: -_-CF-I?-;-- ... 4_::=
  • 54. ~------- 300 10 2030 40 50 60 70 80 90 100 % da velocidade Figura 2.16 - Curvas: Conjugado x Rotac;o.o. Cada categoria tera uma forma geometrica definida, como mostra a Figura 2.17., Categoria N Categoria H Categoria 0,.I.. Figura 2.17 - Formas geometricas das barras de um rotor gaioJa de esquilo.i :,.fI ; Para a categoria N temos uma forma geometrica simples com urn desenho circular, ao passe que na categoria H 0 desenho geometrico e mais complexo, podendo a gaiola praticamente se dividir em duas, uma de pequena se<;ao mais superficial e outra d~ maior se<;:ao reta. Deste modo a$ correntes induzidas na parlida v50 para a gaiola superficial, e como essa gaiola tern uma se~ao reta menor, a sua resistencia eletrica e maior, portanto 0 conjugado de partida e maior do que a categoria N, pois as correntes parasitas ficam limitadas pela alta resistencia da gaiola extema. A medida que 0 motor ganha velocid~de, as correntes, sob 0 cfcito das caracteristicas Jin21rnicas do circuito, distribucm-sc na superficie total da barra. Nos motorcs da categoria D as barras da gaiola de esquilo sao formadas por barras estrcitas que nascem na pcrifcria do rotor, aprofundando-sc gradativamente. Essas gaiolas possuem uma elevada resistencia eletrica: A grande dissipa~ao de calor nas resistencias das barras do rotor exige uma capacidade de ventila~ao maior para 0 motorse ele trabalhar em regime continuo. : e ~~i~~~~~~t~~.~I:~~~~s ~
  • 55. 2.6.4 - Tempo com rotor bloqueado Define-se como 0 tempo maximo admissivel pelo motor sob corrente derotor bloqueado (corrente de partida). Na pratica, adota-se esse tempo como 0 de partida do motor.2.6.4.1 - Classe de isolamento Todo condutor atravessado por corrente eletrica dissipa energia na formade calor por meio do efeito Joule, conhecido pela seguinte equa<;:ao: P (calor) = R. 12 Sendo: P = potencia eletrica em watts R = resistencia eletrica em Ohms I = corrente eletrica em amperes Tanto as bobinas do enrolamento do estator como as do rotor, ou suasbarras, caso se trate de urn rotor de gaiola, dissipam calor. 0 fluxo variavel queatua no nucleo magnetico estator-rotor tambem induz correntes indesejaveis naschapas de a<;:o, posta que elas tambem sao material condutor. Essas correntessao chamadas de parasitas, ou correntes de Foucault. Elas tambem sao fonte deaquecimento por efeito Joule. Os nucleos do estator e do rotor sao laminados, isto e, kitos de chapasmuito finas, justamente para minimizar essas correntes. Por isso, as laminas saofeitas na dire<;:ao do fluxo para reduzir a area sujeita a indu<;:ao e aumentar aresistencia eletrica do circuito parasita. A histerese magnetica, devido aalternancia do fluxo, tambem e uma fonte de gera<;:ao de calor interna do motor. o motor e utilizado para fornecer trabalho mecanico por meio daconversao de energia eletrica, assim, 0 calor e uma forma deenergia que nao eaproveitada para produzir trabalho mecanico, sendo considerada energiaperdida. Quanto maiores as perdas, menor sera 0 rendimento do motor. Normalmente, os motores de induc;:ao trifasicos para aplica<;:ao normal saointeiramente fechados e 0 calor gerado internamente acaba promovendo umaelevac;:ao de temperatura intema. Devido a diferenc;:a de temperatura estabe-II II Motores Trifasicos e .:. ,..
  • 56. lecida entre 0 interior do motor e 0 meio exterior, ocorre urn processo detransferencia de calor. o calor gerado internamente e dissipado por meio da carcac;:a, que ealetada para facilitar a troca de calor com 0 ambiente, como e mostrado nafigura 2.18. Atras da tampa traseira da carcac;:a existe urn ventilador acionadopelo proprio eixo do motor, que tern a finalidade de aumentar a circulac;:ao de arpelas aletas. Uma tampa defletora de ac;:o ou ferro fundido serve para direcionaro fluxo de ar. Esta e a configurac;:ao do motor totalmente fechado comventilac;:ao extema. Existem tambem os motores que sao abertos e comventilac;:ao interna. Enrolamento Chapas do estator Figura 2.18 - Loca/iza<;Qo dos enro/amentos do motor. o enrolamento constitui-se na parte mais critica do motor sob 0 ponto devista termico, em que os fios das bobinas sao isolados. Os tios sao recobertoscom esmalte sintetico de natureza organica, sendo colocado no enrblamentoainda urn refon;:o do isolamento pela impregnac;:ao de verniz. 5e a temperatura _das bobinas ultrapassar determinado valor, 0 material isolante de recobrimentodos fios acaba se queimando, colocando as bobinas em cUlio-circuito. Se 0 motor trabalhar dentro de seus limites de temperatura, 0 isolantdeve ter uma vida utH ilimitada. Havendo uma elevac;:ao da temperatura dasbobinas, mesmo que insuficiente para causar a queima, ela contribui para adegradac;:ao do isolante, ate que ele seja perdido em algum ponto. Uma regrpratica nos diz que a cada 10 0 C de elevac;:ao alem do limite de temperatura denrolamento, a vida utH do motor e reduzida a metade. ! ! A maior temperatura do motor localiza-se no interior da ranhura andestao colocados os enrOiamentos. A impregnac;:ao com vemiz e a C0111pactac;:aodas bobinas devem ser perfeitas, pois 0 ar e urn mau condutor de calor e~: .9 ......................... " •• " Acionamentos Eletricos " " .. O i
  • 57. exisi:encia de espa<;:os vazios dificulta a extrac;:ao do calor e a temperaturaawnenta, prejudicando a vida (Iti] do enrolamento. Urn ponto mais quente no interior do enrolamento pode comprometer 0motor, ainda que a temperatura media do enrolamento como urn todoperrnane<;:a abaixo do limite maximo de temperatura. A classe de isolamento e defin ida pela Norma NBR 7034 e representa 0limite maximo de temperatura que 0 enrolamento do motor pade suportarcontinuamente sem que haja reduyao de sua vida uti!. Veja a seguir as principais classes de isolamento: • Classe A 1050 C • Classe E 1200 C • Classe B 1300 C • Classe F 1550 C • Classe H 1800 C Pela norma, motores para aplicayao normal sao instalados emtemperatl.lras ambientes maximas de 40 0 C. Acima disso, as condiyoes detrabalho sao consideradas especiais. A temperatura maxima nas ranhuras deveser a admitida pela dasse, subtraida a temperatura ambiente. Alem disso, atemperatura nunca e uniforme no enrolamento. A norma considera umadiferenyo entre a tempemtura media do cnrolamento e 0 ponto de temperaturamaxima para cada classe de isolamento. Para as classes B e F esse valor e de10 0 C e para a classe H, 15 0 C. As classes B, Fe H sao as mais comuns paramotores de aplicayao normal. Para a proteyao dos enrolamentos dos motores utilizam-se sensarestermicos inseridos nas cabeyas das bobinas. Os mais comumente utilizados saotermorresistores, termistores, termostatos e protetores termicos. Os fabricantes fomecem um dado muito importante sobre a resist~nciatermica de urn motor. Eo chamado tempo com rotor bloqueado a quente (Trb).Esse tempo indica quantos segundos 0 motor pode suportar uma situayao como rotor bloqueado, considerando que ele estivesse operanda em condiyoesnominais. Trata-se de uma situayao extremamente critica, pois a corrente toma--se muito elevada e nao existe ventilayao. Tipicamente, esse tempo varia de 5 a30 segundos, dependendo do motor. II Motores Trifasicos e .: .•.................................................................................. - -, .. ...,,.--~"""--_ .... ~ .. ~--~;----,~
  • 58. , III I 2.6.5 - Ventila~aoII E 0 processo pelo qual e realizada a troca de calor entre 0 interior doIi motor e 0 meio extemo. Os tipos de ventilac;:ao mais usados em motores de induc;:ao sao: motor aberto e motor totalmente fechado.IIII,I 2.6.5.1 - Motor aberto Nesse tipo de ventilac;:ao 0 ar ambiente circula no interior do motor retirando calor das partes aquecidas da maquina. A figura 2.19 indica como 0 f1uxo de ar atravessa 0 motor: fluxo Figura 2.19· Ffuxo de or no motor aberta. A carcac;:a desses motores e lisa. Sao fabricados nas potencias de 1/3, 1/2, 3/4, 1, llf2, 2 e 3 CV. Tipicamente, 0 grau de protec;:ao mais comumente encontrado para esses motores e 0 IP 21. A figura 2.20 mostra esse tipo de motor. Figura 2.20· Motor de indUl;oo oberto. (cortesia WEG) .: .~ .Q Acionamentos EJetricos ~ ........................................................................................................................................................ I
  • 59. 2.6.5.2 - Motor totalmente fechado No motor totalmente fechado nao ha troca entre 0 meio interno ao motore 0 exterior. No motor existem folgas nas gaxetas que permitem a saida domeio refrigerante intemo quando ele entra em operac;ao, aquecendo-se. Essasfolgas tambem permitem a penetra~ao do meio refrigerante extemo quando edesligado e inicia 0 seu processo de resfriamento. A troca de calor dessesmotores e feita por transferrzncia de calor atraves de aletas colocadas na suacarcac;a. A figura 2.21 mostra como se processa 0 £luxo de ar no motor: Olhal para Carca<;a i<;amento aletada Ventilador extemo .. .. .. Eixo Fluxo - - - -..... dear Caixa de ligayio Figura 2,21 . Fluxo de or no motor toto/mente fechado. S~o fabricados numn fnixa de poMncia de 1/6 CV at~ 500 CV. Nessafamilia de motores que possuem carca9a aletada de ferro fundiclo existe umacaixa de Iiga9ao, em que e feita a conexao com a rede eJetrica, que estalocalizada na lateral da carcac;:a. A figura 2.22 apresenta urn motor de induc;:aocom ventilac;ao totalmente fechado. Figura 2.22· Motor toto/mente fechado. (cortesia WEG) "
  • 60. ~ ; ~ ..i 1! I ! 2.6.6 - Rota~ao nominal I I Rota<;:ao do eixo do motor sob carga nominaL I I i 2.6.7 - Regime de servi~o 1 ! l o regime de servi<;:o e definido como a regularidade de carga a que 0 motor e submetido. 0 principal fator Iimitante da potencia desenvolvida e a I , temperatura maxima que 0 motor atinge. A eleva<;:ao de temperatura do motor nao e imediata; ela acontece segundo uma fun<;:ao exponencial. Da mesma forma, ao desligar 0 motor, a temperatura diminui de forma exponendal. 5e 0 regime de funcionamento do motor for intermitente, ou seja, variavel, importa saber qual e a temperatura maxima, posto que ela define a potencia nomina( do motor a ser especificado. Existem situa<;:6es em que 0 motor, durante 0 seu cielo de trabalho, fica efetivamente· desligado. Urn exemplo desse fato e urn motor que adona uma bomba de agua de um sistema de abastecimento usualmente Iigado por urn longo periodo sob carga constante. Urn motor que adona 0 sistema de eleva<;ao de autom6veis para troca de 6leo num posta de gasolina tern urn tempo de funcionamento muito curto em rela<;:ao ao tempo total que fica parado. Na i . pratica, existem infinitos ciclos de trabalho aos quais 0 motor podeser L submetido. A NBR 7094 padroniza dez diferentes tipos de regime de servi<;o. t I Evidentemente, eles nao traduzem todas as situa<;6es reais encontradas na ! , pratica. Por isso, uma situa<;ao real deve ser aproximada a uma das situa<;6es padronizadas que seja mais severa que a real. Normalmente, os motores sao projetados para urn regime continuo, isto e, carga constante atuando por urn tempo indefinido, igual a potencia nominal do motor. Esse regime e classificado como regime continuo (51). o motor nao e urn equipamento que pode ser submetido a constantes partidas e paradas, como Iiga/desliga de urn pisca-pisca. E muito comum que a carga medmica exigida do eixo seja variavel, desde uma situa<;:ao "sem carga" ate situay6es de sobrecarga. Por isso, e recomendavel que haja uma pequena folga de potencia, alem daquela estabelecida pelo fator de serviyo, para veneer pequenas sobrecargas. . :e ~~i~~~~~~t~~ .~l~~~~~s ~
  • 61. A tabela a seguir mostra os demais regimes normalizados: Regime de Serviyo Caracteristica --------~-------------I 52 Regime de tempo Jimitado 53 Regime intermitente peri6dico 54 Regime intermitente peri6dico com partida 55 Regime intermitente periooico com frenagem eletrica S6 Regime de funcionamento continuo peri6dico com carga intermitente S7 Regime de funcionamento continuo peri6dico com carga intermitente S8 Regime de funcionamento continuo peri6dico com mudan9as correspondentes de carga e velocidacle 59 Regime com varia90es nao peri6dicas de carga e velocidade . 510 Regime com cargas constantes e distintas Tabela 2.3 - Regimes de servir;o para motores de indUl;Qo.Obseruaf;ao: Mototes para os regimes de servir;o 82 a 810 devem ser encomendodos l idiretamente aos fobricantes, e noo sao considerodos motores para aplicar;iio normal. I j I2.6.8 - Fator de servi~o (FS) Chama-se fator de servi<;:o (FS) 0 fator que, aplicado a potencia nominal,indica a sobrecarga permissive! que pode ser aplicada continuamente ao motorsob condiyoes especificadas. Exernplo: F.S. =: 1,15; 0 motor suporta continuamente 15% desobrecarga acima de sua poMncia nominal. o fator de servic;;o e uma capacidade de sobrecarga continua, 15to e, umaresetva de potencia que da ao motor condi<;:6es de funcionamento em situa<,:6esdesfavoraveis.Observaf;iio: Fator de serviC;o noo deve ser confundido com capacidade de sobrecargamomentonea.
  • 62. ~~}. .k"::.""-__ ,,~ "", ,-., _ _ ~"_",,_,:,._",,,;,._, ., -.-.., -.... ~~." ..,._.. "~"""-"~~"~""~"~~~2:--O-_ ~ ~ ~,_. ... __ .__.. ~_~~ ~=.-~:_.~~ ........ "..e·,=: ~__ . ~ i I I 2.6.9 - Tensao nominal multipla A grande maioria dos motores e fomecida com terminais do enrolamento I religaveis, de modo a poderem conectar-se em redes de, pdo menos, duas tens6es diferentes (exemplo: 220V/380V). I I 2.6.10 - Numero de rota~oes I I o numero de rotac;:6es de urn motor de induc;:ao trifasico depende de tres parametros: • FreqUencia da rede; • Numero de p6los; • Escorregamento. A freqilencia da rede e 60 Hz e e praticamente constante. Para variar a velocidade de motores por meio de variac;:ao da freqilencia, sao necessarios tl equipamentos eletr6nicos, como, por exemplo, conversores de freqilencia. j / j ,:;" o numero de p6los de cada motor e invariavel. Excec;:<5es sao motores Dahlander ou de dois enrolamentos separados, que disp6em de dois, tres ou quatro numeros de polos diferentes. Esses trpos de motores podem ser ligados atraves de comandos eletricos apropriados para girar em diferentes velocidades. A equac;:ao seguinte mostra a relac;:ao entre a freqilencia da rede, 0 numero de p6los e 0 numero de rotac;:<5es: N = 120.f/p ., ., Sendo: N = numero de rotac;:6es em rpm (rotac;:6es por minuto) F = freqilencia da rede em Hz P = numero de p6los do motor A equac;:ao anterior nao leva em conta 0 escorregamento, assim, 0 numero de rotac;:<5es sera sempre 2% a 4% menor que 0 calculado mediante a aplicac;:ao de carga. . .: .B Acionamentos Eletricos .................................................................................• II
  • 63. o numero de p6los e sempre urn multiplo de dois e considerando afrequencia de 60 Hz da rede, femos as seguintes numeros de rotayao paramotores assincronos: Niimero de palos Rota~ao 2 polos 3600 rpm 4 p610s 1800 rpm 6 p610s 1200 rpm 8 p6los 900 rpm 10 p610s 720 rpm Tabela 2.4 - Rotol;ao dos motores com re/al;QO ao n~mero de p%s. o usa de motores com mais de seis p6los e bastante raro, e a suaaquisiyao deve ser feita sob encomenda. Devido a produyao em um numeromuito pequeno, quanto maior 0 numero de p6los do motor, maior e 0 seupre<;:o. : 12.6.11 - Sentido de rota-;;:ao I A mudanr;a no sentido de rotar;ao de motores trifasicos e bastante Isimples. Basta inverter duas fases, como mostra a figura seguinte, nao Iimportando qual das tases sera trocada. 1 I LlL2L3 LlL2L3 I I Figura 2.23· Inversao do sent/do de rotal;ao de um motor de indw;ao trifasico.• "!:,.",.""" .. "" .. ", .. ". ~~~~r~~ ~r:f~~~c~~.".,."" .. ,., ... """.,. ,e..:,
  • 64. ~~~ Jj~;c ... .....~~_.,.". < . ~·-"- l,.".:I:"i.- _.. -, _-~ - - -- ...... - - - ~,.,. ~~--- .. 2.6.12 - Grau de prote~o de motores(IP) A carca<;:a faz 0 papel do involucra de prote<;:ao do motor ou, mais precisamente, do conjunto estator-rator. A exigencia do grau de (Prote~ao Intrinseca) (lntrisic Protection, em ingles = prote<;:ao propria do dispositivo) depende diretamente do ambiente no qual 0 motor e instalado. Urn motor instalado ao tempo, sujeito a sol e chuva, deve exigir urn grau de proteyao superior a urn motor instalado no interior de uma sala limpa e seca. Os ambientes considerados agressivos para motores sao aqueles com presen<;:a de po, poeira, fibras, particulados etc. Assim como os ambientes molhados ou sujeitos a jato de agua sao considerados agressivos. A carcaya, como involucro, deve oferecer eficaz prote<;:ao ao motor no meio em que ele opera. A NBR 6146 estabelece diversos graus de proteyao para os involucros eletricos. Em geral, 0 grau de prote<;:ao dos motores eletricos e normalmente expresso em dois digitos. 0 primeiro indica prote<;ao contra corpos s6lidos; 0 segundo digito indica prote<;ao contra agua. :i Digito Indica~ao do primeiro digito H I e protegido I I r ° 1 Nao Protegido contra objetos s6lidos maiores que 50 mm l: ,; 2 Protegido contra objetos s6lidos maiores que 12 mm 3 Protegido contra objetos s6lidos maiores que 2,5 mm 4 Protegido contra objetos s61idos maiores que 1,0 mm 5 Protegido contra poeira prejudicial <10 motor 6 Totalmente protegido contra poeira Tabela 2.5 - Primeiro dfgito do grau de prote<;ao dos motores. ~ . ,. 1:, .1:1 k ~. l ( l 1; i il ii I)), U j~I!: I~i l i! ~!I:!:j ii: ;II I! ·1: ~t I II e 72 .:... . .. . A . t En ~l~~~~~~ ~~ •• ~ .~~~s . •• : .~. ~ I ~il 1 . .
  • 65. Digito Indica~ao do segundo digito o Nao protegido 1 Protegido contra quedas verticais de gotas de agua 2 Protegido contra queda de gotas de agua para uma inclina<;ao maxima de 15 0 3 Protegido contra agua aspergida de um anguJo de 60 0 na vertical (chuva) 4 Protegido contra proje<;6es de agua de qualquer dire<;fO 5 Protegido contra jatos de agua de qualquer dire<;ao 6 Protegido contra ondas do mar ou de agua projetada em jatos potentes 7 Protegido contra imersao em agua, sob condi<;6es definidas de tempo e pressao 8 Protegido contra submersao continua em agua, nas condi<;6es especificadas pelo fabricante Tabela 2.6 - Segundo digito do grau de protec;ao dos motores. Os motores de indw;:ao tnfasicos totalmente fechados para aplica<;:aonormal sao fabricados, normalmente, com os seguintes graus de prote<;:2to: • IP54 - prote<;:ao completa contra toque e contra acumulo de poeiras nocivas. ProteyaO contra respingos de todas as direyoes. Sao utilizados em ambientes muito empoeirados. • IP55 - proteyaO completa contra toque e acumulo de poeiras nocivas. Prote<;:ao contra jatos de agua em todas as dire<;:oes. Sao utilizados nos casos em que os equipamentos sao lavados periodicamente com mangueiras. • IP(W)55 - identico ao IP 55, porem sao protegidos contra intem- penes, chuva e maresia. Sao utilizados ao ar livre. Tambem denomi- nados motor de uso naval. Os motores de tnduc;:ao trlfaslcos abertos para apllca91!o normal saofabrlcados, quase sempre, com grau de prote9ilo IP 21. Sl!o protegldQ5 contratoque com os dedos e contra corpos estranhos s611dos com dlmensao aclma de12 mm (2). Tambem apresentam protec;:ao contra pingos na vertical (1). A NBR 5410 considera que os motores para aplicayoes normais devemoperar adequadamente em temperatura ambiente de ate 40° C e em altitudes deate 1000 m. A seguir veja uma placa de um motor com todas as suas caracteristicas: II Motores Trifasicos•................................................................................. e·:.
  • 66. III WAUO~"I - 3 90l RENDiMENTO 03/99 tJIlRrn4 FB90702I ;gE~~ool~ :-60-· l oJ NIj! kl~.CV) - I~ 115 I~B tit K "p,~, t>:7 lip!)&; 220/380/440 V I 8,40/4.86/4,20 A 2.2(3:0)I::t I730 ifi~ Sl ~wAtvitl N.l m "i I "I " " li! > l?l:J ,z 4 "h6 O;8)9y O"8X9~7 ~ ~2 ,3 1 ~->2,3 1 c LlL2U .. ~. ;bll~121 . ~4 lIl2U (y > r~l"j21IC <f 96 6.4 ~ 1)2,3> "~6~9~7. LlL2l.) [,1)12310 y6i6~4 .6b9 7 r.2?.J LlL2l.3 y ~1 . :~ ,Y·.ONlY~f ~1AA1l)I. f~l - 6205·ZZ A BASE DE uno 1, Ill ::J T) e:J- ,.. 6204-ZZ .Ji.... PNCEE REND.%= 85.5% C€ Kg ::.5 J "IJ.-lin;::l cosq> 0.81 Figura 2.24 - Dados de placa de um motor trifasico. 2.6.13 - Motores a prova de explosao ( , , , Devem ser utilizaclos ern areas classificaclas, onde se trabalha com materiais inflamaveis de alto risco, como combustiveis, ou locais onde haja perigo de explosao devido a presen<;:a de gases altamente inflamaveis, como tuneis de armazens. Esses motores devem suportar esforc;:os mecanicos, pois qualquer dano na isolac;:ao pode ocasionar acidentes de grandes propon;6es. Sao dimensionados com carcac;:a e estrutura altamente robustas, juntamente , i com todos os elementos: parafusos, juntas etc., compativeis com os esfor<;:os , aplicados. As vedac;:6es devem ser impecaveis, pois uma pequena faisea pade detonar uma explosao. Sao fechados com ventila<;:ao extelJ1a, com tampas e eaixa de ligac;:ao refon;:adas. Seu controle de produc;:ao e qualidade e muito rigoroso. 2.6.14 - Formas construtivas Para a eonstruc;:ao de um motor, um dos itens mais importantes e a maneira de fixac;:ao, que e feita de acordo com 0 projeto mecanico da maquina a ser acionada. A norma brasileira, baseada na lEe, define as seguintes formas, identificadas pelas letras 1M (de International Mounting System), seguidas de uma letra e um ou dois numeros caracteristicos. A figura 2.25 apresenta as principais formas construtivas dos motores: .: .G ~~i~~~~~~t~~ .~I:~r~~~s ~
  • 67. Fonnas construtivas NBR 5031 / DIN lEe 34 a u IMB3 ~ ~ ~ ~ ~ IMB6 1MB? IMB8 IMV5 IMV6 1[] 1M 135 ~ ~ =tnQ IMVl IMV3 IMB9 IMV8 g IMV9 IMBl4 IMV18 IMV19 IMB35 1MB34 Figura 2.25 - Formas construtivQs dos motores.2.7 - Perdas no motor As perdas que ocorrem num motor dividem-se em quatro diferentes tipos: • Perdas eletricas • Perdas magneticas • Perdas medmicas • Perdas parasitas Perdas eletricas sao do tipo {R}, aumentam acentuadamente com acarga aplicada ao motor. Essas perdas, por efeito Joule, podem ser reduzidas,aumentando a se<;:ao do estator e dos condutores do rotor. IIIII Motores Trifasicos e·:. .
  • 68. As perdas magneticas ocorrem nas laminas de ferro do estator e dorotor devido ao efeito de histerese e as correntes induzidas (neste caso,correntes de Foucault), e variam com a densidade do £luxo e a freqUencia.Podem ser reduzidas por meio do aumento da sec;:ao do ferro no estator e rotor,com 0 usc de laminas delgadas e 0 melhoramento dos materiais magneticos. As perdas medinicas ocorrem devido a fricc;ao dos rolamentos,ventilac;:ao e perdas pela oposic;:ao do ar. Podem ser reduzidas, usando rolamen-tos com baixa fricc;:ao e com 0 aperfeic;:oamento do sistema de ventilac;:ao. As perdas parasitas sao resultado das fugas do fluxo, distribuic;ao decorrente nao-uniforme, imperfei<;:6es medmicas nas aberturas para escoamentodo ar e irregularidades na densidade do fluxo do ar ao ser escoada pelasaberturas. Podem ser reduzidas com a otimizac;ao do projeto do motor e aindade uma produc;:ao ou fabrico cuidadoso. . Apresentamos seguidamente a distribuic;:ao das perdas no motor. Asperdas parasitas nao sao representadas por terem urn valor insignificante. I.Ii Perdas 7% mecanicas I:l Perdas magmHicas o Perdas eletricas no estator o Perdas 48% eletricas no rotor Figura 2.26 - Distribuir;QO das perdas nos motores.2.8 - Conexao dos enrolamentos Nos circuitos trifasicos existem dois tipos de configura<;:ao (ligac;:ao) tantopara geradores e transformadores como para cargas: ligac;:6es em estrela (Y) eem triangulo ou delta (.6..) ..e: ~~i~~~~~~t~~ .~I:~r~~~s ~
  • 69. ) 2.8.1 - Configura<;ao em estrela (Y) Nesse tipo de liga<;:ao, as terminais Fl> F 2 e F 3 sao ligados em um ponto interno eomum (0 - tambem denominado de neutro) e os terminais 1, 2 e 3 das partes iniciais 51, 52 e 53 dos enrolamentos Hearn aeessiveis para a eonexao da earga (3 ¢ - 3 Hos). 1 3 2 Figura 2.27 - Liga~ao dos enrolamentos em estrela. Mais eomumente, essa liga<;:ao pode ser representada por (3 ¢ - 4 Has): A N B c V Unha (V L au V AU) = v3 . V FdSC (V F au V AN) IUllhn (ILl ~, 110" (Id Figura 2.28 - Liga~ao dos enrolamentos em estrela com quatro fios. • A eonexao estrela se earacteriza por ter tens6es de fase diferentes das de linha. • As tens6es entre os terminais 1, 2 e 3 em relac;ao ao neutro correspondem as tens6es de fase do gerador (VF ou VAN), au seja, VFl> VF2 e VF3 . As tens6es entre dois terminais 1-2, 2-3 e 3-1 eorrespondem as tens6es de linha (V L ou VAS) do gerador, ou seja, VU2 , VL23 e VL31 . II Motores Trifflsicos e .: •.................................................................................
  • 70. -- j ! . til tili til • IIi , ..I tili II ! Ref.i,i , Vp1i ,I "" IIII ~ • .. I -VF3, • , I .. , I I , I I , I I Vl23 Figura 2.29 - Representa<;do gr6.fica das tensoes no enrolamento. .. .. till VU2 VL23 = VF2 = VF1 - V F2 - .J3 V L. 30° V = .J3 V L. -90° F3 = F F ~ • V L31 = V F3 - Vn = .J3 V L.150° F 2.8.1.1 - Vantagens da liga~ao estrela • Duas tens6es diferentes para a carga 0lLeVF)j • A corrente no condutor neutro e a soma fasorial das correntes de linha: se a carga e equilibrada (tres impedancias iguais), a corrente no neutro e nula (neste caso em particular nao e necessaria instalar a neutro, porem e recomendado devido a sua fun<;:ao ser de prote<;:ao a cargas desequilibradas). Caso contnlrio, 0 neutro e necessario para cargas desequilibradas (e usualmente ligado ao terra), ou seja, conectando urn dos cabos de cada sistema monofasico a urn ponto comum aos tres, as fres fios restantes formam urn sistema trifasico em estrela, como na figura 2.30, ondetemos urn quarto cabo ligado ao ponto comum das tres fases. ! ·::.8 ~~i~~~~~~t~~.~I~~r~~~s •.•..•.••••.••..•••...•••.. ~
  • 71. v (a) (b) (c) Figura 2.30 - Conexiio dos enrolamentos em estrela. Analisando a ligac;ao anterior, verificamos que: • A corrente de cada fio da linha ea mesma corrente da fase que esta ligada, ou seja, IL==IF. • A tensao entre dois cabos quaisquer do sistema trifasico e a soma grafica das tensoes das duas fases as quais estao ligadas, ou seja: VL = Vf. .J32.8.2 - l..iga~ao em triangulo Nesse tipo de ligac;:.ao, sempre e ligado 0 princlplo de um enrolamentocom 0 final do enrolamento subseqi.iente, conforme a figura 2.31. A IL:i _B_ _-7I<----=,="">__3L-_-+OTlI06t-_-- 1 Figura 2,31 . Liga~iio dos enrolamcntos em triCingulo. A partir dessa liga<;a.o podemos descrever graficamente as tensoesaplicadas nos enrolamentos.•~ ~~:~r~~ .~r:f~~~c~.s e.·.: , .~ ~I "-"4
  • 72. ..;z<: 1L3 I , I , I , I I I I , I _300 ~ -In I I I I I """ Ref. I I I I I I Figura 2.32 - Representac;do grafica das tensoes nos enrolamentos dos motores. Assim teremos: Se a carga for desequilibrada, as correntes de Iinha serao diferentes em modulo e/ou em fase, ou seja: Considerando tensoes/correntes de fase, as tens6es e correntes de cada um .dos tres sistemas monofasicos considerados sao indicadas por Vf e If. Se Iigarmos os tres sistemas monofasicos entre si, como indica a figura seguinte, podemos eliminar tres [jos, deixando apenas um em cada ponto de liga9ao e 0 sistema trifasico fica reduzido a tn3s condutores; U,V e W. A tensao entre dois quaisquer desses tres Has chama-se tensao de linha (VI) que e a tensao nominal do sistema trifasico. A corrente em qualquer um dos tios chama-se corrente de Iinha (II). (a) (b) (e) I !! Figura 2.33 - Conexdo dos enrolamentos em tridngulo. i~ j : ! i i . ,. 11 Examinando a liga<;ao, observamos que: .: . e Acionamentos Eletrieos .................................................................................• . II
  • 73. • A cada carga e aplicada a tensao de linha VI que e a propria tensao do sistema monofasico, ou seja, V1=Vf. • A corrente em cada cabo de linha, ou corrente de linha, e a soma das correntes das duas fases ligadas a esse cabo, ou seja, IL=IFI +IF3, como as correntes estao defasadas graficamente IL=IF x .J3 . Tambem existem outros tipos de conexoes de enrolamento estudados emseguida:2.8.3 - Partida serle paralelo Nessa partida, 0 motor parte com tensao reduzida em suas bobinas. Achave serie paralelo proporciona uma reduyao de corrente de 25% do seu valor.Sua aplicar;::ao e em partidas a vazio, pois 0 conjugado de partida fica reduzidoem um quarto de seu valor de tensao nominal. Esse tipo de partida pode serfeito em motores de quatro tensoes e no minimo nove cabos, e sao divididasem: • Triangulo serie paralelo (A-AA.): chave para motor com enrola- mento nas tensoes 220/380/440/660 V ou 220/440 V. Para esses casas a tensao da rede deve ser 220 V. Na partida, faz-se a ligac;ao triangulo serle (6) que estarla pronta a receber 440 V e Se aplica a tensao de trlangulo paralelo 220 V. Ap6s partir, 0 motor e ligado em triangulo paralelo (~~) e suas bobinas recebem a tensao de 220 V da rede. As figuras 2.34 e 2.35 a seguir ilustram essas ligar;::oes. R 2 8 5 3 <---e==}-----[==::J---> 2 s ~s T T/ 14 220V .1 220V Figura 2.34.. Liga!;Qo triangulo serie. Figura 2.35 . Liga!;Qo triQngulo paralelo. -" -- .._--..-_.-_.._-. - ..--..
