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Curso de Formação Profissional Técnico em

Eletroeletrônica – Módulo II

Senai Arcos-MG

CFP Eliezer Vitorino Costa

Raphael Roberto Ribeiro Silva

Técnico em eletroeletrônica pelo INPA – Arcos

Estudante de Engenharia Elétrica do IFMG - Formiga

Instalação de Sistemas de

Acionamentos Industriais


Introdução

O acionamento elétrico é um sistema capaz de

converter energia elétrica em mecânica, produzindo

trabalho e mantendo controle sobre tal processo de

conversão. Um sistema de acionamento compreende o

motor elétrico e seu equipamento de comando e/ou

controle, os meios de transmissão (mecânicos) de energia

do motor à máquina acionada para que esta realize a

função desejada.


Simbologia


Botoeiras

As chaves auxiliares botoeiras são comandadas

manualmente e têm a finalidade de interromper ou

estabelecer momentaneamente, por um pulso, um circuito

de comando para iniciar, interromper ou comandar um

processo de automação.


Botoeiras

As botoeiras possuem cores definidas por norma de acordo

com sua função:

Vermelho: parar, desligar ou botão de emergência.

Amarelo: iniciar um retorno, eliminar condição perigosa.

Verde ou Preto: ligar, partida.

Branco ou Azul: qualquer função diferente das anteriores.

Obs: Quando os botões estiverem dispostos um do lado do

outro, o botão de desligar deve estar no lado esquerdo e

quando estiverem na vertical, o botão de desligar deve

estar por baixo.


Chave Auxiliar

Chave de impulso (ou sem retenção): só permanece

acionada mediante aplicação de força externa. Cessada a

força, ela volta à posição inicial.

• Contato normalmente aberto (NA ou NO): sua posição

original é aberta , quando acionado o contato se fecha.

• Contato normalmente fechado (NF ou NC): sua

posição original é fecha, quando acionado o contato se

abre.


Chave Auxiliar


Chave Auxiliar

Interruptor ou Chave com retenção (ou trava): uma vez

acionada, seu retorno à situação anterior somente acontece

com um novo acionamento.


Chave Auxiliar

Chaves de contatos múltiplos com ou sem retenção:

São chaves com vários contatos NA e/ou NF agregados.

Chaves seletora: possui duas ou mais posições e permite

selecionar entre várias posições em um determinado

processo com (C) ponto de contato comum


Chave Auxiliar


Chave Seccionadora

São constituídas fundamentalmente por um bloco de

contatos e por um dispositivo de comando frontal ou lateral,

sendo o fechamento e a abertura comandados

manualmente por manopla


Proteção Elétrica


Proteção Elétrica

A NBR 5410/2004 prescreve que todo circuito deve ser

protegido por dispositivos que interrompam a corrente

elétrica em caso de curto-circuito ou sobrecarga.

O curto-circuito é uma "ligação" acidental de

condutores sob tensão. No sistema trifásico ele pode

ocorrer entre fases, ou entre uma fase e terra (ou neutro).

A sobrecarga difere do curto-circuito pelas amplitudes

das grandezas no fenómeno. A sobrecarga resulta em uma

sobrecorrente, que não tende ao infinito, porém, assume

valores acima da corrente nominal da carga. A sobrecarga

pode ser momentânea ou permanente.


Fusível

Fusíveis são dispositivos constituídos de um material

condutor, chamado de elo de fusão, envolto por um corpo

de material isolante e ligado a dois contatos que facilitam

sua conexão com os componentes das instalações

elétricas. A função dos fusíveis é proteger essas

instalações contra curto-circuito ou sobrecargas.

Existem fusíveis de ação rápida ou normal, ultra-rápida

e retardada. A necessidade dessas três características de

fusíveis surgiu em consequência da existência de três tipos

de circuitos: circuitos de cargas resistivas, circuitos de

cargas indutivas e circuitos de cargas capacitivas.


Fusível

Fusível de ação rápida ou normal: São utilizados para

proteção de circuitos com cargas resistivas. Nesses tipos

de fusíveis, a fusão do ela ocorre após alguns segundos,

quando estes recebem uma sobrecarga de curta ou longa

duração.

Fusíveis de Efeito Retardado: Os fusíveis de efeito

retardado são apropriados para uso em circuitos cuja

corrente de partida atinja valores muitas vezes superiores

ao valor da corrente nominal e em circuito que estejam

sujeitos a sobregarga de curta duração. como exemplo

podemos citar, motores elétricos e cargas capacitivas em

geral.

Fusíveis de Efeito Ultra-Rápido: (classe aR) são uma

excelente proteção contra curtos-circuitos, porém não são

adequados contra sobrecargas. Geralmente aplicado em

circuitos eletrônicos.


Tipos de Fusíveis

1 – Fusível de Cartucho

O fusível tipo cartucho tem elo de fusão envolto por um

corpo isolante em forma cilíndrica e os contatos em forma

de virola. Este conjunto dá ideia de um cartucho.

Existem também fusíveis-cartucho com contatos em

forma de faca.

Os fusíveis-cartucho podem ter corpo isolante de

papelão, fibra, cerâmica ou vidro. Todos eles têm a mesma

forma. (A diferença entre eles está no material isolante do

corpo e no elo de fusão).


Tipos de Fusíveis

1 – Fusível de Cartucho


Tipos de Fusíveis

2 – Fusível Tipo D

Os fusíveis tipo “D” (Diazed) são caracterizados por:

• Corrente nominal (corrente de trabalho normal)

• Tensão máxima de operação

• Capacidade de interrupção (máxima corrente pela qual o

fusível garante a proteção)

O Diazed é formado por:

1- Tampa

2- Fusível

3- Anel de Proteção

4- Parafuso de Ajuste

5- Base


Tipos de Fusíveis

2 – Fusível Tipo D

O fusível possui

na extremidade um

indicador que tem a

cor correspondente

à sua corrente

nominal, que é a

mesma cor do

parafuso de ajuste.

O indicador

desprende-se em

caso de queima,

podendo ser visto

pelo visor da tampa.


Tipos de Fusíveis

3 – Fusível NH

O fusível NH é usado nos mesmos casos do Diazed,

porém é fabricado de 6 a 1.250 A.

