FEBAVE - FUNDAO EDUCACIONAL BARRIGA VERDE UNIBAVE CENTRO UNIVERSITRIO BARRIGA VERDE CURSO - ENGENHARIA CERMICA DISCIPLINA - ELETROTCNICA GERAL PROFESSOR - REGINALDO TASSI FASE - 5

SUMRIO PARCIAL

1- NOES FUNDAMENTAIS.DE ELEMENTOS DE MQUINAS ELTRICOS ANLISE DOS DISPOSITIVOS ELTRICOS EM BAIXA TENSO - Dispositivos de seccionamento - Dispositivos de proteo

2- FUSVEIS DE FORA TIPO NH E DIAZED - Classificao da tenso de alimentao, interrupo e forma construtiva - Curva tempo X corrente de fusveis tipo "D" - Curva tempo x corrente de fusveis tipo "H" - Dimensionamento 3- CONTATORES - Contatos auxiliares e sistema de acionamento - Nomenclatura de contatos em contatores. - Dimensionamento de contatores de fora - Intertravamento mecnico 4- PROTETORES TRMICOS PARA MOTORES ELTRICOS - Termostatos - Termistores - Termoresistncias - PT100 - Rels de sobrecarga - Disjuntor - Rel de tempo 5- COMANDO E SINALIZAO - Constituio das botoeiras - Identificao de botes segundo IEC 73 e VDE 0199 6- NOES FUNDAMENTAIS.DE ACIONAMENTOS ELTRICOS

- MOTORES ELTRICOS - POTNCIAS: aparente, ativa e reativa - FATOR DE POTNCIA

- Principais Conseqncias - Causas do Baixo fator de Potncia - Onde Corrigir o Baixo Fator de Potncia?

7- CARACTERSTICAS DA REDE DE ALIMENTAO - O SISTEMA

- Trifsico - Monofsico 8- ACIONAMENTOS ELTRICOS EM BAIXA TENSO

- TIPOS DE CHAVES DE PARTIDA AUTOMTICA 8.1 - Partida Direta 8.2 - Reversora 8.3 - Partida Estrela-Tringulo 8.4 - Partida Compensadora 8.5 - Comparativo Estrela Tringulo X Compensadora 8.5.1 - Escolha da Chave em Funo do Motor e da Rede 8.6 - Partida eletrnica (soft-starter)

8.7 - INVERSORES DE FREQUNCIA - PRINCPIOS BSICOS DE CONSTRUO E FUNCIONAMENTO

- Construo eletrnica - Princpio de funcionamento - Mtodos de Controle dos Inversores de Freqncia

- INSTALAO ELTRICA - PARMETROS DO INVERSOR DE FREQNCIA

- Descrio de alguns parmetros 9 - REFERNCIAS

1 - NOES FUNDAMENTAIS DE ELEMENTOS DE MQUINAS ELTRICAS ANLISE DOS DISPOSITIVOS ELTRICOS UTILIZADOS EM BAIXA TENSO

Os dispositivos utilizados normalmente em baixa tenso, podem ser classificados, conforme esquema abaixo:

DISPOSITIVOS DE SECCIONAMENTO

Aps o desenvolvimento das primeiras fontes de energia, foram tambm desenvolvidos circuitos de aproveitamento da energia e, por conseqncia, os dispositivos que ligassem e interrompessem a alimentao dos consumidores. O mais antigo dispositivo de seccionamento contnua a chave faca, a qual evoluiu muito pouco, limitando seu uso, com certa segurana, somente s cargas simples e pequenas. Quando a eletricidade foi inventada, as potncias geradas eram pequenas, portanto, no havendo grandes problemas no ligar e desligar circuitos. A partir do momento em que se comeou a trabalhar com maiores potncias, surgiram os problemas negativos da corrente eltrica, dos quais o que mais afeta negativamente a destruio gradativa das superfcies de contato dos dispositivos de seccionamento. Tendo como base estas informaes, teve incio o desenvolvimento de novos dispositivos mais aperfeioados para promover o seccionamento das cargas com extino simultnea do arco voltaico chamando isto de capacidade de interrupo, que atualmente dado em kA eficaz, que significa a mxima corrente que um dispositivo pode interromper com segurana. Quanto a sua funo no circuito, estes dispositivos podem ser classificados em quatro tipos bsicos:

Comutadoras; Seccionadoras (a vazio, ou sob carga); Interruptores; Contatores.

DISPOSITIVOS DE PROTEO

O universo de proteo de baixa tenso composto por fusveis, rels trmicos, rels eletromagnticos e termistores, que podem ter aplicaes isoladamente ou em conjunto, para tanto, torna-se necessrio estudos detalhados em cada aplicao.

Dentro deste universo de proteo, o disjuntor um dispositivo que tem incorporado rels trmicos e eletromagnticos. Sua presena em srie com outros disjuntores ou fusveis, como sucede nos sistemas com diversas subdistribuies, obriga o projetista a observar cuidados especiais de coordenao para manter a atuao da proteo dentro de critrios de seletividade. Estes critrios sero abordados no final da anlise do funcionamento de dispositivos de proteo.

CARACTERSTICAS E ESPECIFICAO DOS COMPONENTES DAS CHAVES DE PARTIDA

2. FUSVEIS: So os elementos mais tradicionais para proteo contra curto-circuito de sistemas eltricos. Sua operao baseada na fuso do elemento fusvel, contido no seu interior. O elemento fusvel um condutor de pequena seo transversal, que sofre, devido a sua alta resistncia, um aquecimento maior que o dos outros condutores, passagem da corrente. O elemento fusvel um fio ou uma lmina, geralmente de cobre, prata, estanho, chumbo ou liga, colocado no interior de um corpo, em geral de porcelana ou esteatita, hermeticamente fechado. Possuem um indicador, que permite verificar se operou ou no; ele um fio ligado em paralelo com o elemento fusvel e que libera uma mola que atua sobre uma plaqueta ou boto, ou mesmo um parafuso, preso na tampa do corpo. O fusvel contm em seu

interior, envolvendo por completo o elemento, material granulado extintor; para isso utiliza-se, em geral, areia de quartzo de granulometria conveniente. A figura mostra a composio de um fusvel (no caso mais geral).

Componentes de um fusvel

O elemento fusvel pode ter diversas formas. Em funo da corrente nominal do fusvel, ele compe-se de um ou mais fios ou lminas em paralelo, com trecho(s) de seo reduzida. Nele existe ainda um ponto de solda, cuja temperatura de fuso bem menor que a do elemento e que atua por sobrecargas de longa durao.

FUSVEIS DE FORA (D OU NH) - So dispositivos de proteo que quando usados em circuitos alimentadores de motores protegem-nos contra correntes de curto-circuito e de forma seletiva (em combinao com rels) contra sobrecargas de longa durao.

CLASSIFICAO Os fusveis podem ser classificados de acordo com diversos critrios. Destes critrios os mais usados so:

a) Tenso de alimentao: baixa tenso, mdia tenso e alta tenso; b) Caractersticas de interrupo: ultra-rpidos ou retardados.

Os fusveis usados na proteo de circuitos de motores so da classe funcional (gL), indicando que so fusveis com funo de proteo geral. A caracterstica de interrupo destes fusveis de efeito retardado (gG), pois os motores (cargas indutivas) no instante de partida, solicitam uma corrente diversas vezes superior nominal e que dever ser tolerada. Caso fossem utilizados fusveis com caractersticas de interrupo ultra-rpida estes fundiriam (queimariam), em funo da corrente de partida do motor, o que no estaria de acordo com a funo do fusvel, pois a corrente de partida no representa nenhuma condio anormal.

c) Forma construtiva dos fusveis retardados :

Classificam-se basicamente em fusveis tipo D e do tipo NH. Os fusveis do tipo D (diametral), so recomendados para uso tanto residencial quanto industrial. So construdos para correntes normalizadas de 2 a 63 A(amperes), capacidade de ruptura de 50 kA e tenso mxima 500 V. Os fusveis do tipo NH (alta capacidade, baixa tenso), so recomendados para uso industrial e devem ser manuseados apenas por pessoal qualificado. So fabricados para correntes normalizadas de 4 a 630 A, capacidade de ruptura de 120 kA e tenso mxima de 500 V.