  • 74. - ":. - - --.....- ._;:;;l~_,,_,.~ ~ __ 1 _ ,bUO ~ ,~ ~ _._-_. " "_-,.".;",,". >,...:.:.::..__.~ __ . _::~:u·f"i;::;i::-: ;t:r;<;;;;;,~ . ~ fI • Estrela serle paralelo (Y-YY): chave de partida para motores com t! enrolamentos em 220/380/440/760 V ou 380/760 V. A tensao da rede deve ser de 380 V. • ~ No momento da partida, 0 motor esta ligado em estrela para receber •• 760 V e aplica-se uma tensao de estrela paralelo 380 V. Ap6s a partida 0 motor deve ser ligado em estrela paralelo (YV), assim, as bobinas recebem a . tensao nominal cia rede de 380 V. As Ciguras 2.36 e 2.37 mostram essas • I liga<;6es. . I R ,..._ _~3",,8::e.OV:L- _-+~1 _ s . ii fi ". 9 6 6 ; :; 9 3 3 . T T Figura 2.36 - Ligaqao estrela serie. Figura 2.37 - LigaqCio estrela serie parale/o. j~ 2.9 - Identifica~ao das bobinas de urn motor de ~ :~1 indu~ao trifasico Ao se deparar com motor sem identifica<;ao dos seus terminais, nao S8!] pode ligar as bobinas aleatoriamente, correndo 0 risco de danificar 0 motor~ Assim, cleve-5e fazer testes de continuidade para identificar as bobinas e polaridacle para liga-las. As bobinas de um motor trifasico sao repre5entadas da seguinte maneira: 1 2 3 1 2 3 456 Figura 2.38 - Bobinas de um motor trif6.sico. ..:eo.. 00 •• 0 •••••• 0 • 0 0 •• 0 0 0 • 0 ~~i~~~~~~t~~ .~l:~~~~s. 00 •••• 0 0 o 0 0 • 0 • 0 0 •• 0 0 •••• ~
  • 75. 1m Primeiramente e precise fazer urn teste de continuidade, ligando uma das:Ia pontas do ohmimetro a urn dos terminais do motor e testar nos outros terminais ate encontrar a continuidade. Com isse, define-se a primeira bobina como 1 e 4, como mostra a figura 2.39.er ~ o a r~t·tl1S I ------, 1 x x Ohmfmetro ~! ,; 2j 3 ---------4 x x Figura 2.39 - Identificat;ao das bobinas do motor trifasico. Para determinar as outras bobinas, deve-se repetir os procedimentos numero 2 e 5 para a segunda bobina e 3 e 6 para a terceira bobina, conforme a figura 2.40. 3 3 6 - Figura 2.40 - Identificat;ao das bobinas do motor trifasico. o pr6xlmo passo e verlflcar a polariza9~o das bobinas do motor. Prlmelramente verlflca-se a polarlza9~o das boblnas 1 e 2. Liga-se a bC)blna 1 (terminal 1 e 4) em serle com a bobina 2 (terminals 2 e 5) e Iiga-se uma lampada aos terminais 3 e 6. A figura 2.41 mostra essa ligac;:ao. It ................. " " " Motores Trifasicos " .. " " e··: " . .. " ,j I
  • 76. • - _ - ---- -____ .. ~;l.+,;;, ~~~, _ .,..~"".-..~. ---.-,""""",":,,:-:~I""!!""""-~~ :~";;=-;~::::---c- •• _, . ..--.---.-- .~",, ._, ..I.......,.".. --~----- ---.,.,>.,.-~ ,i..... ···~lIII!;;1i 4IiI 1 1 5II j 220V 2 2 i II Figura 2.41 - Verificar;oo da polarizar;oo das bobinas do motor. Se a lampada ligada nos terminais da bobina 3 acender, a bobina 1 esta com a polaridade invertida. Nesse caso, deve-se trocar 1 por 4. Se a lampada permanecer apagada, as bobinas 1 e 2 estao polarizadas corretamente. Agora, deve-se verificar a polaridade da bobina 3. E preciso interligar.as bobinas 2 e 3 em serle com a fonte de 220 V e tigar uma la.mpada na bobina 1 (terminais 1 e 4). A figura 2.42 exibe as Iiga<;:oes. 6 3 3 {} 5 2 220V 2 Figura 2.42 - Verificar;iio da polarizQI;iio das bobinas do motor. Se a lampada que esta colocada nos terminais da bobina 1 acender, a polariza<;:ao esta invertida. Assim, deve-se trocar 3 por 6 e verificar se· a 12lmpada continua apagada. Em caso afirmaUvo, conflrmar a numerCH;~o das bobinas do motor. i: I I, I t::: v:.Y . ~~ ~~i~~~~~~t~~ .~l:~~~~s ~ I I: .:
  • 77. 2.10 - Tabela de Caracteristicas Eletricas de Motores Trifasicos A seguir temos uma tabela com as principais caractensticas de motorestrifasicos de quatro polos, 60HZ, IP 55 cia WEG:c-...,.--~-;:~, 01 1&, 0.16 0.12 GJ lr~ 0,8(1 4~ 0.07 3~ 3,4 45,0 52,0 ~7,0 0,46 0,55 Oill 1,1~ O,IIDIS 31 <8 0,25 0.18 63 1110 1,14 4,5 0.10 2.8 3,0 53,0 W,O 64,0 0.41 O/il 0,65 1,15 0,0C056 18 <8 O;JJ 0.25 63 1110 1,« 4~ 0.14 29 29 59,0 64,0 filP 0,<8 0$ O,ffi 1,15 0,WJ:il 21 <8 0.50 0.37 71 lr.;Q 2.01 5.0 0,21 1.1 3,0 !;6,O 64.0 W,O 0,48 0,59 OlD 1,15 o,OOJnt 10 41 10i--=o.ni::+O:::,!>5+-:;,,-f-.:.700=+":~=,!Xl:-1--::~,5---t--0:::,3:" -r--"3,:"V -I 3,2 W,O WI) II/.) 0,<1 0.00 o:ro 1,1~ O,(Jx/X> 10 47 11 1.0 0,15 00 1nJ J.<l2 1;l. 0,42 ~.$ 2.9 n.o n~ 79,5 o.~ 0,74 0,82 1,15 0.00294 6 48 15 I~ 1,1 t<l 123 4,43 7» 0,62 2.8 3~ 720 771l 79~ 0,(l3 0,7:3 Oill 1,15 0,= 5 <8 10 20 1$ 9:t5 1740 6,12 6.< 0111 25 3,0 77,0 81,0 82.5 O,W 0,72 0,78 1,15 0,OC6(JJ 7 51 3,0 22 OC. 1725 8,70 08 ,25 26 28 79,0 820 83,0 0,64 0,75 0,110 1,15 0{r£/2 0 51 Zl 4,0 3,0 10Ct. 1725 11» 7$ 1.00 ~,G 2.8 820 83,0 83~ 0,61 0,7:3 0.00 1,15 0,00018 7 5< 31 5,0 3,7 1()0.. 1115 14,0 lfj 2J1J 29 3,1 82.5 64.3 85,5 0,63 0,75 0»1 1,15 O,rnY./; 7 5< 33 6,0 4~ 112M 1745 16,1 7,4 246 22 29 85P a6,0 86~ o,a; 0,77 Oill 1,15 0,01741 11 58 7~ 5,5 112M 1740 2),0 7,0 3,W 22 2.8 88,6 87$ 88,0 0,63 0.74 Oill 1,15 0,017<1 11 58 10 7$ ,32$ 176):E.0 8,0 4/Jl 22 3,0 86P 88,0 89P o,a; 0,77 o.8J 1.15 0,04652 5 61 62 125 9~ 132M ,755 33.3 8,7 5,10 25 29 86,3 87» 88$ 0,62 0,7:3 Oill 1,15 0,0;427 5 61 5 11 32M 1755:13.3 8.3 6,12 2,:l 2.8 a6,8 88~ 88~ O,ffi 0,110 0,110 1,15 0iJ5815 5 61 72 2J 15 lEm 176J 526 6.J 8.14 2,:l 22 68,0 89.3 OO~ 0.69 0,79 0,110 1,15 0,W535 ,3 69 114 25 18$ ltD.. 1755 64~ 6.J 10,2 2,3 24 89,0 00,0 91,0 0,70 0,79 0,110 1,15 0,11542 15 69 128 JO 22 IOCM 755 75$ 7$ ,22 2.8 28 89~ 00,0 91,0 0,70 0,110 0»4 1,15 0,16145 12 ffi 158 40 JO 2JO, 770 101 6,6 1~ 2,3 25 89$ 00$ 91,7 0,72 0111 0,85 1,15 0;0579 19 71 216 50 5l an. 1770 122 6,6 2l~ 2,3 2,3 OO~ 91,5 !l2.4 0,75 0,110 0,86 1.15 o;mgs 6 71 252 W 45 225S>1 ,775 46 7~ 24~ 2,3 27 91,0!l22 93,0 0,75 0,64 0»7 1m 0,69987 2J 75 75 55 225S~ 1775 176 7.4 JO~ 22 27 OO~ 920 93,0 0.76 0»4 OjIB 1m 0.B0485 ,5 75 ,00 75 25::&J 17flJ 242 8» 40~ 22 22 920 93,0 93$ 0,74 0,110 0»7 1,15 1,15<78 12 75 ,25 00 200MJ 17flJ 2S3 7.3 ~ 22 2.8 91~!l29 93,8 0,75 0,110 0,110 1m 1,92710 2S lil 658 150 110 200MJ 1785 J5J 8,0 W~ 26 27 91,5 93,5 91,1 0,78 0,64 0»7 1,00 2.869<l 2J lil 75J 75 ,32 31s&M 785 4JJ 7,5 7O~ 25 25 !llll 931l 91,1 0,79 0,110 0,85 1m 2.81()); 14 82 659 924 1010 ~ 14lll 1544 40) 9ll ~:l;l;M.~ I il1ll IE SA ,(1) 1.1 21 oo~ 91.7 00.3 0»1 0,00 0,110 1m 9.3D7J 5l 8J 1723 4!ll JJO $,t 100 1000 7.1 lill 21 2.1 9J,8 94,8 95,4 0,77 0,85 0,88 I.W 10,2Slll7 :11 llJ 1857 501 :iJIJ :lWo< 1100 11Bl 6,6 :DJ 2.1 22 9J,9 95.0 95,4 0,19 0,85 OjIB 1,Q) 11,IBe ~1 83 1!lZJ Tabela 2.7 - Caracterfsticas etetricas dos motores trifasicos IP55 WEG..~ ~~~~r~~.~~f~~~c~.s e :. ---~--~
  • 78. EXERCicIOS PROPOSTOS 1. Relacione as vantagens e desvantagens de urn motor de induc;:ao gaiola de esquilo. 2. Quais sao as principais caractensticas de urn motor de rotor bobi- nado? 3. 0 que e urn motofreio trifasico? Quais sao os tres tipos de freio existentes? 4. 0 que e urn motor de alto rendimento? Quais sao as suas principais caractensticas? 5. Defina rendimento de urn motor trifasico. 6. Como varia 0 rendimento em func;:ao da potencia nominal? E com relac;:ao a potencia no eixo? 7. Defina escorregamento. 8. Descreva a curva de operac;:ao torque x velocidade para urn motor de indw;:ao trifasico. 9. Segundo a NBR 7094, quais sao as cinco categorias de conjugado! existentes? De as suas caracteristicas. 10. Defina classe de isolamento.~:, i 11. Quais sao os dois tipos de ventila~ao que podem existir em motores: eletricos? 12. Defina regime de servic;:o. 13. 0 que e fator de servic;:o? 14. Como e calculado 0 numero de rotac;:oes em urn motor trifasico? 15. Conceitue grau de protec;:ao de motores trifasicos. 16. Quais sao os tipos de perda que podem ocorrer em urn motor? 17. Por meio de diagramas, represente as ligac;:oes tri~mgulo e estrela,: enumerando suas caractensticas. ::.8 ~~i~~~~~~t~~ .~I~~~~:s ~
  • 79. ) DEFINIc;OES DE POTENCIA ELETRICA Sempre que for ligada uma carga a um dado circuito eletrico, hit tres tipos de potencia a serem considerados: potencia ativa, reativa e potencia aparente. 3.1 - Potencia ativa E a transforrnac;ao da energia eletrica ern qualqucr forma de energia lItil, como, por exemplo: luminosa, termica, entre Qutras, sem a necessidade de uma transformac;ao intermediaria de energia. Exemplos de potencia ativa: • Chuveiros • H.esistores • Aquecedores A potencia ativa em corrente altemada e dada pelas seguintes equac;oes: Circuito monofitsico: P = V.LCos <p Circuito trifasico: P = 1,73.v.LCos<p Unidade: watt (W) . II Definic;6es de Potencia Eletrica .. .... .. . ... . . . . . .. .. . . ... , " " .. " e .: " . ..
  • 80. 3.2 - Potencia reativa Ea energia intermediaria necessaria para qualquer equipamento, como, pOl exemplo: motores, transformadores, reatores, capacitores, entre outros. Ela e indispensavel para que esses equipamentos possam excitar 0 seu campo magnetico ou eletrico, tomando possivel a utilizac;ao da energia que efeti- vamente realiza 0 trabalho, a energia ativa. A potencia reativa e trocada entre 0 gerador e a carga, nao sendo consumida efetivamente. as consumidores de corrente reativa sao: transfor- madores, reatores, motores de indw;ao, motores sincronos subexcltados. Tambem sao fomecedores de corrente reativa: capacitores e motores sincronos superexcitados, sendo 0 capacitor 0 elemento mais utilizado para esta finalidade. . Exemplos de equipamentos consumidores de potencia reativa indutiva: • Motores d~ induc;ao • Transformadores J" I;;· ·~ .. • Maquinas de solda {" :~ "-! -:.". • Lampadas de descarga i:fd A potencia reativa em corrente altemada e representada pelas seguintes equac;oes: ·:·1:, 1; . Circuito monofasico: Q = V.I.sen <p Circuito trifasico: Q = 1,73.V.I.sen<p Unidade: volt ampere reativo (VAl) ",iI I :}Ii ; hil .: . e Acionamentos Eletricos II ................................................................................•
  • 81. - 3.3 - Potencia aparente Ea soma vetorial da potencia ativa com a potencia reativa. Em fun<;ao dessa potenda sao dimensionados os equipamentos, como: transfonnadores, condutores, entre outros. . A potencia aparente em corrente altemada e representada pelas seguintes equac;:6es: Circuito monofasico: s = V.I Circuito trifasico: S::::: 1,73V.I Unidade: volt ampere (VA) Antes de iniciar 0 estudo sobre fator de potencia, e necessaria fazer uma revisao dos conceitos fundamentais da trigonometria, em que temos as seguintes relac;:6es entre os lados e as angulos do triangulo retangulo, como mostra a figura seguinte: Cateto oposto o Cateto adjacente Figura 3.1 - Triangulo retangulo. Sendo: H = hipotenusa Co = cateto oposto Ca ::::: cateto adjacente Pelo Teorema de Pitagoras define-se que a hipotenusa ao quadrado representa 0 quadrado da soma dos quadrados dos catetos segundo a equac;ao seguinte: - - - ---.------- -----====.......~==~~----------
  • 82. Ternos as seguintes razoes trigonornetricas, que relacionam os angulos do triangulo retangulo, sendo caraeterizadas pelas rela<;:oes de seno, cosseno e tangente, como a seguir: Sen8= Co/h (seno do angulo 8) CosO = Ca/h (cosseno do angulo e) TgEl = Co/Ca (tangente do angulo 0) Podemos fazer uma representac;ao grafica das pot~ncias no chamado triangulo das potencias, representado a seguir: (kVA) Aparente S Q Reativa (kVAr) p Ativa (kW) Figura 3.2· Representac;oo do tritingulo das potencias. A potCncla aparente Sea soma geomctrica da pot~ncla ativa P com a potencia reativa Q, caracterizando 0 trii.l.l1gulo reti.mgulo com Q, sendo 0 cateto oposto a <p e P 0 cateto adjacente a <po Desta forma, temos a relac;ao entre as potencias, dada pelo Teorema de Pitagoras, em que: Com isso, obtemos as cqua<;:6es das potencias por meio dos conceitos de trigonom~tria, emque:1 Sen<p = KVAr/KVA sendo KVAr = KVA.sen<p (potencia reativa)11:.~ ; Cos<p = KW/KVA sendo KVA = KW/cos<p (potencia aparente) Tg<p = KVAr/KW sendo KW = Kvar/tg<p (potencia ativa) : 8 ~~j~~~~~~t~~ .~I::r:~~s ~
  • 83. Podemos definir 0 fator de potencia (cos<p) como 0 cosseno do angulo dedefasagem entre a corrente e a tensao. 5e 0 circuito for indutivo, ou seja,consumidor de energia reativa, com a tensao pdiantada da corrente, 0 fator depotencia e considerado em atraso. Na figura seguinte ha urn exemplo de umacarga aplicada a urn circuito puramente indutivo, em que a tensao estaadiantada em 90 0 da corrente: Figura 3.3 - Circuito puramente indutivo. 5e 0 circuito for capacitivo, ou seja, fomecedor de energia reativa, econsideraclo em avanc;:o. A seguir, observe urn exemplo de uma carga aplicada a.urn circuito puramente capacitivo, em que a tensao esta atrasada em 90° dacorrente: Figura 3.4 - Circuito puramente capacitivo.Observaciio: Em um circuito puramente resistivo, a tensao esta em Jase com a corrente,assim noo existe deJasagem entre tensoo e corrente.8endo:rp= 0° e Cosrp= 1p = V. I. CosrpP = V.IComo:S = V.Ip=sConclufmos que a potencia aparente (8) e igua] d potencia ativa (W) em um circuitopuramente resistivo. II Defini<;oes de Potencia Eletrica•................................................................................. e .: .
  • 84. 3.4 - Fator de potencia E indispensavel que uma deterrninada industria tire 0 maior ganho possivelpor determinado custo de energia. Por interrnedio da analise do fator depotencia de uma deterrninada instalayao de forya e luz e possivel saber se eleesta sendo utilizado de forma eficiente para que se tenha maior viabilidadeeconomica, evitando desperdicio e gastos desnecessarios de energia eletrica.Urn baixo fator de potencia causa grandes problemas a instalayao eletrica,como: sobrecarga nos cabos e transforrnadores, aumento da queda de tensao,alem do aumento do valor a ser pago na conta de energia eletrica. De acordo com 0 estabelecido pela Agenda Nacional de Energia Eletrica(ANEEL) reiterou-se a obrigatoriedade de se manter 0 fator de potencia 0 maisproximo possivel da unidade (1,00), tanto pelas concessionarias quanto pelosconsumidores, recomendando, ainda, 0 estabelecimento do limite de referendapara 0 tator de potencia indutivo e capacitivo, bern como a forma de avaliayao ede criterio de faturamento da energia reativa excedente a esse limite. Alegislayaa pertinente, estabelecida pela ANEEL, determina os seguintes aspectosrelevantes: Limite minima do fatar de potencia de 0,92; das 6 as 24 horas, 0 tator depotencia deve ser, n6 minimo, 0,92 para a energia e demanda de potenciareativa indutiva fomecida, e das 24 ate as 6 horas no minimo 0,92 para energiae demanda de potencia reativa capacitiva recebida. A ANEEL tambern determina que a ocorrencia de excedente de reativoseja verlficada pela concessionarla por melo do fator de potencla mensal ou dof9 tor ce potencia horario. 0 fator de potencia mensal e calculado com base nosva!ores mensais de energia ativa ("kWh") e energia reativa ("kvarh"). 0 fatar depotencia horario e calculado com base nos valores de energia ativa ("kWh") e deenergia reativa ("kvarh") medidos de hora em hora.3.4.1 - Causas do baixo fator de potencia As principais causas do baixo fator de potencia estao enumeradas aseguir: I • Motores superdimensionados ou com pouca cargaj I Lampadas de descarga: fluorescentes, vapor de sodio, vapor de I mercuric e (:>utras (com reatores de baixo fator de potencia); I • Instala<;:6es de ar condicionadoj I I I::.0 ~~i~~~~~~t~~ .~I:~r~~~s ~ I I I I II I I I I I I I I I
  • 85. hi . • Maquinas de solda; • Equipamentos eletronicos; • Transformadores superdimensionados.3.4.2 - Vantagens da corre~ao do fator de potencia. Melhoria da tensao: a corrente relativa a potencia reativa aparecesomente na reatancia indutiva. Como essa corrente e reduzida peloscapacitores, a queda de tensao total e reduzida a um valor igual a correntk docapacitor multiplicada pela reatancia. Portanto, e necessario apenas conhecer apotencia nominal do capacitor e a reatancia do sistema para se conhecer aelevayao de tensao ocasionada pelos capacitores, que e, na ordem de 4 a :5%.Embora os capacitores elevem os niveis de tensao, e inviavel instala-los emestabelecimentos industriais apenas para esse tim. A melhoria da tensao deveser considerada urn beneficio adicional dos capacitores. Reducyao das perdas: as perdas RI 2(efeito Joule) variam de 2,5 a 7~5%dos kWh da carga, dependendo das horas de trabalho a plena carga, bitola!dos I Icondutores e comprimento dos alimentadores e. circuitos de distribuiyao. As !perdas sao proporcionais 210 quadrado da corrente e, como a corrente e Ireduzida na razao direta da mel haria do fator de potencia, as perdas sao Iinversamente proporcionais 210 quadrado do fator de potencia. I Devido a melhoria dos fatores citados, teremos as seguintes vantagens: I • Redw;:ao significativa do custo de energia eletricaj I • Aumento da eficiencia energetica da empresaj • Aumento da capacidade dos equipamentos de manobra; • Aumento da vida uti! das instalayoes e equipamentos; • Reduyao do efeito Joule; • Redw;:ao da corrente reativa na rede eletrica. Alem dessas vantagens para a empresa, para a concessionaria de energiaeletrica existem as seguintes beneficios: potencia reativa deixa de circular nosistema de transmissao e distribui<;ao, redu<;ao das perdas pelo efeito Joule,aumento da capacidade do sistema de transmissao e distribuic;ao de potentiaativa, que e a que realmente gera trabalho, diminuic;ao dos custos de gera<;ao.
  • 86. r 3.4.3 - Metodos para potencia 0 melhoramento do fator deI A compensac;:ao da energia reativa em uma instalac;:ao deve ser analisadaI com 0 devido cuidado, evitando-se solw;:6es imediatistas que podem conduzir a resultados tecnicos e/ou economicos nao-satisfat6rios. E necessario criterio eI experiencia para efetuar uma compensac;:ao adequada, analisando individual- mente cada caso, lima vez que nao hil uma soluc;:ao padronizada. Em princlpio, o aumento do fator de potencia pode ser conseguido: • Por meio do aumento do consumo de energia ativa; • Utilizando maquinas sincronas; • Por meio de capacitores. Independentemente do metodo a ser utilizado, 0 fator de potencia ideal, tanto para a instalac;:ao (isto e, para 0 consumidor) como para a concessionaria, seria 0 unitario, 0 que significa a inexistencia de potencia reativa na instalac;:ao. No entanto, essa condic;:ao geralmente e inviavel do ponto de vista economico e o valor (0,95) e considerado satisfat6rio. .~ . j,. o aumento do consumo de energia ativa, isto e, da demanda ativa media da instalac;:ao, pode ser conseguido pela adic;:ao de novas cargas com alto fator de potencia ou pelo aumento do ,periodo de cargas cujos fatores de potencia sejam elevados. Esse metodo e recomendado para instalac;:6es que tenham jomada de trabalho fora do periodo de ponta de carga (aproximadamente de 18 a 20 horas) do sistema eletrico. Alem de atender as necessidades de produc;:ao da industria, a carga ativa que vai aumentar 0 consumo de energia ativa deve ser cuidadosamente escolhida para nao ultrapassar a demanda maxima contratada, 0 que acarretaria urn aumento na conta da energia eletrica. POl" outro lado, n~o se pode e~quecer que essa solw;:rto nao deve choc;ar- -se com a necessidade de conserva9ao de energia eletrica. Assim, POl" exemplo, nao e conveniente substituir urn fomo a 6leo par urn fomo eletrico (cujo cos<p e praticamente iguaI a 1) apenas para aumentar 0 fator de potencia. No entanto, se a industria possuir dois fomos, urn eletrico e outro a 61eo, funcionando altemadamente, ampliar os periodos de uso do fomo eletrico pode ser uma boa opc;:ao para carrigir 0 fator de potencia cia industria, desde que se obtenha beneficio economico. .8 : ~~i~~~~~~t~~ .~I:~r~~~s ~
  • 87. ! i As maquinas sincronas tambem podem funcionar como "geradores" de potencia reativa, seja acionando cargas medmicas, seja funcionando em :vazio (nesse caso, chamadas de "compensadores sincronos"). Essa propriedade e controlada pela excita<;:ao. Quando subexcitados, eles nao geram potenciala reativa suficiente para suprir suas proprias necessidades e, conseqUentemente,a devem receber do sistema uma potencia reativa adicional. Quando~ superexcitados (funcionamento normal) suprem suas proprias necessidades de1- reativos e tambem fomecem reativos ao sistema. E precise considerar que a compensa<;:ll.O por esse metoda nem sempre e compensadora do ponto de vista economico, sendo apenas recomendada quando sao acionadas cargas mecanicas de grande porte, com potencias superiores a 200 CV (caso, por exemplo, de grandes compressores) e funcionando por periodos longos (superiores a oito horas por dia). Nesses casas, o motor sincrono exerce a dupla fun<;:ao de acionar a carga e aumentar 0 fator de potencia da instala<;:ao. Os "compensadores sincronos" nao sao utilizados em instalac;oes industriais, sendo, geralmente, usados par concessionarias em subesta<;6es. o m~todo dos capacitores e a mais utilizado nas instala<;:6es industriais, sendo, em geral, a mais economico 12 a que permite maior flexibilidade de aplica<;ao. Os capacitores usados, chamados de "capacitores de potencia", sao caracterizados par sua potencia nominal, sendo fabricados em unidades monofilsicas e triftlsicas, para alta e baixa tensao, com valores padronizados de potencia, tensao e freqUencia, ligados intemgmente em delta e com potencias de, no maximo, 50 kVAr. Os capacitores de alta tensao sao monofasicos com potencias nao superiores a 100 kVAr e, em suas aplicac;6es, sao ligados externamenteem estrela, quando a neLitre e aterrado e em triangulo para as demais aplicar;:6es. Nas figuras 3.5 e 3.6 temos a represent8<;ao de alguns tipos de llga<;oes de capacitores utilizados na industria. r---------A ~-B c I I I 11 Capacitor Figura LfJ 3.5 - LigaC;Qo de capacitores estrela-serie.
  • 88. ,----------A ,--------8 ~. £CC.t V:!j;Y .POO, 0 Figura 3.6 - Liga<;Qo de capacitores estrela-paralelo. ,,I 3.4.3.1 - Parametros dos capacitores o capacitor e urn dispositivo eletrico utilizado para introduzir capacitancia em urn circuito. E constituido por urn sistema de condutores e dieletricos que tern a propriedade de armazenar energia eletrica quando submetidos a urn campo eletrico. Urn capacitor e caracterizado por: Capacitancia nominal: valor da capacitancia atribuido pelo fabricante (I!F). Tensao nominal: valor eficaz da tensao senoidal entre os seus terminais, para a qual urn capacitor e projetado (V, kV). Corrente nominal: valor eficaz da corrente correspondente a sua potencia nominal, quando aplicada ao capacitor a sua tensao nominal sob freqilencia nomil)al. Potencia nominal: potencia reativa sob tensao e freqilencia nominais, para a qual 0 capacitor e projetado (kVAr). Carga de urn capacitor: e acumulo de cargas eletricas no dispositivo, 0 resultando em eleva<;ao da tensao entre suas placasj por extensao, 0 termo tambern significa 0 valor de carga eletrica acumulada. Os capacitores possuem urn dispositivo de descarga que e eletrico (basicamente urn resistor) ligado entre os terminais do capacitor ou a ele incorporado, ou ligado entre os condutores de alimenta~ao. Eles reduzem praticamente a zero a tensao entre os seus terminais, quando 0 capacitor e desligado da fonte de alimenta~ao. A figura a seguir mostra urn capacitor utilizado para a corre~ao do fator de potencia: : 8 ~~i~~~~~~t~~ .~l::r~~~s ~
  • 89. -- -....-...:..._- Figura 3.7- Capacitor utilizado para carrer;aa do Jatar de patencia. (cartesia WEG) Urn banco de capacitores e urn conjunto de capacitores de potencia, estruturas de suporte e com os necessarios dispositivos de manobra, controle e proteyaO, montado de modo a constituir urn equipamento completo, como e ilustrado na figura 3.8. Figura 3.8 - Banco de capacitares utilizada para correr;aa da Jatar de palencia. (cortesia W~G) Os capacitores sao normalmente determinados pela sua potencia nominal reativa dada em Var (volt amperereativo). A potencia nominal de urn capacitor e absorvida do sistema quando e ele subrnetido a tensaoe freqUencias nominais a umatemperatura ambiente igual a 20°C. Assim, por meio da equa9ao seguinte podemos determinar a capaci- tfmcia: c= 1.000xPc 2x1txFxV! . Sendo: Pc = potencia nominal do capacitor em Kvar F = freqUencia nominal em HZ. II Defini~6es de , PatEmcia Eletrica , e .: .