O conjunto é formado por fusível e base. A colocação

e/ou retirada do fusível é feita com o punho saca-fusível.

Existe nele um sinalizador de estado (bom/queimado),

porém não em cores diferentes, como no Diazed.


Dimensionamento de Fusível

Para dimensionar os fusíveis necessitamos de duas

constantes: K e Ip/ln.

A constante K pode ser obtida através da tabela a

seguir:

O fator Irb é a corrente de rotor bloqueado (Corrente de

partida), determinado segundo a tabela anterior.

A razão Ip / In é a razão entre a corrente de pico e a

nominal. No caso de motores, vamos estabelecê-la em 8,3

(valor mais comum). A capacidade do fusível será dada por:

𝐼𝑛 = 𝐼𝑟𝑏 × 𝐾


Exercício

1 - Especificar um fusível NH para proteção contra curto-

circuito nas seguintes condições:

In = 30 A

Ip/In = 8,3


Exercício

1 - Especificar um fusível NH para proteção contra curto-

circuito nas seguintes condições:

In = 30 A

Ip/In = 8,3

Solução:

Ip = Irb = 8,3 x 30 = 249 A

Consultando a tabela anterior, temos que 249 está entre 40

e 500 (40 < Irb < 500), portanto K = 0,4.

In (fusível) = 0,4 x 249 = 99,6 A

O valor imediatamente superior (comercial) a 99,6 A é 100

A. Utiliza-se, então, um NH de 100 A.


Disjuntor Motor

Os disjuntores motores são simultaneamente

dispositivos de proteção e manobra, exercendo as

seguintes funções:

• São empregados para efetuar a proteção elétrica do

circuito com a detecção de sobrecorrentes e da abertura

do circuito.

• Permitem comandar, por meio de abertura e fechamento

voluntário sob cargas, seus respectivos circuitos em que

são instalados.


Disjuntor Motor


Disjuntor Motor

Ao contrário dos fusíveis, apresentam atuação

multipolar, evitando a operação desequilibrada nos

equipamentos trifásicos, como no caso do fusível, de

ocorrer a queima de um únicos elemento.

Oferecem larga margem de escolha de correntes

nominais, e em muitos casos podem admitir ajustes nos

disparadores.

Operação repetitiva, isto é, podem ser religados após

terem atuado, sem necessidade de substituição.Em alguns

casos, permite comando à distância.

Apresentam dois níveis de proteção:

Contra sobrecorrentes pequenas e moderadas.

Contra correntes de curto-circuito


Relé Térmico

A proteção contra sobrecarga utilizada em motores é o

relê térmico.

O princípio de funcionamento desse dispositivo está

baseado na ação da dilatação térmica diferencial de uma

haste bimetálica.


Relé Térmico

Normalmente os contatos do relé térmico não estão

ligados diretamente ao motor, mas sim à bobina de

comando de contato de acionamento.

O relé térmico possui um ajuste para sua atuação.

Portanto, "dimensionar" o relê térmico, na realidade,

significa determinar seu tipo e seu ponto ideal de ajuste em

função da carga.


Relé Térmico

A corrente de ajuste é dada pelo produto do fator de

serviço do motor pela corrente nominal.

l ajuste = FS x In


Relé Térmico


Fim de Curso

Equipamentos que transmitem informações da

instalação ao comando (posições e estados de elementos

de trabalho).

Por meio destes detectores de limite detectam–se

certas posições finais de partes de máquinas ou de outras

unidade de trabalho.

Normalmente os elementos fim de curso têm um

fechador e um abridor sendo possível uma outra

combinação de interruptores na execução standard.


Fim de Curso


Fim de Curso

Possibilidades de acionamento:

Came

Rolete rígido

Rolete dobrável (acionamento em apenas uma

direção, conhecido também como rolete

escamoteável)

Alavanca tipo forquilha


Fim de Curso

Sensores (Interruptor fim de curso sem contato):

Em termos de funcionamento, possuem as mesmas

atribuições das demais chaves fim de curso. Como

vantagem cita-se a desnecessidade de força de

acionamento e que se pode obter altas frequências de

comutação, por

exemplo:

1.Barreira fotoelétrica

2.Chave de aproximação (eletrônica)

3.Chave magnética


Fim de Curso

1 – Barreira Fotoelétrica


Fim de Curso

2. Chave de aproximação (sensor eletrônico):

Podem ser:

Indutivo: Os sensores indutivos reagem a proximidade de

materiais metálicos, pois estes materiais provocam uma

variação no campo magnético criado pelo próprio sensor,

esta variação é processada e transformada, em um sinal de

saída.

Capacitivo: O sensor de aproximação capacitivo é um

dispositivo que comuta um circuito elétrico, quando

aproximamos de sua face sensível elementos metálicos,

vidros, líquidos, granulados (condutores, ou não).


Fim de Curso


Fim de Curso

3. Chave magnética (Contato “Reed”):

Ao aproximar–se um ímã permanente deste invólucro,

o campo magnético atravessa a ampola, fazendo com que

as duas lâminas em seu interior se juntem, estabelecendo

um contato elétrico. Removendo–se o ímã, o contato é

imediatamente desfeito.


Fim de Curso

CONFIGURAÇÃO ELÉTRICA DE ALIMENTAÇÃO E

SAÍDAS DOS SENSORES

Os sensores podem ser alimentados em CA ou CC.

Podem ser interligados em série ou em paralelo.

Os sensores com alimentação CC são classificados

quanto ao tipo de saída, ou seja:

• chave PNP;

• chave NPN;

• chave NPN e PNP.


Fim de Curso

Na saída tipo chave PNP, existe um transistor PNP, e a

carga é ligada ao polo negativo.

Na saída tipo chave NPN, existe um transistor NPN, e a

carga é ligada ao polo positivo.

Os sensores de proximidade com alimentação CA, com

saída a dois fios, devem ser ligados em série com a carga.

Podem ser dois tipos:

Chave NF: nesse tipo de chave, a saída permanece em

baixa impedância, e a carga fica ligada. Ao ser atuada,

passa para alta impedância, e a carga se desliga.