Fusvel Diazed Fusvel NH

Tabela: Relao de Cores X Intensidade de corrente (Fusvel Diazed) COR INTENSIDADE DE CORRENE (A) Rosa 2

Marrom 4 Verde 6

Vermelho 10 Cinza 16 Azul 20

Amarelo 25 Preto 35

Branco 50 Laranja 63

CURVAS TEMPOXCORRENTE DE FUSVEIS WEG FUSVEIS TIPO D

CURVAS TEMPOXCORRENTE DE FUSVEIS WEG FUSVEIS TIPO NH

DIMENSIONAMENTO

No dimensionamento de fusveis retardados, recomenda-se que sejam observados, no mnimo, os seguintes pontos:

a) Devem suportar, sem fundir, o pico de corrente (Ip), dos motores durante o tempo de partida (TP). Com Ip e TP entra-se nas curvas caractersticas;

b) Devem ser dimensionados para uma corrente (IF), no mnimo 20% superior nominal (In) do motor que ir proteger. Este critrio permite preservar o fusvel do envelhecimento prematuro, fazendo com que sua vida til, em condies normais, seja mantida:

EXEMPLO DE CLCULO:

Dimensionar os fusveis para proteger o motor WEG, de 5 cv, 220V / 60Hz, IV plos, supondo o seu tempo de partida (TP) seja 5 segundos (partida direta):

a) Resolvendo pelo primeiro critrio, tem-se:

Com o valor de 103,5A e o tempo de partida de 5 segundos, observa-se na curva acima, que os possveis fusveis so os de 25 e 35A.

b) Levando em considerao o segundo critrio, tem-se:

Logo, nota-se que o fusvel de 35A satisfaz a condio descrita acima.

3. CONTATORES

DEFINIO (DE NORMA):

Contator: Chave de operao no manual, eletromagntica, que tem uma nica posio de repouso e capaz de estabelecer, conduzir e interromper correntes em condies normais do circuito, inclusive sobrecargas no funcionamento.

Os principais elementos construtivos de um contator so:

Contatos; Ncleo; Bobina; Molas; Carcaa.

Contatos principais: aquele componente de ligao que, em estado fechado, conduz a corrente do circuito principal. So dimensionados com o objetivo principal de estabelecer e interromper correntes de motores, podendo ainda, acionar cargas resistivas, capacitivas e outras. Contatos auxiliares: So dimensionados para a comutao de circuitos auxiliares para comando, sinalizao e intertravamento eltrico, entre outras aplicaes.

SISTEMA DE ACIONAMENTO

O acionamento dos contatores pode ser realizado com corrente alternada (CA) ou contnua (CC), por serem dotados de sistemas especficos (bobina, ncleo) para cada tipo de corrente. O campo magntico produzido atravs da bobina, atraindo a parte mvel dos contatos, fazendo assim a movimentao dos contatos principais e auxiliares.

NOMENCLATURA DE CONTATOS EM CONTATORES

Segundo a IEC 947-4, a identificao de terminais de contatores e rels associados, para fornecer informaes a respeito da funo de cada terminal ou sua localizao com respeito a outros terminais ou para outras aplicaes. A seguir as definies da IEC 947-4 e comentrios :

Bobinas : So identificadas de forma alfanumrica com A1 e A2. Terminais do circuito principal (potncia) : Devem ser identificados por nmeros unitrios e por um

sistema alfanumrico. Os terminais 1L1, 3L2 e 5L3 voltam-se para a rede (fonte) e os terminais 2T1, 4T2 e 6T3 para a carga.

Terminais de contatos auxiliares : Os terminais dos circuitos auxiliares devem ser marcados ou identificados nos diagramas, atravs de figura com dois nmeros, a saber :

- a unidade representa a funo do contato; - a dezena representa a seqncia de numerao.

O exemplo a seguir ilustra este sistema de marcao:

Nmero de Funo : Os nmeros de funo 1,2 so prprios de contatos normalmente fechados e 3,4 prprios de contatos normalmente abertos.

Exemplo:

ACESSRIOS

Intertravamento Mecnico (BLIM)

a combinao que garante mecanicamente a impossibilidade de fechamento simultneo entre dois contatores. A sua montagem feita lateralmente, entre os dois contatores.

4. PROTETORES TRMICOS (SONDAS TRMICAS) PARA MOTORES ELTRICOS

Protegem os motores diretamente contra elevaes de temperaturas acima das especificaes. Normalmente aplicados em motores:

prova de exploso (sem ventilador); Com freqncia de manobras elevadas; Com tempo de partida muito elevado (partida lenta); Em ambientes quentes.

So determinados em funo da classe de isolamento dos motores.

TERMOSTATOS: Seu princpio de funcionamento baseia-se na deformao de lminas bimetlicas com o calor. Possuem contatos auxiliares NF que se abrem quando o elemento atinge determinada temperatura (por exemplo classe de isolamento de motores).Os termostatos so colocados entre as espiras, nas cabeas de bobina do motor. So ligados em srie com a bobina do contator principal.

Esquema genrico de ligao de termostatos em motores trifsicos

Para temperaturas acima da classe de isolamento do motor, os termostatos desligam a bobina do contator que alimenta o motor. O religamento ser possvel to logo o motor retorne temperatura nominal. Em motores trifsicos utiliza-se um termostato por fase, podendo ser utilizado dois termostatos por fase para operar em alarme e desligamento. Neste caso, os termostatos de alarme devero ser apropriados para atuao de temperatura prevista do motor e os termostatos de desligamento, devero atuar na temperatura da classe de isolamento do motor.

Para especificao do termostato necessrio comparar sua capacidade nominal de corrente com a corrente de comando.

Termostatos para sistemas de alarme

Termostatos para sistemas de desligamento

TERMISTORES PTC So dispositivos feitos de material semicondutor que, para um determinado valor de temperatura sofrem uma variao brusca no valor da sua resistncia. A utilizao de PTCs exige a instalao de um rel externo dedicado que recebe o sinal das sondas, atuando com base nele, interrompendo a alimentao dos contatores. O PTC (positive temperature coeficient) um termistor cuja resistncia aumenta bruscamente para um valor bem definido de temperatura. A instalao dos PTCs feita entre as espiras, nas cabeas de bobinas do motor, sempre do lado oposto ao ventilador. Normalmente utiliza-se um PTC por fase, quando estes esto ligados em srie.

Para temperaturas acima da classe de isolamento do motor, o PTC atravs de sua variao brusca de resistncia, sensibiliza o rel que desliga a bobina do contator, protegendo assim o motor. O religamento do motor ser possvel to logo o enrolamento volte temperatura normal. Esta temperatura est 5C abaixo da temperatura nominal de atuao.

TERMORESISTNCIAS PT100: So elementos que tm sua operao baseada na caracterstica de variao linear de resistncia com a temperatura intrnseca a alguns materiais. Os elementos mais utilizados nesta rea so a platina e o nquel, que possuem uma resistncia de 100a 0C e o cobre com 10a 0C. Esses elementos possuem resistncia calibrada que varia linearmente com a temperatura, possibilitando um acompanhamento contnuo do processo de aquecimento do motor, pelo display do controlador. Esse sistema de proteo permite ainda a sinalizao de advertncia com sinais luminosos ou sonoros, antes da temperatura alcanar limites proibitivos. , por isso, o sistema de custo mais elevado, havendo necessidade da instalao de um controlador dedicado.

Desenho esquemtico de ligao de termistores em motores trifsicos

Desenho genrico de ligao de termoresistncias em motores trifsicos

Valores da resistncia eltrica em funo da temperatura

Deflexo do bimetal

RELS DE SOBRECARGA Rels de sobrecarga so dispositivos baseados no princpio de dilatao de partes termoeltricas (bimetlicos). A operao de um rel est baseado nas diferentes dilataes que os metais apresentam, quando submetidos a uma variao de temperatura. Rels de sobrecarga so usados para proteger equipamentos eltricos, como motores transformadores, de um possvel superaquecimento.O superaquecimento de um motor pode, por exemplo, ser causado por:

Sobrecarga mecnica na ponta do eixo; Tempo de partida muito alto; Rotor bloqueado; Falta de uma fase; Desvios excessivos de tenso e freqncia da rede.

Em todos estes casos citados acima, o incremento de corrente (sobrecorrente) no motor monitorado em todas as fases pelo rel de sobrecarga. A figura representa esquematicamente um rel trmico de sobrecarga.

Este pode ser dividido em duas partes: Circuito principal ou de potncia: composto por uma carcaa de material isolante, trs bimetais de aquecimento, alavanca de desarme,

terminais de entrada (1, 3 e 5) e terminais de sada (2, 4 e 6). Circuito auxiliar ou de comando: Consiste basicamente dos contatos auxiliares (NA e NF) por onde circula a corrente de comando, boto de

regulagem, boto de rearme (reset), boto de seleo (manual e automtico) e bimetal de compensao da temperatura (d condies ao rel de operar na faixa de 20C a 50C sem modificao da curva de desarme.

Com a circulao da corrente nominal do motor (para a qual o rel est regulado), os bimetais curvam-se. Isto porque o bimetal uma liga de dois materiais com coeficientes de dilatao diferentes: A curvatura do bimetal se d para o lado do material de menor coeficiente.

1 Boto de Rearme; 2 Contatos Auxiliares; 3 Boto de Teste; 4 Lmina Bimetlica Auxiliar; 5 Cursor de Arraste; 6 Lmina Bimetlica Principal;

Representao esquemtica de um rel trmico de sobrecarga

DISJUNTOR - Os disjuntores em caixa moldada so dispositivos destinados a proteo de circuitos de distribuio. Atualmente, o dispositivo mais comum de proteo em baixa tenso. Em sua grande maioria, so termomagnticos, equipados com disparadores trmicos (que possui uma caracterstica considerada de longa durao) e disparadores eletromagnticos (instantneos). Geralmente, so montados em quadros de distribuio.