  • 90. Vn = tensao nominal em KV; C = capacitancia em ~F. A tabela seguinte mostra as caraetensticas eletricas basicas de capacitores: Corrente nominal CondutorTensao Potencia (kvar) Fusivel Capacitancia (A) dede linha NHou nominal(fl. F) liga<;:ao (V) DZ (A) 50Hz 60 Hz 50Hz 60 Hz mm 2 2,1 2,5 137 9,5 11,4 20 2,5 2,5 3,0 165 11,4 13,6 25 2,5 4,2 . 5,0 274 19, ], 22,7 32 6 5,0 6,0 329 22,7 27,3 50 10 220 6,3 7,5 411 28,6 34,1 63 10 8,3 10,0 548 37,7 45,5 80 16 10,0 12,0 657 45,5 54,5 100 25 12,5 15,0 822 56,8 68,2 125 35 16,6 20,0 1096 75,S 90,1 160 70 2,1 2,5 46 5,5 6,6 10 2,5 2,5 3,0 55 6,6 7,9 16 2,5 4,2 5,0 92 11,1 13,2 25 2,5 5,0 6,0 110 13,2 15,8 32 4 8,3 10,0 184 21,8 26,3 50 10 10,0 12,0 220 26;3 31,6 50 10 380 12,5 15,0 276 32,9 39,5 63 16 15,0 18,0 330 39,5 47,4 80 25 16,6 20,0 367 43,7 52,6 100 25 20,0 24,0 440 52,6 63,2 200 35 20,8 25,0 460 54,7 65,8 125 35 25,0 30,0 551 65,8 78,9 160 50 4,2 5,0 68 9,5 11,4 20 2,5 5,0 6,0 82 11,4 13,6 25 2,5 8,3 10,0 137 18,9 22,7 32 6 10,0 12,0 164 22,7 27,3 50 10 440 12,5 15,0 206 28,4 24,1 63 10 16,6 20,0 274 37,7 45,5 80 16 20,8 25,0 34:3 47,3 56,8 100 25 25,0 30,0 Ill ~}G,8 68,2 125 :l() 4,2 5,0 58 8,7 10,4 20 2,5 5,0 6,0 69 10,4 12,5 20 2,5 8,3 10,0 115 17,3 20,8 32 6 10,0 12,0 138 20,8 25,0 50 6 480 12,5 15,0 173 26,0 31,3 50 10 16,6 20,0 230 34,6 41,7 80 16 20,8 25,0 288 43,3 52,1 100 25 25,0 30,0 345 52,1 62,5 100 36 Tabela 3.1 - Caracterfsticas eIetricas dos capacitores...e:................................................ "." . Acionamentos Eletricos. "" .. ~--~.11
  • 91. Para tensOes de ate 660 V a potencianominal norrnalmente nao esuperior aos 50 kVAr em unidades trifasicas e 30 kVAr em unidadesmonofasicas.3.4.3.2 - Compensa~ao do fator de potencia Como foi citado anteriorrnente, a utiIizayao de capacitor tern como fun<;aoa melhoria do fator de potencia, pois todas as instalayoes que possuemmotores, transformadores etc., possuem uma potencia reativa que nao realizatrabalho. 0 capacitor tern por finalidade diminuir a quantidade de potenciareativa que os geradores precisam fomecer. Temos como exemplo uma instala<;ao em que se deseja melhorar 0 fatorde potencia de cos PI para COSP2 , ou seja, reduzir a quantidade de potenciareativa indutiva de KVAr l para KVAr2 Nesse caso, temos: KVARI = KW. Tg<pl KVAR2 = KW. Tg<p2 A diferenya entre as duas potencias da: KVARI - KVAR2 = KW(tg<pl - tg<p2 ) o que ira resultar no seguinte diagrama de corre<;ao de fator de potenciailustrado a seguir: kW kVAr2 kVAr l Figura 3.9- Diagrama de representa<;Qo da corre<;Qo do Jator de potencia.• ~ ...••................•. ~~f~~i~~~~~.~~~e.n.c~~·~~:t~.c~ e..:.
  • 92. Desta forma, temos a quantidade de potencia reativa necessaria para corrigir a instalac;ao dada por: CkVAr = KW. Ll.tgcp , j 3.4.4 - Medi~ao do fator de potencia A medic;:ao do fator de potencia pode ser feita direta ou indiretamente. 0 cossenoflmetro e 0 instrumento responsavel pela leitura direta do fator de potencia. 0 metoda de leitura indireta e 0 mais utilizado pelas concessionarias e pode ser feita por meio de um wattimetro + KVAr-metro ou vanmetro, sendo a ultima opc;ao a mais utilizada. Assim, 0 fator de potencia e obtido pelas seguintes equac;oes de acordo com 0 tipo de instrumento utilizado: Lp = KW/KVA tg6 = KVAr/KW 3.4.5 - Ponto de localiza~ao dos capacitores Os capacitores podem estar localizados em quatro posi<;:oes mostradas a seguir: • Correc;ao na entrada da energia de aita tensaoj Correc;ao na entrada da energia de baixa tensaoj • Correc;:ao localizada; Correc;ao mista. Na figura 3.10 temos a representac;ao da localizayao dos capacitores, sendo: Cl: capacitor instalado diretamente na carga (correc;~o individual de fator de potencial;, , C2: capacitor instalado no quadro principal de baixa tensaoj, " C3: capacitor instalado em um quadro secundario de baixa tensao; C4: capacitor instalado na entrada de alta tensao . .8 : ~~i~~~~~~t~~ .~l~~r:~~s. ~
  • 93. ..ffji;I(.....~, , ,ra ,0 metodo mais eficaz de corre<;ao do fator de potencia e a instala~ao de capacitores junto com cada equipamento, fazendo a corre~ao do fator de potencia Jocalizada, pois com esse tipo de corre~ao teriamos: • Reduyao das perdas por efeito Joule em toda a instalac;:ao; • Diminui<;ao da carga nos circuitos de alimenta<;ao dos equipamentos; • Unico acionamento para 0 equipamento e 0 capacitor; ) • Gerayao de energia reativa capacitiva somente quando for necessario. ; Figura 3.10 - Localiza<;Qo dos capacitores. De acordo com 0 tipo de instalayao, esse metodo toma-se economi- camente inviavel. A corre<;:ao do fator de potencia na entrada de alta tensao corrige somente 0 fator de potencia visto pela concessionaria, permanecendo intema- , I, .~ ......•................ ~~f~~i~~~~~~.~~~e~.c~~ ~~~t~~c~ . .....•.............•.. e:.:·
  • 94. mentetodos os inconvenientes citados anteriormente. Alem disso, no momento em que ocorrem manobras, surge uma serie de problemas com 0 cente- Ihamento e grande probabilidade de sobretensao, pois e inviavel a instala<;:ao de capacitores variaveis. Portanto, a instala<;:ao de banco de capacitores de alta tensao somente e recomendavel em grandes unidades consumidoras, pois alem de todos os problemas citados 0 custo e elevado. A melhor solu<;:ao tecnica e economica e a corre<;:ao na entrada da energia de baixa tensao, aliada a corre<;:ao localizada, caracterizando a corre<;:ao mista. Na corre<;:ao mista, faz-5e uso de urn banco automatico de capacitores que insere capacitores no sistema somente quando houver necessidade, pois como foi citado anteriormente, urn fator de potencia baixo pode causar sobretensao e multas da concessionaria de energia eletrica. Tambem sao instalados capacitores fixos no secunda~io do transformador para fazer a corre<;:ao do fator de potencia quando ele estiver vazio ou com pouca carga, conforme a tabela seguinte: ; f T ransformador Corrente de kvar kVA Excita~ao io% Calculado Nominal ... ; 15 5,7 0,81 0,75 l·.!1 " i 30 4,8 1,37 1,25 :t~ 45 4,3 1,84 1,75~ l:J :~ ~ 75 3,6 2,57 2,5.; fi f , ~! 112,5 3,2 3,42 3,5 r .~ 150 3,0 4,28 4,0 225 2,7 5,77 5,0 300 2,5 7,13 7,5 500 1,5 7,13 7,5 750 1,1 9,98 10,0 1000 1,3 12,35 12,5 1500 1,0 14,25 15,0 Nota: 0 valor calculado e para F.P. = 0,95 indutivo. Tabe/a 3.2 - Va/ores tipicos de capacitores a serem insta/ados no secund6rio do transformador. Capacitores tambem sao instalados junto com os equipamentos para efetuar a corre<;:ao pontual do fator de potencia, quando temos motores trabalhando a vazio ou com carga reduzida. Assim, motor e capacitor sao .::.e ~~i~~~~~~t~~ .~I:~r~~~s ~ • .I·e -"".~.~ .
  • 95. ) comandadas pelo mesmo dispositivo, evitando 0 excesso ou falta de energia reativa em determinados momentos, havendo uma redw;:ao de perdas em toda a instala<;:ao. Nessa corre<;:ao individual, devem ser levados em conta alguns fatores como 0 aparecimento de harmonicos durante a partida dos motores e a corrente do capacitor, que deve ser inferior a corrente de magnetiza<;:ao do motor, em que a potencia do capacitor com tensao nominal nao deve ser su- perior a 90% da polencia absorvida pelo motor vazio, como indica a tabela 3.3. Velocidade sincrona do motor em rota~oes por minuto (rpm) . Potencia domotor 3.600 1.800 1.200 900 720 600 (cv) kVAr kVAr kVAr kVAr kVAr kVAr 5 2 2 2 3 4 4,5 7,5 2,5 2,5 3 4 5,5 6 10 3 3 3,5 5 6,5 7,5 15 4 4 5 6,5 8 9;5 20 5 5 6,5 7,5 9 12 25 6 6 7,5 9 11 14 30 7 7 9 10 12 16 40 9 9 11 12 15 20 50 12 11 13 15 19 24 60 14 14 15 18 22 27 75 17 16. 18 21 26 32,5 100 22 21 25 27 32,5 40 125 27 26 30 32,5 40 47,5 150 32,5 30 35 37,5 47,5 52,5 200 40 37,5 42,5 47,5 60 65 250 50 45 52,5 57,5 70 77,5 300 57,5 52,5 60 65 80 87,5 400 70 65 75 85 95 105 500 77,5 72,5 82,5 97,5 107,5 115 Tabe/a 3.3 - Valores tfpicos de capacitores a serem instalados para compensar;50 individual. (Fonte: Instalar;oes Eletricas Industriais: Jo50 Mamedc Filho) , Deve-se ter 0 cuidado de evitar 0 usa de capacitores para corre<;ao de fator de potencia em motores nos seguintes casas: • Motores sujeitos a reversao de rota<;ao; • Sujeito a partidas excessivas; Acionamento de elevadores ou gUindastes; • Que trabalhem em mais de uma velocidade.
  • 96. 3.5 - Potencia do transformador em fun~ao do fator de potencia A potencia ativa de um transformador esta diretamente ligada ao seu fator de potencia, pois a energia reativa, ao sobrecarregar uma instalayao eletrica, nao utiliza toda a capacidade disponivel do transformador, impossibilitando a instala<;:ao de novas cargas. Os investimentos em ampliac;:ao das instalay6es estao relacionados, principalmente, aos transformadores e condutores neces- sarios. o transformador a ser instalado deve atender a potencia total dos equipamentos utilizados, mas devido a grande quantidade de potencia reativa, a sua capacidade fica bastante reduzida. A tabeJa 3.4 mostra ,a potencia total que cleve ter 0 transformador, para atender a uma carga util em kW para fatores de potencia crescentes. Potencia nominal do transformador (kVA) tg~ cos~ 15 30 45 75 112,5 150 225 300 500 750 1.000 2,29 0,40 6 12 18 30 45 60 90 120 200 300 400 1,99 0,45 6,8 13,5 20,3 33,8 50,6 67,5 101,3 135 225 337,5 450 1,73 0,50 7,5 15 22,5 37,5 56,3 75 112,5 150 250 375 500 1,52 0,55 8,3 16,5 24,8 41,3 61,8 82,5 123,8 165 275 412,5 550 1,33 0,60 9 18 27 45 67,5 90 13E) 180 300 450 600 1,17 0,65 9,8 19,5 29,3 48,8 73,1 97,5 146,3 195 325 487,5 650 1,02 0,70 10,5 21 31,5 52,S 78,8 105 157,5 210 350 525 700 0,88 0,75 11,3 22,5 33,8. 56,3 84,4 112,5 168,8 225 375 562,5 750 0,75 0,80 12 24 36 60 90 120 180 240 400 600 800 0,70 0,82 12,3 24,6 36,9 61,5 92,3 123 184,5 246 410 615 820 0,64 0,84 12,6 25,2 37,8 63 94,S 126 189 252 420 630 840 0,62 0,85 12,8 25,5 38,3 63,8 95,6 ]27,5 ]91,3 255 425 637,5 850 0,54 0,88 13,2 26,4 39,6 66 99 132 198 264 440 660 880 0,48 0,90 13,1) 27 40,5 67,6 101,3 lSS Z02.g 270 460 (75 90Q 0,42 0,92 13,13 27,0 41,4 69 103,5 13S 207 2re, 460 690 920 0,36 0,94 14,1 28,2 42,3 70,5 105,8 141 211,5 282 470 705 940 0,33 0,95 14,3 28,5 42,8 71,3 106,9 142,5 213,8 285 475 712,5 950 0,29 0,90 14,4 28,8 43,2 72 108 141 216 288 480 720 960 0,21 0,98 14,7 29,4 44,1 73,5 110,3 147 220,5 294 490 735 980 Tabela 3.4 - Potencia ativa de um transJormador de cicordo com a varia{:Qo do Jator de potencia. Com base nesta tabela podemos concluir.que, quanto mais baixo 0 fator de potencia, menor a sua capacidade de liberac;ao de potencia ativa. A medida que aumentamos 0 fator de potencia, temos urn acrescimo proporcional de potenda ativa sem efetuar a troca do transformador.. : 8 ~~i~~~~~~t~~ .~l~~~~~s ~ • . -:- -.~
  • 97. ~ ~"_ ~o~~:~~~~~~~~ r.~r!:~:~~~t. ~--~~ ., _~~ -~.:i~·;·:J;_.:::~~~_M~4~ht~--------" .",."~~ -_ .. -~---~ - - - - - _.......- ..... .. ,~ ~~~--_. ~ ..... ,--- 3.6 - Potencia de motores trifasicos A potencia realmente absorvida pelo motor trifasico esta representada a seguir, independente do esquema de ligac;:ao do motor: or a, Pn = LVI COS<j>.1l.1,73 a ~s Sendo: s- Pn = potencia nominal do motor em watts IS VI = tensao entre duas fases em volts a e I = corrente em cada linha do motor em amper?s 2 Cos<p = Fator de potencia 11 = rendimento 3.7 - Fator de potencia dos motores Assim como qualquer carga ligada a rede eletrica, os motores de induc;ao trifasicos possuem urn fator de potencia caracteristico. A tendencia do fator de potencia e ser maior a medida que a potencia nominal da maquina aumenta. 0 grafico seguinte apresenta esta relac;ao entre cos<p x potencia nominal: cos<p ------------------------------------t------ 0,9 =======================::,:::.-:.-;.-.:.-=--t- - - - - .... - 0,8 ---------------.}-,. ; / / 0,7 I ----------J r, I 0,6 : I I 0,1 1 10 100 1000 Figurel 3.11 - Curua Jator de potencia x potencia nominal. (Fonte: M6quinas de Induc;ao TriJ6sicas: Gilio Aluisio Simone) . . II Definic;6esde Potencia Eletrica . .. . . . .. . . . .... . . . . . ....... . .....". - " 8:.: . .
  • 98. A medida que se aplica carga ao rotor da maquina, a corrente da arrnadura cresce e a defasagem entre a tensao aplicada nos terminais e a corrente que circula na armadura diminui. Assim, conforme 0 motor recebe carga, 0 seu fator de potencia aumenta, como indica 0 grafico seguinte: cos <p I,D -------------------------:.;~-----~-.::..;-:..: ".-- 1---.. 0,8 : " , .,.- .". I I -.. ... -----------~..... : 0,6 "" : I I I I I I I 0,4 I I I I I I I I I I 0,2 I I I I I I I I 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 P/PN Figura 3,12 - Curva Jator de potencia x potencia solicitadci ao rotor. (Fonte: M6qllinas de lndw;oo TriJ6sicas: Gilio Alllisio Simone) J:;: , -i·. I A tendencia de 0 fator de potencia aumentar com 0 acrescimo da carga no eixo do motor obselVa-se praticamente em todos os motores trifasicos. Ela e mais acentuada nos motores de pequenissimas potencias e menos acentuada nos motores de maior potencia. 3.8 -. Exemplo para determina~ao das caracte- risticas de potencia de um motor trifasico Determlnar a corrente que circula pela rede que alimenta um motor de 20 , 3 CV, 220V, Ip/In =6,3 ligado em t! com rendimento de 89,3% e fator de potencia de 0,79, com uma carga de 75%. Primeiramente e necessario converter a potencia em CV na potencia em watts: P(w) = P(Cv) x 736 P(w) = 20 x 736 = 14720 W Esta e a potencia de saida do motor disponivel no eixo do motor. Levando em considerayao 0 rendimerito do motor, temos a seguinte potencia eletrica: .::.61 ~~i~~~~~~t~~ .~l~~r~~~s ~~r~f~~.~~:;-rr""·c~":·";~.~:~"~~~7:_;--:~-,, ",,«~,~~,~ h!Jjij~_,_*,,:;lJoj:"_~"""""_ _ -, _~~ I" _~_ .. ~- -,~ ,r.~~.~~_ ·""""", .• >·••••• "c•• ·.·.,,;.·.,, - :._---~. ~ ~-_::_-:L.~.· .... " --ot_ ---... 1W:iiC4......... ; ":O<.""-i- ~~~I7"0 "1",~:<;"-" ..
  • 99. ,ill .,,,,,,,,,-,,,".),."";; <~,~:",;"F "O-~-~~ ;;i;;.~<b~,~;!.L"!0, ,~_."""- ~i""i .i _. .~_--- , .. .......-__._..,.....~.._ _ -----~~~.- ........--..l. .....a 11 = P(w)/Paa Sendo: P(W) = potEmcia disponibilizada no eixo do motor PEL = potencia eletrica consumida da rede 11 = rendimento do motor PEL= P(w} /11= 14720/0.893 = 15827,95 W A potencia aparente nos terminais do motor e dada por: Fp = PEJS Sendo: Fp = fator de potencia PEL = potencia eletrica consumida (potencia ativa) S = potencia aparente (VA) Assim: S = Pal 0,79 = 20035,38 VA Corrente nominal do motor: S = 1,73. VI.II Sendo: VI = tensao de linha de alimenta~ao ~ .. Il = corrente de linha de alimenta<;:ao ~ .. Entao, temos: ~ II = 20035,38/(1,73 x 220) = 52,64 A E a sua corrente de partida (Jp) sera: Ip = II x Ip/In ,. ~ III Assim: ,. @II Ip = 52,64 x 6,3 = 331,64 A .. 411 {III • •
  • 100. ·,::$~;, EXERCicIOS PROPOSTOS l. Defina potencia ativa, reativa e aparente. 2. Construa 0 triangulo das potencias e demonstre as relac;:6es entre as potendas ativa, reativa e aparente. 3. Defina fator de potencia. 4. Quais sao as causas de urn baixo fator de potencia? 5. Quais as vantagens da correc;:ao do fator de potencia? 6. Quais sao os metodos para a melhoria do fator de potencia? 7. De que forma podem ser ligados os capacitores e quais parametros dos capacitores devem ser levados em considerac;:a.o? 8. Como e feita a medic;:a.odo fator de potencia? 9. Cite e descreva os poss[veis pontos de localizac;:a.o dos capacitores para correc;:ao do fator de poLencia. -, 10. Relacione a potencia de um transformador em func;:a.o de seu fator de ·i! potencia. 1 t~ ... II. Como varia 0 fator de potencia de urn motor em func;a.o de sua potencia nominal? .. - . 12; Descreva 0 comportamento do fator de potencia em um motor com relac;a.o a variac;a.o da potencia em seu eixo. I I i I I - -~"-j
  • 101. DIAGRAMAS DE COMANDO4.1 - Dispositivos eletricos Os dispositivos eletricos sao componentes de urn sistema automatizadoque recebem os comandos do circuito eletrico acionandq,as maquinas eletricas. ! As. chuvcs uuxilinrcs bolociras silo cornnncladas manua!mente e t~m afinalidade de interromper ou estabelecer momentaneamente, por pulso, umcircuito de comando para iniciar, interromper ou comandar urn processo deautomac;:ao. As botoeiras possuem cores definidas por normas de acordo com a sua funC;ao: • Vermelho = parar, desligar ou botao de emergenda; • Amarelo = iniciar um retorno, eliminar uma condiC;ao perigosa; • Verde ou preto = Iigar, partida; • Branco ou azul = qualquer funC;ao diferente das anteriores. Quanto a insLalat;ilo, devem estar dispostas com espac;:amento correto epadrao, e 0 botao "desliga" deve ficar sob 0 botao "liga" na posiC;ao vertical. Naposi9ao horizontal, 0 botao "desliga" geralmente.esta a direita do botao"liga". Dispositivos de comando: elementos de comutac;.ao que permitem ounao a passagem da corrente eletrica entre urn ou mais pontos do circuito. Chave impulso(ou sem retenc;ao}: 56 permanece acionada medianteaplicaC;ao de fon;:a externa. Cessada a fon;:a, 0 dispositivo volta a posic;ao inicial.Oentro das chaves existem dois. tipos· de ,contato: normalmente aberto. enormalmente fechado. II Diagramas deComando e .: .•.............................................................................. ..
  • 102. Contato nonnalmente aberto (NA): sua posi<;:ao original e aberta, ouseja, permanece aberto ate que seja aplicada uma for<;:a extema. Tambem efrequentemente chamado, na maioria das aplica<;:6es industriais, de contato NO(do Ingles: normally open). Contatos de alta capacidade de corrente de comuta<;:ao sao chamados decontatos de carga, contatos de for<;:a ou contatos principais. Sao destinados aaplicayao em ramais de motores au de carga, onde existem altas intensidades decorrente eletrica. Os contatos a serem usados nos proprios comandos sao chamadosauxiliares. Eles suportam baixas intensidades de corrente, e nao podem seraplicados <;!m circuitos de carga. A sua marca9ao e feita por meio de doisdigitos. 0 primeiro digito representa 0 numero seqUencial do contato, 0segundo representa 0 c6digo de funyao, que no caso dos contatos auxiliares NAsao 3 e 4. Contato normalmente fechado (NF): sua posiyao original e fechada,ou seja, permanete fechado ate que seja aplicada uma for9a externa. Tambem efreqUentemente denominado na maioria das aplicay6es industriais de contatoNC (do Ingles : normally closed). No caso dos cantatos NF, a marcac;:ao e feitapor dois digitos ..O primeiro digito representa 0 numero sequencial do contato,o segundo representa 0 c6digo de funyao, que no caso dos contatos auxiliaresNF sao 1 e 2. - Chave de impulso Desligado Acionado """I I NA -/0-- ~ """I T NF -o-l-o-- ~o--Figura 4.1 - Cantatas: Norma/mente aberto (NA) e Norma/mente fechado (NF) sem reten~ao. Chave com retens-ao (OU trava): uma vez acionada, seu retorno asituayao anterior somente acontece com urn novo acionamento, como eilustrado na figura 4.2: Jo-- NA -L­ NFFigura 4.2· Cantatas: Norma/mente oberto (NA) e Norma/mente fechado (NF) com retenqao...:8 ... ~ Acionamentos Eletricos II .II
  • 103. Seguranva: desliga equipamentos quando hit abertura de porta ou equipamento e alarme. 4.2 -Dispositivos de comando e de prote~ao Dentro de um dispositivo de partida de um motor ficam todos os componentes necessarios ao comando e protec;ao de um motor eletrico. A seleC;ao dos componentes para constituir um dispositivo esta diretamente relacionada com 0 desempenho da instalaC;ao. Dispositivos de comando (manobra) e de prote<;ao podem ser classificados em: , Dispositivo de baixa tensao (BT): empregado em circuitos cuja tensao da linha e ~ lOOOV. Dispositivo de alta tensao (AT): empregado em circuitos cUja tensao da linha e > 1OOOV. Desses dispositivos, distinguem-se tres tipos de circuito:·.~.f,.: . ; ; , Circuito principal: constitui 0 conjunto de todos os circuitos associados , " II em que os dispositivos de comando ou protec;ao tem a funC;ao de fechar ou .:1 I abrir. Circuito de comando: comanda a operaC;ao de fechamento, abertura ou ambas". Circuito .auxiliar: diferente dos dois primeiros, usado tambem para outras finalidades, tais como sinaliza<;:ao, intertravamento etc. " Polo: e um,a parte do circuito principal de um dispositive de manobra associada apenas a uma fase de circuito. Operas::ao: e 0 movimento dos contatos m6veis do circuito principal do dispositivo de manobra, de uma 1051<;210 para outra. Operas::ao do dispositivo - ponto de vista eletrico: estabelecer ou interromper corrente. Operas::ao do dispositivo - ponto de vista medinico: abrir ou fechar os contatos. ..:8 Acionamentos Eletricos II ...................................................................................... -- ....
  • 104. ou CicIo· de opera£ao: sucessao de opera~oes de uma posi~ao a outra e a volta a posi~ao inicial. Sequencia de opera£oes: sucessao de opera~oes especificadas em determinados intervalos.de tempo.DS 4.2.1 -··Classifica~ao dosdispositivos eletricosAte utilizados em baixa tensao As funyoes de um dispositivo de partida de motor sao classificadas dentro)s das seguintes categorias: • Seccionamento;D • Protec;ao contra curtos-circuitos e contra sobrecargas; ) • Comutac;ao. 4.2.1.1 - Seccionamento Para intervir com toda a seguranya nas instalac;oes, ou nas maquinas e nos equipamentos eletricos, e necessario dispor de meios para isolar eletricamente os· circuitos de potencia e de comando da alimentac;ao geral. 0 seccionamento consiste em isolar eletricamente uma instalac;ao da rede que a alimenta, de acordo com os criterios de seguranc;a definidos pelas normas. Em urn equipamento que inclua diversos. dispositivos de partida de motor, como e 0 caso de urn CCM (C~ntro de Comando de Motores), nem sempre e necessilrio equipar cada urn dos dispositivos com urn seccionador. Deve-se preyer urn isolamento geral para que seja possivel desligar totalm~nte 0 equipamento da energia eletrica. Pode-se, enta.o, considerar dois grandes grupos de equipamentos responsaveis pelo seccionamento: Seccionadores: sao constituidos fundamentalmentepor. urn bloco de contatos e por um dispositivo de comando frontal ou lateral, seil.do 0 fechamento e a abertura comandados manualmente par manopla. A velocidade de fechamento e abertura depende" da a~ao db operador. A seccionadora nunca dev~ ser manobrada com carga e a corrente deve ser interrompida previamente no circuito de uliliza<;:ao pdo apurelho de comutac;ao previsto para esse efeita (contatar au disjuntor). " II 11. , Diagramas de Comando 8 .:. 1. •••••••••••••••••••••••••••••••• " ••••
  • 105. Como prote<;:ao, os seccionadores podem possuir urn contato auxHiar depre-fechamento ligado em serle com a bobina do contator. Abre antes e fechadepois dos palos do seccionador. Em caso de manobra acidental em carga,interrompe a alimenta<;:ao da bobina do contator antes que os palos doseccionador abram. 0 estado dos contatos deve ser indicado claramente pelaposi<;:ao do dispositivo de comando, por urn indicador medmico independente(interrup<;:ao aparente), ou pela visibilidade dos contatos (interrup<;:ao vislvel).Nao deve ser possivel, de forma nenhuma, efetuar 0 travamento com cadeadodo seccionador na posi<;:ao "fechado". Interrruptor: conforme a norma intemacional IEC, "0 interruptor e umaparelho mecanico de manobra <lapaz de estabelecer, suportar e interrompercorrentes nas condi<;:oes normais do circuito, inclusive nas condi<;:oesespecificadas de sobrecarga em servi<;:o, e de suportar, durante urn tempo de-terminado, correntes em condi<;:oes anormais especificadas do circuito, taiscomo as de curto-circuito". A abertura e 0 fechamento f<lpido do interruptor sao assegurados por urnmecanisme ligado ao dispositivo de comando manual, garantindo 0 fechamentoe a abertura brusca dos contatos independentemente da velocidade da manobrado operador. 0 interruptor e, portanto, urn aparelho concebido para sermanobrado em· carga com toda a seguran<;:a. As suas caracteristicas sao dadasem fun<;:ao de categorias de emprego, que indicam os circuitos cuja alimentayaoe mais facH ou mais dificil de estabelecer e interromper, conforme a categoriadas cargas que alimentam. Assim como 0 seccionador, 0 interruptor pode ser equipado com umdispositivo de cadeados para travas e com fuslveis. Dentro dos interruptores tarnbern existe a possibilidade de se acrescentarblocos adicionais a um aparelho de base. Assim, e possivel completar oumodificar a composi<;:ao de urn aparelho para adapta-Io exatamente a umanecessidade operacional.4.2.1.2 - Prote~ao Todos os equipamentos que estao conectados a uma rede eletrica est~osujeitos a alguma falha eletrica ou de circunstancia que acarreta problemas narede eletrica. A seguir, temos enumerados alguns tipos de falha que podemocorrer: • Sobretensao, queda de tensao, desequilibrio ou falta de fases: causam urn aumento da corrente absorvida pelo circuito..8: - ~~i~~~~~~t~~ .~l:~r~~~s ~
  • 106. c_: __ ~ ~~~ ..-~&~ ~~~~~<~:"-~:lir)-~_~~,-._ ~~_.>:~-~.I~-d;_:~~:~:"~ __ ~__4 • ·_-~·~---~·- - -!e • Curtos-circuitos: podem ser de intensidade muito elevada e devema ser controlados a tempo para evitar graves avarias nos componentesl, do circuito.aa • Rotor bloqueado: sobrecarga momentanea ou prolongada de origem mecanica que provoca urn aumento da corrente absorvida pelo motor e urn aquecimento perigoso nos enrolamentos. .) Para evitar que esses incidentes causem avarias nos componentes e perturbayoes na rede de alimentayao, as dispositivos de partida dos motores devem ser providos de: • Prote~ao contra curtos-circuitos: para detectar e interromper a mais rapida possivel correntes anormais inferiores a dez vezes a corrente nominal (In). • Prote~ao contra sobrecargas: para detectar aumentos da corrente ate lOIn e interromper a partida antes que 0 aquecimento do motor e dos condutores provoque a deteriora<;ao dos isolantes. De acordo com a tipo de circuito, podem ser previstas prote<;oes complementares, tais como: controle de defeito de isola<;ao, de inversao de fases, falta de fases, de temperatura dos enrolamentos, entre outras. As prote<;oes sao feitas pelos seguintes equipamentos: fusiveis, disjuntores, reles de proteyao termica, reles de proteyao eletronica, reles de mediyao ou aparelhos que integrem multiplas funyoes. 4.2.1.3 - Comuta~ao A comutayao consiste em estabelecer, interromper e, no caso da varia<;ao de velocidade, regular 0 valor da corrente absorvida por urn motor. Conforme as necessidades, essa funyao e assegurada pelos seguintes componentes: • Eletromedinicos: contatores, disjuntores-motor; Eletronicos: reles e contatores estaticos, partidas progressivas, conversores de freqUencia. II Diagramas de Comando •................................................................................. @ .: .