Fim de Curso

Chave NA: nesse tipo de chave, a saída permanece em

alta impedância, a carga fica desligada. Quando é atuada,

passa para baixa impedância e liga a carga


Fim de Curso

Os sensores com alimentação CA, com saída de três

ou quatro fios, apresentam funcionamento e aplicações

semelhantes ao modelo de dois fios. Porém, nesses tipos

de sensores a alimentação é feita independentemente da

carga


Sentinelas

Uma outra execução dos elementos de comando são

as chamadas sentinelas.

São utilizadas para supervisionar determinadas

grandezas e processos, por exemplo, grandezas físicas

como temperatura, claridade, etc, emitindo um sinal na

ultrapassagem de um valor-limite e assim acionando um

processo de comutação.

Por exemplo:

Sentinela de temperatura

Sentinela de pressão

Sentinela do número de rotações, etc.


Sentinelas


Contator

São chaves eletromagnéticas destinadas a ligar ou

desligar cargas elétricas (tipo lâmpadas, motores, válvulas,

entre outras cargas).

Uma grande vantagem desse dispositivo é permitir o

acionamento a distancia por comando remoto.

O contator é dividido em duas partes, contatores

principais ou de potencia e contatores auxiliares.


Contator de Potência

É utilizado para comandar cargas do circuito principal

também conhecido por circuitos de potencia, tais como

motores, resistências de fornos, entre outros.

Os contatores são basicamente de núcleo magnético

fixo e móvel, bobina eletromagnética, contatos fixos e

móveis, bornes ou terminais, molas e o invólucro externo

ou carcaça.


Contator de Potência


Contatores Auxiliares

Os contatos auxiliares ou de comando, são aqueles

usados para ligar e desligar circuitos de baixa potencia,

pois tem capacidade de corrente da ordem de no máximo

10 A. São utilizados, também, para fazer a logica de

comando, acionando bobinas dos contatores de potencia,

lâmpadas do painel e solenoides (bobinas) de válvulas.


Contatores Auxiliares


Sinalizadores

A sinalização é normalmente utilizada a serviço da

segurança e é um recurso eficiente para advertir as

pessoas sobre riscos que surjam durante algum momento

do trabalho com maquinas ou equipamentos. Basicamente

encontramos dois tipos de sinalização: a sonora e a

luminosa.


Sinalizador Sonoro

Podemos utilizar como sinalização sonora as sirenes,

quando precisamos de maior potencia sonora, ou buzzers,

quando necessitamos de menor intensidade de som.


Sinalizador Luminoso

São utilizados em

maquinas e sistemas

industriais devido a sua

grande variedade e

aplicações. Encontramos

esses sinalizadores de

varias cores e tipos de

lâmpadas.


Temporizadores

Tem como função controlar

eletronicamente o tempo de

abertura ou de fechamento de

seus contatos.

Alguns modelos contam o

tempo quando são energizados e

outros quando desenergizados.


Temporizadores


Relés Contadores

Elemento de comutação que recebe sinais de um

pulsador e de acordo com o número de pulsos ajustado,

aciona um elemento de trabalho ou de comando.


Transformador de Potencial

Equipamento usado na medição de tensão elétrica

elevada, sendo capaz de reduzir a tensão do circuito para

níveis compatíveis com a máxima suportável pelos

instrumentos de medição.


Transformadores de Corrente

Equipamentos usado na medição de corrente elétrica

elevada, sendo capaz de reduzir a corrente do circuito para

níveis compatíveis com a máxima suportável pelos

instrumentos de medição.


Supressor de Surto

Dispositivo de proteção contra surtos (DPS) ou

"supressor de surto" é um dispositivo destinado a proteger

os equipamentos elétricos contra picos de tensão

geralmente causados por descargas atmosféricas na rede

da concessionária de energia elétrica. Um DPS regula a

tensão, fornecida a um dispositivo elétrico, em geral,

absorvendo e também curto-circuitando para terra as

tensões que ultrapassam um limite de segurança.


Supressor de Surto


Relé Sequência de Fase

Protege instalações contra inversão de fase, que

compromete o funcionamento de motores, equipamentos

ou processos. Seu relé interno comutará, desligando o

sistema sob proteção sempre que a rede monitorada

estiver com a fase invertida.


Diagramas Elétricos

Os diagramas elétricos são desenhados, basicamente,

desenergizados e mecanicamente não acionados. Quando

um diagrama não for representado dentro desse principio,

nele devem ser indicadas as alterações. Os diagramas

dividem-se em três grupos.

• Diagrama Esquemático;

• Diagrama de Bloco;

• Diagrama de Montagem.


Diagrama Esquemático


Diagrama de Blocos


Diagrama de Montagem


Diagramas Esquemáticos

É a representação de uma instalação, ou parte dela,

por meio de símbolos gráficos. Todo ou qualquer projeto

será desenvolvido através de símbolos, e para tanto, serão

utilizados os esquemas unifilar, multifilar e funcional.


Esquema MultifilarEste esquema representa todo o sistema elétrico,

em seus detalhes, com todos os condutores. Cada traço

é um fio que será utilizado na ligação dos componentes.

Este esquema é mais utilizado para representar

circuitos de comando e proteção e circuitos de força para

acionamentos industriais.


Esquema Multifilar


Esquema MultifilarA larga aplicação deste tipo de representação em

projetos da área de comandos elétricos e automação

industrial não impedem seu uso para representar

circuitos simples como os utilizados em instalações

prediais.


Esquema UnifilarRepresentação simplificada, geralmente unipolar das

ligações, sem o circuito de comando, onde só os

componentes principais são considerados. Em princípio

todo projeto para uma instalação elétrica deveria

começar por um diagrama unifilar.


Esquema Unifilar


Esquema FuncionalApresenta todo o sistema elétrico e permite

interpretar, com clareza e rapidez, o funcionamento ou

sequencia funcional dos circuitos. Não se preocupa com

a posição física dos componentes da instalação, pois os

caminhos das correntes são representados por meio de

retas, sem cruzamento ou inclinação na vertical ou

horizontal. Neste esquema, mostra-se o equipamento

exatamente como ele é encontrado a venda no mercado,

ou como ele é industrialmente fabricado.