RELS DE TEMPO: So temporizadores para controle de tempos de curta durao. Utilizados na automao de mquinas e processos industriais, especialmente em sequenciamento, interrupes de comandos e em chaves de partida. RELS DE TEMPO COM RETARDO NA ENERGIZAO: Aplicados no sequenciamento de comandos e interrupes, painis de comando, chaves compensadoras. Funcionamento: O rel comuta seus contatos de sada, aps transcorrido o tempo selecionado na escala,sendo o incio de temporizao dado quando da energizao dos terminais de alimentao A1 A2.

REL DE TEMPO ESTRELA-TRINGULO : Especialmente fabricado para utilizao em chaves de partida estrela tringulo. Este rel possui dois circuitos de temporizao em separado, sendo um de tempo varivel para controle do contator que executa a conexo estrela, e outro, com tempo pr-estabelecido e fixo (100ms) para controle do contator que executa a conexo tringulo. Funcionamento- Aps aplicada tenso nominal aos terminais A1 A2, o contato da sada da etapa de temporizao estrela comuta (15 18). Aps decorrida a temporizao selecionada (0 a 30 seg.) o contato de sada da etapa estrela retorna ao repouso (15 16), principiando ento a contagem do tempo fixo (100ms), ao fim do qual atuado o contato de sada da etapa tringulo (25 28).

a instante da comutao; b retorno ao repouso; T temporizao selecionada.

A1 A2 alimentao; 15 contato comum; 16 contato NF; 18 contato NA.

Diagrama de funcionamento

a instante da comutao; b retorno ao repouso; T1 tempo ajustvel para conexo estrela; T2 tempo fixo para conexo tringulo (100ms).

Diagrama de ligao

A1 A2 alimentao; 15 25 contato comum; 16 26 contato NF; 18 28 contato NA.

5- COMANDO E SINALIZAO - Elementos de comando so utilizados no ligamento e desligamento de circuitos eltricos, assim como sua sinalizao. Possui contatos NA e NF que se invertem ao acionar manualmente e retornam a posio de repouso atravs da mola.

PROTOTIPO DE UM BOTO DE PULSO COM CONTATO METLICO

Botes

Simples Cogumelo 40mm Emergncia 40mm Emergncia Alto 40mm

Seletores Knob Curto Knob Longo Com Chave

Manipuladores

Botes Iluminados Simples Cogumelo 40mm

Sinaleiros Difuso Refratrio

Sinaleiros Monobloco Blocos de Contatos Simples Duplo Bloco para Reteno

Blocos para Iluminao Direta CA/CC Resistor + Diodo CA Com Resistor CA/CC Com transformador 50/60Hz Multifuno 50/60Hz

6. NOES FUNDAMENTAIS DE ACIONAMENTOS ELTRICOS Motor eltrico - mquina destinada a transformar energia eltrica em energia mecnica, isto na ponta do eixo. Vantagens: baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e simplicidade de comando. A sua construo simples, custo reduzido, grande versatilidade de adaptao s cargas dos mais diversos tipos e melhores rendimentos.

Tipos de motores eltricos:

a) Motores de corrente contnua: Precisam de uma fonte de corrente contnua que converta a corrente alternada comum em contnua. Vantagens: velocidade ajustvel, controles de grande flexibilidade e preciso.

Desvantagem: alto custo.

b) Motores de corrente alternada: So os mais utilizados, porque a distribuio de energia eltrica normalmente em corrente alternada, sendo que h dispositivos (inversores) que distribuem outras formas de energia.

Tipos :

- Motor assncrono de induo trifsico: funciona com velocidade varivel ou fixa. simples, robusto e de baixo custo, o motor mais utilizado de todos. Controla-se a velocidade dos motores de induo com o auxlio de inversores de freqncia.

-

composto de duas partes:

Motor Weg

Estator:

- as chapas so de ao magntico, tratadas termicamente para reduzir ao mnimo as perdas no ferro. - Enrolamento trifsico (8 Carcaa (1) : a estrutura suporte do conjunto; de construo robusta em ferro

fundido, ao ou alumnio injetado, resistente corroso e com aletas. - Ncleo de chapas (2):): trs conjuntos iguais de bobina, uma para cada fase, formando um sistema trifsico

ligado rede trifsica de alimentao.

Rotor:

- Eixo (7): transmite a potncia mecnica desenvolvida pelo motor. tratado termicamente para evitar problemas como empenamento e fadiga.

- Ncleo de chapas (3): as chapas possuem as mesmas caractersticas das chapas do estator. - Barras e anis de curto-circuito (12): so de alumnio injetado sob presso numa nica pea.

Outras partes do motor de induo trifsico:

- Tampa (4); - Ventilador (5); - Tampa defletora (6); - Caixa de ligao (9); - Terminais (10); - Rolamentos (11)

CARACTERSTICAS NOMINAIS DE UM MOTOR ELTRICO

- Corrente nominal (IN): corrente cujo valor especificado pelo fabricante do equipamento de utilizao, em A; - Tenso nominal (UN ): tenso atribuda a um equipamento por seu fabricante, e serve de referncia para projeto, funcionamento e realizao de ensaios, em V; - Potncia Nominal (PN ou SN): potncia (ativa ou aparente) de entrada atribuda pelo fabricante, quando o equipamento funciona sob tenso e freqncia nominais, na temperatura normal e com carga normal ou na condio adequada de dissipao de calor, em W, kW ou VA, kVA; - Frequncia nominal (HZ): freqncia atribuda pelo fabricante e qual so referidas as outras grandezas nominais do equipamento, geralmente de 50 ou 60 Hz.

Para motores eltricos, a potncia nominal indicada na placa a potncia mecnica til no eixo do rotor ( kW ou cv ), isto , a potncia de sada no seu eixo. De maneira semelhante, para certos aparelhos de iluminao, a potncia nominal indicada a potncia (total) das lmpadas. Em ambos os casos deve ser considerado o rendimento (), razo entre a potncia de sada, designada por P`N e, a potncia de entrada PN.

=

=

`

O fator de potncia nominal (cos ) definido como razo entre a potncia nominal ativa (PN) e a potncia nominal aparente (SN).

cos =PS

Pode-se determinar, para os equipamentos de utilizao, as seguintes expresses relacionando os valores nominais:

= cos

Sendo: t = 3 para equipamentos trifsicos e 1 para os monofsicos. UN = tenso de fase para equipamentos monofsicos UN = tenso de linha a linha para equipamentos trifsicos PN e SN = so potncias totais para equipamentos trifsicos

Introduzindo a potncia de sada (P`N) na expresso, obtm-se;

=`

cos

Exerccio 1: Calcular a corrente nominal do motor de induo trifsico tipo gaiola de 15 cv, 380 V, com = 0,8 e cos = 0,85. OBS: 1 cv = 736 W

Exerccio 2: Calcular o rendimento de um motor eltrico de induo trifsico tipo gaiola de 7,36 kW, 380 V, IN = 6 A, cos = 0,82

Exerccio 3: dada uma churrasqueira com resistncia eltrica de 3 kW, com = 60 % em 220 Vca, calcular a corrente eltrica ativa de entrada na churrasqueira.

OBS: cos = 1 Neste caso (sistema monofsico), teremos: Achar PN e IN

Potncias:

Potncia aparente (S): o resultado da multiplicao da tenso pela corrente (S = U x I para sistemas monofsicos e S = 1,732 x U x l, para sistemas trifsicos). Corresponde potncia que existiria se no houvesse defasagem da corrente, ou seja, se a carga fosse formada por resistncias. Ento:

S = P . cos (V A)

Evidentemente, para as cargas resistivas, cos = 1 e a potncia ativa se confunde com a potncia aparente. A unidade de medida para potncia aparente o volt-ampre (VA) ou seu mltiplo, o quilo-volt-ampre (kVA)

Potncia ativa (P): a parcela da potncia aparente que realiza trabalho ( gerando calor, luz, movimento ), ou seja, que transformada em energia. medida em kW. A fig. 1 mostra uma ilustrao disto.

P = 1,732 x U x l x cos (W) Ou P = S . cos (W)

Potncia ativa (kW) Potncia reativa (Q): a parcela da potncia que no realiza trabalho. Apenas transferida e armazenada nos

elementos passivos (capacitores e indutores) do circuito. Apenas para criar e manter os campos eletromagnticos das cargas indutivas. medida em kvar. A figura ilustra esta definio.

Potncia reativa (kvar) Assim, enquanto a potncia ativa sempre consumida na execuo de trabalho, a potncia reativa, alm de no produzir trabalho, circula entre a carga e a fonte de alimentao, ocupando um espao no sistema eltrico que poderia ser utilizado para fornecer mais energia ativa.

