eletricidade_ii

5/12/2018 Eletricidade_II - slidepdf.com

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Centro de Educação Tecnológica do Estado da BahiaUnidade de Camaçari

Sumário

Transformadores 4Definições Fundamentais 4Perdas no Transformador 8Transformação Trifásica 9

Motores de Corrente Contínua 10Atuadores 11Generalidades 11Composição Básica e Funcionamento 12Rotor 12Enrolamento 13Coletor 13

Estator 13Ímã Permanente 13Escovas 13

Motor de Fase Partida 14Partes de um Motor de Fase Partida 14

Fator de Potência 16Circuito Monofásico 16Circuito Trifásico 17

Potência em Corrente Alternada 17Fator de Potência 20

Fusível 21Disjuntores 22Sensor Capacitivo 23Sensor Indutivo 24Sensor Óptico 24Fim de Curso 25Relés 26Relé Falta de Fase 26Temporizador 26Contator 29Exercícios Práticos 30

Ligações de motores trifásicos com partida direta 30Ligações de motores trifásicos com partida direta, com reversão 31Ligações de motores trifásicos com partida em Estrela triângulo 32Ligações de motores trifásicos com partida tensão compensada 33Ligações de motores DAHLANDER com reversão 34Ligações de motores em anéis (Rotor bobinado) 35Frenagem por indução magnética 36

Exercícios Propostos 37Simbologia 38Bibliografia 41



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TRANSFORMADORES

Definições fundamentais

O transformador opera segundo o princípio da indução mútua entre duas (ou mais) bobinas ou circuitosindutivamente acoplados. Um transformador teórico de núcleo a ar, no qual dois circuitos são acoplados porindução magnética. Na foto abaixo vemos um transformador de potencial

Na figura 13.1 O circuito ligado à fonte de tensão alternativa, V1, é chamado de primário (circuito 1). O

primário recebe sua energia de uma fonte alternativa. Dependendo do grau de acoplamento magnético entreos dois circuitos, esta energia é transferida do circuito 1 ao circuito 2. Se os dois circuitos são frouxamenteacoplados, como no caso do transformador a núcleo de ar, mostrado na Fig.13-1, somente uma pequenaquantidade de energia é transferida do primário (circuito 1) para o secundário (circuito 2). Se as duas bobinasou circuitos estão enrolados sobre um núcleo comum de ferro, eles estão fortemente acoplados. Neste caso,quase toda a energia recebida da fonte, pelo primário, é transferida por ação transformadora ao secundário.



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TRANSFORMADOR

A energia elétrica produzida nas usinas hidrelétricas é levada, mediante condutores de eletricidade, aoslugares mais adequados para o seu aproveitamento. Ela iluminará cidades, movimentará máquinas emotores, proporcionando muitas comodidades. Para o transporte da energia até os pontos de utilização, nãobastam fios e postes. Toda a rede de distribuição depende estreitamente dos transformadores, que elevama tensão, ora a rebaixam. Nesse sobe e descem, eles resolvem não só um problema econômico, reduzindoos custos da transmissão a distância de energia, como melhoram a eficiência do processo.

Antes de qualquer coisa os geradores que produzem energia precisam alimentar a rede de transmissão edistribuição com um valor de tensão adequado, tendo em vista seu melhor rendimento. Esse valor dependedas características do próprio gerador, enquanto a tensão que alimenta os aparelhos consumidores, porrazões de construção e, sobretudo de segurança, tem valor baixo, nos limites de algumas centenas de volts(em geral, 110 ou 220). Isso significa que a corrente, e principalmente a tensão fornecida, variam de acordocom as exigências. Nas linhas de transmissão a perda de potência por liberação de calor é proporcional àresistência dos condutores e ao quadrado da intensidade da corrente que os percorre (P = R.i2). Para diminuira resistência dos condutores seria necessário usar fios mais grossos, o que os tornaria mais pesados e otransporte absurdamente caro. A solução é o uso do transformador que aumenta a tensão, nas saídas daslinhas da usina, até atingir um valor suficientemente alto para que o valor da corrente desça a níveisrazoáveis (P = U.i). Assim, a potência transportada não se altera e a perda de energia por aquecimento nos

cabos de transmissão estará dentro dos limites aceitáveis.



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Na transmissão de altas potências, tem sido necessário adotar tensões cada vez mais elevadas, alcançandoem alguns casos a cifra de 400.000 volts. Quando a energia elétrica chega aos locais de consumo, outrostransformadores abaixam a tensão até os limites requeridos pelos usuários, de acordo com suasnecessidades. Existe uma outra classe de transformadores, igualmente indispensáveis, de potência baixa.Eles estão presentes na maioria dos aparelhos elétricos e eletrônicos encontrados normalmente em casa, taiscomo, por exemplo, computador, aparelho de som e televisor. Cabe-lhes abaixar ou aumentar a tensão da

rede doméstica, de forma a alimentar convenientemente os vários circuitos elétricos que compõem aquelesaparelhos.



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O princípio básico de funcionamento de um transformador é o fenômeno conhecido como induçãoeletromagnética: quando um circuito é submetido a um campo magnético variável, aparece nele uma correnteelétrica cuja intensidade é proporcional às variações do fluxo magnético.

Os transformadores, na sua forma mais simples, consistem de dois enrolamentos de fio (o primário e osecundário), que geralmente envolvem os braços de um quadro metálico (o núcleo). Uma corrente alternadaaplicada ao primário produz um campo magnético proporcional à intensidade dessa corrente e ao número deespiras do enrolamento (número de voltas do fio em torno do braço metálico). Através do metal, o fluxomagnético quase não encontra resistência e, assim, concentra-se no núcleo, em grande parte, e chega aoenrolamento secundário com um mínimo de perdas. Ocorre, então, a indução eletromagnética: no secundáriosurge uma corrente elétrica, que varia de acordo com a corrente do primário e com a razão entre os númerosde espiras dos dois enrolamentos.