Esquema Funcional


Exercício

1 – De acordo com o que se tem de conhecimento de

simbologia e acionamentos, faça o diagrama multifilar da

partida direta de um motor contendo um contator, um relé

de sobrecarga, duas botoeiras, uma para ligar e outra para

desligar, o disjuntor motor e o disjunto para a parte de

comando, além de dois sinaleiros para indicar quando o

motor esta ligado e quando ele esta desligado.


Considerações sobre o

Esquemático Elétrico

Em geral a instalação deve ser representada em estado

desligado, livre de corrente, representando-se os

equipamentos em sua posição de repouso.

Desejando-se ressaltar a importância de um condutor,

pode-se efetuar isto através de linhas

correspondentemente reforçadas.

Os símbolos podem ser desenhados em qualquer

posição, devendo-se observar apenas a facilidade de

supervisão.



Esquemático ElétricoEm diagramas de circulação de corrente, deve-se ainda

considerar o seguinte:

1.Efetuar a disposição dos trajetos de corrente

verticalmente, entre as barras coletivas dispostas

horizontalmente.

2.Por via de regra convêm dispor os equipamentos e

elementos de comutação apenas sobre as linhas verticais

dos trajetos de corrente.

3.O fluxo de corrente deve, se possível, transcorrer de cima

para baixo.

4.Cruzamentos de condutores devem ser evitados na

medida do possível.

5.Os equipamentos são sempre desenhados no estado

livre de corrente e não acionados. Divergindo-se desta

situação, deve-se indicar este fato claramente, por

exemplo: por seta



Esquemático Elétrico6. Convêm observar, na simbologia, que o acionamento se

verifica sempre da esquerda para a direita. Devido a isto,

resulta a disposição do tipo de acionamento no lado

esquerdo.

7. Equipamentos comandados como bobinas, lâmpadas,

indicadores e outros, devem estar conectados sempre

diretamente a uma das barras coletivas e em caso de

circuitos aterrados, ao polo aterrado.

8. Para a representação facilmente supervisionável de

equipamentos individuais, pode-se desenhar o respectivo

símbolo completo sob o diagrama de circulação de

corrente.



Esquemático Elétrico9. Contatos e equipamentos são designados através de

letras características e numerados de maneira corrente.

10. Circuitos de comando e circuitos principais devem ser

desenhados separadamente.


Partidas de Motores Elétricos

Um dos instantes mais críticos é a partida de motores

elétricos, pois nesse momento, os motores solicitam uma

corrente muito maior do que em serviço contínuo, devido à

mudança de um estado de inércia. A isso chamamos de

pico de corrente. No instante da partida, essa corrente

costuma variar na faixa de seis a oito vezes a corrente

nominal do motor.



Amplitude e tempo do pico de corrente inicial:

• Dependem das condições de partida.

• Se for uma partida sob carga, o pico será maior do que

se for a vazio.

• Pode-se chegar até dez vezes do valor nominal.

• Esta alta corrente pode até disparar os dispositivos de

proteção dos circuitos.

• Sobrecarrega a rede alimentadora de uma forma

prejudicial.



Relação entre corrente de partida e velocidade do motor



Podemos notar que, na partida, quando a velocidade

do motor é praticamente nula, temos a corrente máxima

que se mantém neste patamar até um valor próximo da

velocidade de trabalho do motor.

Podemos afirmar também que a corrente consumida

por um motor é função da tensão aplicada nele, como

mostra o gráfico, assim, a função das chaves de partida é a

redução da tensão durante a partida do motor e depois

aplicação da tensão nominal, quando o motor já estiver na

velocidade de trabalho



Existem diferentes chaves de partida para melhorar este quadro,

que veremos em seguida.


Partida Direta

É a forma mais simples de partir um motor

elétrico, na qual as três fases são ligadas diretamente

ao motor, ocorrendo um pico de corrente.

A partida direta deve ser utilizada nos seguinte

casos:

• Em motores de baixa potência. Limitados em

potências de até 5 cv e abaixo de 10 cv em

instalações industriais.

• Quando a máquinas não necessita de uma

aceleração progressiva.

• Necessidade de conjugado (torque) de partida

elevado.


Partida Direta

Vantagens:

• Equipamento simples e de fácil construção e projeto;

• Conjugado de partida elevada;

• Baixo custo.

Desvantagens:

• Elevada corrente de partida;

• Acentuada queda de tensão no sistema de alimentação

da rede que ocasiona interferências em equipamentos

instalados no sistema;

• Os sistemas de acionamento (dispositivos, cabos)

devem ser superdimensionados, elevando os custos;

• Imposição das concessionarias que limitam a queda de

tensão na rede.


Partida Direta

Circuito de Força Circuito de Comando


Exercício

1 – Faça o diagrama de força e comando de partida direta

de um motor acionado por dois botões de ligar e dois

botões para desligar.

2 – Faça o diagrama de comando com sinalização de

ligado, desligado e relé térmico de sobrecarga desarmado.


Exercício

1 – Faça o diagrama de força e comando de partida direta

de um motor acionado por dois botões de ligar e dois

botões para desligar.


Exercício

2 – Faça o diagrama de comando com sinalização de

ligado, desligado e relé térmico de sobrecarga desarmado.


Exercício

3 – Elabore o diagrama de força e comando de um motor

acionado por partida direta com reversão.


Partida Estrela-Triângulo

Consiste na alimentação do motor com redução de

tensão nas bobinas durante a sua partida. O motor parte

em estrela, isto é, com uma tensão de 58% da tensão

nominal, e após certo tempo a ligação é convertida em

triangulo, assumindo a tensão nominal.



Características:

• Essa chave proporciona uma redução na corrente de

partida de aproximadamente 33% de seu valor.

• A chave estrela-triângulo, na prática, é utilizada quase

que exclusivamente para partidas de máquinas a vazio,

isto é, sem carga.

• Tem um torque de partida de mais ou menos 20 a 50%

do torque nominal.

• Somente depois de ter atingido a tensão nominal é que

a carga pode ser aplicada.

• Para ser possível a ligação estrela/triângulo, os motores

devem ter a possibilidade de ligação em dupla tensão

(220/380V, 380/660V). Os motores devem ter no mínimo

seis bornes (terminais) de ligação.



Vantagens:

• Baixo custo em relação à chave compensadora;

• Pequeno espaço ocupado pelos componentes;

• Sem limite máximo de manobras.