  • 107. , ,. 4.3 - Fusiveis Sao componentes de circuito de alimentac;:ao, que tern como func;:ao a prote~ao. contra curto-circuito. Alem de protegerem as linhas alimen- tadoras, protegem osproprios dispositivos de comando em caso de urn curto- -circuito interno, atuando tarnbem como Iimitadores das correntes de curto- -circuito. Sua operac;:ao e baseada em urn elemento fusivel devidamente projetado que abre 0 circuito, interrompendo-o na ocorrencia de uma falha. o curto-circuito e caracterizado como uma ligac;ao de baixa impedEmcia entre duas potencias eletricas diferentes, e em corrente alternada pode ser entre fases, entre fase e neutro ou entre fase e terra. Pode ser originado par diversos fatores, como: falta de aperto de componentes, ruptura ou falha de isolac;:ao de candutores ou cabos, penetrac;:ao de agua ou outros liquidos condutores, entre outros. o elemento fusivel e basicamente urn fio ou uma lamina, geralmente de cobre, prata, estanho, chumbo ou liga, alocado no interior do corpo do fusiveI, em geral, de porcelana e hermeticamente fechado. A maioria dos fusiveis possui urn indicador que permite verificar a integridade do elo fusivel, sendo composto por urn fio, geralmente de ac;o, ligado em paralelo com 0 elemento fusivel e que libera uma molaapos sua operac;ao, liberando urn sinalizador externo presQ ao corpo do fusivel. No seu interior, os fusiveis possuem urn material granulado chamado extintor, onde geralmente se usa areia de quartzo de granulometria conveniente.~.~ .. Na figura 4.5 ha uma representac;ao de urn fusivel generico: 1 4 2 3 ~~=- !=J i===l:/= = = Legenda: . 1 • Elemenlo fusfvel 2-Coipo 3 - lndlcador de interruplf30 4 - Melo exlinlor 5 - Tenninal Figura 4.5 - Elementos deul11 Jusfu.el. (Fonte Instala<;oes Eletricas: Ademaro Cotrim) o elemento fusivel pode assumir diversas fqrmas, de. acordo com a sua corrente nominal, e pode ser composto por urn ou mais fios de laminas em paralelo, com trechos de secyao reduzida. No fusivel htl. urn ponto de solda em que a temperatura de fusao e menor que a do elemento fusivel. ::.8 ~~i~~~~~~t~~ .~l~~~~~s ~ ~ .. .~~:~~.1"! .. . . ---I"-"""~~:>--~~.-,..,..-....-...., ~: ,;
  • 108. --- -,._-- ,~"", ... t~""-Iiii"*,,,,~~" ~_ _":~:<;<llj,;~;~~¥;~;;;:(;;;-:c ~. -:.~~ - ---- - -- ------- Quando 0 fusivel esta operando em regime permanente, 0 condutor e 0 elemento fusivel sao percorridos por uma mesma corrente que produz: aquecimento.A temperatura do condutor atinge urn valor de al . Por possuirIa uma alta resistencia eletrica, 0 fusivel tern urn aquecimento maior O2 , resultandom- em uma alta temperatura no ponto medio do elemento fusivel, como mostra a:0- figura4.6.:0- te Temperatura mais elevada -- --...,--....... - - - - - . --°2 ~ ia _--"".7 I Fluxo de calor ~e )s I :e I e Ok ~~~~~ ~ :Corrente Fusfvel Ponto de Condutor ~ de carga (1) solda Figura 4.6· Caracterfstica de temperatura no interior de um Jusfvel. ,( (Fonte Instalar;6es Efetricas: Ademaro Cotrim) A temperatura decresce desde ponto medio ate as extremidades do 0 elemento fusivel. as pontos de conexao nao estao submetidos a mesma temperatura do ponto medio, entretanto possuem uma temperatura maior que a dos condutores. A temperatura 0A nao deve ultrapassar urn valor determinado por norma para nao prejudicar a vida uti! da isola9ao dos condutores. A corrente que pode percorrer 0 fusivel sem que esse valor seja ultrapassado chama-se corrente nominal do jusflJel. Urn valor acima do nominal causa um rompimento do elemento fusivel de acordo com a sua curva de atuar;:ao, ocasionando a abertura do circuito. Quando a corrente que percorre 0 fusivel fi -muito superior a-nominal, como, par exemplo, dez vezes, 0 trecho de set;aO reduzida do elo fusivel funcle antes do ponto de solda em razao da alta corrente que 0 percorre. Quando ocorre a fusao, 0 elemento fusivel esta interrompido mecani- camente, porem a corrente nao e interrompida plenamente,sendomantida pqr urn arco eletrico. A fusao eo arco eletrico provocam a evapora<;ao do material metalico do elo. a arco e envolvido pelo elemento extintor, vaporiza e 0 vapor do metale empurrado contra aareia, onde a grande parte do arco e extinta. A areia penetra e retira a energia calorifica do arco, extinguindo-o. • ~ ~~~~r~~~~ ~~ .~~~a.~d.~ e..: 4 • 4 4 4 ------~
  • 109. 4.3.1 - Aspectos construtivos dos fusiveis . Para especificar corretamente urn fusivel, deve-se fundamentar a escolha nil d<!scric.,:ao de cadil UllI dos seus cOlllponentes: Base: nos desenhos podemos notar que a corrente circulante entra pela base e circula _ ate 0 contato extemo do fusivel atraves de uma superflcie de contato entre os mctais do contato da base e do contato extemo do f usivel. Deve-se ter urn cuidado especial com essas superficies no que diz respeito a oXidac;:ao, pois se assim estiverem, a corrente que circula par elas acarreta uma elevac;:ao de temperatura que mascara a curva tempo x corrente que, obrigatoriamente, caracteriza urn fusivel. E fundamental a escolha de urn metal ou liga metalica utilizada na construc;:ao dos respectivos contatos, de modo que e precise usar metais que nao oxidem, ou que oxidem muito lentamente. Uma das soluc;:6es e a da pratea~ao das pec;:as de contato, pois sabemos que a prata e 0 melhor, condutor eletrico e que sua oXidac;:ao e lenta.;, Elemento fusivel: para evitar a alterac;:ao do seu valor nominal, esse elemento e encapsulado, sendo garantida a seguranc;:a de sua atuac;:ao conforme previsto em projeto. Para isso, 0 fusivel e todo envolvido por urn corpo extemo ceramico, com fechamento metalico nas suas duas extremidades. -f i. • J. Quando a circulac;:ao da corrente de curto-circuito (cujo valor, como vimos, e 10 a 15 vezes superior a In), atraves do elemento fusivel, atinge uma temperatura de fusao superior a do metal utilizado na construc;:ao desse componente, ato em que se abre urn arco eletrico com uma temperatura superior a 5000°C, precisa ser rapidamente extinto. 0 elemento fusivel, para desempenhar sua ac;:ao de interrupc;:ao de acordo com uma caracteristica de fusao tempo x corrente perfeitamente definida, deve ser fabricado de urn metal que permita a sua calibrac;:ao com alta precisao. o metal deve ser homogeneo, de elevada pureza e de dureza apropriada. Corpo ceramico: e responsavel pelo envolvimento de todas as partes intemas do fusivel. Como tal, fica sujeito ao aquecimento que oCorre no instante da fusao. o material usado no corpo ceramico deve ser isolante e permanecer isolante apos a fusao do elemento fusivelj caso contrario, pode 5e formar urn novo circuito condutor de corrente, apos a fusao do elemento fusivel. 0 material tambem deve suportar elevadas temperaturas, sem alterar as suas propriedades isolantes, pois alguns materiais, quando submetidos a altas .: e ~~i~~~~~~t~~ .~l~~r~~~s .•......................... ~
  • 110. ",1,,,,,,,,,,- ;,~ ..... ..... <.,- . c 1 .~ ". ,.... -:. -. temperaturas, perdem as suas caracteristicas isolantes. Tambem deve suportar bem as pressoes de dentro para fora, que aparecem no ato da fusao do j elemento fusivel proveniente da dilata<;:ao do meio extintor e de gases internos, sendo recomendilVel ceramicas isolantes do tipo porcelana ou esteatita. 4.4 - Caracteristicas dos fusiveis Alem da corrente nominal, os fusiveis tem como classifica<;:ao a faixa de interrup<;:ao au classe de fun<;:ao representadas pelas letras minusculas g e a (categoria de utiliza<;:5.o representada por letras maiusculas). As classes de fun<;:5.o sao descritas a seguir: . • g: fusiveis que suportam a corrente nominal por tempo indeterminado e sao capazes de operar a partir do menor valor de sobrecorrente ate a corrente nominal de desligamento. Eles atuam na menor intensidade de sobrecorrente, sendo considerados fusiveis de faixa completa. • a: fusiveis que suportam a corrente nominal por tempo indeterminado e sao capazes de desligar a partir de um determinado multiplo do valor da corrente nominal ate a corrente nominal de desligamento. Esse tipo de fusivel reage a partir de um valor elevado de sobrecorrente, sendo: 1 considerado fusivel de faixa parcial. As classes de objetos protegidos sao: • L-G - cabos e linhas/ prote<yao geral • M - equipamentos eletromedmicos R - semicondutores • B - instala<;:oes em condi<;:oes pesadas (minas) . Os fusiveis devem ser especificados por classes de serviro, que· sao compostas de classe de fun<;:ao e classe de objeto protegido e sao representados por duas letras: gL: prote<;:ao total de cabos e linhas; • aM: prote<;:ao parcial de equipamentos eletromecanicos; • aR: prote<;:ao parcial de equipamentos eletronicos; II . Diagramas de Comando ................................................................................... e .: .
  • 111. • gR:protec;ao total de equipamentos eletr6nicos; • gB: protec;ao total de equipamentos em minas. Geralmente se empregam fusiveis da classe de servic;o aM, pois a caractenstica dessa protec;ao e ter urn efeito atrasado ja que a corrente de partida de urn motor e diversas vezes a corrente nominal.i. 4.4.1 - Tipo D o di9metral (DiazecVSimens) e utilizedo em residencies ou ne industria. E indicado pare correntes nominais de 2 a 63 A, capacidade de rupture de 50kA e tensao maxima-de 500 V. Na figura 4.7 temos a representac;ao de urn fusivel diametral. o;:";:7=R---- Sinalizador EIo fusfvcl --V-7" Corpo do fusfvel--tL-,/] ¥-A--Areia de (cerfunica) quartzo 1",--- Contato inferior interne Contata inferior ~ externo L.....;--J Figura 4.7- Representac;oo de um jusiuel diametral, 4.4.1.1 - Partes constituintes do fusivel tipo D Fusivel: parte substituivel apos a sua opera<;:ao que contem 0 clo fusivel que se funde quando percorrido por uma corrente maior que urn valor de referenda durante urn tempo especificado. 0 fusivel tambem possui extremi- dades metalicas em uma das quais esta localizada a espoleta que indica que ocorreu a fusao. Base: parte fixa do dispositivo constituida de porcelana em que e conectada a entrada/saida de energia por meio de contatos e terminais e aloja todos os componentes da seguranc;a D. : 8 ~~i~~~~~~t~~ .~[:~~~~s ~
  • 112. ,~_~". __ . -_.,;;;~;a,J.~,·.·~-"",,-""-, ""-.-, I Tampa: de porcelana com urn corpo metillico roscado. Sua fun~ao e fixar 0 fusivel a base. Anelde prote£ao: elemento de porcelana num formato de anel que tem por fun~ao evitar a possibilidade de um contato acidental na troca do fusivel. Parafuso de ajuste: dispositivo de porcelana com parafuso metillico que faz a uniao de entrada de energia eletrica para 0 fusivel e tern como fun~ao impedir 0 uso de fusivel de capacidade de corrente superior a indicada. Sinalizador: como 0 fusivel D e encapsulado, existe uma aparente dificuldade em verificar se estil perfeito ou danificado devido ao inv6lucro. Essa dificuldade e superada pela verifica~ao do posicionamento do sinalizador de fusao. Quando 0 indicador de fusao esta retraido na sua posi~ao de montagem, o fusivel esta perfeito e quando esta ejetado (no caso do tipo D), 0 fusivel esta "queimado" e precisa ser substituido. A figura 4.8 apresenta as partes do fusivel D. o Tampa Q Fusfveis Parafuso de ajuste ,I -I Anel de protet;ao Base unipolar: - Rxac;ao rapida " - Hxac;ao por parafuso Figura 4.8 - Partes constituintes do fusEvel D. " ~~~~r~~~~ ~~.~~~a.~~~ .••...•••••.•.......••••• e :.
  • 113. 4.4.2 - Tipo NH E urn fusivel de alta capacidade para uso industrial. E construido paracorrente normalizada de 4 a 630 A, capacidade de ruptura de 120 kA e tensaomaxima de 500 V. Sao pr6prios para proteger os circuitos que, em serviyo,estao sujeitos a sobrecargas de curta durac;ao, como, por exemplo, na partidadireta de motores trifasicos com rotor em gaiola, mantendo as suas carac-teristicas conforme as suas curvas tempo x corrente resistentes a fadiga quandosubmetidos a sobrecargas pequenas de longa durac;ao. Qutra caracteristica importante e a timita<;:ao da intensidade das correntesde curto-circuito em virtude do seu pequeno tempo de.fusao « 4ms). Q termo NH e de origem alema, e as letras representan:: N: Niederspannung - baixa tensao; H: Hochleistung - alta capacidade. Segue tabela com sellS respectivos c6digos e capacidades de interrupr;aode corrente: C6digo do fuslvel Capacidade de interrup~ao (A) NH 00 4 a 160 A NH 1 50 a 250 A NH 2 125 a tlOO A NI-I3 315a630A Tabela 4.1 - Capacidades de interrupt;ao de corrente em relat;ao aos cc5digos do !us[uel NH.4.4.2.1 - Partes constituintes do fusivel do tipo NH Base: material de constru<;:ao it base de esteatita. Possui conlutos emforma de garras prateadas pressionadas por molas. Fusivel: corpo retangular de porcelana com extremidades metalicas emforma de faca. No interior do corpo de porcelana encontram-se 0 cia fusivel e 0elo indkador de queima, imersos em areia especial de granulometria adequadaque tern como funyao a extinyao do arco voltako ..@: _ ~C.i~~~~~~t~~ .~I:~r~~~s ~JI
  • 114. Os fusiveis NH tambem contam com acessorios, como punho saca-fusivel e placa divisoria para facilitar 0 manuseio e garantir a prote<;:ao, como indica a Figura 4.9:Iraao0,ja BaselC-10~s ~punhO Placa ~ saca-fusivel ~.diVis6ria • Figura 4.9 - Partes constituintes do fusrvel NH o fusivel e composto de: Elo fusivel: feito de cobre em forma de laminas vazadas em ) a determinados pontos a fim de reduzir se<;:ao condutora. i ! Elo indicador de gueima: constituido por urn fino fio ligado em paralelo com 0 elo fusivel. Quando 0 elo fusivel se funde, este tambem se funde, provocando 0 desprendimento da espoleta. A Figura 4.10 exibe urn fusivel NH com seus principais elementos: Corpo isolunlc Areia de quartzo Elemento fusfvcl Tampa Figura 4.10 - Fus[ueJ NH (cortesjQ WEG) II 1.1 Diagramas de Comando e .:. .
  • 115. !;,i" 4.4.3 - Dimensionamento dos fusiveis!;i No dimensionamento dos fusiveis retardados, deve-se levar em consi- derayao os seguintes aspectos: 1 - Tempo de fusao virtual (exemplo para urn motor: tempo e corrente de partida): os fusiveis devem suportar sem fundir 0 pico de corrente de partida (Ip) durante 0 tempo da partida do motor (Tp). Com os valores de Ip e Tp entramos na curva para dimensionar 0 fusivel. 2 - IFu.v"l = 1,2 . INqrnlnal: deve-se dimensionar para uma corrente no minimo 20% superior a corrente ncminal(In) do motor que protege, evitando que um envelhecimento prematuro ocorra, aumentando a sua Vida 6tH, 3 - Quanto 60 criterlo dos contatores e reles: IFusl,," <= IFm6,,: OS fusivels de um circuito de alimentayEto devem tambem proteger os contatares e reles de sobrecarga, Essa verificayao e feita em tabelas de contatores de reIes de sobrecarga. 4.4.3.1 - Exemplo de dilculo Dimensiomir os fusiveis para proteger 0 motor de 5 CV, 220V/ 60 HZ de quatro p6los, supando que 0 seu tempo de partida seja de cinco segundos (partida direta): " Resolvenda: Pelo catilloga temos: lplIn = 8,2 In = 13,8 A Ip = 8,2 x 13, 8 A= 113,16 A Seguimos a curva caracteristica do fusivel de posse dos valores de Ip e Tp:
  • 116. si- eIe)$ 0 ~ :E D ~ .~ . ..a -0 0 5 ~ "" E
  • 117. A protec;:ao de conversores estaticos contra sobrecorrentes durante periodos prolongados e feita por dispositivos de protec;:ao convencionais, como reles bimetalicos, disparadores rapidos de sobrecorrente e reles de sobrecor- n~mtes de tempo inverso. A protec;:ao dos diodos e tiristores em equipamentos retificadores, principalmente contra curto-circuito, e feita por meio de fusiveis ultra-rapidos. A atuac;:ao dos fusiveis pode-se dar por tres fatores: Curto-circuito intemo: um componente defeituoso produz um curto- -circuito no conversor. Curto-circuito externo: uma falha no consumidor pode produzir um curto-circuito no conversor. Defeito durante a opera£ao (frenagem regenerativa): no caso de falhas do sistema de controle do conversor atuando como inversor (que ocasionam falhas de comuta<;:ao) a ponte retificadora da origem a configura<;:ao similar a de um curto-circuito entre a rede corrente trifasica e a malha de corrente continua. A instala<;:ao dos fusiveis deve ser feita entre 0 ramal de alimenta<;:ao e os dispositivos a serem protegidos. 4.5 - Considera~oes finais sobre os fusiveis As correntes nominais dos fusiveis expressas em amperes devem ser escolhidas entre os seguintes valores: Correntes nomlnais dos fusivels (A) 2 4 6 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 100 1250 Tabe/a 4.2 - Va/ores comerciais dos fusfveis. Asslm , podemos resumlr as principals caracteristicas dos fusivels: • Opera<;:ao simples; • Geralmente de baixo custo; • Nao possuem capacidade de realizar manobras, sendo entao associados a chaves; .::.8 ~~;~~~~~t~~.FJ~~: ......•.................... ~ ~ ";~ _,-:~"... __ ~ , .. ,.,. ..~ ~c; : ",,.<;,1".-", _ ~:)_.< /,~dT;~ll:-;:. : h~_~ -~;;1l;-"~::---~-- -",~~-F:f; <»1_ ies. ~-·"-~~.!;I~_:&,~~,,:> -","" ..c"~",,,,:·,:
  • 118. 1te • Sao dispositivos unipolares suscetiveis a causar danos a motores pelano possibilidade de opera~ao desequilibrada;Jr- • Possuem caracteristica tempo-corrente nao-ajustilVel, sendo possivel a altera~ao somente pela troca do fusivel por outro de corrente nominal~S, distinta, ou tipo de fuslvel;.A • Nao sao de operac;:ao repetitiva e devem ser trocados apos a atuac;:ao;0- • Conslituem fundamentalmente prote~ao contra correntes de curto- -circuito, sendo mais rapidos que os disjuntores para sobrecorrentes elevadas e lentos para pequenas sobrecorrentes; n • Podem apresentar defeitos sob a ac;:ao de correntes elevadas que sejam interrompidas (por outros dispositivos) antes de provocar a sua fusao. e Nessas condic;:6es, existe a possibilidade de atuac;:ao indevida, sob a e ac;:ao de uma corrente apos esse evento, podendo interromper D desnccessnriamcnte 0 circuito; • Nao tern uma CUlVa tempo x corrente bern definida, mas uma faixa provavel de atuac;:ao. 5 4.6 - Reles de sobrecarga A sobrecarga e 0 defeito que se produz mais freqUentemente nas maquinas. Definida como uma situac;:ao que leva a urn superaquecimento por perda Joule, que os materiais utilizados somente suportam ate urn determinado valor e por tempo limitado. A determinac;:ao de ambas as grandezas e feita em norma tecnlca do referido produto. Ocorrendo devido a urn aumento da corrente absolVida pelo motor e por efeitos termicos, sempre que a temperatura limite de funcionamento e ultrapassada, 0 tempo de vida uti! do motor e reduzido por envelhecimento prematuro dos isolantes. Por exemplo: 0 tempo de vida de urn motor e reduzido em 50% se a temperatura de funcionamento for superior a 1DOC, em regime permanente, a temperatura definida pela classe de isolamento. Entao, uma sobrecarga que provoque urn aquecimento superior ao normal nao tera efeitos imediatos se for limitada no tempo e pouco freqUente. Para tanto,e necessario uma parada do motor e restabelecer as condi~6es normais de funcionamento. Quando ultrapassados esses valores, 0 isolante inicia urn processo de deteriorac;:ao, 0 que significa perder suas caracteristicas iniciais, sua rigidez dieletrica, que define a capacidade de isolac;:ao. E func;:ao do rele de sobrecarga g Diagramas de Comando e .: . •.................................................................................
  • 119. atuar antes que esses limites de deteriorar;ao sejam atingidos, garantindo umavida utH apropriada aos componentes do circuito. . o rele de sobrecarga pode ser definido como urn dispositivo de prote<;:aocuja opera<;:ao e baseada em urn metodo indireto de detec<;:ao de sobrecarga emmotores, em que e criado urn modelo termico do motor a ser protegido por urnelemento termico. Urn rele termico tripolar tern tres bimetalicos, sendo cada urndeles constituido par dois metais unidos por lamina<;:ao com diferentescoeficientes de dilata<;:ao e urn enrolamento de aquecimento em volta de cadabimetalico. Cada urn dos enrolamentos de aquecimento esta ligado em seriecom uma das fases do motor. 0 aquecimento dos enrolamentos provoca umadeforma<;:ao nos bimetalicos. A figura seguinte exibe 0 principio de funcionamento dos reles: IDeflexao AB >CD AB =CD a = coeficiente de dilata.,ao linear Lamina bimetalica Deflexao da lamina quando aquecida Figura 4.11 - Princfpio de funcionamento do reM de sobrecorrente. A deforma<;:ao e maior ou menor, conforme. 0 valor da corrente. A atua<;:ao do· dispositivo e produzida pelomovimentorelativo de elementos mecanicos com diferentes coeficientes de dilata<;:ao (termopares - dilata<;:ao dos metais de acordo com a variayfw da temperatura), sob a aylao de determinados valQres de correntes de entrada (sobrecorrente), em que duas l~mlnas de metals I dlferentes eetao Iigadas atraves de solda ou sob pressl!to e quando aquecidas, dilatam-sedlferentemente, curvando 0 conjunto, que provoca dois efeitos: , " . Libera£ao do dispositivo de trava: que. ocasiona a abertura dos contatos principais do rele de sobrecarga. .Abertura de urn contato fechado: que causa a abertura do circuito de comando de urn acionamentodo mot~r.· . . .... Sao utilizados para proteger .motores e transforrnadores.de possiveis su~raquecimentos ocasionados por: .,,·::.e ~~i~~~~~~t~~.~l::r~~~s ...•..................•.... ~.
  • 120. [.. - -1a • Sobrecarga medmica; • Tempo de partida muito alto;10 • Rotor bloqueado;nn • Falta de fase;n:s • Elevada freqUencia de manobra;a • Desvio de tensao e de freqUencia. Para supervisionar 0 motor, e colocado um elemento termico em cada condutor de fase, assim 0 modele termico de- motores trifasicos consiste em tres elementos termicos, sendo um para cada fase. o rele termico nao protege a linha em caso de curto-circuito e deve ser associado a fuslveis de prote<;ao para prover a prote<;ao completa da partida do motor. Um rele disparado uma vez nao volta a sua posiyao de repouso automaticamente, devendo ser rearmado manualmente. Isso e fundamental para evitar uma alimentac;:ao inesperada do motor ap6s Ser desligado pela a~ao do rete termico. Tambem existem dispositivos que permitem 0 desligamento e rearme remoto dos reles termicos. 0 rearme s6 pode ser feito quando os bimetalicos estiverem suficientemente frios. Os fabricantes dos contatores ja oferecem os reles termicos que encaixam mecanicamente nos contatores por eles fabricados, sendo as tres entrapas das respectivas fases dos reles termicos ligadas diretamente nos contatos de carga do contator. Este e 0 tipo mais comum de conexao do rele termico. Compensafao da temperatura a deformac;:ao· dos ambiente: bimetalicos resulta do aquecimento provocado pela corrente que circula· nas fases e tambem das variac;6es da temperatura ambiente. Para minimizar esse efeito, existe um bimetalico de compensac;:ao, influenciado unicamente pelas variayoes de temperatura do ar ambiente. Somente a deformayao originada pela corrente pode modificar a posiyao dos bimetalicos e provocar 0 disparo do rele. De uma maneira geral, um rele termico compensado e insensivel as variayoes de temperatura ambiente entre -40°C e + 60°C. Classes de desligamento termico: os reles termicos protegem os motores contra sobrecargas, porem na partida temos um pica de corrente e os reles devem deixar passar a sobrecarga temporaria resultante do pica de corrente de partida e disparar unicamente se esse pico, isto e, 0 tempo de partida, for prolongado. Dependendo das aplicayoes, 0 tempo normal de .~ ..•..••••••..•..••••.•.••• ~~~~r~~~~~~ .~~~~~d.~ .......•.........•....... e..:.
  • 121. partida dos motores pode variar de alguns segundos (partida a vazio, baixoconjugado resistente -da maquina, entre outros) a algumas dezenas de segundos(maquinas com uma grande inercia). Sendo assim, sao necessarios ·relesadaptados ao tempo de partida de acordo com as seguintes classes de disparo: • Reles classe 10: aplica<;6es com tempo de partida inferior a 10 segundos; • Reles classe 20: aplica<;6cs com tempo de partida de ate 20 segundos; • Reles classe 30: aplicac;:6es com tempo de partida de ale 30 segundos. Figura 4.12· Rele de sobrecorrente. (cortesia WEG) Os reles de sobrecorrente possuem os seguintes elementos: 1. Botao de rearme; 2. Contatos auxiliares; 3. Botao de teste; 4. Lamina bimetalica auxiliar para compensac;:ao de temperatura; 5. Cursor de arraste; 6. Lamina bimetalica principal; 7. Ajuste de corrente. A figura 4.13 mostra com detalhes esses elementos:.:. 8 Acionamentos Eletricos -. II ............................................................................................................................................................ ~ ..
  • 122. ~ Para 2ixo:los!Ies10 reanne 4 manual 5 20 6 )0 Figura 4.13 . Elementos de um rcJc de sobrecorrente. Alem dos elementos mostrados anteriorrnente, por meio de urn botao localizado na parte frontal do rele, e possivel parametrizar a sua atua<;:ao de acordo com as seguintes func;oes: A: somente rearme automatico; Auto: rearme automatico e possibilidade de teste; • Hand: rearme manual e possibilidade de teste; • H: somente rearme manual. A figura 4.14 mostra um detalhe desse modo de parametrizac;ao. Somente manne automatico Rearme automatico e possibilldade de teste Reanne manual e possibilidade de teste Somente reanne manual Figura 4.14 - Parametrizat;Qo do rele de sobrecorrente. • ~ ••••..•••.••..•....•.....• ~:~~r~~~~~~ .~~~a.~d.~ ••••.•••••••••••.•••.•••. e.. :·.
  • 123. 4.6.1 - Representa~ao dos reles de sobrecorrente Alem dos contatos de fon;:a, os reles possuem contatos auxiliares para interrupyaO da corrente no circuito de comando, conforme a figura seguinte: 95-.-l---$ :~96 I I I 97~-98 Duplo contato (lNA+INF) Figura 4.15 - Contatos auxiliares de um reJe de sobrecorrente. 4.6.2 - Dimensionamento Os reles devem ser dimensionados de forma que contenham em sua faixa de ajliste a corrente nominal (In) que circula pelo trecho onde esta ligado, sendo o ajuste feito por um botao quegira atuando sabre 0 alongamento ou sobre a curvatura das laminas bimetalicas. Cada rele cobre apenas uma faixa de corrente determinada, assim, cada fabricante fomece uma grande variedade de relE~s de protec;:ao. o rele nao deve ser dimensionado com a corrente nominal do circuito situada no extremo superior de sua faixa de ajuste, pois se houver necessidade de 0 motor ser usado com fator de servic;:o acima de 1, 0 rele nao permitinS. tal corrente mesmo que 0 motor suporte essa situac;:ao. 0 ajuste de corrente nos reles deve ser feito da seguinte maneira: Ir = 1,15 ate 1,25.In Sendo: In= corrente nominal do motor Ir = corrente de ajuste do rele termicoII ·:. 8" ~~I~~~~~~t~~.E"t~~ ~ ,j --j
  • 124. No caso de motores com fator de servic;o igual ou superior a 115% oumotores com uma elevac;ao de temperatura admissivel de 40 °e, 0 ajuste podeser ate 125% cia corrente nominal (l,25.!n). Nos demais casos, os relestermicos devem ser ajustados em 115% da corrente nominal (1,15.1n). Tambem deve ser feita esta analise relativa ao extremo inferior em que 0rele teria dificuldades para detectar falta de fase quando 0 motor estivessetrabalhando abaixo de 60% de sua corrente nominal, portanto devemos regularo rele para a corrente de trabalho do motor.4.7 - Disjuntores motores Os disjuntores motores sao simultaneamente dispositivos de protec;ao emanobra, exercendo as seguintes func;6es: • Sao empregados para efetuar a protec;ao eletrica do circuito com a detecc;ao de sobrecorrentes e da abertura do circuito. Permitem comandar, por meio da abertura e fechamento voluntario sob cargas, seus respectivos circuitos em que sao instalados. A figura 4.16 mostra um disjuntor motor comercial. Figura 4.16 - Disjuntor motor. (cortesia WEGjII. III Diagramas deComando e.:.