Q = 1,732 x U x l x sen (V Ar) ou

Q = S x sen (V Ar)

Potncia Aparente

Potncia Ativa

Potncia Reativa

Relao das potncias no copo de chopp

FATOR DE POTNCIA

O fator de potncia, indicado por cos relao entre a potncia real (ativa) P e a potncia aparente S.

cos = P 1 = P (kW) x 1000 S 1,732 x U x lAssim: - Carga resistiva: cos = 1 - Carga indutiva: cos atrasado (corrente atrasada em relao tenso)- Carga capacitiva: cos adiantado (corrente adiantada em relao a tenso)

Os termos, atrasado e adiantado, referemapenas potncia ativa que depois convertida em trabalho mecnico, mas tambm potncia reativa, necessria para magnetizao, mas que no produz trabalho. potncia reativa, que somadas resultam na potncia aparente S. A relao entre potncia ativa, medida em kW e a potncia aparente medida em kVA, chama

Consideraes do fator de potncia:

fator de potncia ideal igual a 1; Quanto maior a potncia reativa, menor o fator de potncia; A legislao exige que o mnimo fator de potncia seja igual a 0,92;

Obs: O fator de potncia permitido pelas concessionrias de epermitido nas empresas de 0,92, ou sejapotncia aparente estar prxima da ativa,fazendo com que a potncia aparente seja usada racionalmente.Visando otimizar o aproveitamento do sistema eltrico brasileiro, reduzindo o trnsito de energia reativa nas linhas de transmisso, subtransmisso e distribuio, a portaria do DNAEE nmero 85, de 25 de maro de 1992, determina que o fator de potncia de referncia das cpotncia, d maior disponibilidade de potncia ativa no sistema, j que a energia reativa limita a capacidade de transporte de energia til.

TRINGULO DE POTNCIAS

O fator de potncia, indicado por cos , onde o ngulo de defasagem da tenso em relao corrente , a relao entre a potncia real (ativa) P e a potncia aparente S.

P (kW) x 1000 S 1,732 x U x l

atrasado (corrente atrasada em relao tenso) adiantado (corrente adiantada em relao a tenso)

rasado e adiantado, referem-se fase da corrente em relao fase da tenso. Um motor no consome apenas potncia ativa que depois convertida em trabalho mecnico, mas tambm potncia reativa, necessria para magnetizao, mas que no produz trabalho. Na figura que segue, o vetor P representa a potncia ativa e o Q a potncia reativa, que somadas resultam na potncia aparente S. A relao entre potncia ativa, medida em kW e a potncia aparente medida em kVA, chama-se fator de potncia.

Vetores

aes do fator de potncia:

fator de potncia ideal igual a 1; Quanto maior a potncia reativa, menor o fator de potncia; A legislao exige que o mnimo fator de potncia seja igual a 0,92;

Obs: O fator de potncia permitido pelas concessionrias de energia eltrica para motores de induo de CA permitido nas empresas de 0,92, ou seja, o cos = 0,92. Se o cos for menor que 0,92, haver multa. O ideal a potncia aparente estar prxima da ativa, desta forma, obter-se- menor ngulo de defasagem efazendo com que a potncia aparente seja usada racionalmente.

o aproveitamento do sistema eltrico brasileiro, reduzindo o trnsito de energia reativa nas linhas de transmisso, subtransmisso e distribuio, a portaria do DNAEE nmero 85, de 25 de maro de 1992, determina que o fator de potncia de referncia das cargas passasse dos ento atuais 0,85 para 0,92. A mudana do fator de potncia, d maior disponibilidade de potncia ativa no sistema, j que a energia reativa limita a capacidade de

o ngulo de defasagem da tenso em relao corrente , a

se fase da corrente em relao fase da tenso. Um motor no consome apenas potncia ativa que depois convertida em trabalho mecnico, mas tambm potncia reativa, necessria para

Na figura que segue, o vetor P representa a potncia ativa e o Q a potncia reativa, que somadas resultam na potncia aparente S. A relao entre potncia ativa, medida em kW e a

nergia eltrica para motores de induo de CA for menor que 0,92, haver multa. O ideal a

menor ngulo de defasagem entre as potncias,

o aproveitamento do sistema eltrico brasileiro, reduzindo o trnsito de energia reativa nas linhas de transmisso, subtransmisso e distribuio, a portaria do DNAEE nmero 85, de 25 de maro de 1992, determina

argas passasse dos ento atuais 0,85 para 0,92. A mudana do fator de potncia, d maior disponibilidade de potncia ativa no sistema, j que a energia reativa limita a capacidade de

O motor eltrico uma pea fundamental, pois dentro das indstrias representa mais de 60% do consumo de energia. Logo, imprescindvel a utilizao de motores com potncia e caractersticas bem adequadas a sua funo. O fator de potncia varia com a carga do motor.

Principais Conseqncias

- Acrscimo na conta de energia eltrica por estar operando com baixo fator de potncia; - Limitao da capacidade dos transformadores de alimentao; - Sobrecarga nos equipamentos de manobra, limitando sua vida til; - Necessidade de aumento do dimetro dos condutores; - Necessidade de aumento da capacidade dos equipamentos de manobra e de proteo.

Causas do Baixo fator de Potncia

- Motores de induo trabalhando a vazio; - Motores superdimensionados para sua necessidade de trabalho; - Transformadores trabalhando a vazio ou com pouca carga; - Fornos de induo ou a arco; - Mquinas de solda; - Nvel de tenso acima do valor nominal provocando um aumento do consumo de energia reativa.

Onde Corrigir o Baixo Fator de Potncia?

Uma forma econmica e racional de se obter a energia reativa necessria para a operao adequada dos equipamentos a instalao de capacitores em paralelo com a carga. A instalao de capacitores, porm, deve ser precedida de medidas operacionais que levem diminuio da necessidade de energia reativa, como o desligamento de motores e outras cargas indutivas ociosas ou superdimensionadas.

Tipos de correo:

Correo por grupos de cargas: o capacitor instalado de forma a corrigir um setor ou um conjunto de pequenas mquinas (

Por exemplo: um motor eltrico trifsico de 100cv (75kW), operando com 100% da potncia nominal, com fator de potncia original de 0,90. O fator de potncia desejado de 0,95.

Soluo: utiliza-se da tabela na interseo da linha 0,90 com a coluna de 0,95, obtm-se o valor de 0,155, que multiplicado pela potncia do motor em kW, resulta no valor da potncia reativa necessria para elevar-se o fator de potncia de 0,90 para 0,95.

kVAr necessrio = 75 x 0,155 = 11,625 kVAr

Deseja-se corrigir o fator de potncia para 0,92 de uma carga de 930 kW, 380 V e f.p.= 0,65:

- Sem Correo do Fator de Potncia:

Potncia aparente inicial = 930 = 1431 kVA 0,65

Corrente inicial = 930.000 = 2174A 1,732 . 380 . 0,65

- Com Correo do Fator de Potncia:

Potncia aparente final = 930 = 1011 kVA 0,92 Corrente final = 930.000 = 1536A 1,732 . 380 . 0,92

Defasagem (): o atraso da onda de corrente em relao a onda da tenso. Em vez de ser medido em tempo (segundos), este atraso geralmente medido em ngulo (graus) correspondente frao de um ciclo completo considerando 1 ciclo = 360. Mas comumente a defasagem expressa pelo cosseno do ngulo.

EXERCCIOS PROPOSTOS:

1- Defina potncia ativa, reativa e aparente.

2- Construa o tringulo das potncias e demonstre as relaes entre as potncias ativa, reativa e aparente.

3- Um equipamento tem potncia ativa de 500 kW com fator de potncia de 0,5. Calcule suas potncias aparente e reativa.

4- Defina fator de potncia. 5- Quais so as causas de um baixo fator de potncia? 6- Quais as vantagens da correo do fator de potncia? 7- Calcule e corrija o fator de potncia das seguintes instalaes:

a) 30 motores eltricos de 10 cv com FP = 0,85 b) 100 motores eltricos de 50 cv com FP = 0,87 c) 03 motores eltricos de 150 cv com FP = 0,88

7. CARACTERSTICAS DA REDE DE ALIMENTAO

O sistema

No Brasil, o sistema de alimentao pode ser monofsico ou domsticos, comerciais e rurais, enquanto o sistema trifsico, em aplicaes industriais, ambos em 60 Hz.

Trifsico

As tenses trifsicas mais usadas nas redes industriais so:

* Baixa tenso: 220V, 380V e 440V (usuais). < 1000 VCA* Mdia tenso: 2300V, 4160V e 6600V > 1000 e < 36200 VCA* Alta tenso: > 36000 VCA

O sistema trifsico estrela de baixa tenso, consiste de trs condutores de fase e o condutor neutro, sendo este, conectado ao ponto estrela do gerador ou secundrio dos transformadores.

Monofsico

As tenses monofsicas padronizadas no Brasil so as de 115V (conhecida como 110V), 127V e 220V.Os motores monofsicos so ligados a duas faAssim a tenso nominal do motor monofsico dever ser igual tenso Uf ou Ul do sistema.

Quando vrios motores monofsicos so conectados ao sistema trifsico (formado por trs sistemadeve-se tomar o cuidado para distribu

CARACTERSTICAS DA REDE DE ALIMENTAO

No Brasil, o sistema de alimentao pode ser monofsico ou trifsico. O sistema monofsico utilizado em servios domsticos, comerciais e rurais, enquanto o sistema trifsico, em aplicaes industriais, ambos em 60 Hz.