Desvantagens:

• Se o motor não atingir pelo menos 90% de sua rotação

nominal, na comutação para a ligação triangulo o pico

de corrente é quase o mesmo da partida direta;

• O motor deve ter pelo menos seis terminais acessíveis

para ligação;

• O valor de tensão da rede deve coincidir com o valor de

tensão da ligação triangulo do motor.


Partida Motor Dahlander

É um motor trifásico que permite a variação de

velocidade através da comutação de pólos. A ligação

Dahlander permite uma relação de pólos de 1:2 o que

corresponde a mesma relação de velocidade. Quando a

quantidade de pólos é maior a velocidade é mais baixa,

quando é menor a velocidade é mais alta.

O motor trifásico de indução tipo Dahlander é o motor

cuja arquitetura interna das bobinas possibilita obter em um

mesmo motor duas velocidades, sendo uma o dobro da

outra.


Partida Motor Dahlander


Chave Compensadora

A partida compensadora ou chave compensadora é

utilizada para partidas sob cargas de motores de indução

trifásicos com motor em curto-circuito, onde a chave

estrela-triângulo é inadequada. A norma prevê a utilização

desta chave para motores, cuja potência seja maior ou

igual a 15 CV. Esta chave reduz a corrente de arranque,

evitando sobrecarregar a linha de alimentação. Deixa,

porém, o motor com conjugado suficiente para a partida.


Chave CompensadoraA tensão na chave compensadora é reduzida através

de um autotransformador trifásico que possui geralmente

taps de 50%, 65 % e 80% da tensão nominal.

Durante a partida alimenta-se com a tensão nominal o

primário do autotransformador trifásico conectado em

estrela e do seu secundário é retirada à alimentação para o

circuito do estator do motor.

A passagem para o regime permanente faz-se

desligando o autotransformador do circuito e conectando

diretamente a rede de alimentação o motor trifásico.

Este tipo de partida normalmente é indicado para

motores de potência elevada, acionando cargas com alto

índice de atrito, tais como, como acionadores de

compressores, grandes ventiladores, laminadores,

moinhos, bombas helicoidais e axiais (poço

artesiano), britadores, máquinas acionadas por correias,

etc.


Chave Compensadora


Chave CompensadoraA chave de partida compensadora alimenta o motor

com tensão reduzida em suas bobinas na partida. Essa

redução é feita através da ligação de um autotransformador

em série com as bobinas do motor, após o motor ter

acelerado, elas voltam a receber tensão nominal.

A redução da corrente de partida depende do TAP em

que estiver ligado o autotransformador:

• TAP 65% - Redução para 42% do seu valor de partida

direta;

• TAP 80% - Redução para 64% do seu valor de partida

direta.

• A chave de partida compensadora é utilizada em

motores que partem sob carga; o conjugado resistente

de partida da carga deve ser inferior à metade do

conjugado de partida do motor.


Chave CompensadoraO autotransformador é um transformador especial, com

o secundário derivando do próprio primário. Para a

utilização em chaves compensadoras os pontos centrais

são chamados de TAP, existindo normalmente os TAPS de

65%, 80% e 90%.O autotransformador para chave

compensadora é projetado para trabalhar em um curto

espaço tempo, para reduzir espaço e custo de aquisição.

Na especificação do autotransformador especifica-se o

número de partidas por hora máximo. Como este tipo de

chave é utilizado normalmente para motores de potência

elevada, acima de 50 CV, estes autotransformadores são

vendidos com termostato de proteção.


Chave Compensadora


Partida Série-Paralelo

Este sistema permite o motor partir com tensão

reduzida em suas bobinas, proporcionando uma redução

de corrente para 25% do seu valor para partida direta. Ela é

apropriada para cargas com partida necessariamente em

vazio, pois o conjugado de partida fica reduzido a 1/4 de

seu valor para tensão nominal, sendo utilizada para

motores de 4 tensões e no mínimo 9 terminais, sendo

dividida em dois tipos:



1 - Triângulo série-paralelo - (Δ-ΔΔ) - chave de partida

própria para motor com a execução dos enrolamentos em

220/380/440/660 ou 220/440, onde a tensão da rede, nesta

especificação, deve ser necessariamente 220 V. Na partida

executa-se a ligação triângulo série (Δ), apto a receber 440

V e aplica-se a tensão de 220 V. Após a partida o motor

deve ser ligado em triângulo paralelo (ΔΔ) assim as

bobinas passam a receber tensão nominal de 220 V.



2 - Estrela série-paralelo (Y-Y) - chave de partida própria

para motor com execução dos enrolamentos em

220/380/440/760 ou 380/760, onde a tensão da rede, nesta

especificação, deve ser necessariamente 380 volts. Na

partida executa-se a ligação estrela série, apto a receber

760 volts e aplica-se tensão de estrela-paralelo 380 volts.

Após a partida o motor deve ser ligado em estrela paralelo

(Y), assim as bobinas passam a receber a tensão nominal.


Frenagem de Motor

É a remoção da energia mecânica do sistema.

Utilizamos a frenagem para parar ou desacelerar o

motor; mudar o sentido de rotação e para manter o eixo

numa posição fixa.

Os tipos de frenagem elétrica são:

• Inversão de fases ou por contra-corrente;

• Injeção de corrente CC;

• Frenagem dinâmica (Inversor de Frequência);

• Frenagem regenerativa (Inversor de Frequência);

• Frenagem por fluxo.


Frenagem por Contra-Corrente

É um dos métodos mais antigos, neste método as

ligações do motor são reconectadas para o sentido oposto

de rotação. Após ser frenado até a velocidade zero, o motor

começará a girar no sentido oposto, a menos que a

alimentação seja cortada em um momento tal que permita

sua parada sem girar “ao contrário”. ( através de sensor de

baixa velocidade). A energia é convertida em calor no

motor.


Frenagem por Injeção de CC

A alimentação em CA é interrompida e o enrolamento

estatórico é então alimentado por corrente contínua.

A CC cria um campo fixo no motor, um conjugado

frenante (é proporcional a corrente CC).

A energia é convertida em calor no motor, ou em

resistências externas( motores de anéis).

A saturação limita a conjugado de frenagem.

Tempo de frenagem é maior que o por contracorrente,

porém o aquecimento é menor.