  • 125. 4.7.1 - Caracteristicas basicas • Ao eontr<1rio dos fuslveis, apresentam atua<;ao multipolar, evitando a opera<;§.o desequilibrada nos equipamentos trifasicos, como no caso do fusivel, de ocorrer a queima de urn unico elemento. • Oferecem larga margem de escolha de correntes nominais, e em muitos casos podem admitir ajustes nos disparadores, 0 que, ale.m de ampliar a margem de escolha, simplifica a coordenayao com outros dispositivos de proteyao. • Operayao repetitiva, isto e., podem ser religados apos terem atuado, sem necessidade de substituiyao. • Sua caracteristica tempo x corrente, alem de ajustavel em muitos casos, nao e afetada por eorrentes que provocaram outros disparos. • Em alguns casos, permite comando a distancia. Os disjuntores possuem como via de regra dois niveis de prote<;:ao: • Contra sobrecorrentes pequenas e moderadas atraves de disparadores magneticos au termicos; • Contra correntes de curto-circuito atrave.s de disparadores eletromag- neticos.4.7.2 - Dispositivos de partida com disjuntor motor E recomendado 0 usa do disjuntor motor em partidas de motores somentenos seguintes casos: • Comanclo cleve ser local; • FreqUencia de opera<;:ao e baixa; • Poueo espa<;:o, pois 0 disjuntor atende as necessidades de comuta<;ao e prote<;ao de sobrecargas e curtos-circuitos.Observacao: E recomend6uel, sempre que possfue/, 0 ossocio{:QO do disjuntor motor com 0contator.: 8 ~~i~~~~~~t~~ .~I~~~~ .•.•• : ••••••••••••••••••••• ~
  • 126. 4.8 - Contatoresndo a Os contatores sao os elementos principais de comandos eletromecanic"-3-.so do que permitem 0 controle de elevadas correntes por meio de um circuito de ba . 3 corrente. 0 contator e caracterizado como uma chave de opera<;ao nao-mam,-I,..~ em eletromagnetica, com uma (mica posi<;ao de repouso, capaz de estabelecer,In de cohduzir e interromper correntes em condic;oes normais do circuito, ::utros constituido de uma bobina que, quando e alimentada, cria um campo magnet. no nueleo fixo que atrai 0 nucleo movel que fecha 0 circuito. Cessandc : alimenta<;:ao da bobina, e interrompido 0 campo magnetico, provocando 0 lado, retorno do nueleo por molas. Assim, podemos distinguir as quatro principcus partes de urn contator: uitos Bobina: representa a entrada de controle do contator que, ao ser ligada a uma fonte de tensao, circula na mesma corrente eletrica que cria um camj_.) magnetico que envolve 0 nueleo de ferro. As bobinas sao partes dos contatores que devem ser escolhidas de acor~-j com a tensao e 0 tipo de energia de alimenta<;:ao (CC ou CA) dos circuit6s ,; Jres controle dos comandos eletricos. Ha uma grande variedade de bobinas·.q . disposi<;:ao com diversas tensoes (24V a 660V) tanto para corrente continu~ quanto para corrente altemada. ) 1ag- o consumo de energia das bobinas e relativamente baixo. Ocorre urn pi~d " de corrente no momenta da energizac;:ao (aproximadamente dez vezes a corre;) te de retenc;:ao), sendo 0 consumo da bobina estimado em 6,5VA e 25V,) dependendo do tipo de contator. A bobina possui urn cosq> de aproximad"l, mente 0 , 3 . ) nte Nucleo de ferro: atraido para dentro da bobina pelo campo magnetic r -;, I esta acoplado ao contato e, conseqUentemente, 0 movimento do nueleo adon", o contato. ! ) Contato: e acionado pelo nueleo de ferro e esta acoplado a uma mo]"., )e que tende a leva-lo it posic;:ao de repouso, porem quando a bobina e energizada.) a for<;a do campo magnetico e maior que a da mola, fazendo com que 0 nucle.. fixo atraia 0 nueleo move!. o Mola: elemento responsavel por levar de volta 0 contato it posi<;ao dt" repouso quando a bobina e desconectada da fonte, quando cessa 0 camp,- J magnetico e a mola toma-se mais forte que 0 nucleo. A figura 4.17 representa 0 esbo<;o de urn contator. j I II Diagramas de Comando @ "J . " . , . " . , . , •• , ••••• , •• , •••••••• , •••••• > ••••••••••••••••••••••••••• , ••••••••••••• , )
  • 127. J. Ip Contato m6vel Mala ~ontato fixo Nucleo m6vel ./Bobinall IP~~-----------"H-¥ Il 1- - 5 Nucleo fixo Figura 4.17 - Contator. A figura 4.18 mostra a simbologia de um contator utiliz~da em diagramas multifilares. Observe que contem 0 simbolo de atuac;ao eletromedmica (tracejado), linha de acoplamento direto e contatos de forc;a: · · Contatos A2 ., ,~ . I 1 principais Figura 4.18· Simbologia do con tator. A denominac;ao dos terminais da bobina e sempre Al/A2 e ados ~- contatos depende cia sua finalidade. Nesse casa, temos a numerac;aa 1, 2, 3, 4, 5 e 6 para os contatas de farc;:a. Cada contatar e geralmente equipado com tres, quatro au cinco contatos, sejam eles de forc;a, auxiliares au mistos. Os terminais, pertencentes a um mesmo elemento de cantata devem ser marcados com 0 mesmo numero de seqUencia e todas os contatos de mesma func;:ao devem ter um nllmero ciiferente de seqUencia, como na figura 4.19. . . II I ,II €V .: :.. 1 ~6 ~d~~~~~t~~ .~l~~~ • . 1 , r.
  • 128. 13 1 21 31 43[ 14 ( ---:- ----~~- -----~t- Figura 4.19 - Cantatar e sua representa(:Qa de cantatas. Alcrn elissa, exisle a possibilielaele de aereseentar bloeos adicionais decontatos auxiliares para aumentar 0 numero de contatos auxiliares disponiveis.Assim, podemos definir os dois tipos principais de circuitos utilizados emacionamentos eletromecanicos: Circuito principal: formado pelos contatos principais e terminais. Terna funyao de conduzir a corrente de operayao quando os contatos principaisestiverem em estado fechado. Circuito auxiliar: adona os dispositivos de manobra. E utilizado parafins de comando, trava e sinalizayao. Seus principais componentes sao a bobinae 0 contato auxiliar que e acionado mecanicamente pelo contator.4.8.1 - Categorias de emprego dos contatores Os contatores de forc;a devem ser compativeis com a patencia de carga,po.ls a capacldpde de conduzlr e comutar corrente e a sua principal func;ao.Sendo assim, as contatores devem ser escolhidos de acordo com 0 tipo de cargaque vao acionar; caso contrario, terao a sua vida utH reduzida. A classificac;:aodos contatores e feita de acordo com categorias de emprego dos contatores,que dependem dos seguintes fatores: Natureza do receptor controlado: motor de gaiola ou aneis, resistendas; • Condic;:6es nas quais se efetuam os fechamentos e aberturas: motor em regime ou com rotor bloqueado, inversao do sentido de rotac;ao. A seguir, temos elencadas as categorias de emprego dos contatores: II.fl. Diagramas de Camando e.:. ,
  • 129. 4.8.1.1 - Categorias de emprego em corrente alternada As cargas eletricas ou eletromedmicas, conectadas a um circuito eldrico,apresentam caraeteristicas eletricas distintas. Podemos classificar as cargas em tres grandes grupos dos quais umsempre predomina em cada componente/equipamento com rela<;:ao ao outro.Sao elas: Cargas essencialmente indutivas: como, por exemplo, motores :C- heletricos. Embora exista a presen<;:a de um certo efeito resistivo, manifestado •pela existencia das perdas Joule, comprova-se que, ao lado dessa carga indutiva,coexiste uma com menor magnitude que e a carga resistiva. Cargas essencialmente resistivas: como, por exemplo, em fomoseletricos e lampadas incandescentes. Cargas essencialmente capacitivas: como as encontradas noscapacitores, apesar da presen<;:a, em menor intensidade, de cargas indutivas au .resistivas nesse componente. A seguir hi! uma analise mais detalhada de cada uma das tres formas de •curvas de carga. . Cargas indutivas: tem como caracteristica uma corrente de partida,algumas vezes maior que a nominal. A corrente reduz sua intensidade a medidaque 0 tempo e transcorrido; no caso do motor; quando ele comec;:a a adquirirvelocidade. I No grafico temos, no eixo dos tempos, a unidade de medida "segundo", eno eixo das correntes, 0 multiplo da corrente nominal (xIn). Essa corrente maiore consequencia da necessidade de uma potencia maior no inicio do·funcionamento do motor, para veneer as inercias medmicas ligadas ao seu eixo,que em ultima analise sao as apresentadas pela maquina mecanica que 0 motordeve movimentar. Assim que for vencida a inercia, 0 motor reduz a corrente ealcan<;:a 0 seu valor nominal (In). Devido ao fato de a corrente de partida ser maior que a nominal, surgemperdas eletricas e flutua-;;oes na rede, que precisam ser controladas...: @ Acionamentos Eletricos III .• ............................................................................................................................................................ ~--.-
  • 130. Carga indutiva;0, • Exemplo: motor trifasico com motor em1m curto-circuito~o. • Pico de corrente na Iiga~oes 8. In (OOS <p = 0,35)10a, 0,5 1,0 (s))S ° Figura 4.20 - Comportamento de carga indutiua. )S Cargas resistivas: nesse tipo de carga temos a evolu~ao da rela<;:ao oU tempo x corrente de um modo totalmente diferente do que ocorre em cargas >f; indutivas. ;;{ e .{ De acordo com 0 grafico, no eixo dos tempos a escala e de milissegundos, o que mostra que a dura<;:ao de urn pico inicial de corrente e muitissimo menor. f. Portanto, serao menores os efeitos da! resultantes, como e 0 caso do ", l, -, ;. aquecimento, no eixo da corrente, que novamente e 0 multiplo da corrente a ,.Ii- nominal (xIn). Entretanto, 0 pico de corrente e bem maior, chegando a valores r cia ordem de 20 ve~es 0 valor nominal. Apesar disso, 0 produto corrente x tempo se apresenta bern menos cntico ~ do que no caso das cargas indutivas. Quando verlficarmos as informac;:oes r relativas a capacidade de manobra de contatores, 0 valor numerico da corrente ) leiAC-l de urn dado contator e sensivelmente maior do que perante cargas motoras (Ie/AC-2 e AC-3), como mostrado na figura 4.21. II Diagramas de Comando •................................................................................. e.:.
  • 131. • Exemplo: resistenda pam aquedmento 20 Pico de corrente na ligal$ao 10 20. /n (em poucos milissegundos) -10 - t - - - - - r - - , - - - - , - - - - r - - , . - - - - , o 10 20 (ms) Figura 4.21 - Com[JOrtamento de carga resistiva. Cargas capacitivas: na curva de carga desse tipo teremos, sobre eixosde coordenadas, referencias de tempo e corrente similares ao caso anterior,alguns picos de sobrecorrente maiores, porem de curta durac;ao; Assim, 0 efeitode aquecimento. e .0 dinamico sobre os componentes do dispositivo saorelevantes, com um pica de 60 x In, 0 que pode comprometer uma manobranessa etapa de carga. Por esse motivo os dispositivoS de manobra paracapacitores precisam ser de tipo especial ou 0 uSUilrio deve consultar 0fabricante sobre 0 dispositivo de manobra adequado. Carga capaciliva Exemplo: Banco de capacitores Pico de corrente na ligal$ao (muito e1evado) 60. /n 40. 20 (Os contatores basicos devem ser adaptados a manobra de capacitores, diminuindo 0 efeilo de -10 pica atraves de resistencia ou indutaocias ligadas em ·20 serie). o 10 20 (ms) Figura 4.22· Comportamento de carga capacitiva. As diversas categorias de emprego, segundo a Norma lEe 947, saodesignadas, em corrente altemada, por AC_. ClassificaC;ao semelhante enormalizada para corrente continua por DC_. Para cada uma dessas categoriasdefine-se a capacidade de manobra que urn determinado contator apresenta...8: Acionamentos Eletricos II...................................................................................................................................................................II
  • 132. r AC 1: apliea-se para aparelhos em CA eom fator de potencia 2:: 0,95, ou seja, utiliza-se para manobras leves eom cargas 6hmicas ou pouco indutivas. Exemplos de aplicac;:ao: aquecedores, lampadas incandeseentes, lampadas fluorescentes com fator de potencia corrigido etc, AC 2: esta categoria deve ser utilizada para motores com manobras leves e pode ser utilizada para controlar partida e desligamento em regime e --.~ i:. "" frenagem por contracorrente, bem como partida para motores de aneis coletores. No fechamento, 0 contator pode estabelecer a corrente de partida proxima a duas vezes e meia a corrente nominal do motor, sendo que, na " .r abertura, e capaz de interromper a corrente de partida com uma tensao proxima it da rede. Exemplos de aplicac;:ao: gUinchos, bombas, compressores. <Os AC 3: esta categoria se aplica aos motores de indu<;ao gaiola de esquilo, or, com interrupc;:ao com 0 motor em regime. No fechamento, 0 contator suporta a ito corrente de partida que e de cinco a sete vezes a torrente nominal do motor. 210 Na abertura, interrompe a corrente nominal absorvida pelo motor quando, neste )ra momento, a tensao nos bomes de seus polos e de aproximadamente 20% da Ira tensao da rede. Exemplos de aplicac;:ao: bombas, ventiladores etc. o AC 4: utilizado para manobras pesadas, como partir motores it plena carga, comando intermitente, reversao it plena carga, paradas por contra- corrente (ponte rolantes etc.). 4.8.1.2 - Categorias de emprego em corrente continua DC 1: os contatores dessa categorla destinam-se a operar aparelhos com constante de tempo igual ou inferior almS. Assim, esses contatores clevem ser utilizados para acionar cargas 6hmicas ou pouco indutivas. DC2jDC3: essa categoria de contatores cleve ser utilizada para acionamento de motores de corrente continua com eXcitm;:ao do tipo paralelo (shunt). No desligamento, 0 contator deve ser capaz de interromper a corrente de duas vezes e meia a corrente nominal sob a tensao nominal e, quando ligar, estabelecer a mesma corrente. DC4/DC5: os contatores desta categoria sao aplicados para a partida de motores de corrente continua com eXcitac;:ao serie. No desligamento 0 contator cleve ser capaz de interromper a corrente cle duas vezes e meia a corrente nominal sob a tensao nominal e quando ligar, estabelecer a mesma corrente. , .~ ~:~~r~~~s. ~~ .~~~a.n.d.~ , , .. , ,., , e..: - . ."?,,.~_.-.- .....,-.... ~,,..,~_.-
  • 133. -----~~::;iii:"c. - -... - "··(f"; ~-_..;n";~~~":$M""~#." ~,~~~~:---",,,,!,"~_ __ ~ ,..."" ...... -------~~---~--- ~-_ .. __ ".~""""""<""hi.""""""".-"",,,,,_ --_-----_.•_ _ ._- - -"-~~;;>_~_."~- ;o.~~.,.,,.~-"~>_~ .... 0. ->s "--5* 4.8.1.3 - Categoria de emprego para circuitos de comando Corrente alternada Categoria Aplica~oes AC 12 Acionamento de cargas resistivas e cargas de estado solido com isolamento par meio de acopladores opticos AC 13 Contrale de cargas de estado solido com transformadores de isola~ao AC 14 Contrale de pequenas cargas eletromagneticas (~ 72 VA) AC 15 Acionamento de cargas eletromagneticas ~ 72 VA) Tabel.a 4.3 - Categoria de emprego para circuitos de comando em corrente alternada. Corrente continua Categoria Aplica~oes DC 12 Acionamento de cargas resistivas e cargas de estado solido:~l com isolamento atraves de acopladores 6pticos-;: .; 1.. • ~-- I DC 13 Acionamento de eletroimas ~;~- .1.,; i DC 14 Contrale de pequenas cargas eletromagneticas -~ Tab{tla 4.4 . Categoria de emprego para circultos de cOlnando em corrente contrnuCi. 4.8.2 - Principais defeitos em contatores eletricos o quadro seguinte enumera os principais defeitos e causas ocorridos em contatores eletricos, em fun<;:a.o do desvio nas condiyoes nominais de opera<;a.o: t: i ~ ~ . fl Il! .: ~ ~~ ~~i~~~~~~t~~ .~I:~~~~s ~ i ij ;1
  • 134. Defeito - Causa Ruido de vibJa,;ao - Subtensao no comando: - Penta de massa nos cootatos; - Transformador de comando - DegracIa<;llo dos contatos; subdimensionadoj - Danifica=ao da bobina. - T ensao de comando derivada do circuito de for=a; - Falha na condUl;:ao. Soldagem [eve (separtweI) Capacidade de Iigayao e conduyao. - Area de briJho fosco. Perda acelerada de massa nos contatos Capacidade de interrup<;:llO. • Destrui<;:ao das partes adjacentes aos contatos. Destruiyao das partes adjacentes aos contatos: Durabilidade eletrica. - Soldagem intensa (nao separtlVel). Soldagem Ieve (separavel) Freqii~ncia de manobras. - Area de brilho fosco. Perda de massa com pingos de derretimento Curto-circuito. - Destruiyao das partes adjacentes aos contatos. Tabela 4.5 - Principais de/eitos ocorridos em contatores eJetricos.4.9 - Dimensionamento do contator Os contatores devem ser dimensionados levando-se em conta os seguintescriterios: Categoria Corrente ~ de cia emprego carga Tensao e freqQencia ~ ..., ., Frequencia Numerode de contatos manobras auxiliares II Figura 4.23 Parametros para 0 0 dimensionamento de um con to tor. Diagramas de Comando .., 8 .: ... . ~• 0 •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• ~
  • 135. • 1Izt"#,a;,,~1r;I6~:;~ .--. - _ ..: _. :.; _--:.,._: .:.:·-.c4.10 - Vida utH do contator A vida uti! do contator esta diretamente relacionada com a vida eletricados seus contatos, que depende da intensidade de corrente e e determinada peloseu numero de manobras. De acordo com 0 numero de manobras estimado poruma determinada faixa de tempo e possIvel estimar a vida uti! do comando,expressa segundo aspectos medmicos e eletricos. A vida uti! rnedlnica e urn valor fixo, definido pelo projeto e pelascaracteristicas de desgaste dos materiais utilizados. Seu valor varia de 10 a 15milh6es de manobras para contatores de pequeno porte. 0 numero demanobras esta indicado no catalogo do fabricante. Considerando os aspectos eletricos, a vida uti! e urn valor variavel, sendofunc;:ao da freqUencia de manobras da carga a qual 0 contator esta conectado,ao numero total de manobras que 0 contator e capaz de fazer, a sua eategoriade emprego e aos efeitos do areo eletrico, que dependem da tensao e dacorrente eletrica. Tipicamente, considerando condic;:6es de desligamento com correntenominal na categoria de emprego AC-3, esse valor varia de 1 a 1,5 milhao demanobras . . Essas vanaveis estao indicadas no grMico da figura 4.24, no qualpodemos observar os seguintes aspectos: • No eixo horizontal esta a corrente de desligarnento, que nao e necessariamente a corrente nominal, portanto 0 seu valor deve ser determinado ou medido em cada carga ligada ao contator. • No eixo vertical, ha indicac;:ao de dois dos posslveis valores de tensao nominal, e sobre as escalas indicadas e escolhido urn dos valores de tensao. Obteremos entao, 0 valor total das manobras que 0 contator e capaz de realizar em regime AC-3, que e mais utilizado nas instalac;:6es industriais. Em outras palavras, a durabilidade eletrica do contator.·::.8 : ~~i~~~~~~t~~.~l::r~~~s ~
  • 136. ZDI 3XN 3lF56 (Ie = 400A / AC-3) 101 8 l - " ) i 8 4 " ~ 4 2 1()2 2 10" G " ~ "" , .0 6 4 ." 0 1il 4 2 ~ g (l :E 2 102 103 6 "" Q; 6 4 " "0 III 4 2 ~ 2 "§ 104 ;::J 10" 6 Cl 8 4 4 2 103 1 2 4 6810 1 2 4 6 8 1()2 2 4 6 8 lOS 4 2 Corrente de desligamento (A) ---.. Figura 4.24 - Durabilidade de um contator. Essas informa<;:6es sao fundamentais para que se possa montar urn plano de manutenc;:ao de uma industria, para planejar adequadamente a aquisic;:ao de pec;:as de reposic;:ao e 0 periodo melhor para a treca de alguns elementos. Todas as indicac;:6es a respeito do numere de manobras podem ser obtidas diretamente com 0 fabricante do contator. 4.11 - Blocos antiparasitas A bobina do eontator representa uma reatancia indutiva, atravessada por corrente quando e energizada. A passagem do estado ligado para desligado representa urna rnudanc;:a de intensidade de corrente rnuito brusca, provoeando urn excesso de tensao. Cria-se urn areo voltaico no contato que cornuta a corrente da bobina, danificando-o. Alern disso, sao ernitidos sinais eletrornagneticos indesejados que interferern ern equiparnentos eletronicos. 41 II Diagramas de Comando .•• e .: , . II ," --------_.--- • ---~------ • I I;j--- ----------------- ---
  • 137. .~ . ;_" ,"," _,.,_, , . ",,;,""f, , ",~_.", ,:::=~.~_.~,.;-..,-. ~ _ - -: -" ~ ~"""il-"",,,h!d~ii:~~ <~#~i~c"""----~.~O!i.~"/i{"_".... ,,,,~ ----;--~ -::i:~ ~·~~~~~i..l~$ttiif~"· "". ~i"1t~-Y-iir- -: -,- Para reduzir a ac;:ao desse defeito, pode-se utilizar blocos antiparasitas, ligados em paralelo as bobinas dos contatores. Esses blocos sao opcionais aos contatores. 0 bloco antiparasita nada mais e do -que urn resistor de 100 n a 220 n ligado em serie com urn capacitor de 0,1 ~ a 0,22 ~. Deve colocar essa associac;:ao em paralelo com a bobina por condutores mais curtos possiveis. 4.12 - Principais caracteristicas dos contatores • Ligac;:ao rapida e segura do motor; Controle de alta corrente por meio de baixa corrente; • Comando manual ou a distancia; • Possibilidade de construir chaves de partida; • Proporciona protec;:ao efetiva do operador;~; • Garantia de desligamento do motor em caso de sobrecarga;~f!." • Possibilidade de simplificac;:ao do sistema de operac;ao e supervisao de instalac;ao. 4.13 - Reles auxiliares Dentro dos circuitos de acionamento de maquinas, e comum 0 usa de reles para controlede acionamentos, alarme, prote<;ao etc. A seguir, enumeramos os tipos de reles mais comuns utilizados na pratica. 4.13.1 - Rele de tempo com retardo na energiza~ao Comuta seus contatos. Apos transcorrido 0 tempo selecionado, a temporizac;:ao inicia quando os terminais Al e A2 do rele sao energizados. Alimenta<;ao 1_- Saida (contatos) 1_- a b T ,-- ~I Ii Figura 4.25 - Diagrama de tempo do rele com retardo na energjza~ao. e - ,; it ilt,Ii!. iii .. 146 A . t Eltri 11 . fl . .... . ~l~~~~~~ ~~ ~ ~~s........•....•.....•........ ~-. •• •• n ~d <f ~.! ~
  • 138. lS, SendQ:os a a = instante da comuta~oar b = retorno ao estado inidals. T = tempo selecionado 4.13.2 - Bloco temporizador pneumatico Montado diretamente na parte frontal dos contatores, serve como um temporizador com retardo na energiza<;:ao e desenergiza<;:ao. Pode ser combinado com blocos de contatos auxiliares frontais e laterais. Esse tipo de temporizador apresenta as seguintes vantagens: • Reduz 0 espa<;:o ocupado em paineis; • Nao possui bobina; • Flexibilidade para execu<;:ao de drcuitos. 2 4.13.3 - Rele de tempo estrela-triangulo(Y -A) Foi especialmente desenvolvido para a utilizayao em chaves de partida estrela-trizmgulo. Possui dois circuitos de temporiza<;:ao em separado. Urn tern por fun<;:ao 0 controle do contator estrela e 0 outro, com tempo fixo de aproximadamente lOOms, para controle do contator que faz a Iiga<;:ao das bobinas em triangulo. Esse rete funciona da seguinte maneira: aplicando-se tensao aos terminais AI-A2, 0 contato de saida da temporiza<;:ao estrela comuta. Passado 0 tempo da temporiza<;ao e selecionado 0 contato de saida da estrela, ele volta ao seu estado inicial, come<;ando a contagem do tempo fixo de lOOms que, ap6s ser transcorrido, fecha 0 contato de saida triangulo. 0 esquema seguinte mostra os instantes de tempode cada etapa da temporiza<;:ao:
  • 139. -~~~-~,-,.",, _-_ _~-....".,_.,-.",.~,_, ,.~~~,,~_-=.__ ... ,, . ii1~~" .•. <_._-~. A<- .~.~ ;.;,;-- ~~ ~.:~l:~"*~~~,.<~~:~~:_~>_~" .__~!·~~ .~~ ~-~ ---._.~~ ~_ii A1imenta"ao I , l1_e_m..:..P_O_y_ _ ~F= 11 ==;j,,-- !-! _ a: :b : , I I I : 1 1 , I _ _ Tempo I:>. : !+ 2 a: I~b--- ContatorY_ _....J ___ f-------I I : I :- -;- _ Contator I:>. Figura 4.26 - Diagrama de tempo do rele estrela-triangu/o. Sendo: a = inicio da comuta<;:ao b = retorno ao repouso Tl = tempo ajustavel para Iiga<;:ao estrela T2 = tempo fixo de lOOms para liga<;:~l0 em triangulo4.13.4 - Rele de seqiiencia de fase Utilizado em controle de sequencia de fase em sistemas trifasicos paradetec<;ao da inversao ne seqUencia de fases R, 5, T. 0 rele de seqUencia de faseatua no caso de inv<Zrsao de fases, e seu contato de saida nao comuta,bloquGlando 0 comando do siste.ma.4.13.5 - Rele de profe~ao PTC Utilizado em motores que usam sondas PTe (Positive TemperatureCoeficient) que e urn termistor cuja resistencia aumenta bruscamente para urnvalor definido de temperatura.Sofre uma variac;ao brusca no valor de suaresistencia, conforme 0 grafico seguinte:.:. 8 • _ ••• ~ ••• A •• ~ a _ ••••• ~ Acionamentos Eletricos a""" II .
  • 140. ooootJ ~00 r- CO 0 r-1 .,......c ...... 10K 1K III 00 o 4D 80 120 160 200 20 60 100 140 180 Figura 4.27· Curvas caracterfsticas do PTC. A instalac;:ao do PTC e feita entre as espiras, no lnlC10 das bobinas, sempre no lade oposto ao ventilador. Geralmente, e instalado um PTC por fase e ligado em serle. Figura 4.28 - Localiza~ao do PTC no motor. o rele PTC deve ser dimensionado de acordo com a temperatura de protec;:ao. Ele compara urn sinal de referenda com 0 sinal enviado pelo PTe. Devido ao aquecimento, a temperatura da sonda aumenta alem do normal e sua resistencia tambem aumenta. Assim, 0 rele PTe protege 0 motor contra qualquer tipo de aquecimento no enrolamento, como: sobrecarga, elevac;:ao cia temperatura ambiente, falha na ventila<;ao, freqUencia de partidas demasia- damente elevadas, partida muito longa, entre outras. 0 rele PTe atua fazendo com que 0 contato de saida abra, e s6 retoma se a temperatura voltar ao. normal, diminuindo a sua resistencia. A seguir temos um diagrama que mostra a ~~~~~: = fI! • 11 Diagramas de Comando ................................................................................... e .: " " . til ---~,._- ~- ....,.,....,.. ,,~,~-,--,-_.- -~.~~£!!~":j;!Jt~~;!UL;;:;~;~~~.~ ~ ...",,. .... - "~"""; ------------- ====== ----~-"-- =-~-========~. =~--~-------~
  • 141. Alimenta<;ao Saida (cantatas)1 Temperatura ~~ Figura 4.29· Diagrama de funcionamento do PTC.Observaciio: Quando se deseja um controle de temperatura em que e passfvel visua/izartoda a !aixa de temperaturas e atuar antes que ela atinja limites de traba/ho,:deve-se usar uma resistencia calibrada que varia linearmente com a temperatura, ehamadatermorresistencia au, popularmente, PT-lOO. Essas termorresistencias tem sua operaqoqbaseada na earaeterfstica de varia<;ao de resisteneia com a temperatura e os elementos maisutilizados sao platina e niquel, pais possuem resisteneia de lOOQ a OOc e 0 eobre com 10Q ciOoC. !4.13.6 - Reles de falta de fase Supervisiona redes trifasicas em que ha defasagem entre as fases de 120°,Detecta a falta de uma ou mais fases do neutro e desliga urn contato quando afalta ocorre. Esse rete tern um retardo de aproximadamente 5 segundos paraque nao opere sem necessidade na partida de um motor ou uma falta de faseem um instante muito breve. . Existem dois tipos de rele de falta de fase: com a Iigar;:ao do neutro e sema ligar;:ao do neutro. A seguir, hii um diagrama que mostra 0 funcionamento dos dois tipos derele de falta de fase: Alimenta~ao RSTN Safda I RST/RTN (falta de fase) a b RSN/STN Figura 4.30 - Diagrama de funcionamento de um rele de falta de Jase com neutro. Alimenta<;:ao RST Saida I ST/RT/RS (falta de fase) a b Figura 4.31 - Diagrama de /uncionamento de um rele de falta de Jase sem leutro.
  • 142. 4.13.7 - Re1(~s de minima e maxima tensao Utilizados como prote<;ao em redes monofasicas e trifasicas. Dada uma varia<;:ao de tensao na rede fora dos limites estabelecidos em dois potenci6metros, urn para tensao maxima e outro para tensao minima, fecham urn contato de saida para sinaliza<;ao. Assim, 0 rele e energizado dentro da faixa ajustada e desemergizado abaixo dela. Eles tambern atuam por falta de fase e podem ter urn retardo de 5 segundos como os reles de falta de fase.rr>,aos Volts:l Figura 4.32 - Diagrama de funcionamento de um reM de mInima e maxima tensao. EXERCicIOS PROPOSTOS 1. 0 que e contato normalmente aberto (NA) e contato normalmente fechado (NF)? 2. Quais as fun<;oes de urn dispositivo de partida de motor? 3. Descreva a opera<;:ao de seccionClmento. 4. Quais sao os tipos de falha que podem ocorrer na partida de urn motor eletrico? Conceitue-Cls. 5. Defina protec;ao contm curto-circuito e protec;ao contra sobrecarga. 6. 0 que e comutac;ao? 7. Qual a func;ao dos fusiveis? 8. Cite as partes constituintes de urn fusivel. 9. 0 que sao classes de funyao e classes de objeto de urn fusivel? 10. 0 que e fusivel do tipo D? Descreva seus aspectos de funcionamento e construtivos. ... Diagramas de Comando •................................................................................. 8 .: . •~:._-=---.::- .;-~---:;---~: . ;" ....