As tenses trifsicas mais usadas nas redes industriais so:

V, 380V e 440V (usuais). < 1000 VCA * Mdia tenso: 2300V, 4160V e 6600V > 1000 e < 36200 VCA

O sistema trifsico estrela de baixa tenso, consiste de trs condutores de fase e o condutor neutro, sendo este, conectado ao ponto estrela do gerador ou secundrio dos transformadores.

Sistema trifsico estrela

As tenses monofsicas padronizadas no Brasil so as de 115V (conhecida como 110V), 127V e 220V.Os motores monofsicos so ligados a duas fases (tenso de linha U) ou uma fase e o neutro ( tenso de fase U). Assim a tenso nominal do motor monofsico dever ser igual tenso Uf ou Ul do sistema.

Quando vrios motores monofsicos so conectados ao sistema trifsico (formado por trs sistemase tomar o cuidado para distribu-los de maneira uniforme, evitando-se assim, desequilbrio entre as fases.

trifsico. O sistema monofsico utilizado em servios domsticos, comerciais e rurais, enquanto o sistema trifsico, em aplicaes industriais, ambos em 60 Hz.

O sistema trifsico estrela de baixa tenso, consiste de trs condutores de fase e o condutor neutro, sendo este,

As tenses monofsicas padronizadas no Brasil so as de 115V (conhecida como 110V), 127V e 220V. ses (tenso de linha U) ou uma fase e o neutro ( tenso de fase U).

Assim a tenso nominal do motor monofsico dever ser igual tenso Uf ou Ul do sistema.

Quando vrios motores monofsicos so conectados ao sistema trifsico (formado por trs sistemas monofsicos), se assim, desequilbrio entre as fases.

8. ACIONAMENTOS ELTRICOS EM BAIXA TENSO

o estudo dos mtodos utilizados para o acionamento de motores eltricos , bem como dos dispositivos necessrios.

Diagramas:

Potncia / circuito de fora- Comando / circuito de comando

Tipos de Chaves de Partida Automtica

Equipamentos de manobra e proteo com funes de acionar e desligar motores eltricos sob condies normais, de sobrecarga ou mesmo e

Vantagens :

Proteo do operador contra possveis acidentes; Proteo dos motores contra: falta de fase, sobrecarga, variaes na tenso, curto circuito, defeitos na

ventilao, aquecimento e outros; Proteo das instalaes eltricas

partida de motores; Diminuir as correntes de partida de motores, quando for necessrio; Permitir uma ligao rpida e segura do motor; Permitir o comando manual ou automtico a distncia e co

Temporizadores, Sensores

8.1 Partida Direta Neste caso o motor parte com valores de conjugado (torque) e corrente recebem tenso nominal conforme as figuras 8

Figura 8A - Ligao e tenso em tringulo (ULigao dos terminais do motor tringulo

Diagrama de comando (a)

ACIONAMENTOS ELTRICOS EM BAIXA TENSO o estudo dos mtodos utilizados para o acionamento de motores eltricos , bem como dos dispositivos

- representa o circuito principal, que conduz a corrente de carga do motor.circuito de comando- o circuito que ir comandar o circuito principal.

Tipos de Chaves de Partida Automtica

Equipamentos de manobra e proteo com funes de acionar e desligar motores eltricos sob condies normais, de sobrecarga ou mesmo em curto circuito.

Proteo do operador contra possveis acidentes; Proteo dos motores contra: falta de fase, sobrecarga, variaes na tenso, curto circuito, defeitos na ventilao, aquecimento e outros; Proteo das instalaes eltricas contra variaes na tenso provenientes dos picos de corrente de partida de motores; Diminuir as correntes de partida de motores, quando for necessrio; Permitir uma ligao rpida e segura do motor; Permitir o comando manual ou automtico a distncia e com auxilio dos seguintes dispositivos:

Sensores, Termostato, Chaves fim de curso

Neste caso o motor parte com valores de conjugado (torque) e corrente de partida plenos, pois suas bobinas recebem tenso nominal conforme as figuras 8A e 8B:

Ligao e tenso em tringulo (U) Figura 8B - Ligao e tenso em estrela (UY).Ligao dos terminais do motor tringulo Ligao dos terminais do motor em estrela

Diagrama de fora

o estudo dos mtodos utilizados para o acionamento de motores eltricos , bem como dos dispositivos

representa o circuito principal, que conduz a corrente de carga do motor. o circuito que ir comandar o circuito principal.

Equipamentos de manobra e proteo com funes de acionar e desligar motores eltricos sob condies

Proteo dos motores contra: falta de fase, sobrecarga, variaes na tenso, curto circuito, defeitos na

contra variaes na tenso provenientes dos picos de corrente de

m auxilio dos seguintes dispositivos:

de partida plenos, pois suas bobinas

Ligao e tenso em estrela (UY). do motor em estrela

fora (b)

Sempre que a instalao permitir, o tipo de partida deve ser direta, j que o motor foi projetado para estas condies (corrente e tenses nominais). A corrente elevada de partida do motor ocasiona as seguintes conseqncias prejudiciais:

Acentuada queda de tenso no sistema de alimentao da rede, o que ocasiona interferncias em equipamentos instalados no sistema;

Exigncia de superdimensionamento de condutores e componentes pois se no feito isto, ocorre a reduo drstica da vida til destes;

A imposio das concessionrias de energia eltrica, que limitam a queda de tenso na rede;

8.2- Partida direta com reverso A chave reversora um componente muito utilizado em esquemas eltricos para realizar a inverso de sentido de rotao de motores eltricos trifsicos. Estas chaves so formadas por uma srie de componentes eltricos que atravs de uma lgica realizam a inverso de duas fases que transmitem eletricidade para o motor.

As chaves reversoras com comandos eltricos, na sua extensa maioria, so constitudas por pares de contatores ou disjuntores motorizados. As chaves dedicadas, ou seja, construdas com a finalidade especfica de efetuar a comutao das fontes, no so muito conhecidas, especialmente no Brasil, onde no h fabricante que oferea esta opo aos montadores de grupos geradores.

A no utilizao da chave reversora pode causar srios riscos s instalaes e s pessoas, da seguinte forma: Queima de equipamentos, no momento da energia fornecida pela concessionria, caso o grupo gerador esteja

funcionando sem chave reversora e o disjuntor geral encontra-se indevidamente ligado; Riscos para as pessoas e possibilidades de incndios provocados por descargas eltricas sobre materiais

combustveis, como conseqncia do evento citado no item anterior; Energizao indevida da rede eltrica da concessionria, podendo vitimar eletricistas que estejam trabalhando

na rede ou quadro de medio; O acionamento da chave reversora (se manual) somente deve acontecer com os equipamentos desligados (sem

carga).

Todas as concessionrias de energia exigem que as chaves reversoras sejam dotadas de intertravamento mecnico. Adicionalmente, nas chaves com intertravamento eltrico, so utilizados contatos auxiliares para fazer o intertravamento eltrico.

- Intertravamento Eltrico e Mecnico: o intertravamento so conexes mecnicas, eltricas, eletromecnicas ou eletrnicas que relaciona dois mecanismos, tornando-os interdependentes, ou seja, a liberao da operao de um mecanismo depende de condies predeterminadas de outro e vice-versa. Aplicam-se as operaes de chaves de manobras dos sistemas eltricos, onde a possibilidade do fechamento de uma est condicionada a condio prvia da abertura de outra chave e vice-versa. No atendida esta condio o sistema trava, impedindo a operao e, evitando-se manobras indesejveis.

Intertravamento Eltrico: Este tipo de intertravamento consiste em proteger o sistema eletricamente atravs dos contatos do prprio contator, ou seja, em cada bloco onde se tem uma bobina existe um contato NF da outra bobina que esta evidentemente acionada, assim proporcionando a abertura do seu contato NF impedindo que mesmo que se acione outro boto liga a corrente no ira chegar at o contator devido este intertravamento eltrico.

Vantagem e desvantagem: Pelo fato de que esta proteo feita pelos prprios contatos dos contatores, no se gasta nada em termos

de custo, assim se torna mais econmico o intertravamento eltrico do que o mecnico; Porem se tem a desvantagem de que a proteo mecnica mais segura, proporcionando maior confiana.

Intertravamento Mecnico: Este acessrio tem a funo de intertravar dois contatores de mesmo tipo. Caso um contator esteja ligado, o outro no poder ser ligado tambm. Os dois podero ficar desligados, mas nunca ligados ao mesmo tempo. O intertravamento mecnico montado na parte posterior do contator. O principio de funcionamento deste acessrio que no momento em que o mesmo acionado ele trava mecanicamente os contatos da bobina impossibilitando que os mesmos fechem.

Vantagem e desvantagem: Proporciona um maior custo ao circuito pelo fato da compra deste acessrio, j que no eltrico a proteo

feita por contatos, isto seria a desvantagem; Por outro lado possui a vantagem de proporcionar uma maior segurana ao circuito, j que este acessrio

tem somente esta funo.