A CC é mantida por certo tempo.


Frenagem Mecânica

Consiste em comandar um sistema capaz de segurar o

eixo do motor, por exemplo um freio eletromagnético. Esse

sistema possui um tempo de atraso elevado para ligar e

desligar o freio. O usuário deve ter certeza de que o rotor

está liberado do freio antes de dar um comando de partida.

Existe motores em que o freio já vem acoplado

(motofreio).


Soft-Starter

Soft-starters são utilizados basicamente para partidas

de motores de indução CA (corrente alternada) tipo gaiola,

em substituição aos métodos estrela-triângulo, chave

compensadora ou partida direta. Tem a vantagem de não

provocar trancos no sistema, limitar a corrente de partida,

evitar picos de corrente e ainda incorporar parada suave e

proteções.

Estas chaves contribuem para a redução dos esforços

sobre acoplamentos e dispositivos de transmissão durante

as partidas e para o aumento da vida útil do motor e

equipamentos mecânicos da máquina acionada, devido à

eliminação de choques mecânicos. Também contribui para

a economia de energia, sendo muito utilizada em sistemas

de refrigeração e em bombeamento.


Soft-Starter


Características

A soft-starter, durante o processo de partida, utiliza

comandos microprocessados que controlam transitores que

ajustam a tensão enviada ao estator do motor.

As chaves de partida estática são chaves

microprocessadas, projetadas para acelerar (ou

desacelerar) e proteger motores elétricos de indução

trifásicos. Através do ajuste do ângulo de disparo de

tiristores, controla-se a tensão aplicada ao motor. Com o

ajuste correto das variáveis, o torque e a corrente são

ajustados às necessidades da carga, ou seja, a corrente

exigida será a mínima necessária para acelerar a carga,

sem mudanças de frequência.


Características

Algumas características e vantagens das chaves soft-

starters são:

• Ajuste da tensão de partida por um tempo pré-definido;

• Pulso de tensão na partida para cargas com alto

conjugado de partida;

• Redução rápida de tensão a um nível ajustável, (redução

de choques hidráulicos em sistemas de bombeamento);

• Proteção contra falta de fase, sobre-corrente e

subcorrente, etc.


Princípio de Funcionamento

Seu princípio de funcionamento baseia-se em

componentes estáticos: tiristores. O esquema genérico de

um soft-starter é mostrado na figura abaixo:



Através do ângulo de condução dos tiristores, a tensão

na partida é reduzida, diminuindo os picos de corrente

gerados pela inércia da carga mecânica.

Um dos requisitos do soft-starter é controlar a potência

do motor, sem entretanto alterar sua freqüência (velocidade

de rotação). Para que isso ocorra, o controle de disparo dos

SCRs (tiristores) atua em dois pontos: controle por tensão

zero e controle de corrente zero.

O circuito de controle deve temporizar os pulsos de

disparo a partir do último valor de zero da forma de onda,

tanto da tensão como da corrente. O sensor pode ser um

transformador de corrente que pode ser instalado em uma

única fase (nesse caso, o sistema mede somente o ponto

de cruzamento de uma fase), ou um para cada fase



Para que a partida do motor ocorra de modo suave, o

usuário deve parametrizar a tensão inicial (Vp) de modo que

ela assuma o menor valor possível suficiente para iniciar o

movimento da carga. A tensão subirá linearmente segundo

um tempo também parametrizado (tr) até atingir o valor

nominal. Isso é mostrado na figura abaixo:



Na frenagem, a tensão deve ser reduzida

instantaneamente a um valor ajustável (Vt), que deve ser

parametrizado no nível em que o motor inicia a redução da

rotação. A partir desse ponto, a tensão diminui linearmente

(rampa ajustável (tr)) até a tensão final Vz, quando o motor

parar de girar. Nesse instante, a tensão é desligada.


Recursos

Os soft-starters existentes no mercado (fabricados pela

WEG, SIEMENS e outras) são equipados com interfaces

homem-máquina, ou painel de LEDs para informar o status

do sistema.

Quanto aos recursos que um soft-starter deve ter, os

mais importantes são:

1. proteção do motor;

2. sensibilidade à sequência de fase;

3. plug-in;

4. circuitos de economia de energia.


1 - Proteção do Motor

Podemos determinar interrupções e bloqueios em caso

de falta de fase ou falha do tiristor. Normalmente, esses

equipamentos também possuem relés eletrônicos de

sobrecarga. Durante o tempo de operação (tr), um relé

eletrônico de carga entra em operação quando necessário.

O dispositivo pode ser configurado para dar proteção

tanto para sobre-correntes (Ioc) quanto para sub-correntes

(Iuc). Quando possível, utilizar para partidas de motores

chaves soft-starter que possibilitem o ajuste do torque do

motor às necessidades do torque da carga, de modo que a

corrente absorvida será a mínima necessária para acelerar

a carga.


2 – Sensibilidade a Sequência de Fase

Os soft-starters podem ser configurados para operarem

somente se a sequência de fase estiver correta. Esse

recurso assegura a proteção, principalmente mecânica,

para cargas que não podem girar em sentido contrário

(bombas, por exemplo). Quando há a necessidade de

reversão, podemos fazê-los com contatores externos ao

soft-starter.


3 – Plug-in

O plug-in é um conjunto de facilidades que podem ser

disponibilizadas no soft-starter através de um módulo extra,

ou através de parâmetros, como relé eletrônico, frenagem

CC ou AC, dupla rampa de aceleração para motores de

duas velocidades e realimentação de velocidade para

aceleração independente das flutuações de carga.


4 – Economia de Energia

A maioria dos soft-starters modernos tem um circuito de

economia de energia. Essa facilidade reduz a tensão

aplicada para motores a vazio, diminuindo as perdas no

entreferro, que são a maior parcela de perda nos motores

com baixas cargas. Uma economia significante pode ser

experimentada para motores que operam com cargas de

até 50% da potência do motor. Entretanto, essa função

gera correntes harmônicas indesejáveis na rede, devido a

abertura do ângulo de condução para diminuição da

tensão.


Aplicações


Quando não utilizar

• Refrigeração: deve-se instalar o dispositivo sempre

verticalmente, com a ventilação para cima. A perda de calor

aproximada é de 3,6 W/A de corrente circulante.