  • 143. 11. 0 que e fusivel do tipo NH? Descreva seus aspectos de funciona- mento e construtivos. 12. Que aspectos devem ser levados em considerac;:ao no dimensio- namento de urn fusivel? 13. Onde sao utilizados os fusiveis ultra-rapidos? 14. Quais sao as principais caracterlsticas dos fusiveis? 15. Conceitue rele de sobrecarga. Qual e a sua aplicac;:ao? 16. Quais sao as classes de rele de sobrecarga existentes? 17. Como devem ser dimensionados os reles de sobrecorrente? 18. 0 que e urn disjuntor motor e quais sao suas aplica=oes? 19. Descreva 0 funcionamento de urn contator e suas principais partes. 20. 0 que e categoria de emprego de urn contator? 21. Como e definida a vida uti! de urn contator? Descreva os tipos de carga que os contatores podem acionar. 22. Quais sao os tipos de carga que podem ser acionados pelo contator? 23. Quais sao as principais caracteristicas dos contatores? 24. Descreva 0 rele de tempo com retardo na energizac;::ao. 25. Descreva 0 funcionamento do rele de tempo estrela-triangulo. 26. Qual afunc;::ao do rele de sequencia de fase? 27. Para que e utilizado 0 rele de protec;::ao PTC? 28. Qual a finalidade de usar urn rele de falta de fase?.:. ................................................................................ 9 Acionamentos Eietricos . • . .
  • 144. CHAVES DE PARTIDA Urn dos instantes mais cnticos e a partida de motores eletricos, pois nesse momento, os motores solicitam uma corrente muito maior do que em servi<;:o continuo, devido it mudan<;:a de urn estado de inercia do motor. A isso chamamos de pica de corrente. No instante da partida, essa corrente costuma variar na faixa de seis a oito vezes a corrente nominal do motor. A amplitude e 0 tempo do pico da corrente inicial dependem das condi<;:oes de partida. 5e for uma partida sob carga, 0 pico sera maior do que se for em vazio. Pode-se chegar ate dez vezes do valor normal. Essa alta corrente pode ate disparar os dispositivos de prote.c;:ao dos circuitos e comandos. Alem disso, sobrecarrega a rede alimentadora de uma forma prejudicial. . Na figura 5.1 veja uma curva que relaciona a corrente de partida com a velbcidade angular: [partida In ------------------------------------------ 1m ------------------------------------------- -I------------------~-_+N N/ Ns n Figura 5.1 - Relat;Qo entre corrente de partida e velocidade angular do motor. • ~ , ~~~~~s. ~~ :.a.~i~~ e ;.~------------------
  • 145. "~""_ __ """_~ -~-""~;,i~"-:: .. =!""!-=:~~~: ._ .. .__ ._~ ....... _,~i~~·i-!~if"_--~iB:-~· o-:-~ lIit her titi l Podemos notar que, na partida, quando a velocidade do motor e praticamente nula, temos a corrente maxima que se mantem neste patamar ate urn valor proximo da velocidade de trabalho do motor nomina!. Com isso, podemos afirmar que a corrente consumida por urn motor e fun<;:ao da tensao aplicada nele, como mostram os graficos, assim, a fun<;:ao das chaves de partida e a reduc;:ao da tensao durante a partida do motor e depois a aplica<;:ao de tensao nominal, quando 0 motor ja estiver na velocidade de trabalho. I (x Inom) Figura 5.2 - Varia~ao da corrente do motor deuido a redur;ao da tensQo. Existem diferentes chaves de partida para melhorar este quadro, que.. ~ apresentamos em seguida. 5.1 - Partida direta A partida direta e a forma mais simples de partir urn motor eletrico, na qual as tres fases sao ligadas diretamente ao motor, ocorrendo um pico de corrente. A partida de urn motor trifasico direta deve ser executada sempre que possive!. Por imposi<;:ao da concessionaria, 56 podem ser partidos motores abaixo de 5 CV em partidas diretas e abaixo de 10 CV em instala<;oes industriais. A partida direta deve ser utilizada nos seguintes casos: • Baixa potencia do motor de modo a limitar as perturba<;oes originadas pelo pico de corrente. • A maquina movimentada nao necessita de uma acelera<;ao progressiva: e esta equipada com urn dispositivo mecanico (redutor) que evita uma partida n1uito rapida. : 8 ~~i~~~~~~t~~.~l::~~~s : ~. ,.
  • 146. e ~~.. • 0 conjugado de partida e elevado.lte Assim, fica facH enumerar as vantagens de uma chave de partida direta:0,~o • Equipamentos simples e de facil construc;:ao e projeto;:laIe • Conjugado de partida elevado; • Partida rapida; • Baixo custo. Na partida direta, a elevada corrente de partida do motor tern as seguintes desvantagens: • Acentuada queda de tensao no sistema de alimentac;:ao da rede, que ocasiona interferencias em equipamentos instalados no sistema. • Os sistemas de acionamento (dispositivos, cabos) devem ser superdi- mensionados, elevando os custos do sistema. • Imposic;:ao das concessionarias que limitam a queda de tensao na rede. Observa~oes 1 - Na partida direta, a corrente de partida e diretamente proporcional a tensao de alimentac;:ao e diminui a medida que a velocidade aumenta, como mostra a figura 5.3. I!In 6 ........... 5 4 " 1 3 2 o N/Ns o 0,25 0,5 0,75 1 Figura 5.3· Grafico !/In x N/Ns. 2 - 0 conjugado de partida varia proporcionalmente ao quadrado da tensao de alimentac;:ao, como i1ustra a figura 5.4. . • -~.~ Chaves de Partida @ .: . "
  • 147. C/Cn 3 2,5 2 1,5 / -V 1 Cr 0,5 ,, ... - f-- .. "" °° 0,25 0,5 0,75 1 NlNs Figura 5.4 - Varia~do do conjugado em fun~do da tensiio de alimenta~iio. 5.1.1 - Esquema de liga~ao da chave de partida direta A seguir esta 0 diagrama de comando juntamente com 0 diagrama de for<;:a da chave de partida direta: L-.--f===3-----, L1 L2 L3 95 IT1 96 F1,2,3 --- ---- ---_.~ 51 K1 14 ITl K1 N-------------- Figura 5.5 - Diagramas de for~a e de comando de uma partida direta. ~ Q~t~ ::.~.......................•. ~~i~~~~~~t~~.~l~~~~~s.....•..•................. ~ .:t>r:
  • 148. No diagrama de forc;a, as tres fases Ll, L2 e L3 sao protegidas por urn fusivel por fase (FI, F2, F3), sendo ligadas entao ao contator Kl, que estit diretamente acoplado ao rele termico FrI, que interliga os cabos ate 0 motor. Na representayao do diagrama de comando, hit uma alimentayao (L-N) e a energia.vern atraves dessa fase que estit protegida por urn fusivel e, logo abaixo, esta representado urn contato do rele termico (95/96-Frl) que interrompe 0 circuito no caso de uma falha. Assim, a parte 16gica do circuito funciona da seguinte maneira: Ao ser presslonodo, 0 boUio de Impulso 51 energiza a bovina do contator K1 que fecha 0 contator 13/14 - K1, realizando 0 selo do contator K1 com 0 contator fechado. 0 motor e alimentado com as tres fases. Em paralelo com 0 contator 13/14 KI existe uma lampada (HI) de sinalizac;:ao que Indica 0 fechamento do contator. Ao ser pressionado 0 botao de impulso SO, 0 circuito da bobina do contator Kl e desligado e desenergizado. 5.1.2 - Exemplo de dimensionamentoe Dimensionar uma chave de partida direta para urn motor de 20 CV, seis p610s, 380V/60Hz, com comando em 220V, Tp = 2s. Dados de placa do motor: In(380V) = 323,54 A IplIn = 7,5 Assim, temos: Ip= 244,07 A • Dimensionamento do contator Kl Para 0 dimensionamento do contator Kl devemos levar em conta a corrente nominal do circuito(In) para fazer 0 dimensionamento em func;ao da corrente nominal do contator(Ie). Desta forma, temos: Ie(Kl) ~ In => Ie ~ 32,54 Basta localizar no catitlogo do fabricante 0 contator que tenha esta faixa de corrente. •..... • " . " Chaves de Partida e .: ," ."
  • 149. FCC rim .t ~l$i~{,_-~,j c- ,_,~ = -;:-- -- .;.~-;-,. • Dimensionamento do rete de sobrecarga FTI a rele deve ter· uma faixa de ajuste em que a corrente nominal do motoresteja incluida. Assim, basta localizar no respectivo catalogo do fabricante 0contator que possua a referida faixa de ajuste. • Dimensionamento dos fusiveis Tomando como base a corrente e 0 tempo de partida, tem-se: Tp 3SA SOA 25 244,07A lp Figura 5.6 - Esbo<;o da curva caracteristica do fusfvel. Portanto, 0 fusivel encontrado e IF = 50A Ao final, a corrente do fusivel (If) deve satisfazer as seguintes condil;:oes: • If 2: 1,2 In • If:s IfmaxKl: il corrente nominal do fusivel deve ser inferior a corrente maxima do fusivel dimensionado para 0 contator. • If:s IfmflxFTl: a corrente nominal do fusiveI deve ser inferior a corrente maxima do fusivel dimensionado para 0 rele de sobrecorrent~.5.2 - Partida estrela-triangulo Consiste na alimenta<;ao do motor com uma redu<;ao de tensao nasbobinas durante a sua partida. a motor parte em estrela, isto e, com umatensao de 58% da tensao nominal, e ap6s urn certa tempo a liga~ao: econvertida em triangulo, assumindo a tensao nominal..: e ~~j~~~~~~t~~ .~l~~~~~s ~
  • 150. Essa chave proporciona uma redu<;:ao na corrente de partida de aproximadamente 33% de seu valor, como mostra a figura 5.7.::>tore 0 Entao, essa chave deve ser usada em aplicac;:oes que tenham um conjugado resistentc (conjugado da cClrga) de ate um ten;o do conjugado de partida. Illn G ............... 5 ~ 1 . - 1 ~., . 3 1 2 ~ f-...- 1 f o NlNs o 0,25 0,5 0,75 1 Figura 5.7- Corrente de partida no chave estrela-triangulo. A chave estrela-tri2mgulo, na pratica, e utilizada quase que exclusivamente para partidas de maquinas a vazio, isto e, sem carga. Uma vez que 0 conjugado de partida e proporcional ao quadrado da tensao de alimentac;:ao, teremos um conjugado de mais ou menos 20 a 50% do conjugado nominal. Somente depois de ter atingido a tensao nominal e que a carga pode ser aplicada. A velocldade do motor estabiliza-se quando os conJugados motor e resistente se equilibram, geralmente entre 75% e 85% da velocidade nominal. Os enrolamentos sao ligados em trizmgulo e 0 motor recupera as suas caracteristicas nominais. A passagem da ligaeyao estrela para a ligaeyao em tri~mgulo e controlada por urn temporizador. A seguir, temos um grMico que mostra 0 conjugado para esse tipo de partida: II II. " .. , Chaves de Partida , e .: .
  • 151. Clen 3 -r---r-,--.--, 2,5 +--+--+----1---1 Partida direta 2 +--.-,-+-+---7l.........--I Partida estrela . . trlmgulo 1,5 -k--::-+---r<t---J--t--; 1 +--+--+----I-t-+i 0,5 +::---+--::~-.I---ll °° 0,25 0,5 0,75 1 N/Ns Figura 5.8 . . Conjugado de partida na chave estrela-triangulo. Para ser possivel a liga<;ao em estrela-tri~mgulo, os motores devem tel"" a possibilidade de liga<;ao em dupla tensao (220/380V, 380/660V). Os moto- res devem ter no minimo seis bomes de liga~ao. 5.2.1 - Esquema de liga~ao da chave de partida : estrela-trianguloI..1--.~ .•ti•. 1..•l~--fih .) I , .1 1 ~i " . A seguir veja 0 diagrama de ligac;ao de cOlnando e de forc;a da chave pe partida estrela-triangulo. B ~ /YJO ((C t. ,- 04 . (/n) jd), 0< Go·v) c,l./Ar) r do rt( k:I d".( /~ Ji( Fl,2,3 L;~o ~ lb dJ. I(T.1- . ,~· ....oo 0-<9 .is ct l<. Tt I s---<.........-~~-+-"-------- ..........- - Figura 5.9 Diagrama de ligac;do da chave estrela-triangulo. . .8 : ~~i~~~~~~t~~ .~l~~~~~s ~
  • 152. Quando 0 botaopulsador SH1 e pressionado, ele adona 0 rele de tempo KT1 que, atraves de seu contato 13-14, alimenta a bobina do contator K3 que, com seu contato aberto 13-14, energiza a bobina de Kl. 0 contator se retem pelo contato 13-14. Como 0 contato 13~14 energiza 0 rele KT1, 0 motor inicia a sua partida em estrela. ,,;,;;.. Apos decorrido 0 tempo que foi selecionado em KT1, 0 contato 15-18 e aberto e, decorrido urn tempo fixo de 100 ms, 0 contato 25 - 28 do rele de tempo fecha, energizando 0 contator K2 que abre 0 seu contato 21-22, interrompendo a alimenta<;:ao do contator K3. Atraves de seu contato 13-14, 0 contator K2 e mantido energizado. Ao ser pressionado 0 botao de impulso SHO, os circuitos das bobinas dos contatores K1 e K2 sao desligados, sendo desenergizado 0 drcuito. Observa~iio: A passagem da Iigat;cio estrela para a /igat;ao triangulo e controlada peloa temporizador estrela-tridngulo. 0 fechamento do contator tridngulo se do com um atraso de)- 30 a 100 mS (tempo fixo) para euitar um curto-circuito entre as fases, pois os contatores nao podem ficar fechados simultaneamente. 5.2.2 - Equacionamento da chave de partida estrela-trianguloe Sendo Vn a tensao nominal de cada .uma das fases do enrolamento docJe motor, 0 conjugado desenvolvido e dado pela seguinte equa<;:ao:a;fo ./ Sendo: TA = torque desenvolvido na ligayao !:l K = constante do motor Vn = tensao nominal de cada uma das fases Assim: .~ ~~~~~s. ~~ :a.~i~~ e.·.:· , ---:;-.- .•. .. ~
  • 153. Quando e feita a liga<;:ao em estrela, temos a tensao de fase (Vf) aplicada ao motor e essa tensao e dada par: Vf = VL (Rede)l 1,73. Temos: Ty = K. (VL (Rede)2/ 3 o que resulta em: Ty = T t /3 Como 0 motor parte em Y, temos uma redu<;:ao de urn ter<;:o do conjugado na partida do motor. t 5.2.2.1 - Determina~ao das correntes da chave estrela-triangulo i_-,Ii- Para determinarmos as correntes nos circuitos cia chave estrela-tri~mgulo, primeiramente consideramos 0 diagrama unifilar do circuito de fOr<;a que est6 representado a seguir: 3N Fl,2,3 lIL(IN) ITI Figura 5.10 - Diagrama unifilar de for~a da chave estrela-tridngulo. ..: e ~~i~~~~~~t~~ .~I:~~~~s ~
  • 154. Ida Assim. cou:sideaCMllOS IKI, 1K2 e IK3 as correntes quecirculam nos contatores Kl, K2 e K3 respectivamente. Entao, devemos analisar as correntes que circuIarn pelos con1atores. Para tanto, consideramos a liga<;:ao do motor em trianguIo para obtermos os respeetivos valores de corrente. Na figura seguinte esta representada a liga¢o do motor em trUlngulo: IK2 (Iill 10 o Kl Figura 5.11 . Ligai;clo do motor em tridngulo. Inicia-se a analise, considerando: IL = In A relac;:ao entre a corrente em b e a corrente de linha (alimentac;:ao) e dada por: Ia = IL/.J3 Como a corrente de triangulo (It» ea mesma que circula nos contatores Kl e K2, tem-se: It. = IKI = IK2 = IL/.J3 = 0,58. In E a sua impedancia e dada por: z = Un = unx.J3 In In .J3 . . . • • • • • . • • • • . • . • . • . . ••••••••.•.Ch ~ .. ~ d, "..rtld •••••••..•••.••••.••.••••.•• e:.;·· i ------------------= _.;~~":;:·:::~c~:)~~~t,.-.~-:-·-·· -.,--- ". -..::.: -- :"--~-:"<".,~
  • 155. ...... -~"-:t~li<;,; , { ~ ~ ~ , - , , ~ ~;...... ~~ ...._ ..,~...;l . _ .__ ":"~_.~Jo., . . . ~:;i;~i:..,)~,:~~,F-.;;iii.rI>; ,,", ·2- -,, trY .. ~."tt Para calcularmos a corrente no contator K3(IK3), devemos considerar aligayao em estrela, pois ele somente entra em funcionamento na ligayao estrelado motor. A figura seguinte mostra urn diagrama de forya da ligayao estrela comsuas respectivas correntes. IK3~ 1.2 I I I I 2 L3 : ~..-r---_._-------_......J -0- Kl Figura 5.12 . Liga900 do motor em estrela. Desta forma, temos a corrente em estrela dada pela tensao dividida pelaimpedancia: Un Un Iy = .J3 = ------..J3___=_ Z un x.J3 In Iy = In/ 3 = 0,33 In Resultando em: IK3 = 0,33 x In A corrente no rele de sobrecarga FTl e a mesma do contator Kl, pois 0rele esta ligado abaixo desse contator e a corrente que circula nele e a mesmado contator Kl. Com isso, temos todas as correntes no circuito: • IKl = IK2= 0,58 x In • IK3 = 0,33 x In.: e ~~1~~1~~~~1~~ .~I~~~~~s .....•.....••.............. ~
  • 156. ir a • IFf = 0,58 x In:ela A corrente de partida tern uma reduc;:ao de 33% em relac;:ao a partidaom direta, devido a ligac;:ao estrela-triangulo. Assim temos: Ip = ({Ip/In) x In} x 0,33 5.2.2.2 - Exemplo de dimensionamento de uma chave estrela-triangulo Oimensionar uma chave de partida estrela-triangulo para um motor de 100CV, dois polos, 380V/660V - 60Hz, com comando em 220V, Tp = lOs. Oados de placa do motor: In(380V) = 134,44 A; Ip/ln = 8,2 Oat obtemos a corrente de partida: Ip = Ip/ln . In(380V) = 1102,49 A la • Numero de contatos auxiliares Normalmente, em uma chave estrela-triangulo necessita-se, para 0 contator Kl, de dois contatos NA e para os contatores K2 e K3, urn contato NAeumNF. • Dimensionamento dos contatores K 1 e K2 Ie 2: 0,56 x In => Ie 2: 78 A • Dimensionamento do contator K3 Ie 2: 0,33 x In => Ie 2: 44,4 A Dimensionando 0 rele de sobrecorrente o rele de sobrecorrente que sera utilizado deve ter uma faixa de ajuste em que esteja a corrente que passa pelo contator Kl: I(Kl) = 0,58 x In Ie 2: 0,58 x In => 78 A . II . Chaves de Partida e .: . . ... .... . .. .. .. . . . .. .. ... . . . . . . .. .. . . . . .. .. . . . . . . . . . . . . . . .. . .. . .. . .. .. .... . . . , ..
  • 157. • Dimensionamento dos fusiveis No momento do. partida: 1= 0,33 Ip Assim: 1= 363, 8 A Sendo 0 tempo de partida las, temos 0 esbo<;o do. CUlVa caracteristica do fusivel: Tp BOA lOOA lOs 363,8A Ip Figura 5.13 - Curva caracterfstica do lusivel (esboc;o). Para fazer calculo de corrente, devemos atender as tres condi<;oes, 0 , como no calculo para a partida direta. E precise considerar a Iiga<;ao do motor.I em estrela. Com iSSQ teremos a seguinte corrente::I I = In x 0,58 Entao, e preciso verificar as condi<;6es necessarias: • If ~ 1,2 In • If:s IfmaxK1 • If:s IfmaxF[1 .::.8 ~~i~~~~~~t~~ .~l~:~~~s ~
  • 158. 5.2.3 - Vantagens da chave estrela-triangulo • Baixo custo; • Pequeno espayo ocupado pelos componentes; • Sem limite minima de manobras. 5.2.4 - Desvantagens da chave estrela-triangulodo • Se 0 motor nao atingir pelo menos 90 % de sua rota<;:ao nominal, na comutayao para a ligayao triangulo 0 pica de corrente e quase 0 mesmo da partida direta. • 0 motor deve ter pelo menos seis terminais acessiveis para liga<;:oes. • 0 valor de tensao da rede deve coincidir com 0 valor de tensao da liga<;:ao triangulo do motor. 5.3 - Partida compensadora Essa chave de partida alimenta as bobinas do motor com tensao reduzida na partida. A reduyao da t8ns50 e f<:!ita por meio da ligayao de urn autotransformador em serie com as bobinas. Ap6s realizada a partida, as bobinas do motor recebem tensao nominal. Na maior parte dos casos a chave de partida compensadora e composta dos seguintes equipamentos: ;, • Urn autotransformador ligado em Y; • Tn2s contatores; • Urn rele de sobrecarga; • Tn2S fusiveis retardados; • Rele de tempo. Observaciio: Pode-se optar por c%ear um disjuntor motor em vez de reles de sobreearga e Jusiveis retardados. • ~ ~~~~~s.~~ :.a.~i~~ e :·,
  • 159. t5.3.1 - Autotransformador de partida o autotransformador de partida possui urn nueleo magnetico plano,farmado por tres colunas de chapas de a<;:o silicio fechadas no topo. Tresenrolamentos estao localizados nas colunas. Os terminais inferiores dessesenrolamentos sao conectados em Y, formando urn centro que e suspenso. Aolongo do enrolamento do autotransformador, sao feitos TAPS operacionais nasalturas das tens6es de 50%, 65% e 80% da tensao aplicada na fase. Saocolocaclos sensores (sondas termicas) que acompanham 0 crescimento datemperatura dos enrolamentos do autotransformador e impedem 0 acionamentose a sua temperatura ultrapassar determinado valor. Desta forma, 0 conjugado motor da maquina acionada e a corrente quecircula no enrolamento do motor ficam reduzidos por fatores correspondentesao TAP escolhido para a opera<;:ao. A corrente, ao longo de todo 0 processo de partida do motor, ficareduzida em fun<;:ao da aplica<;:ao de uma tensao menor do que a nominal nosterminais do motor em processo de partida. Como conseqi.lencia direta desse fato, 0 conjugado tambem se reduz e acurva caractenstica CONJUGADO versus ROTA<;Ao tern urn valor inferior acurva caracteristica de tensao plena. Esse novo posicionamento da curvacaracteristica depende do TAP escolhido no autotransformador. Para motores que efetuam partida em vazio ou com carregamento muitopequeno, 0 TAP de 50% cia tensao nominal de fase pode ser adequado. Paraoutras situa<;:6es, 0 projetista deve escolher um TAP que resulte em tensao maiselevada na partida, corrente de partida maior e, conseqi.lentemente, conjugadosmaiores ao longo de todo 0 processo de partida, gerando mais capacidadeacelerativa ao motor no processo de partida. Essa partida e utilizada geralmente para motores acima de 15 CV_ Apartida e feita em tres etapas: 1. Na primeira etapa, 0 autotransformador e ligado primeiramente em estrela e em seguida 0 motor e Iigado a rede por intermedio de uma parte dos enrolamentos do autotransformador. A partida e feita com uma tensao reduzida em fun<;:ao da rela<;:ao de transforma<;:ao. 0 autotransformador possui deriva<;:6es que possibilitam escolher a rela<;:ao de transforma<;:ao e a tensao reduzida mais apropriada ...:e ~d~~~~":t~~ .~~ri~~ ,.
  • 160. NLicleo rna netico0,~S35 100% 100% 80% 80%,0 65% 65%lS 50% 50%0I,ai o ope Enrolilmento 5 Figura 5.14 - Autotransformador trifasico com os seus TAPs.: 2. Na segunda etapa, antes de passar it tensao plena, a ligac;ao em s estrela e aberta. Essa operac;ao e realizada quando se atinge a velocidade de equilibrio no final do primeiro periodo. 3. A ligac;ao a plena tensao e feita apos a segunda etapa, em que 0 autotransformador e desligado do circuito. A corrente e 0 conjugado de partida variam nas mesmas proporc;6es 0 obtem-se a seguinte faixa de valores: • Ip= 1,7 a 4In; Na figura 5.15 um grafico ilustra 0 comportamento da corrente de partida da chave compensadora com relac;ao it partida direta. Partida direta 4 +--1---+---ll-----l Partida cornpensadora 2 +--1---+-~I-++l 1 +--+--t---II-----i o N~s o 0,25 0,5 0,75 1 Figura 5.15 - Corrente de partida na chave compensadora. II II. Chaves de Partida e .:. .
  • 161. • Com rela<;:ao ao conjugado teremos uma de partida de 50% a 85% do conjugado nominal, dependendo do TAP a ser utilizado, como e ilustrado na figura 5.16. QCn 3I 2,5i 2 r--- Partida diretaif V: i Partida compensadorai:,~ 1,5 "-V /" yH /, / Cr .I .. / "1 0,5 r--_ 1-- .",. °° 0,25 0,5 0,75 1 NlNs Figura 5.16 - Conjugado de partida na chaue compensadora. Assim, temos a redu<;:ao das tens6es aplicadas no motor de acorclo com a deriva<;:ao do transformador (TAP) no qual esta ligado: TAP 65% reduz para 42% a valor de partida clireta TAP 80% reduz para 64% a valor de partida direta A chave de partida compensadora pode ser usada para partir motores sob carga, as quais podem ser de tensao (mica e possuirem apenas tres cabos. 5.3.2 - Esquema de liga~ao da chave compensadora A seguir, acompanhe as diagramas de comando e de for<;:a de uma chave de partida compcnsadora. Pressionando a batao SH1, e acionado a contator K3, que fecha a lado secundario do autotransformador e atraves de seu contato 13-14 energiza a bobina do contator K2, conectando 0 autotransformador a rede. Este fica selado por seu cantata 13-14, da mesma forma que a contator K3 fica selado pelo cantata 13 -14 do K2 e 13-14 do K3. Assim, a motor parte com ten~ao reduzida. . Pelo contato 43-44 do contator K2 e energizado a temporizador KTl. Ap6s transcorrer 0 tempo programado em KT1, a contato 15-16 comuta 0 e .: e ~~i~~~~~~t~~ .~l~:~~~s ...•........•....•....•.•.. ~
  • 162. do contator K3 e desenergizado, fechando seu contato 21-22 e atraves do contato na 13-14 do K2 energiza a bobina do Kl. Com a energiza~ao de K1 seu contato 21-22 abre, desenergizando K2 e 0 contator K1 se mantem acionado por seu contato 13-14. Com isso, 0 motor passa a receber a tensao nominal cia rede. Ao ser pressionado 0 botao de impulso SHO, 0 circuito da bobina do contator K1 e desligado e desenergizado. R 1 F21 a b Figura 5.17 - Diagramas de comando e de forr;a de uma chave compensadora. 5.3.3 - Equacionamento da chave de partida compensadora 5.3.3.1 - Conjugado de partida da chave compensadora Como utilizamos um autotransformador para a partida do motor, devemos levar em conta as equa~6es que relacionam as suas tens6es e correntes. Ientrada x Nentrada = l saida X Nsaida II II Chaves de Partida. 8 .: . .!