Diagrama de comando

8.3 - Partida Estrela-Tringulo

Consiste na alimentao do motor com reduo de tenso nas bobinas, durante a partida.Na partida executa-se ligao estrela no motor (apto a receber tenso de estrela tenso de tringulo (U), ou seja3 ) da tenso que deveriam receber.

Aps a partida o motor deve ser ligado

Proporciona um maior custo ao circuito pelo fato da compra deste acessrio, j que no eltrico a proteo feita por contatos, isto seria a desvantagem;

tro lado possui a vantagem de proporcionar uma maior segurana ao circuito, j que este acessrio tem somente esta funo.

Diagrama de comando Diagrama de fora

Tringulo

Consiste na alimentao do motor com reduo de tenso nas bobinas, durante a partida.se ligao estrela no motor (apto a receber tenso de estrela UY), porm, alimenta

seja, tenso da rede. Assim, as bobinas do motor recebem aproximadamente 58% (da tenso que deveriam receber.

Ligao estrela com tenso de tringulo

Aps a partida o motor deve ser ligado em tringulo, assim as bobinas passam a receber a tenso nominal.

Ligao tringulo com tenso de tringulo

Proporciona um maior custo ao circuito pelo fato da compra deste acessrio, j que no eltrico a proteo

tro lado possui a vantagem de proporcionar uma maior segurana ao circuito, j que este acessrio

Diagrama de fora

Consiste na alimentao do motor com reduo de tenso nas bobinas, durante a partida. UY), porm, alimenta-se com

o da rede. Assim, as bobinas do motor recebem aproximadamente 58% (1/

em tringulo, assim as bobinas passam a receber a tenso nominal.

Este tipo de chave proporciona reduo da corrente de partida e do conjugado para aproximadamente 1/3, ou seja, 33% dos valores correspondentes na partida direta.

Principio de funcionamento: O motor parte com ligao em estrela, a corrente fica reduzida para 33% da corrente de partida na ligao tringulo, aps atingir aproximadamente 85% da rotao nominal, ou 10segundos (tempo para ligar em tringulo), o motor passa para ligao tringulo, e assume a corrente nominal.

Apropriada para mquinas com conjugado resistente de partida at 1/3 do conjugado de partida do motor. necessrio que o motor tenha tenso mltipla para que se possa fazer esse tipo de partida, e que a menor tenso coincida com a tenso da rede. Os motores devero ter no mnimo seis bornes de ligao. Tipos de tenso mltipla:

220 / 380V 380 / 660V 440 / 760V

Vantagens: Parte o motor com corrente reduzida, na ordem de 33% da I da ligao tringulo; No provoca distrbios na rede eltrica.

Desvantagens: Somente em partidas da mquina a vazio, ou seja, sem carga; Custo elevado; Elevado nmero de manobras.

Diagrama de comando, com Diagrama de fora com rel de tempo Y

- Seqncia Operacional (Com Rel de Tempo Estrelatringulo):

O boto pulsador S1 aciona o rel de tempo KT1, que atravs do seu contato 15-18 energiza o contator estrela K3. Este, por seu contato 13-14 alimenta a bobina do contator de rede K1.

O motor inicia a rotao em Estrela: O contator K1 retm-se por seu contato 43-44, e o contato 13-14 deste mantm a energizao do rel de tempo KT1 e do contator estrela K3. Aps decorrida a temporizao selecionada em KT1, o mesmo abre seu contato 15-18, desenergizando o contator K3. Aps decorrido o tempo pr-estabelecido de 100ms (fixo) o contato 25-28 do rel de tempo fecha-se, energizando o contator tringulo K2. O motor passa para a ligao Tringulo: O religamento, mesmo que acidental, de K3 evitado pela existncia do contato 21-22 de K2 no circuito de alimentao da bobina de K3.

8.4 - Partida Compensadora

Esta chave de partida alimenta o motor com tenso reduzida em suas bobinas, na partida. A reduo de tenso nas bobinas (apenas durante a partida) feita atravs da ligao de um auto-transformador em srie com as mesmas. Aps o motor ter acelerado as bobinas voltam a receber tenso nominal. A reduo da corrente de partida depende do Tap em que estiver ligado o autotransformador. TAP 65% , reduo para 42% do seu valor de partida direta; TAP 80% , reduo para 64% do seu valore de partida direta. .

Diagrama de comando Diagrama de fora

8.5 - Comparativo Estrela Tringulo X Compensadora

Estrela Tringulo Compensadora Custo menor Custo maior Menores dimenses Tipo de chave com maiores dimenses Deve partir praticamente a vazio Admite com carga (pode variar o tap conforme

exigncia da carga) Ex: partidas longas Corrente de partida reduzida para 33% Corrente de partida reduzida:

No tap 80% para 64%; No tap 65% para 42%.

8.5.1 - Escolha da Chave em Funo do Motor e da Rede

Possibilidade de utilizao de uma chave de partida em funo da tenso da rede e de sua combinao de tenses

(execuo dos enrolamentos).

8.6 Chave Eletrnica ( SOFT STARTER Partida Suave ) So semelhantes aos inversores, porm no mudam a freqncia. Faz o controle da tenso com o aumento gradual durante a partida, permitindo assim o aumento gradual da corrente (pelo controle de tenso ) e do torque, at vencer o conjugado da carga, sendo que em seguida limitada a corrente de partida para o valor ideal. uma chave de partida a estado slido, a qual consiste de um conjunto de pares de tiristores (SCR) (ou combinaes de tiristores/diodos), um em cada borne de potncia do motor. O ngulo de disparo de cada par de tiristores controlado eletronicamente para aplicar uma tenso varivel aos terminais do motor durante a acelerao. No final do perodo de partida, ajustvel tipicamente entre 2 e 30 segundos, a tenso atinge seu valor pleno aps uma acelerao suave ou uma rampa ascendente, ao invs de ser submetido a incrementos ou saltos repentinos. Com isso, consegue-se manter a corrente de partida (na linha) prxima da nominal e com suave variao. Alm da vantagem do controle da tenso (corrente) durante a partida, a chave eletrnica apresenta tambm a vantagem de no possuir partes mveis ou que gerem arco, como nas chaves mecnicas. Este um dos pontos fortes das chaves eletrnicas, pois sua vida til torna-se mais longa.

So utilizadas basicamente para partidas de motores de induo CA, tipo gaiola, em substituio aos mtodos estrela tringulo, compensadora ou partida direta. Geralmente utilizadas para acionamento de motores eltricos de alta potncia.

Vantagens: No provoca trancos no sistema Corrente de partida suave Evita picos de corrente Parada suave

Execuo dos Enrolamentos

Tenso de servio

Partida com chave

estrela-tringulo

Partida com chave

compensadora

Partida com chave

srie-paralela

Partida com soft-starter

220/380

220V 380V

SIM NO

SIM SIM

NO NO

SIM SIM

220/440/230/460

220V/230V 440V/460V

NO NO

SIM SIM

SIM NO

SIM SIM

380/660 380V SIM SIM NO SIM 220/380/440/760

220V 380 440

SIM NO SIM

SIM SIM SIM

SIM NO NO

SIM SIM SIM

8.7 - Inversores De Frequncia um dispositivo eletrnico, que a partir da tenso e frequncia constante da rede, consegue-se obter um sistema trifsico com frequncia varivel. A finalidade bsica de um inversor de frequncia controlar a velocidade de motores eltricos assncronos de induo trifsicos de C.A . Substituindo assim os antigos variadores mecnicos e os motores de corrente contnua. So aplicados nos mais diversos segmentos industriais, tais como: Agitadores e misturadores; Esteiras misturadoras; Linhas de esmaltao; Classificao e outros.

Vantagens: Programao flexvel; Proteo programvel contra sobrecorrentes, subcorrentes, falta de fase; Podem ser alimentados por rede de C.A monofsico para motores trifsicos at 3CVs e rede trifsica para

motores acima de 3CVs; Possui IHM; Preciso de velocidade; Parmetros de leitura e regulao; Multispeed.

Princpios Bsicos de Construo e Funciona

Os inversores de frequncia possuem eletronicamente quatro circuitos bsicos:

Retificador composto por uma ponte retificadora trifsica. Esta ponte retificadora recebe a tenso direta da rede de alimentao que pode ser monofsica ou trifsica, e esta devidamente protegida com um filtro de varistores para absoro de possveis elevaes de te

Circuito Link DC composto por um banco de capacitores. A finalidade armazenar energia para o circuito de potncia, esta energia provm do circuito retificador.

Circuito de potncia onde esto os transistores

Unidade de controle microprocessada comando, conforme programao de parametrizao.

Princpio de funcionamento

A frmula que define a velocidade nominal de um motor eltrico assncrono de induo trifsico de C.A :

N = 120 * f * ( 1 s ) P Onde:

N = velocidade em rotaes por minuto ( rpm )F = frequncia da rede em hertz ( HZ )S = escorregamento P = nmero de plos

Exemplos:

Ex 1 - Se considerarmos como exemplo um motor de 4 plos, com escorregamento nominal ( S = 0,028 ) teremos:N = 1750 rpm

Apartir de um inversor de frequncia, poderemos variar a frequncia duma variao da velocidade de rotao do motor.