• Tipo de motor: não deve ser utilizado para partida de

motores em anel.

• Fator de potência: não se deve colocar capacitores na

saída do soft-starter a fim de se corrigir o fator de potência.

• Torque alto em velocidade zero: elevadores e

guindastes necessitam de torque máximo a velocidade zero

no instante da partida. Nesse caso, a utilização do soft-

starter não é aconselhável.


Principais Funções

1 – Seleção de ajuste local da rampa de aceleração.

Este ajuste se refere ao ajuste da corrente limitada na

partida do motor. Permite suavizar a subida de corrente no

motor, de zero até a corrente de partida. Esta suavização

visa evitar trancos no motor e na carga. Ela não é

responsável direta pelo tempo de partida efetiva do motor.

O tempo de partida é, por outro lado, dependente do

nível de corrente de partida e da carga. Este ajuste de

“Rampa de Aceleração” deve ser sempre o menor possível,

para suavizar a partida e não prolongar demais o início de

giro do motor, otimizando a operação. Este ajuste é

especialmente importante em motores com pouca carga ou

sem carga, os quais, devido a tendência de rápida

aceleração, tendem a oscilarem.



Se o motor estiver com carga baixa, logo após alguns

segundos, o mesmo já estará na rotação nominal, e a

rampa de tensão ainda estará subindo. Em outros casos,

com carga pesada, o motor só ronca durante uma parte da

rampa, só iniciando a girar assim que a tensão ultrapassa o

ponto em que forneça o torque necessário a carga. Isto

também é normal.

Este ajuste é o principal, sendo diretamente

responsável pelo tempo de partida do motor. Quanto mais

alta a corrente admissível, mais rápida será a partida. Esta

corrente poderá atingir até 4 vezes a corrente nominal do

motor, conforme o caso. Após a subida inicial, suave da

corrente, a mesma permanecerá no nível ajustado até o

final de partida.



2 – Seleção de ajuste remoto.

Esta função é utilizada para partida de dois ou mais

motores de potências diferentes com o mesmo soft-starter.

Deste modo, cada motor terá a partida ideal, se um

dispositivo externo como contatores auxiliares ou CLP

selecionar a corrente de partida para cada caso.



3 – Seleção de parada por corrente ou por rotação.

Em caso de seleção de parada suave e comando de

parada suave no botão correspondente, o soft-starter inicia

a parada do motor obedecendo à rampa de parada

ajustada, por corrente ou por rotação do motor. Nos dois

casos, a rotação diminui em rampa, sendo que no segundo

caso a precisão é maior pois a corrente fica livre para

aumentar ou diminuir, compensando a carga.

A diferença é bastante perceptível, sendo que por

rotação, a rampa de parada obedece melhor a ajustada e

pretendida. Nos dois casos o efeito é melhor que a parada

por diminuição de voltagem simplesmente, como usada

pela maioria dos concorrentes, o que provoca parada

abrupta do motor abaixo de determinada tensão, não

obedecendo a rampa ajustada.



A rampa de parada é útil em casos onde a parada

brusca é prejudicial mecanicamente. Isso pode acontecer

em bombas de recalque, para evitar golpe de aríete, e em

motores com redutores de alta relação, que, ao parar

instantaneamente, ocasiona problemas devido a massas de

alta inércia acoplados no lado de baixa rotação do redutor.

A mesma é efetuada obedecendo esta rampa, ou por

diminuição gradual da corrente ou por diminuição gradual

da velocidade deixando a corrente livre para variar até o

valor de 5 vezes a corrente nominal.



4 – Energy Saver.

Esta função diminui a tensão no motor quando a carga

for abaixo da nominal do motor, sendo é útil em casos em

que o motor possui partida pesada mas a carga diminui

após a partida, como ocorre em uma grande porcentagem

das aplicações.

Esta função equivale a diminuir a potência do motor

proporcionalmente a carga, economizando energia e

melhorando o fator de potência. Em caso de picos de carga

a liberação da tensão total é automática, voltando ao

regime de economia após o pico de carga.



5 – Função detecção de cavitação.

Esta proteção é utilizada principalmente para bombas,

detectando a diminuição drástica da corrente do motor, o

que significa que a bomba não está escorvada ou seja, está

com ar no sistema. .



6 – Função de frenagem.

Esta função permite a parada com frenagem por

injeção de corrente CC igual a aproximadamente duas

vezes a nominal do motor. Só é ativa em caso de Parada

Normal (Full Stop). O tempo de injeção de corrente CC é

ajustável de 2 a 15 segundos e deve ser ajustada para o

valor ideal, durante o StartUp, de modo que a frenagem

seja interrompida logo após a parada efetiva do motor.



7 – Função Booster.

Esta função permite que para cargas com muita inércia

ou atrito o soft-starter injete inicialmente por um período de

0 a 2 segundos, ajustável, uma corrente de 5 vezes a

nominal do motor, retomando em seguida a rampa de

partida ajustada. Só deve ser usado onde absolutamente

necessário e pelo menor tempo que surta o efeito desejado,

para evitar sobrecorrentes desnecessárias na instalação.


Instrumentos de Medição

Analógicos: o sinal de saída ou a indicação apresenta

uma variação contínua no tempo da grandeza que está

sendo medida ou do sinal de entrada;

Digitais: o sinal de saída ou a indicação apresenta uma

variação com valores fixos em períodos de tempo da

grandeza que está sendo medida ou do sinal de entrada.



Analógicos:

• Qualidade inferior;

• Imprecisão de leitura;

• Fragilidade;

• Desgaste mecânico.

Digitais:

• Robustos;

• Precisos;

• Estáveis;

• Custo inferior.


Exatidão e Precisão


Inversor de Frequência

Inversor de frequência, também chamado de conversor

de frequência, é um dispositivo de conversão de controle

de energia para converter fonte de alimentação normal (50

ou 60 Hz) para outro valor de frequência através de

semicondutores de comportamento on/off, para controle de

motores trifásicos em operações de velocidade variável.