  • 163. "".. """-, !~;.O_;-- ,. . ..........,"""..• ~~,•.... """",.,~" _~ ~- ··.··~~C_,..~h.-L~~~i~cii:;·~~iM~:i:;4: :" ~J:-f -- ~.- Ei ." " enlrada 1 100% 80% >0--+-:-::-0.,....--0---------.. sarda o Figura 5.18 - Autotransformador e suas correntes. Entao, temos: Ientrada = Isaida X a Sabemos que 0 torque e dado pela equac;ao: Sendo: T = torque do motor K = constante do motor v = tensao do motor Assim, temos urn torque de partida nominal dado par: T p(n) = KP(n) X Vn 2 Como: Vsaidal Ventrada = a o conjugado com a adi<;ao cia chave compensadora sera: Assim: 2 2 T p(c). Kp(c) a . Ventrada.: e ~~i~~~~~~t~~ .~~~~~s .•........•..•...••...••... ~
  • 164. Como a tensao de eobada do autotransformador ea propria tensao dafonte de alimenta.<;ao. mmos: e T PIc) _ a 2 (KPCn) Vn 2) Associando com a equa=ao do conjugado da partida normal, temos: T p(c) _ a 2 T pen) A equac;:ao mostra que 0 conjugado compensado e 0 produto doeonjugado nominal (obtido com a aplieac;:ao da tensao nominal do motor) pelarelac;;ao do numero de espiras ao quadrado. Assim, se for aplicada uma relac;:aode transformac;:ao de a = 0,5, 0 conjugado fica reduzido a 25% do conjugadonominaL A seguir, temos urn quadro que mostra a relac;:ao entre os conjugadospara os TAPs mais comumente encontrados no mercado: TAP de transformac;ao (a) a2 Percentual de conjugado nominal 0,5 0,25 25 % 0,65 0,4225 42,25% 0,8 0,64 64% Tabela 5.1 - Conjugados de acordo com os TAPs de autotransformadores comerciais. E fundamental eonheeer 0 conJugado resistente imposto pela carga noprocesso de partida para escolher 0 TAP que sera utilizado, pois como foi visto,a redw;:ao do conjugado de partida e muito grande e 0 motor pode nao terconjugado suficiente para veneer 0 conjugado resistente da carga e nao partir.5.3.4 - Determina~ao das correntes da: chave compensadora Para determinarmos as correntes nos circuitos da chave compensadoraprimeiramente vamos considerar 0 diagrama unifilar do circuito de forc;:a dachave que esta representado a seguir:I!I.~ ~~~~~s.~~ ~a.~i~~ 8:.:·
  • 165. I K3 1IK3 Figura 5.19 - Diagrama unifilar de forr;a da chaue compensadora. No contator Kl temos a corrente nominal aplicada: IKI = In Como a impedancia do motor e constante, sendo aplicadas tensao ecorrente nominal, temos: Z == Unl In Assim, quando aplicarmos tensao reduzida, teremos: 2 = (K. Un)! IS Como a impedancia (2) e constante: (Un/In)= (K. Un)/IS Como a potencia no primario do autotransformador e a mesma dosecundario:.::.e ~~i~~~~~r:t~~ .~l~~~~s ......•...........•........ ~
  • 166. Assim, temos as seguintes equac;:6es no primario: PS = US. IS UPR = UN PPR = UPR. IPR As equac;:6es dos secundario sao as seguintes: PS = US. IS US = K UN IS = K In Fazendo a igualdade das potencias do primario e do secundario: PS = PPR=UPR.IPR US. IS= (K UN).(KIn)= UN. IK2 Dai, teremos: IK2 = K2 In Para determinar a corrente para 0 contator K3, temos: IS = IK2 + IK3 IK3 "" IS - IPR IPR = IK2 = K2 . In E IS = K In IK3 = K. In - K2 . In Dando-nos 0 seguinte valor de corrente para 0 contator K3: IK3 = In.(K - K2) A corrente no rele de sobrecarga ITl e a mesma do contator Kl, pois 0 . rete esta ligado abaixo desse contator e a corrente que circula nele e a mesma do contator Kl. Com isso, temos todas as correntes no circuito: II -. Chaves de Partida •................................................................................. @ .:: C I. j .__.-. -.I.~j~~:~:~~:~-::;,~,:::,~~:~-~·:;:--~·:~-~· -...".-. -.---.,-. ~~7
  • 167. :-- --:-::~:::."·.r::t-:::;:.~ I • IK1 = In • IK2 = K2 • In • IK3 = (K-K 2). In • FT1 = In A tabela seguinte mostra os valores das correntes nos contatores K1 e K2 para os seguintes TAPs dos autotransformadores: TAPs do Fator de Redu~ao IK2 IK3 Autotransformador(%Vn) (K) 85 0,85 0,72 x In 0,13 x In 80 0,80 0,64 x In 0,16 x In 65 0,65 0,42 x In 0,23 x In 50 0,50 0,25 x In 0,25 x In Tabela 5.2 - Contatores a partir da rela<;ao de TAPs dos autotransformadores. A redw;ao da corrente de partida e proporcional ao quadradodo fator de redu~ao K. Assim, a equa~ao a seguir da a corrente de partida em fU1WilO do fator de redu~ao K: Ip = (Ip/In x In). K2 5.3.5 - Exemplo de dimensionamento de uma chave compensadora Dimensionar uma chave de partida compensadora para um motor de 30CV, oito p6los, 220V/60Hz, com comando em 220V, TAP de 80%, Tp == 15s. Dados de placa dos motores: In (220V) = 77,1 A Ip/In = 8 Ip = 617 A ~l ~n n:I .: .eli ); ~k>~~::~t~~ .~~:~~ ....iii ;·I!.1:.1
  • 168. • Dimensionamento do contator Kl o contator Kl deve ser dimensionado pela corrente que circula no motor.Assim, temos: Ie::::: In Ie::::: 77,1 A • Dimensionamento do contator K2 A corrente que circula em K2 depende do TAP em que ele esta ligado,assim, a corrente em K2 e dada por: Ie::::: k 2 x In Ie::::: 49,3 A • Dimensionamento do contator K3 Ie ::::: (k - k2) x In Ie::::: 0,16 x In • Dimensionamento do rete de sobrecorrente o rete e escolhiclo pe]o correnle nominol do motor: Ie::::: In Ie::::: 77,1 A Assim, deve ser escolhido urn rele que tenha a sua faixa de ajuste dentroda corrente encontrada. • Dimensionamento dos fusiveis A corrente de partida se reduz pelo .fator k2 e, como estamosconsiderando k = 0,8, temos k2 = 0,64. Assim: Ip = k2 X Ip = 394,9 A Considerando Tp = 15 s No esboc;:o da curva caracteristica do fusivel, temos:.~ ~~~~~s.~~ :.a.~i~~ e :·
  • 169. Tp lOOA 125A 15s 394,9A Ip Figura 5.20 - Esbo~o da curva caracter/stica do Jus/vel. Assim, e escolhido 0 fusivel de 125 A. 5.3.6 - Vantagens da chave de partida compensadora • Na comuta~ao do TAP de partida para a tensao da rede, 0 motor nao e desligado e 0 segundo pica e bem reduzido. .• Para que 0 motor possa partir satisfatoriamente, e passivel variar 0 TAP de 65%, 80% au ate 90% da tensao da rede. • 0 valor da tensao da rede pode ser igual ao valor de tensao da liga~ao triangulo au estrela do motor. • 0 motor somente necessita de tres bornes externos.:it 5.3.7 - Desvantagens da chave de partida compensadora • Limita~ao de manobrasj • Custo mais elevado em fun~ao do autotransformadorj • Maior espa<;:o ocupado no painel devido ao tamanho do auto- transformador. .e : ~~i~~~~~~t~~ .~l:~r~~~s ~
  • 170. EXERCiclOS PIlOPOSTOS 1. 0 que e d1aIIe de partida? 2. 0 que e chaw de partida direta? 3. Enumere as vantagens e desvantagens de uma chave de partida direta. 4. Com 0 auxilio dos diagramas de comando e de fon;:a, explique 0 funcionamento da chave de partida direta. 5. Qual a fun<;ao de uma chave de partida estrela-triangulo? 6. Enumere as vantagens e desvantagens da ~have de partida estrela- -triangulo. 7. Com 0 auxilio dos diagramas de comando e de forc;:a, explique 0 funcionamento da chave de partida estrela-triangulo. 8. Quando devemos usar a chave de partida compensadora? 9. Enumere as vantagens e desvantagens da chave de partida compensadora. 10. Com 0 auxHio dos diagramas de comando e de forc;:a, explique 0 funcionamento da chave de partida compensadora. II Chaves de Partida e .: . •.................................................................................~ -- _ .. _--- - - --._-- -- --------
  • 171. ~~-:t-~~~--_.*~~;rr9~.?!::~~~·~~~~~~~:~~~~ ...••. ,~"._.._.j •• _ ........-.............." ....."""""_... _~. _ ~ - ~:"~";;"";/_"";1il~~~~-·;~~~il.-if· .-~., ""..- ~-..~ ...•...t-- c-St rtft¢,1?1i CHAVES DE PARTIDA ELETRONICAS Com 0 advento da eletr6nica de potencia; toma-se cada vez maiseconomicamente viavel e pratico 0 usa de chaves eletr6nicas de partida demotores. A seguir temos a descriyao das chaves de partida eletr6nicas maisutilizadas: soft-starters e inversores de freqUencia.6.1 - Soft-Starters As chaves de partida soft-starters sao destinadas ao comando de motoresde corrente continua e corrente altemada, assegurando a acelerayao edesacelera<;:ao progressivas e permitindo uma adapta<;:ao da velocidade ascondi<;:oes de opera<;:§.o. A figura 6.1 exibe a soft-starter ssw 04 da WEG. Figura 6.1 - Soft-Starter SSW 04 WEG..~ ~~~~~ ~~ .~~~~d.a. ~:e~~~~i~~~ EY..:.
  • 172. A alimenta<;:ao do motor, quando e colocado em funcionamento, e feitapor aumento progressive da tensao,o que pennite uma partida sem golpes ereduz 0 pica de corrente. Isso e obtido por intennedio de urn conversor comtiristores em antiparalelo, montados de dois a dois em cada fase da rede. A subida progressiva da tensao pode ser controlada pela rampa deacelera<;:ao ou dependente do valor da corrente de limita<;:ao, ou ligada a essesdois parametros. Assim, a soft-starter assegura: • 0 controle das caracteristicas de funcionamento, principalmente durante os periodos de partida e de parada; • A prote<;:ao termica do motor e do controlador; A prote<;:ao mecanica da maquina movimentada por supressao dos golpes e redu<;:ao da corrente de parLida. 6.1.1 - Principio de funcionamento o funcionamento das soft-starters esta baseado na utiliza<;:ao de SCRs(tiristores), ou melhor, de uma ponte tiristorizada na configura<;:ao antiparalelo,que e comandada por uma placa eletr6nica de controle, a fim de ajustar atensao de saida, conforme programa<;:ao feita pelo usuario, como na estruturada figura 6.2. Como mostra 0 diagrama, a soft-starter controla a tensao da rede pormeio do circuito de potencia constituido de seis SCRs. Variando 0 seu angulode disparo, variamos 0 valor eficaz de tensao aplicada ao motor. Analisaremosem separado cada uma das partes da estrutura, dividindo-a em duas: circuito depotencia e circuito de controle.·::.8 ~d~~~~~k~.El~rt~~ .................•......••• ~
  • 173. e 1C u 0 E:3 " :5 1CRede v 3- 0 E:3 " :T 0 E3 " Entrada Saida anal6gica : : ana16gica Entradas : Saidas a rele digitais : RLl.RL2.RL3 Figura 6.2 - Diagrama de blocos simplificados da soft-starter..6.1.2 - Circuito de potencia Este e a circuito pelo qual circula a corrente que e fomecida para a motor.E constituido basicamente par SCRs e .suas prate<;:6es e par TCs (trans-forrnadores de corrente). • Q circuito Re, representado no ciiagrama (snubber), tern como func;fio proteger os tiristores contra varia90es da tensao aplicadas sobre eles (dv/dt). • Os transformadores de corrente fazem a monitora9ao da corrente de saida, perrnitindo que 0 contraIe eletronico efetue a prote9ao e manutenc;;ao do valor de corrente em niveis predefinidos (func;;ao limitac;;ao de corrente ativada) ...IIII . Chaves de Partida Eletronicas " e .: .
  • 174. 6.1.3 - Circuito de controle E0 local onde ficam 05 draJitos responsaveis pelo comando, monitorac;:aoe protec;:ao dos componentes do circuito de potencia, bern como os circuitosutilizados para comando, sinaliza¢o e interface homem-maquina (IHM), que saoconfigurados pelo usuano em fun¢o da)aplicayao. Atualmente, a maioria das chaves soft-starters disponiveis no mercado emicroprocessada, sendo totaImente digital.6.2 - Principais fun~oes da soft-starter Alem das caracteristicas apontadas anteriormente, ·as chaves soft-startertambem apresentam fun<;:oes programaveis que permitem configurar 0 sistemade acionamento de acordo com as necessidades do usuario. 0 comando dostiristores e feito por um microprocessador que fomece as seguintes fun<;:oes: • Controle das rampas de acelera<;:ao e desacelerac;:ao; • Limitac;:ao de corrente ajustavel; • Conjugado na partida; • Frenagem por injec;:ao de corrente continua; Prote<;:ao do acionamento por sobrecarga; Prote<;:ao do motor contra aquecimentos devido a sobrecargas ou a partidas demasiadamente freqlientes; • Detecc;:ao de desequilibrio ou falta de fases e de defeitos nos tiristores. A seguir temos algumas das func;:oes disponiveis nas soft-starters: Rnmpn de toosoo nn acelcrn~iio; GIS chGlves de partida estaticaspod~m Ser aJustadas no modulo de tensllo, de forma a sa tar uma tansao inlclalde partida adequada, responsavel pelo torque inicial que. adona a carga. Aofazer 0 ajuste da tensao de partida num valor Vp e urn tempo de partida Tp, atensao cresce do valor de Vp ate atingir a tensao de linha do sistema, em urnintervalo de tempo Tp, tambem parametrizavel, como na figura 6.3...:e ~d~~~~":t~.~l.~~":. .......................... ~
  • 175. *---Tp--~ Tempo Tempo de partida Figura 6.3 - Rampa de tensao na acelera<;ao. Com isso temos a seguinte fonna de onda de tensao aplicada ao motor: Figura 6.4 - Forma de onda de tensao aplicada ao motor na acelera<;ao. Como resultado, temos as seguintes curvas de corrente x velocidadeangular e corrente x tempo, como indicam as figuras respectivamente: Ild --~--- ~ ... _ ...... _......... [corrente de partida direta . -­ - ... ... ... ... ... "" ... j ;...~t1~ Corrente de partida com clliwe " Ip ~ -----------------------------------­ O------------------.-L....-- Velocidadc angular Figura 6.5 - Corrente x uelocidade. -----" """ ... ?">oo-.-_~.~~_
  • 176. Tempo Figura 6.6 - Corrente x tempo. Levando em conta que 0 conjugado do motor varia de maneira propor­ . donal ao quadrado da tensao e que a corrente cresce linearmente, podemos controlar 0 conjugado de partida do motor, assim como a sua corrente de partida por meio do controle da tensao eficaz aplicada aos terminais do motor. As chaves soft-starters, atraves do controle da varia<;:ao do angulo de disparo da ponte de tiristores, geram na saida uma tensao eficaz gradual e continuamente crescente ate que seja atingida a tensao nominal da rede. Assim, durante um tempo Tp, 0 circuito de controle eleva a tensao nos terminais do motor, iniciando com 0 valor de partida da rampa que, em geral, pode ser ajustado de 1591.) a 100% da tensao do sistema. Quando ajustamos urn valor de tempo de rampa e de tensao de partida (pedestal), nao significa que 0 motor acelera de zero ate sua rota<;:a.o nominal no tempo definido no ajuste. 1sso depende tambem das caracteristicas dinamicas do sistema motor/carga, como, por exemplo: sistema de acoplamento, momento de inercia da carga refletida ao elxo do motor etc. 0 valor de tensao e 0 tempo de rampa sao valores ajustaveis dentro de uma faixa que pode variar conforme 0 fabricante. Nao existe regra que possa Ser aplicada para definir 0 valor de tempo a . ser ajustado e 0 melhor valor de tensao inicial para que 0 motor possa garantir a acelera<;ao da carga. A melhor aproxima<;:ao pode ser aIcanc;ada pelo tempo de acelerac;ao do motor. a valor da tensao de partida Vp deve ser ajustado de acordo com 0 tipo de carga que e acionado. A seguir, temos dois exemplos de aplicac;ao da rampa de tensao na acelera<;:ao.
  • 177. Bombas Para esta aplica<;:ao, a tensao de partida nao deve receber urn ajusteelevado, a tim de evitar 0 fen6meno conhecido como golpe de ariete, que setraduz pela onda de pressao da coluna de liquido durante os processos departida e parada. Por outro lado, a tensao nao pode receber um ajuste muitobaixo, sob pena de nao se realizar 0· processo de partida. Durante a acelera<;:aodo motor, 0 conjugado do motor deve ser, no minimo, superior a 15% doconjugado resistente do conjugado da bomba.Ventiladores Assim como as bombas, 0 valor de ajuste da tensao de partida Vp deveser baixo 0 suficiente para permitir urn torque motor adequado a carga. 0 ajustedo tempo de partida Tp nao deve ser muito curto. Pode-se usar a Iimitar;:ao dacorrente de partida para estender 0 tempo de partida Tp, enquanto a inercia dosistema e superada. 0 conjugado de partida do motor deve estar, no minimo,15% acima do conjugado do ventilador. Rampa de tensao na desacelera~ao: existem duas possibilidades paraque seja executada a parada do motor: por inercia, em que a 50ft-starter leva atensao de saida instantaneamente a zero, assim 0 motor vai perdendovelocidade gradativamente de acordo com a energia cinetica da carga. Da mesma maneira que as soft-starters permitem 0 acionamento suaveqO motor, tambem podem executar uma parada suave. Na parada controlacia, asoft-starter reduz gradu~lmente a tensao de saida ate urn valor minimo em umtempo predefinido, como mostra a figura 6.7. Tensilo vn 1-----..,..-------------­ I I I I Tempo .. ~ Figllra 6.7 - Rampa de tensCio de desace1erat;Cio. II Chaves de Partida Eletronicas................................................................................... e .: .
  • 178. Na rampa de c lt ~" 0 valor de tensao de Vd reduz 0 seu valor nafonna de uma IdlDpa deuest:e* ate 0 valor de desligamento final, em que 0motor pfua de girar. Imam a tensao dos seus terminais. 0 tempo dedesligarnento Td pede ser ajustado de 1 a 20 segundos, dependendo dofabricante, e a tensao de desligamento Vd pode ser parametrizada em ate 90%do valor de tensao. } Assim, temos a seguinte forma de onda de tensao aplicada ao motor:Desacelera«ao C --L--~V--" --I-, ~ ( -------V-.·+~ ---/------7-r-- --------V~·.;- Figura 6.8 - Forma de onda de tensoo aplicada ao motor na desacelera<;oo. Quando se reduz a tensao aplicada ao motor, ele perde conjugado e, poreonseqUencia, perde velocidade e a earga acionada tambem perde. Esse reeursoe muito usual em aplicac;oes que neeessitam de uma parada suave do ponto devista meca-nico, como, por exemplo: bombas centrifugas, transportadores etc. No caso das bombas centrifugas, e utilizado para reduzir 0 go/pe dearfete, que pode provoear serios danos a todo 0 sistema hidrimlieo,comprometendo a vida uti! de eomponentes como villvulas e tubula<;:6es, alemda propria bomba. Tambem pode ser utilizado em situac;6es de urn processoindustrial, em que uma parada brusca pode provocar danos ao produto final,como esteiras transportadoras de garrafas de refrigerantes. Pulso de tensao de partida (kick start): as chaves de partidaestaticas (soft-starters) sao providas de uma fun<;:ao chamada pulso de tensao departida (kick start) com um valor ajustavel. E aplieado em eargas de elevadainerda que, no momento da partida, exigem urn esforc;o extra do aeionamentoem func;:ao do alto conjugado resistentc. o valor dessa tensao deve ser suficiente para se obter um eonjugadomotor que possa veneer 0 conjugado resistente da carga. Nesses casos,normalmente a soft-starter precisa aplicar no motor uma tensao maior queaquela ajustada na rampa de tensao de acelera<;:ao por meio da func;ao kickstart. Essa func;ao faz com que seja aplieado ao motor urn pulso de tensao comamplitude e durac;ao programaveis para que 0 motor possa desenvolver urnconjugado de parlida suficiente para veneer 0 atrito e acelerar a carga. Na pratica, 0 pulso detensao de partida deve ser ajustado entre 75% e90% da tensao do sistema e 0 tempo do pulso de tensao de partida deve ser: 8 ~~i~~~~~~t~~ .~l~~r~~~s ~
  • 179. 1) Deve-se . . . ~ somente nos cams_. . . . . seja estritamente necessana. pais aD WaitT a f~ puIso de.... -It de J&1ida. a atuOl.<;ao dOl. Jimita~ de COIla* de partida nao ocorTe.- Assina. 0 sistema em que 0 motor esta inserido pede sober e1evadas quedas de tensao «bante 0 tempo ajustado para 0 pulso de tensao. A seguir, temos lD11 griIfico que representa a fun<;ao de pulso de tensao de partida. rTensao . UNom -------------------,.----­ UK :Ajuste: Tempo ~ Figura 6.9 - Kick Start. Limitavao de corrente: na maioria dos casos em que a carga apresenta uma inercia elevada, e utilizada essa funyao, que faz com que 0 sistema rede/soft-starter fomeya ao motor somente a corrente necessaria para que seja executada a acelera<;ao dOl. carga. Esse recurso garante urn acionamento realmente suave. A limitayao de corrente tambem e muito utilizada na partida de motores cUja carga apresenta urn valor mais elevado de momento de inercia. 6.2.1 - Prote~oes A utilizac;ao das soft-starters nlflo fica restrita it. partida de motores de indU<;:ao, pois elas tambem podem garantir ao motor toda a protec;Ao necessaria. Assim, quando uma protec;ao atua, e emitida uma mensagem de erro correspondente para permitir ao usuario visualizar 0 ocorrido. Sobrecorrente imediata na saida: ajusta 0 maximo valor de corrente que a soft-starter permite conduzir. para 0 motor pOl periodo de tempo pre-ajustado, figura 6.10.
  • 180. SobCUb P ~;;j a 0 rrummo valor ,de corrente. que a soft-starter peaaA! • 7 .... 0 JDDI:or par periodo de tempo pre-ajustado. Essa ~ e.e Ii} n ;50 de cargas que nao possam operar em vazio, como, pocEA1 -P de bombeamento, figura 6.11. ~ soc + - - - - - - - n - - - - - - - - - - - - - - - t - ­ [Nom •.••.. " . - - - - - - - - _ .. Auste Figura 6.10 - Sobrecorrente imediata na sarda. Corrente soc +--+------,.,),1",-,------------1--­ Tempo Ajuste Figura 6.11 - Subcorrente imediata" .::.8 ~~i~~~~~~t~~ .~l:~r~~~s ~" ;l~~*, E::5 - ..ilL5tJ¥4k4.,.!JrJ, ;",:t,,:~t:,t,,r~f;~v~r~(_,_,o, ..?~;----~ ,
  • 181. Qutros parametros: alem dos parametros ja dtados, a soft-starterpossui diversas prote<;:oes, dependendo do fabricante do equipamento, como,por exemplo: sobretemperatura nos tiristores, seqUencia de fase invertida, faltade 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 departida estatica tern uma fun<;ao que otimiza 0 ponto operacional do motor,minimizando as perdas de energia reativa, fomecendo apenas a energia ativarequerida pela cargo., 0 que caracteriza um procedimento de economia deenergia eletrica. A fun<;ao de economia de energia eletrica e aplicada com vantagens emsituac;:oes em que 0 motor permanece funcionando a vazio por um nongoperiodo de tempo. 1550 e feito mediante a reduc;ao do. tensao fomecida nosterminais do motor durante 0 tempo em que 0 motor desenvolve a suaopera<;:ao em cargo. reduzida ou a vazio. Reduzindo a tensao, reduz-se a correntea vazio e, conseqUentemente, as perdas no ferro, que sao proporcionais 0.0quadrado datensao. Conforme a aplica<;:ao, pode-se obteruma economia de energia entre 5%a 40% do. potencia nominal, considerando que 0 motor opere nas mesmascondi<;:oes, porem, sob tensao nominal, para uma cargo. no eixo de apena:s 10%do. potencia nominal. Essa fun9ao nao oferece nenhuma vantagem quandoaplicada em situa<;oes em que 0 motor opera em cargo. reduzida por :curtosperiodos de tempo. No. pratica, a fun<;ao de otimizac;:ao de energia s6 faz sentido 0.0 serativada quando a cargo. for menor que 50% do. cargo. nominal durante urnperiodo 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 aseguinte 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. II18. ,., Chaves de Partida Eletronicas "., , 8·:" ,.
  • 182. 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 ., . . " I f <, fun<;6es a serem executadas, bern como as entradas e saidas, como, par exemplo: 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._.•... ~ _,-­
  • 183. e F1 FusfveisNH m Contator da rede R/,~, Kl Rele de sobrecargaIS F2e 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 II. Chaves de Partida Eletr6nicas 8 .> .
  • 184. -:-=::,==::::::::::::==;::=:;;::==-===::-:=~=:;:; .:.itii.;.",;~=,;":,;::,~,, =:-.-._::_:.~_:. -:=-~;--:.=:.: - ...... ·----"·=~~==::~::>::::::::~~2:~~~~."".< ..._ .... . ;: _ ------ --~- -- .. - F1 I~ U r-uslvcis Nil Contator da rede R Kl f2 E ... -0 0) o CI> :J~ c p., "0 " 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 ~ .
  • 185. - r ,..,,-..______ "- _oJ._,. .••" ,_ _ .......M!M!.••, _ ffi K1 --1--- ~m = ~m= K2 --l-<= -- .... K3 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..:
  • 186. 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 AC 200 -240 v f- H AV 100 -120v Inlerliga<;ao necessaria BE l) NIL DeL +24 v DCL +24v Ugar Desligar 8 - Resetar ~ 7 ­ 6 - Falha 5 ­ 4 - _______:=J Partida concluida 3 ­ 2 _______:=J Contuto pam (rcio 1 ­ Figura 6.17 - Diagrama de comando de uma soft-starter. 0­ (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 .................................................................................................................................................................
  • 187. -- -----~---""!!!!i LIna .-MIe: in6nidade de equipamentos fa. desenIOMd.a para as mais):ee dM:rrsas ViII"""" de ~6es e setores indusbiais. Urn dos equipamentos 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 II . Chaves de Partida Eletronicas 8 .: . .
  • 188. -~- -~ - Sendo: C = conjugado do motor (N..m) <Pm = fluxo de magnetiza¢o (Wb) 1 = corrente no rotor (A) 2 E 1 = tensao no estator M F 1 = freqUencia da rede (Hz) N 1= numero de espiras o fluxo altemado <P b resultante da tensao no estator U 1, induz no estator;uma f.e.m. no rotor, a qual produz um fluxo <D 2 proporcional a tensao U 2 e;inversamente proporcional a freqilencia. Portanto, temos: Para possibilitar a opera<;:ao do motor com torque constante paradiferentes velocidades, deve-se fazer variar a tensao U 1 proporcionalmente coma 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 deconversores de freqUencia com dispositivos de estado solido, inicialmente comtiristores e atualmente com transistores, mi:lis especificamente 0 IGBT, transistorbipolar de porta isolada. Os cicloconversores antecederam, de ceria forma, osatuais inversores. Eles eram utilizados para converter 60Hz da rede em umafreqUencia mais baiXo, era uma conversao CA-CA. J6 os inversores utilizam aeonversao CA-CC e, por fim, em CA novamente. . Os inversores podem ser classificados pela sua topologia, que e divididaem tres partes, sendo a primeira para 0 tipo de retificac;ao de entrada, asegunda para 0 Epo de controle do eircuito intermedi6rio e a terceira para asaida. . Retificador: na rede de entrada, a freqUencia e fixa em 60Hz, sendotransformada pelo retificador em continua (retificador de onda completa). 0fHtro transforma essa tensao em continua com valor de aproximadamente: Vee = 1,41 x Vrede·: e ~~i~~~~~~t~~ .~l:~~~~s ~
  • 189. Controle de chaveamento: a figura 6.19 mostra urn diagramaf esquematico do circuito de urn inversor de freqUencia:II Retificador Filtro·tI TlI R s T 12 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.·.:.
  • 190. 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 largura 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 - - - - - - - - - - - - 7 f 330 t----------:f 220 +------.,,r 110 t---~j!j 15 30 15 60 HzI" Figura 6.21 - Grafico tensiio x freqiiencia.Il,!Ll, .::.8 ~~i~~~~~~t~~ .~I:~~~~s .
  • 191. ,.. ~_ ..."",·.........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 /1 V: I Enfraquedmento de campo /1 I : 6 V 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.:.
  • 192. Conjugado 100 90 80 70 60 50 40 30 , 20 I: I 1 I 1 I 10 1 I I I I 0 --l--------i-----ir----l30~--+40--S-+0--60-+----+70--8-+0~-9+0~ f (Hz) 10 2O 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, ouentao aumentar a classe de isolamento para que as bobinas resistam a maiortemperatura, au ainda especificar um motor com uma carca<;:a maior para quese tenha maior area para troca termica. Nos motores de indu~ao trifasicos com ventila~ao independente, a trocaindepende da velocidade impressa pela alimenta~ao do eixo. Assim, 0conjugado solicitado a ela pode ser otimizado. Dentro de urn intervalo que vaidos 10 Hz ate a freqilencia nominal, e possivel ter um conjugado de 90% doconjugado nominal, conforme 0 grafico seguinte: Conjugado 100 I 90 ----;.:--------i I 80 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 Acionamentos Eletricos II .................................................................................II
  • 193. --~ .. <., - o-4".,o-&f1 ----- --------..,.,.,...-­ :;¥j: Os inversores devem garantir que a variac;:ao da tensao aplicada sejaproporcional a freqliencia, 0 que e feito pelo ajuste automatico dos disparos dostransistores por sistemas microprocessados. Para motores de aplicac;:ao normal,nao e necessario um ajuste muito precise da velocidade ou do controle doconjugado. Para esses casos, e bastante razoavel uma precisao de velocidade de0,5% da rotac;:ao nominal, sem variac;:ao da carga e de 3 a 5% com variac;:ao decarga de ate 100% do conjugado nominal. Usualmente, a faixa de variac;:ao dafreqliencia 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 commodulac;:ao por largura de pulso e praticamente a mesma. 0 que os diferenciasao as variac;:6es que ocorrem no seu circuito de comando. De acordo com asestruturas 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 serestringe ao controle da velocidade do motor, sem controle do torquedesenvolvido e sem conhecimento da dinamica do processo sob controle. Saosistemas que imprimem um certo erro de velocidade que, dada a aplica<;ao,pode ser facilmente assimilado pelo sistema controlado. Os motores acionadospor essa familia de conver.sores tem ou dev.em atender a eXigencias normais e 0controle e feito em malha aberta (sem realimenta<;ao), isto e, nao existe,normalmente, um tacogerador instalado no eixo do motor para realimentar aestrutura 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 decomando geradas pudessem atender as sofisticadas solicita<;:6es do controle develocidade com respostas rapidas e de alta precisao.
  • 194. As maquinas de corrente continua com sistemas de controle em malhafechada ja atendiam a essas solicita<;6es e, no acionamento em potencia, tinhamtotal dominio. Com 0 avan<;o teorico das tecnicas vetoriais de controle, em quea avaliac;ao das variaveis internas do motor, num processo dinamico,e efetuadae passada ao sistema controlador, a regular;ao da maquina de indur;ao trifasicatornou-se mais precisa 13 mais proxima do controle alcanc;ado com a maquina decorrente continua. A corrente de armadura do motor, menos as perdas no ferro, pode ser·analisada como formada por duas parcelas distintas: aquela que e responsavelpela magnetizar;ao da maquina e, conseqUentemente, pelo fluxo magnetico queatravessa 0 entreferro, e aquela outra parcela do ramo de forc;a do circuito.Portanto, tendo conhecimento dessas grandezas, tem-se conhecimento dosfluxos de energia que a maquina necessita, por meio da analise da corrente daarmadura. 0 sinal vindo do eixo do motor, coletado por um tacogerador depulsos, 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 dosinversores de freqUencia..8 : ~~i~~~~~~t~~ .~l~:r~~~s ~
  • 195. a (REDE) Rn S T~:l 1° 2°I. I Interface H serial M o -10Vcc ana16gico [GBTs I/O digital Figura 6.25 - Blocos componentes do inversor de frequencia .. 1 Q 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 IGBTs. 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
  • 196. 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. E tambem 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. 3Q 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" ~• •_ •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••
  • 197. "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.sica au trifasica 1 ? Fun<;aes programaveis das entradas di itais I I I Fun<;Des programaveis ~@" J das safdas anal6gicas , / M • Fs • VariAvel de 3- • Fs processo (PID) • Is • Setpoinl (pI D) • Torque • Corrente ativa Figura 6.27 - Representa<;Cio detalhada do irwersor 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. 1 Q) 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. .
  • 198. :"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 veto ria! 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 ~ .