Vamos ver agora o que acontece se alimentarmos o motor eltrico de induo trifsica a partir de um inversor de frequncia.

Princpios Bsicos de Construo e Funcionamento

Os inversores de frequncia possuem eletronicamente quatro circuitos bsicos:

composto por uma ponte retificadora trifsica. Esta ponte retificadora recebe a tenso direta da rede de alimentao que pode ser monofsica ou trifsica, e esta devidamente protegida com um filtro de varistores para absoro de possveis elevaes de tenso.

composto por um banco de capacitores. A finalidade armazenar energia para o circuito de potncia, esta energia provm do circuito retificador.

onde esto os transistores IGBTs, responsveis pelo contr

Unidade de controle microprocessada composto por um microprocessador que realiza as operaes de comando, conforme programao de parametrizao.

Circuito bsico do inversor de freqncia

Princpio de funcionamento

frmula que define a velocidade nominal de um motor eltrico assncrono de induo trifsico de C.A :

N = velocidade em rotaes por minuto ( rpm ) F = frequncia da rede em hertz ( HZ )

Se considerarmos como exemplo um motor de 4 plos, com escorregamento nominal ( S = 0,028 ) teremos:

Apartir de um inversor de frequncia, poderemos variar a frequncia da tenso de alimentao do motor, obtendouma variao da velocidade de rotao do motor.

Vamos ver agora o que acontece se alimentarmos o motor eltrico de induo trifsica a partir de um inversor de

composto por uma ponte retificadora trifsica. Esta ponte retificadora recebe a tenso direta da rede de alimentao que pode ser monofsica ou trifsica, e esta devidamente protegida com um filtro de varistores

composto por um banco de capacitores. A finalidade armazenar energia para o circuito

, responsveis pelo controle das sadas do inversor.

composto por um microprocessador que realiza as operaes de

frmula que define a velocidade nominal de um motor eltrico assncrono de induo trifsico de C.A :

Se considerarmos como exemplo um motor de 4 plos, com escorregamento nominal ( S = 0,028 ) teremos:

a tenso de alimentao do motor, obtendo-se

Vamos ver agora o que acontece se alimentarmos o motor eltrico de induo trifsica a partir de um inversor de

Ex 2 - Se considerarmos como exemplo um motor de 4 plos, com escorregamento nominal ( S = 0,028 ) sendo alimentado por um inversor de frequncia, onde a frequncia programada seja igual a 30HZ, teremos: N = 875 rpm Ex. 3 - Se considerarmos como exemplo um motor de 4 plos, com escorregamento nominal ( S = 0,028 ) sendo alimentado por um inversor de frequncia, onde a frequncia programada seja igual a 90HZ, teremos: N = 2625 rpm

Circuito de potncia tpico dos inversores de freqncia

Sendo que no podemos alterar o nmero de plos, para podermos alterar a velocidade devemos alterar a frequncia. A tcnica mais utilizada atualmente a PWM, que em portugus significa pulsao por largura de pulso.

O inversor de frequncia retifica a energia fornecida pela rede, armazena no circuito Link DC e por ltimo um circuito eletrnico dispara os IGBTs ( transistor bipolar com porta isolada ) O inversor composto de seis chaves (geralmente so IGBTs) implementadas numa configurao como mostrada na figura abaixo:

Configurao de chaves Dependendo da combinao de chaves abertas ou fechadas pode se obter na sada do inversor formas de ondas diferentes. Estas chaves so implementadas nos inversores de frequncia com dispositivos semicondutores chamados de transistores de potncia.

IGBT Transistor bipolar com porta isolada.

A figura de ondas senoidais mostra um exemplo simples de como pode ser gerada uma primeira aproximao de uma onda senoidal. A linha cheia representa a onda gerada pela combinao de seis estados das chaves 1 a 6.

A onda senoidal representada com linha tracejada serve como referncia para o leitor identeificar a aproximao mencionada. Durante o primeiro estado as chaves 1, 5 e 6 esto fechadas e as chaves 2, 3 e 4 abertas. Assim no motor a tenso entre as fases U e V positiva, entre as fases V e W zero e entre as fases U e W positiva , como representado na forma de onda. Nos cinco estados seguintes muda amesmo tipo de anlise do primeiro estado.Pode se deduzir tambm a partir da figura que variando o tempo que cada combinao de chaves permanece num determinado estado, podemos variar a frequncia da Os inversores de frequncia modernos utilizam para a combinao de abertura e fechamento das chaves uma estratgia chamada PWM ( Pulse Width Modulation ) ou Modulao por largura de Pulsos. Esta estratgia permite uma gerao de ondas senoidais com frequncia varivel de chaveamento de 2,5kHZ a 10kHZ.

Obs. Os nmeros correspondem as chaves fechadas.

Ondas senoidais geradas por chaveamentos de chaves ( IGBTs )

So utilizados dois transstores para cada fase ( R semi-ciclo positivo da onda, e o outro, pelo semipulsos, frequncia destes pulsos (chamada freqncia de pulsao) depende da programao, e a largura destes pulsos define o perodo do semi-

A onda senoidal representada com linha tracejada serve como referncia para o leitor identeificar a aproximao

as chaves 1, 5 e 6 esto fechadas e as chaves 2, 3 e 4 abertas. Assim no motor a tenso entre as fases U e V positiva, entre as fases V e W zero e entre as fases U e W positiva , como representado na forma de onda. Nos cinco estados seguintes muda a combinao de chaves abertas e fechadas permanecendo o mesmo tipo de anlise do primeiro estado. Pode se deduzir tambm a partir da figura que variando o tempo que cada combinao de chaves permanece num determinado estado, podemos variar a frequncia da onda de sada. Os inversores de frequncia modernos utilizam para a combinao de abertura e fechamento das chaves uma estratgia chamada PWM ( Pulse Width Modulation ) ou Modulao por largura de Pulsos. Esta estratgia

enoidais com frequncia varivel de chaveamento de 2,5kHZ a 10kHZ.

Obs. Os nmeros correspondem as chaves fechadas.

Ondas senoidais geradas por chaveamentos de chaves ( IGBTs )

PWM modulao por largura de pulso

So utilizados dois transstores para cada fase ( R S T ), um destes transstores responsvel pela conduo do ciclo positivo da onda, e o outro, pelo semi-ciclo negativo. Dentro de cada semi

ia destes pulsos (chamada freqncia de pulsao) depende da programao, e a largura destes -ciclo, e consequentemente a frequncia final mandada para o motor.

A onda senoidal representada com linha tracejada serve como referncia para o leitor identeificar a aproximao

as chaves 1, 5 e 6 esto fechadas e as chaves 2, 3 e 4 abertas. Assim no motor a tenso entre as fases U e V positiva, entre as fases V e W zero e entre as fases U e W positiva , como representado na

combinao de chaves abertas e fechadas permanecendo o

Pode se deduzir tambm a partir da figura que variando o tempo que cada combinao de chaves permanece num

Os inversores de frequncia modernos utilizam para a combinao de abertura e fechamento das chaves uma estratgia chamada PWM ( Pulse Width Modulation ) ou Modulao por largura de Pulsos. Esta estratgia

enoidais com frequncia varivel de chaveamento de 2,5kHZ a 10kHZ.

Ondas senoidais geradas por chaveamentos de chaves ( IGBTs )

T ), um destes transstores responsvel pela conduo do ciclo negativo. Dentro de cada semi-ciclo disparado vrios

ia destes pulsos (chamada freqncia de pulsao) depende da programao, e a largura destes ciclo, e consequentemente a frequncia final mandada para o motor.

Mtodos de Controle dos Inversores de Freqncia

Controle escalar: o funcionamento dos inversores de freqncia com controle escalar est baseado numa estratgia de comando chamada "V/F constante", que mantm o torque do motor constante, igual ao nominal, para qualquer velocidade de funcionamento do motor. Aplicao: Em sistemas que no exigem elevada preciso de velocidade; Baixas rotaes, ou seja, h boa preciso de torque e velocidade quando usados com freqncias entre 30 a

60HZ.

Vantagens: Baixo custo Flexvel

Assim, se para variar a velocidade do motor de induo temos que variar a frequncia da tenso de alimentao, a estratgia de controle V/F constante varia a tenso proporcionalmente com a variao da frequncia de alimentao (e da reatncia indutiva ) do motor para obter no estator uma corrente constante da ordem da corrente nominal do motor, como mostra a equao e a figura abaixo.

Freqncia * tenso

Acima de 60Hz no sobe mais, pois j foi atingida a tenso mxima ( tenso da rede ). assim que a partir deste ponto a corrente, e consequentemente o torque do motor, diminuiro. Esta regio chamada de regio enfraquecimento de campo. Para freqncias abaixo de 30Hz, mantendo-se a proporcionalidade entre a frequncia e a tenso, consequentemente a corrente e o torque do motor diminuem bastante. Este mtodo chamado de compensao I * R.