O inversor de frequência é um dispositivo eletrônico que

tem como sua principal função a variação da rotação de um

motor trifásico, através de mudança da frequência que o mesmo

proporciona em seus contatos de saída. Assim podemos

alternar facilmente a velocidade com a qual o motor vai

trabalhar. A frequência fornecida pela rede (frequência de

entrada no motor) determina a velocidade síncrona do campo

elétrico pela qual o motor trabalha. O inversor atua mudando

esta frequência na entrada do motor, caso a frequência seja

maior, consequentemente a velocidade do motor será maior, e

caso a frequência seja menor a velocidade também é menor. O

uso de um inversor de frequência ocasiona uma série de

vantagens, como, por exemplo, explorar o funcionamento do

motor e condições não descritas nas suas características

construtivas.



A utilização do inversor de frequência proporciona

flexibilidade de velocidade com segurança e precisão. É

possível, por exemplo, controlar a velocidade do motor sem

grandes perdas de torque, aceleração suave através de

programação, frenagem direta no motor, sem necessidade de

freios mecânicos, além de diversas formas de programação de

velocidade de acordo com a necessidade da ocasião. Outras

vantagens da utilização do inversor de frequência são:

• Substituição de variadores mecânicos e eletromagnéticos;

• Automatização, segurança e flexibilidade em processos

industriais;

• Instalação simples;

• Diminuição de choques mecânicos na partida do motor;

• Precisão e processos;

• Menos intervenção humana;



A velocidade de rotação do motor trifásico está ligada a

velocidade proporcionada pelo campo magnético girante,

está velocidade é chamada de velocidade síncrona, em

função do número de polos do motor (característica

construtiva) e em função da frequência da rede a qual está

ligado. Portanto concluímos que a velocidade do motor

elétrico trifásico é diretamente proporcional à frequência da

rede. Matematicamente: Velocidade síncrona (Ns) em RPM

é o produto de 120 vezes a frequência em Hz (f), dividido

pelo número de polos do motor (p).

𝑁𝑠 =120𝑥𝑓

𝑝


Partes de um Inversor de Frequência

• Circuito de entrada (ponte retificadora):

Este bloco retifica a energia alternada disponível, para

alimentação do inversor. A configuração mais comum é a

de uma ponte de diodos em onda completa e na saída um

capacitor que faz a filtragem da tensão obtida.

• Inversor de potencia:

Esta parte transforma a tensão contínua do bloco

anterior em tensão trifásica para alimentar o motor. São

usados transistores (IGBTs) que chaveiam a tensão a partir

dos sinais de gerador PWM (Modulação por Largura de

pulso). Quando estes sinais são gerados a uma carga

indutiva como o motor trifásico, elas tomam uma forma

quase senoidal, apesar de serem gerados como trens de

pulsos.



• Controle:

Neste circuito são formadas as ondas que

determinaram a velocidade e a potência aplicada no motor.

O bloco de controle geram pulsos que atuam nos

transistores de chaveamento.

• Proteção contra surtos:

A tensão da rede de energia não é perfeita e pode

conter surtos e transientes, para proteção do circuito, no

inversos de frequência são usados elementos como

varistores, TVS e elementos semelhantes.



• Proteção interna:

Este bloco analisa as tensões presentes na saída do

inversor, de modo que se estas apresentarem algum

distúrbio, o bloco de comando é acionado para tomar as

providencias necessárias, como interromper o processo.

• Placa de driver’s (disparo dos IGBT, fontes de

alimentação, etc.):

Bloco gerador de sinais para excitação dos transistores

de potencia de saída.



• Programação:

Painel que apresenta as informações gerais e também

é onde é realizada a programação do inversor.

• Interface (I/O):

Através deste bloco o inversor se comunica com

dispositivos externos, como computadores.

• Controle:

Neste bloco são tomadas decisões de acordo com a

programações, e sinais internos ou externos.



O inversor de frequência é ligado na rede elétrica, e em sua

saída há uma carga que receberá a frequência modificada pelo

inversor. No primeiro estágio, o inversor utiliza o circuito retificador

para transformar a tensão alternada em contínua. Após isso o

segundo estágio realiza o inverso, transforma tensão C em tensão

CA (conversor), e com a frequência desejada. Na rede a

frequência é fixa, geralmente 60 Hz, e a tensão é transformada

pelo retificador de entrada em contínua pulsada (retificação de

onda completa). O capacitor (filtro) a transforma e tensão contínua

pura. Essa tensão contínua é conectada aos terminais de saída

pelos dispositivos semicondutores do inversor, os transistores, que

funciona como chave estática. O sistema de comando é quem

controla a ação destes semicondutores, para conseguir uma

tensão pulsada, com frequências fundamentais desfasadas 120º.

A tensão é escolhida de modo que a relação tensão/frequência

seja constante, resultando em operação de fluxo constante, e

manutenção da máxima capacidade de sobrecarga do motor.


Inversor Escalar X Inversor Vetorial

Os inversores escalar são usados em tarefas mais

simples como o controle da partida e da parada e a

manutenção da velocidade em um valor constante

(regulação). A lógica de controle usada é a relação de

tensão/frequência constante.

O inversor vetorial é mais complexo em comparação ao

inversor escalar. Basicamente, ele promove o

desacoplamento entre o controle do fluxo e o controle da

velocidade por meio de transformação de variáveis. Por

esta técnica de controle, estes inversores são empregados

em tarefas mais complexas, que exigem grande precisão.


Inversor Escalar X Inversor Vetorial

A maior diferença entre estes inversores e o modo de

operação de cada um é a capacidade de inversão dos

fatoriais. Como pode ser percebido, o inversor escalar

muda a frequência de acordo com a relação

tensão/frequência, enquanto o inversor vetorial faz isso de

forma mais complexa, realizando modificações nos

parâmetros que influenciam essas grandezas.


Referências Bibliográficas

• BASOTTI. Márcio Rogério. Eletricidade: Instalações

Industriais. SENAI – RS, 2002.

• WEG. Manual de motores elétricos. Jaraguá do Sul,

s.d.

• SENAI – Rio de Janeiro – Elementos de Comandos

Elétricos, 2003.

• SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM

INDUSTRIAL – SENAI – Eletricista de Manutenção –

Comandos Elétricos – BH – 1998.

Obrigado!

Raphael Roberto Ribeiro Silva

E-mail: [email protected]

www.Pheletroeletronica.wordpress.com

Cel: (37) 9 9157-7496

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