  • 199. 6.4.5 - Sistemas de entrada e saida de dados o sistema de entrada e saida de dados e composto por dispositivosresponsaveis pela interliga<;ao entre 0 homem e a maquina. Sao dispositivos poronde 0 homem pode introd~zir informa<;oes na maquina ou por onde a maquinapode enviar informa<;oes ao homem. Para os conversores de _freqUencia,podemos citar os seguintes dispositivos: Interface homem maquina (IHM): e urn dispositivo de entradahaidade dados, em que 0 operador pode entrar com os valores dos parametros deoperac;:ao do conversor, como: ajuste de velocidade, tempo de acelera<;ao/desa,celerac;:ao etc. Tambem pode ter acesso aos dados de opera<;ao doconversor, como: velocidade do motor, corrente, indica<;ao de erro etc. Entradas e saidas analogicas: sao os meios de controlar/monitorar 0conversor 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 permiternbasicamente fazer 0 controle de velocidade (entrada) e leituras de corrente ouvelocidade (salda). Entradas e saidas digitais: sao os meios de controlar/monitorar 0 conversor atraves de sinais 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 comunicas;ao serial: esse meio de comunicac;:ao pet-miteque 0 conversor seja controlado/monitorado a distancia por urn computadorcentral. Essa cornunica<;ao e executada por pares de Hos, podendo ser conec­tados varios conversores aum computador central ou operado por CLP, porredes field bus, RS 232 ou RS485, entre outras. o conversor de freqUencia permite 0 acionamento de motores de induc;:aocom freqUencias entre 1 a 60Hz com urn torque constante, sem aquecimentosanormais nem vibra<;oes fora de ordem. Tambem possui outras vantagens queestao 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 ,
  • 200. 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 maio ria 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 ~
  • 201. 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 referenciasfixas pre-programadas e tambem garante a imunidade contra ruidos eletricos. Afigura 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
  • 202. · -.. -- .­ 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 bornes de conexao para 0 circuito de potencia e de aterramento. A figura exibe ci diagrama de conex6es de entradas para 0 inversor CFW 08 Plus: .: . @ • •••••• a ••••• a •••• a.a ••••• a Acionamentos Eletricos ••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• a II ••••••••••
  • 203. aii-! ;; """" •i 11 :,,Il ;z· . · .. 11111 "1 ~, Controle XCI Polencia Aterramento IJ~ollect9r Descricao:;,-"; ,...•., ;")}.~;;":f.; "~>~::. ?rJJ~~t~ti;i&i~ ;~.;c.,:·, ." ;;FXCl;~t·I•. Funcao padrao defilbrica"";"-,:" ." ,..... -- ,--- 1 Entrada diaital 1 Dil Sem funcao ou habilita geral 4 entradas digitais isaladas 2 Entrada diOlta12 DI2 Sentida de giro (remoto) Nivel alto minimo: lOVcc Nivel baixo minimo: 3Vcc i , Entrada diQital 3 Nlvel alto maximo: 30Vcc ! 3 D13 Corrente de entrada: ·UmA @ OVec ~ I Reset Corrente de entrada --- L ___ .._., ~ I r 4 Dl4 Entrada diQitai 4 Sem fundio ou Gim/Para 5 GND Referenda OV maxima: ·20mA Nao interligada com 0 PE ·r~ Iv Entrada analogica 1 oa lOVcc ou 0(4) a 20mA. ; Impedanda: lOOkQ (entrada r+1~ ~ N. 11 6 All Referenda de freqlienda em tensao), soon (entrada em corrente). (remoto) Resolu~o: 7 bits ON tv - I Tensao maxhna de entrada: 31JJcc. 7 +lOV Referenda para 0 potenciornetro + 10Vee ±5%, capacidade: 2mA RP I + On 10VccouO(4) n20rM. I 8 AI2 Entrnda anal6gica 2 i Impedancia: 100kO (entrada e1n tensao), 5000 (entrada em corrente). Resolu¢o: 7 bits I Sern fun¢o Tensao maxima de entrada: 3fN= J 9 Saida analoQica AO Frooiicncia de safda IFsl o a lOVa::, RL ~ 10kO _-- ..~ ResoIU¢o: 8 bits 10 11 AF Cantato NF do Rele 2 Fs>Fx Comum Ponto comum des reles Rele~1Ji~2 Contata NA do Rele 1 n Ca~~?dade des 12 NA Sern erro o A 250Vac conlatos: Figura 6.29 - Diagrama de conexoes do inuersor CFW 08 Plus. rrll: Ch~~ ~~.~~rtkl.". EI.el~o~k~ 0Y :.
  • 204. 6.4.8 - Transferencia de configura~ao pela IHM Em muitos modelos de inversor, e possivel transferir 0 conteudo dosparametros de urn inversor para outro(s), possibilitando a configurac;;:ao deinversores com maior agilidade. Essa func;;:ao somente pode ser utilizada quandoos inversores sao do mesmo modele (tensao e corrente) e tern versoes desoftware compativeis. As figuras seguintes mostram a retirada e conexao da IHM para atransferencia 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 reguladora PID que pode ser usada para fazer 0 controle de um processo em malhafechada. Essa fun<;ao faz 0 papel de um regulador proporcional, integral ederivativo superposto ao controle normal de velocidade do inversor. Avelocidade e variada de modo a manter a variavel de processo (aquela que sedeseja controlar, por exemplo: nivel de agua de urn reservatorio) no valordesejado, ajustado na referencia (setpoint). Urn exemplo desse controle e urn inversor acionando uma motobombaque faz circular urn f1uido numa dada tubula<;ao. 0 proprio inversor pode fazer <:>controle da vazao nessa tubula<;ao utilizando 0 regulador PID, sem necessidadede 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 derealimenta<;ao da vazao chega a entrada analogica. Qutros exemplos deaplica<;ao: controle de nivel, temperatura, dosagem, entre outros.·::.8 ~~i~~~~~~t~~.~l~~r~:~s ..•..•........•.......••... ~ ,
  • 205. n iigura 6.31 representa a aplicac;ao de urn inversor CFW 08 Plus paracontrale PIO: 25k setpeint via Al2 (semente r····Ct;~~·~~···1 dispenfvel no CfW-08 Plus) P222-2 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 -g::s .!: "" l~S.. 2.:::J o setpoint @§J J::c0 , - <:J .J. ~ pode ser 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 autilizac;:ao dos conversores de freqUencia. Uma delas e que 0 conversor naofomece uma forma de onda perfeitamente senoidal, 0 que traz perdas no motorna faixa de 15%. No caso de implementa<;:ao de inversores em motores jainstalados, deve-se verificar se existe essa folga de potencia e para motoresnovos deve-se levar em considerac;:ao esse acrescimo de potencia. Influencia sobre os capacitores: os capadtores sao afetados quandopercorridos por correntes de alta freqUencia. Deve-se ter atenc;:ao para evitarque 0 motor seja submetido a sobretens6es devido a essa influenda. Sobretensoes no isolamento: a comuta<;:ao no conversor ,e realizadaem alta freqUencia, provocando elevados picos de tensao que afetam 0isolamento das espiras entre fases e entre fase e terra. A taxa de crescimento datensao em relac;:ao ao tempo (dv/dt)e muito elevada no processo de comuta<;:ao, . II Chaves de Partida Eletronicas•................................................................................ 8 .:
  • 206. ·-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: v po = velocidade de propaga<;:ao da onda de tensao aproximadamente 150m/~ T ct = 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~ ~
  • 207. •·" 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 ~ ::s 0,95 0,90 " ................ r--.... 2 0,85 .9 0,80 (l) -- -- - -- -- -- -- -- -- ~ "l S 0,75 f. t 0,70 I I I ~ 0,65 I I " 0,60 , .8 & 0,55 I I 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 alimentado por uma onda senoidal Frth = fator de redu<;:ao de torque por diston;:ao harmonica II~ ~~~~~ ~~.~ r.ti~.a.~l.e~~~~i~~~ .•••..•..•..••..•.. " . " . e.".:.
  • 208. -- .. - _._--,-_._.- ...,. .-_~-,,, -=:--::~---~: ;.--~~- ~------- --- 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 ~
  • 209. - - - - - - - - - - - - - - - - - - - " CC~-----jI1------ ESQUEMAS ELETRICOS Esta se<;ao apresenta uma serie de esquemas de acionamentos eletricospara diversos empregos diferentes. Faz uma progressao de comandos maissimples ate os mais complexos. Todos devem ser considerados exemplos deensino. Nao podem ser aplicados diretamente na pratica por nao conteremtodas as funy6es necessarias de sinalizayao e seguran<;:a. R 5 T Fz o1 51 JV- ----­ M 1"" A.l - Partida de motor mono/asico com chaue mecanica. c• ~ , , .•.. , , ••..•.... , , ..• ~~~~~i~~.~ .~~~~.~~~ ~~~t~i~~~. .- , •..•• " •••••.• , .•.• , . e..: m 1M •
  • 210. R S T F1 F2 F3 F4 Ff1 So Ff1 Sl K1 A.2 - Partida de motor mono/asico a contator.HsT :,1 H F1,2 I I . I _._f-8 K.Lc? K3c?~:·_C. K1c? ! ·-ru s I<z K, K1 H2 M I. S A.3 - Reversao do motor mono/asico..::.e ~i~~~.fl:"~~ ~
  • 211. I R 5 T F1 F2 F3 r ~ ) 51 V M 3"- A.4 - Partida de motor trijasico com chave mecdnica. R 5 TI, M 3"- A.5 - Partida reversora de motor trifCtsico com chave mecdnica. e :­ , ~ •••••• _••••••.•••.•••• ~~~~~i~~.~.-.~.u.e.~~~ ~:~t~i~~~
  • 212. l 3 J> S A. 6 - Partida reuersora trif6sica. R R ST Fl ~F2 ~~~ ---- ,---­ " I ."*l" , , 1 I Klc?-~~ .~ I, I, I , H2 FT l M 3, A. 7 - Partida reversora trif6sica com fins de curso..e: ~~i~~~~~~t~~ .~l~~~~~s ~
  • 213. :;­ R 5 T K1 A.S - Motor acionado de varios pontos. 5 T J1 Qbm ·IJ~,~~!~ Fj ~~rl >-~ I F2I Kjc:? --1~- I R 5 m<3 IT I KFF 50 to>"t 5 j " Kj f(fF I i Frjll c: [ Hj ~~ KjfI M 3"­ A. 9 - Prote<;ao contra falta de jose.
  • 214. R 5 T QI ) 11 12 He c: e I I J> J> J>I FTI >- KSf (R) T",,----,5 5u~ 15F~ KIt:? -­ -­ - 51" K 1 Frill [ e: I Kif Hj @ M 3.. A.10 - Protec;ao contra sequencia de Jase invertida. R S T FII 12 1"31 . 1 5 13 8 12 7 r/l. 161. J , M 3"- P 1 1 2 6 14 A.ll - Partida estrela-triongulo com chave meconica..:.8: ~~i~~~~~t~~.~l:~~~~s ~
  • 215. ---- S T , J F, Ftl FJj I-~ -- -4 K.J¢-(- -~ ~¢- __I -~ rn 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:.: ••••..•••••.•••••••••.
  • 216. 5 T FT, F, ).. F, F, F, K, 5 0 14­ Jl S," K; K, lIT, ", K, KT, 11, S, IS K, -- -- H, F, T 801" 8OX 80,1 I 6S7f <6.;x; ffi-t n, O·f. OX. ~>--- A.14 - Partida compensadora com reversoo. H S T 13 F , Iz 1" ] ----..---.J -- .. K.,9- -- •• J ITIII [ I IT2 1 ( I K, -¥ S A 15 - Motor com dais enrolamentos e duas velocidades. 15 ::.8 ~~i~~~~~~t~~ .~l~~r~~~s .... .... .....•............. ~ ,i ~S,;&.:.Lik~.··# Wi
  • 217. FT:.- 2 • F< FT;-l_ _--(t -"R---------l~EO:I__--rJ: "01 ,} s A.16 - Partida estrela trianqulo com reversdo motofreio de prote!;Qo. II Apendice A - Esquemas Eletdcos· .................................................................................. , . e·:.
  • 218. ~;1""""~,~~""---""-"""~-~ ~=====1 R s T --- -- K3 - --- -- ~ ¢- ------ K,¢-{TI II [ J:;I FrZ Ii [ [I M 3"­ A.17 - Partida estrela triQnqulo com reuersao motofreio de prote<;ao. R R yrl s 51 KA I (-._. , 7---; I Frl , !+ =-* -; ; I ; I ~--_.; KI HI KAI H3 5 Fs A.18 - Chaue de partida de motor com motofreio. ,:.8 ~~~~t~ .~~~ .. : ..••••.................• ~
  • 219. R " 5 > -- ,.. -~... T f1 F2 F3 I -- , -- Kz¢-, __ I -­ 1{~lliJ iiiIIiiIiiiiiii Ff11[ [ [ I vk): ¢rill-­ I<" I M 3" A.19 - Motofreio reuersfuel - forga. II11. Apendice A - Esquemas Eletricos ,Q,:. ~."
  • 220. " 10 _IT 1 4 ..:..R----E3-_- A. So .. sw K2 Kz 11 I.2 S 15 _ _~_ _-J._ _-!-._ _~_ _~_--l._ _~_--J ~ A. 20 - Moto/reio reversfvel- eomando. R S T F, [ 12 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 ..................•........ ~
  • 221. 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 tI. ., Apendice A - Esquemas Eletricos . @.:. .
  • 222. ------- R s .I.- Fl F2 Fsl U I I j - --~ --- Kz ¢--l--~ --_ ~ ¢-- --~ --) K s ¢-- __ L_- ] Fflie [ { I Ks ¢-- m --~---~ Ff2 /1 e [ I M 3"- A23 - Motor Dah/ander reuersao - circuito de jor<;a . .::.e ~~t~~.~l:t~~~ ••••••.•••.•••••••••.••.•• ~ { .
  • 223. - ----------,-----­ji!II SIMBOLOGIA ELETRICAIIII 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-American National 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. II ~:J Apendice B -;Si~~ologia Eletrica 8 .233,·,; •••••••••••••••••••••••••••••••• .".. .: ••,," "
  • 224. 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
  • 225. 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<;oes 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 . . .. .. , i 8 . ;. . .
  • 226. UTE Union Tecnique de JEleetricite 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~~~~~ .8~ ~ 1 "I ~,: .:. 8......... I ,:I t
  • 227. S<JilM-. ABNT DiN AN5I .-s IEC Grandezas eletricas fundarnentosCorrente continua --­ --­ DC --­ --­ .Correnle uliemada "v "v AC rv ",...,; V , --­Corrente contfnua ealtemada V --­ "v --­ ru ~ ---Exemplo de corrente 1 Phase I-60Hz I-60Hz I-60Hz 1-601-Izaltemada monofasica, 60Hz 2 Wire-60Hz !Exemplo de correnteuliernudu lrifiisiOl, 3 3-60Hz-200V 3Pllllse-3Wiro 3-60Hz220 3-60Hz220 (3N3W 3-GOHz-220Vcondutores, 60Hz, tensao GOCyde-220V 220V-60Hz)de 220V ----:---Exernplo de corrente 3M-60Hz-380Vnllernada trifasica conl 3Philse-4Wire 3+M-50Hz­neulro, 4 condulores, 60Hz 3N-60Hz 380V 3N-60Hz 380V 3-60Hz-380V 6OCyde-380V 380V-304Wlensao de 380V 380V 60Hz ,Exemplo de corrente 2 - 220Vconlinua, 2 condulores, 2 -220V 2 -220V 2WireDC, 220V 2 c220V (2N.220V)tensao de 220VExernplo de corrente 2N -llOVcontlnua, 2 condotores e 2N -llOV 2N -llOV 3WireDC, nov (3N.DC,1l0V) 2N -llOVneulro, tensao de llOV.~ _ ~~:~~i~~.~ ~ .~i~~~l~:~ ~~~t~~~ •.••••.•••••.•••••••• _. e :.
  • 228. - ...,-_....- Significado ABlIT DIN ANSI JIS lEe Sfmbolos de uso geral Terra ~ -- ~ - ~ -- ~ -- ~ -- - ~ Massa Ja h h ~ Polaridade positiva + + + + + Polaridade negativa - - - - - Tensao perigosa I-; I-; I-; I-; (Obstaculo geral) I-; 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 aberto V V V V V.::.e ~~i~~~~~~t~~ .~l~~r:~~s .•••••••.•••••••••••••••.•• ~
  • 229. 59·· ....· -c==:J-­ Resistor --c=:::J­ --c::==J­ -WWv­ Resistor com deriva<;Oes ~ ~ ~ lndutor, enrolamento, bobina ....... "OTffi"" I Indutor com deriva<;oes I 1mf -L -L Cilpacitor -II ­ -Il ­ -JE­ T T Capacitor com deriva<;oes -Ill­ -Ill­ -Jh-1f­ ·tL -.ti.. Capacitor elelrolHico -I IX -Ir± "fJE­ T rr [rna permanente L..J L..J rno L....J ~ ~ ~ -[>I- -.+­ ~ Diodo semicondutor Diodo zener unidirecional * ~~ ~- 6~ e bidirecionaL *~ *~ ~ ~ ~ Fotorresistor com varia<;l>o independente da tensuo " .::.c::=:J- ~ ~ ~ Fotorresistor com varia<;ao dependente da tensao " .::c:::J- --£L:::l ­ Fotoelemento ~- -E:::J­ ~ Gerador "hall" -ep- -ep­ -@­ -@­ -@­ Centelhador (de ponlas) 1- 1­ 1­ 1­ t t t t Para - raio ~ [I] * ~ ~ Acumulador, bateria, pitha --If- --If­ * --If- --If­ -If­ Mufla terminal ou termina<;ao -<} ­ y --<I­ Mulla de jun<;ao ou emenda reta <> <> <> Mulla ou emenda de deriva.,ao simples <!> 0­ 0­ Mufla ou emenda de deriva¢o dupla -+­ -+­ -+­ Par termoeletrico => ==::> > > -v+ V V . II Apendice B - Simbologia Eletrica •................................................ e .: . ._. ~ -~ - -----_.. ---.­
  • 230. - ---- --~-- 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 DO U , Integrador, slmbolo geral EJ EJ 0 Inlegmdor de encrgia ~ m ~ lWill @ [ID] I .: e ~~i~~l~~~~l~~ .~I:~r~~~s • ••..•••••.• " •.••.•..•.••. ~ ----.~-~~~~~-~----- _._---- -_.
  • 231. -j ! 55 * ... Bobinas de comando e reIes 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 Mil: I Rele com rctardo para operar Hcle com relardo para operar e para voltar ao repouso .M;I$~~ .~ Rele polarizado r±¢J0 ~~~~ Rele com remanencia Rele com ressonancia Q--t-· Q--t-· ¢ ComamO~o Q--t­ Rele tennico ou bimetillico Rete eletromagnetico de ( > sobrecarga o ~ Rele eltromagnetico de curlo-circuito II II. Apendice B - Simbologia E1etrica 8 .:. .
  • 232. .-;,... ---------:..------- Significado DIN ANSI JIS IEC Cantatas e pec;as de contato com comandos diversosfcchador (normalmenteaberto) ~ ? 6 ;~ ..L T * ~ ( ~I ?Ti -l-l 1 6 ~ ~ ~ ( tt (~ ~ 4~ ~ ~Abridor (normalmentefechado) =#= 6/~ 6~~ YO! 6( "~ I*-r ~ComutadorComutador sem interrupc;;ao 6U 6 ~1o ~ 6/ 0 UTemparizado: no fechemento ~ ~ T~ -,- ~ I or ~ T¥ ~ T?f I ~ ~ na abertura ~ ~ >-1 ~ ~ TOO-L -,- ~ h ~ 1 ~ I na abertuta no fechamento ~ ~ T~ ~ , 9 I I IFechador de comando manual ~ ----~ ----""-~ f------~ f------~Abridor com comando por Iexcentrico (7----t 0------7 % (7---~ C7 ~ ~ I ¢---~ ¢----~ ¢--~ .~Fechador com comando parbobinaFechador com comando parmecanisme EB---~ EB---~ ISWWeChh EB---~Abridor com comando porpressao [I]------~ [I]------( d: @ I ~Fechador com comando partemperatura O----~ IT1----~ Elm El.::.e ~~i~~~~~t~~ .~l~~r~~~s .••.•••••.•.••..•••••.•...• ~
  • 233. 59-·· DIN JIS lEe Dispositivos de <x>mando e de protee;ao Tomada e p1ugue Fusivel Fusivel com indica¢o do lade ligado a rede ap6s a ruptura .1 .1 .l Secionador-Fusivel tripolar ~-~-~ Lamina ou barra de conexao, ...1.." ..l.. ~ ..l.. 0 o---Jo reversora ITo 0--0 ..L .J....J... .J....J....J... ..L..L..L Secionador tripolar ---- ---- ---- Interruptor tripolar (sob !!! ..l.....L...L cargal ---- ) ) ) Disjuntor I Chave de Secionador-disjuntor e) protl.?"oo I Contatos com rele lermico contatos auxiliares Disjuntor tripolar com reles elretomagnetico com contatos auxiliares."!". ~~~~~i~~.~ ~ .~i~~~I~~~ ~~~t~i~~ ••••••••••••••••..••••e :.,
  • 234. r .. DIN ANSI JIS lEe Transfonnadores Transformador com dois enrolamentos ~ l..w.uJ ~ (llT"I ~ l.uw.J l..w.uJ (llT"I (llT"I 8~ 8~ ..... .... LwJ WM --- LwJ ___ l.t.u) fT"l fT"l Transformado com Ires l..w.uJ 6?~ l.t.u) enrolamentos LwJ (llTilI (llTilI ~(RlYJlT ~ t..uV fT"lfT"l , Q) l.utu1 eY~ ~~ .. ~ Autolransformador f-u!.uJ Bobina de reatfulda _l..w.uJ l..w.uJ ---rm-r-- -e::I::J- , ~ --c:o- -J..NWv- Transformador de correnle ( cp( ~ CPt "( Transformador de potencial ][ " t ][ jf 8 8 -.llL-WM ~NI/IN -.UL- "lTI 1- 1- 1- ..,.. 1- +co--H- 1- Transformador de corrente capacitivo ~l8[ ~L O[ T.L T p[ 8[ ~"t# t# Transdutor com tres enrolamentos, um de servi..o e dois de contraIe =tz= Translormador de dois enrolamentos com diversas . deriva<;6es (TAPs) em urn dos enrolamentos (com varia¢o em escaloes) ~~ ~(llT"I ... ~ " N ~ (l"ffiT) N N ~~ ~~ N N N ~~r ~~ Trdnsformador de dais ~--~-- ~/ enrolamentos com variar;ao ~ contfnua de tensao ~(llTilI ~ (llT"I 0~ 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. ~m"~~t=ci" Nota 2: , Simplificar;ao analoga e nonnalizada pata transfonnadores de corrente e de potencial. .e : ..................... a Acionamentos Eletricos II ~ ..•- . . . • ,I ~------------ - ------
  • 235. Referencias BibIiogrMicas . . 4 COTRIM, A. A. M. B. Instala~oes Eletricas. Sao 2003. ·,.1 CREDER, H. Instala~oes Eletricas. 14. ed. Rio de Janeiro: LTC j FILHO, G. F. Motor de Indu~ao. Sao Paulo: Erica, 2000. KOSOW, 1. T. Maquinas Eletricas e Transfonnadores. 9. ed. Alegre: Globo, 1993. MAMEDE, J. F. Instala~oes Eletricas Industriais. 6. ed. Rio de Janeiro:I 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. ROLDAN, J. Manual de Automa~ao por Contatores.Curitiba: Hemus. 2002.I SIMONE, G. A. Maquinas de Indu~ao Trifasicas. Sao Paulo: Elica, 2000. SOUZA, G. T. Maquiucls e Comandos Eletricos. Apostila: Curso tecnlco em Mecatronica. Escola Tecnica Estadual Pedro Ferreira Alves. Mogi-Mirlm-SP.I 2004. WEG . Catalogo de Motores eletricos. Jaragua. do Sul-SC,2005. WEG. Comando e Prote~ao. Apostila: Centro de treinamento de clientes. Jaragua. do Sul-SC, 2005".
  • 236. 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.I, ! ·::.8 "., ,." ,. ~~i~~~~~~t~~.~l~~r~~~s , ,., .. ,, .. , .•. ,., ~
  • 237. ...I"ii indice Remissivo A Classe de isolamento 63 Classificac;:ao dos dlsposit iV(l~ ,·11-1 ricos Autotransformador de partida 168 utilizados em baixa tens,lO I I: Conjugado B acelerante 60 Botoeiras 109 do motor 60, 61 resistente 61 c Constituic;:ao do motor <;I,., lndw, iI 22 Contato normalmentc Capacitores , aberto 110I banco de capacitores 97 fechado 110 parametros 96 Contator, ponto de localiza<;:ao 100 blocos antiparaslt"" 145 Caracteristicas dimensionamento 143 dos motores trifasicos 57 vida uti! do contalor 144 nominais de motofreios trifasicos 51 Contatores 135 Cargas capacitivas 140 categorias de emprcgo d~i contatores 137 . " indutivas 138 principais caracterbilca~ ·146 resistivas 139 principais defeltos 142 Categoria de conjugado 60 Correc;:ao do fator de poll1l:lCti, o 61 vantagens 93 H 61 HY 61 D N 61 NY 61 Desvantagens dos rno(orQ~ em relac;:ao aos motores diif hKh~» Chave Disjuntores motores 133 com retenc;:ao 110 caracteristicas basica:> 134 de contatos multiplos 111 Dispositivos impulso 109 de comando e prolcylto seletora 111 eletricos 109 Chaves de partida 154 compensadora 167 direta 154 estrela-triangulo 158 II fndice Remissivo II ;
  • 238. Marcas Registradas SSW 04 e CFW 08 plus sao marcas registradas WEG S.A. Todos os demais nomes registrados, marcas registradas ou direitos de usocitados neste livro pertencem aos seus respectivos proprietarios.: 8 ~~i~~~~~~t~~ .~l::~~~s ~
  • 239. Indice Remissivo A Classe de isolamento 63 Classifica~ao dos dlsposit iV(l~ (k-t flcaS Autotransformador de partida 168 utilizados em baixa tensllo 1 1:, Conjugado B acelerante 60 Botoeiras 109 do motor 60,61 resistente 61 c Constitui~ao do motor <If Indlll, hl 22 Contato normalmente Capacitores, aberto 110 banco de capacitores 97 fechado 110 parametros 96 Contator, ponto de localiza~ao 100 blocos antiparasltns 145 Caracteristicas dimensionamento 143 dos motores trifasicos 57 vida util do contator 144 nominais de motofreios trifasicos 51 Contatores 135 Cargas categorias de emprego d~ capacitivas 140 contatores 137 - : indutivas 138 principais caracteril>11c4f$ -146 resistivas 139 principais defeltos 142 Categoria de conjugado 60 Corre~ao do fator de pot~I;ct~. D 61 vantagens 93 H 61 HY 61 D N 61 NY 61 Desvantagens dos rnotOfQ~ , em rela~ao aos motores de ifll;h Chave Disjuntores motores 133 com reten~ao 110 caracteristicas basici.1~ 134 de contatos multiplos 111 Dispositivos impulso 109 de comando e protc<;:l1o seJetora 111 eletricos 109 Chaves de partida 154 compensadora 167 direta 154 estrela-triangulo 158 II indice Remissivo II " " _ .--------~--~_.----
  • 240. E classifica<;ao, 202 controle escalar 202Escorregamento 59 controle vetorial 203Enrolamentos em estrela 77 Conex6es de entrada e saida 211Enrolamentos em tri~mgulo 79 considera<;6es finais 214 dimensionamento 206F formas de variac;:ao 209Fator de potencia 92 prindpios basicos 197 causas 92 sistemas de entrada de dados 208 compensa<;ao 99 transferencia de configurac;:ao 213 dos motores 105 medic;ao 100 L metodos para melhoramenlo 94 Ligac;ao para frenagemFator de servi<;o 69 media 50Formas construtivas dos motores 75 lenta 49Fusiveis 116 rapida 51 , aspectos construtivos 118 caracteristicas 119 M dimensionamento 124 tipo NH 122 Motor aberto 66 tipo 0, partes constituintes 120 Motor com tipo NH, 122 dois capacitores 34 tipo 0 120 dois enrolamentos separados 21 ultra-rapidos 125 rqtor bobinado 21 rotor gaiola de esquilo 20G Motor Dahlander 21 Motor de capacitorGrau de prote<;ao de motores 72 de partida 31 permanente 33I Motor deldentificac;ao das bobinas de um motor fase dividida 30 de induc;ao trifasico 82 p6los sombreados 28 monofa-sico 36 Irotor bobinado 46Interruptores fim de curso 111 Motor monofasico comlnversor de frequencia 195 dois terminais 26 aplicac;ao em controle 213 quatro terminais 26 blacos componentes 203 seis terminais 27::.8 , ~~~~~~t~~ .~~tri~~ .......••......•.•......... ~
  • 241. .-. wMotor Partida para tres e quatro velocidades 22 serie paralelo sincrono para correyao 40 triangulo serie totalmente fechado 67 Perdas trifasico com freio 48 eletricas e magnet! universal 35 mecanicas 76Motores no motor 75 a prova de explosao 74 parasitas 76 AC 18 Potencia DC 18 aparente 89 de alto rendimento 52 ativa 87 de indu<;:ao 18 de mo.tores trifasicos 105 de indu<,:ao monofasicos 24 do transformador 104 Sincronos 38 reativa 88 Principio de funcionamento de umN motor trifasico 53Numero de rota<;:oes 70 Rp Regime de servi<,:o 68 Rele de Sobrecorrente,Partida compensadora, dimensionamento 132 desvantagens 178 representa<,:ao 132 equacionamento 171 Reles auxiliares, 146, 148 esquema de Iigac;:ao 170 de falta de fase 150 exemplo de dimensionamento 176 de minima tensao 151 vantagens 178 de prote<,:ao PTC 148Partida direta, de tempo com retardo 146 esquema de Iiga<,:ao 156 de tempo estrela-triEmgulo 147 exemplo de dimensionamento 157 temporizador pneumatico 147Partida estrela serie paralelo 82 Reles dePartida estrela-triangulo seqUencia de fase 148 desvantagens 167 sobrecarga 127 equacionamento 161 Rendimento do motor em fun<;:ao 56 esquema de Iiga<,:ao 160 da poLencia no seu eixo 58· exemplo de dimensionamento 165 de sua pot~ncia nominal 57 vantagens 167 Rota<,:ao nominal 68~ I.~d:~~ ~.~~~:": <B>.:.
  • 242. s TSeleyao de urn motor 19 T abela de caraeteristicas ~ deSentido de rota~ao de motores motores trifasicos 85trifasicos 71 Tempo com rotor bloqueado 63Soft-Starter, 181 Tensao nominal mUitipla 70 descriyao dos parametros 191 Tipos de motores eletricos 19 formas de ligayao 192 Triangulo das potencias 90 . principais funyoes 184 principio de funcionamento 182 v proteyoes 189 Vantagens da liga~ao estrela 78 dos motores sincronos 42 Velocidade sincrona 38 Ventila~ao 66·::.8 ~~i~~~~.~~~~~ ~