Controle vetorial: O inversor vetorial calcula a corrente necessria para produzir o torque requerido pela mquina, calculando a corrente do estator e a corrente de magnetizao. Mantm excelente estabilidade na rotao do motor, pois possui um sistema eletrnico de superviso dos vetores de tenso e corrente, executando em mdia 40000 operaes matemticas por segundo para calcular a corrente necessria para produzir o torque requerido pela mquina, e, conseguir enxergar a velocidade do motor com grande preciso.

Aplicao: Onde se faz necessria uma alta performance dinmica, respostas rpidas e alta preciso de regulao de

velocidade.

Instalao eltrica

A localizao dos inversores fator determinante para a obteno de um funcionamento correto e uma vida normal de seus componentes. O inversor deve ser montado em um ambiente livre do seguinte : exposio direta a raios solares, chuva, umidade excessiva ou maresia; gases ou lquidos explosivos ou corrosivos; vibrao excessiva, poeira ou partculas metlicas/leos suspensos no ar.

Conexes de Potncia / Aterramento Recomendaes: 1. A tenso de rede deve ser compatvel com a tenso nominal do inversor. Os inversores com entrada trifsica so projetados para operar em redes trifsicas com tenses de linha simtricas. 2. Recomenda-se a utilizao de disjuntor-motor (proteo com atuao termomagntica). 3. Os inversores devem ser obrigatoriamente aterrados para um terra de proteo por motivos de segurana. 4. O inversor possui proteo eletrnica de sobrecarga do motor, que deve ser ajustada de acordo com o motor

especfico. O ajuste feito atravs de parametrizao via IHM.

Inversor weg com alimentao monofsica

A colocao em funcionamento do inversor de freqncia compreende em dois acionamentos tpicos: acionamento tpico A - operao pela IHM;

IHM - Weg

I - Habilita o inversor via rampa. - Desabilita o inversor via rampa Reseta o inversor aps a ocorrncia de erros. PROG- Seleciona (comuta) display entre nmero do parmetro e seu valor (posio/contedo). - Incrementa freqncia ou nmero e valor do parmetro. t- Decrementa freqncia ou nmero e valor do parmetro.

Inverte o sentido de rotao do motor comutando entre horrio e anti

Seleciona o modo de operao do inversor, ou seja, define a origem dos comandos/referncia.

Quando pressionada realiza a funo JOG, se o inversor estiver desabilitado por rampa.

Operao de comando via bornes

Parmetros do inversor de FreqnciaUm parmetro do inversor de frequncia umprogramar valores que mostrem, sintonizem ou adeqem o comportamento do inversor e motor em uma determinada aplicao. Exemplos simples de parmetros:

Parmetro de leitura P003: corrente co Parmetro programvel P121: velocidade de giro do motor, quando comandado pelo teclado ( valor de

frequncia ).

Estes parmetros so acessveis atravs de uma interface composta por um mostrador digital ( display ) e um teclado, chamado de interface homem mquina, conforme figura abaixo.

Inverte o sentido de rotao do motor comutando entre horrio e anti-horrio.

Seleciona o modo de operao do inversor, ou seja, define a origem dos comandos/referncia.

Quando pressionada realiza a funo JOG, se o inversor estiver desabilitado por rampa.

Operao de comando via bornes:

Comando via bornes

Parmetros do inversor de Freqncia Um parmetro do inversor de frequncia um valor e leitura ou escrita, atravs do qual o usurio pode ler ou programar valores que mostrem, sintonizem ou adeqem o comportamento do inversor e motor em uma determinada aplicao. Exemplos simples de parmetros:

Parmetro de leitura P003: corrente consumida pelo motor; Parmetro programvel P121: velocidade de giro do motor, quando comandado pelo teclado ( valor de

Estes parmetros so acessveis atravs de uma interface composta por um mostrador digital ( display ) e um , chamado de interface homem mquina, conforme figura abaixo.

IHM - Weg

horrio.

Seleciona o modo de operao do inversor, ou seja, define a origem dos comandos/referncia.

Quando pressionada realiza a funo JOG, se o inversor estiver desabilitado por rampa.

valor e leitura ou escrita, atravs do qual o usurio pode ler ou programar valores que mostrem, sintonizem ou adeqem o comportamento do inversor e motor em uma determinada

Parmetro programvel P121: velocidade de giro do motor, quando comandado pelo teclado ( valor de

Estes parmetros so acessveis atravs de uma interface composta por um mostrador digital ( display ) e um

Tipos de parmetros: Parmetros de leitura P002 a P099 Parmetros de regulao P000, P100 a P199 Parmetros de configurao P200 a P399 Parmetros do motor P401

Parmetros de leitura - Permitem visualizar os valores programados nos parmetros de regulao, de configurao, do motor e configuraes especiais. Somente leitura. Parmetros de regulao - So os valores ajustveis a serem utilizados pelas funes do inversor. Parmetros de configurao - Definem as caractersticas do inversor, as funes a serem executadas, bem como as funes das entradas/sadas. Parmetros do motor - Define a corrente nominal do motor.

Descrio de alguns parmetros

P000 Acesso aos parmetros, permite efetuar alteraes nos valores dos parmetros. Permite efetuar alteraes nos valores dos parmetros. Valores possveis: 0 a 4 e 6 a 10 leitura 5 libera alteraes

Parmetros de leitura - P001 .... P099

P002 - Grandeza Proporcional Freqncia: indica o valor de P208 x P005. P003- Corrente de Sada (Motor): indica o valor eficaz da corrente de sada do inversor. P004 - Tenso do"link DC": indica a tenso atual no "link DC". P005 - Freqncia de sada (Motor): indica o valor da freqncia de sada do inversor (aps rampa ).Unidade:

Hz P007 - Tenso de sada (Motor): indica a tenso de linha na sada do inversor. P008 -Temperatura do dissipador: indica a temperatura atual do dissipador.Unidade: C P014 Cdigo do ltimo erro: indica o cdigo do ltimo erro ocorrido com o inversor.

Parmetros de regulao P100 a P199 P100 - Tempo da Rampa de Acelerao; P101 - Tempo da Rampa de Desacelerao; P102 - Tempo da 2 Rampa de Acelerao; P103 - Tempo da 2 Rampa de Desacelerao.

Definem os tempos para acelerar linearmente de 0Hz at freqncia nominal ou desacelerar linearmente da freqncia nominal at 0Hz. A freqncia nominal definida pelo parmetro P145. A 2 rampa pode ser selecionada via entrada digital. Para sua programao veja entradas digitais. Se nenhuma entrada digital for programada para seleo da 2 rampa, a rampa principal definida pelos parmetros P100 e P101 ser sempre utilizada.

P121 - Referncia tecla e ref. 1 Multispeed: esta funo permite a variao da freqncia de sada do inversor atravs de combinaes das entradas digitais, as quais podem ser comandadas atravs de:

Chaves seletoras Contatores CLPs Chaves fim de curso

Essa funo utilizada quando necessita-se de duas ou mais velocidades fixas (pr-ajustadas). P121 - Ref. 1 Multispeed 3.0 Hz P125 - Ref. 2 Multispeed 10.0 Hz P126 - Ref. 3 Multispeed 20.0 Hz P127 - Ref. 4 Multispeed 30.0 Hz P128 - Ref. 5 Multispeed 40.0 Hz P129 - Ref. 6 Multispeed 50.0 Hz

P130 - Ref. 7 Multispeed 60.0 Hz P131 - Ref. 8 Multispeed 66.0 Hz

Modo de operao:

1-A funo multispeed ativada com P221=6 para o modo local e P222=6 para o modo remoto. 2- O multispeed utilizado quando se deseja at 8 velocidades fixas pr-programadas. 3- O controle da funo multispeed feito pelas entradas digitais DI2, DI3 e DI4, devidamente programadas para isto (DI2 - P264=7, DI3 - P265=7 e DI4 - P266=7). 4- A seleo da freqncia de sada obtida atravs da combinao lgica das entradas digitais, podendo assumir os valores definidos pelos parmetros P121 e P125 ... P131 como mostrado a seguir:

Lgica de combinaes

Entradas digitais

P133 - Freqncia Mnima P134 - Freqncia Mxima

Definem os valores mximo/mnimo da freqncia na sada quando o inversor habilitado.

10 - REFERNCIAS

Livros consultados:

COTRIN, Ademaro A. M. B. Instalaes eltricas. 4. ed.; reviso e adaptao tcnica em conformidade com a NBR 5410. So Paulo: ed. Prentice Hall, 2003.

NISKER, julio macintyre. Instalao eltrica. 3 edio Rio de Janeiro: LTC , 1996. Gussow, Milton, Eletricidade bsica, 2 edio, So Paulo: Pearson Makron Books, 1997.

MASCHERONI, Jos M., LICHTBLAU, Marcos, GERARDI, Denise. Guia de aplicao de inversores de freqncia. Jaragu do Sul: WEG AUTOMAO.

WEG. Manual do inversor de freqncia. Jaragu do Sul (SC).