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A corrente elétrica deve ser alternada pelo fato de só haver indução magnética com a variação do campomagnético. A relação entre as voltagens no primário e no secundário, bem como entre as correntes nessesenrolamentos, pode ser facilmente obtida: se o primário tem Np espiras e o secundário Ns, a voltagem noprimário (Vp) está relacionada à voltagem no secundário (Vs) por Vp / Vs = Np / Ns, e as correntes por Ip/Is =

Ns/Np. Desse modo um transformador ideal (que não dissipa energia), com cem espiras no primário ecinqüenta no secundário, percorrido por uma corrente de 1 Ampére, sob 110 volts, fornece no secundário,uma corrente de 2 Ampéres sob 55 volts.

Perdas no transformador

Graças às técnicas com que são fabricados, os transformadores modernos apresentam grande eficiência,permitindo transferir ao secundário cerca de 98% da energia aplicada no primário. As perdas - transformaçãode energia elétrica em calor - são devidas principalmente à histerese, às correntes parasitas e perdas nocobre.1. Perdas no cobre. Resultam da resistência dos fios de cobre nas espiras primárias e secundárias. Asperdas pela resistência do cobre são perdas sob a forma de calor e não podem ser evitadas.2. Perdas por histerese. Energia é transformada em calor na reversão da polaridade magnética do núcleotransformador.3. Perdas por correntes parasitas. Quando uma massa de metal condutor se desloca num campo

magnético, ou é sujeita a um fluxo magnético móvel, circulam nela correntes induzidas. Essas correntesproduzem calor devido às perdas na resistência do ferro.

Relações no transformador ideal

Consideremos um transformador ideal, de núcleo de ferro, conforme mostra a Fig. 13-2, onde os fluxosdispersos φ 1 e φ 2 = 0 e k = 1. Tal transformador possui apenas fluxo mútuo φ m, comum a ambas as bobinas,primárias e secundárias. Quando V1 é instantaneamente positivo, como se vê na Fig. 13-2, a direção dacorrente primária I1 produz a direção do fluxo mútuo φ m , como se vê.O circuito ligado à fonte de tensão alternativa, V1, é chamado de primário (circuito 1). O primário recebe sua

energia de uma fonte alternativa. Dependendo do grau de acoplamento magnético entre os dois circuitos (Fig.13-2), esta energia é transferida do circuito 1 ao circuito 2. Se os dois circuitos são frouxamente acoplados,como no caso do transformador a núcleo de ar, mostrado na Fig.13-1, somente uma pequena quantidade deenergia é transferida do primário (circuito 1) para o secundário (circuito 2).



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Se as duas bobinas ou circuitos estão enrolados sobre um núcleo comum de ferro, eles estão fortementeacoplados. Neste caso, quase toda a energia recebida da fonte, pelo primário, é transferida por açãotransformadora ao secundário.

A força eletromotriz induzida primária, E1, de acordo com a convenção dos pontos e com a lei de Lenz,produz uma polaridade positiva na parte superior da bobina primária, que se opõe instantaneamente à tensão

aplicada V1. Semelhantemente, no secundário, para a direção de φ m mostrada, a polaridade positiva E2 deveser tal que crie um fluxo desmagnetizante oposto φm (lei de Lenz). Uma carga ligada aos terminais dosecundário produz uma corrente secundária I2, que circula em resposta à polaridade de E2 e produz um fluxodesmagnetizante.

Transformação Trifásica

Para transformar-se a tensão de uma fonte trifásica, se requer ou uma bancada de transformadoresmonofásicos, como mostra a Fig. 13-25, ou, alternadamente, um único transformador trifásico com seisenrolamentos num núcleo comum de ferro9 (como mostra na Fig. 13-25). (Usaremos em toda estaexplanação transformadores monofásicos individuais, mas as mesmas ligações e resultados advêm do uso de

enrolamentos idênticos num transformador polifásico.) Note-se que os transformadores individuais da Fig. 13-25 têm a mesma capacidade em kVA e a mesma relação da alta e baixa tensão. Note-se também que ostransformadores têm as fases indicadas e apropriadamente marcadas, de maneira que o sub-índice ímparmostra a polaridade instantânea positiva (Seç. 13-10) em ambos os lados de alta e baixa tensão.

Imaginemos que a tensão trifásica de linha disponível, para a excitação dos transformadores é 2300 V, 60 Hz,como mostra a Fig. Abaixo. As três tensões de linha estão defasadas a 120º, como mostra a figura e estarelação representa as tensões entre as três linhas e a fonte de energia: V AB, VBC, VCA, respectivamente, ondecada uma tem valor de 2.300 V, alguma coisa acima da tensão nominal do lado de alta dos transformadoresindividuais. Isto, evidentemente, dita o tipo de ligação dos transformadores individuais que deve ser Y, comomostra a Fig. Abaixo. Note-se que, ao fazer isto, deve-se tomar cuidado para assegurar que os terminais H1,

de polaridade instantânea positiva, sejam ligados à rede, enquanto os terminais H2 de cada transformador sãoligados num ponto comum (N). Note-se que as bobinas de alta tensão são designadas por A, B e C na Fig.

Abaixo, enquanto que as bobinas de baixa tensão (ainda não ligadas) são designadas por a, b e c,respectivamente.



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Motores de Corrente Contínua

Este applet mostra um motor de corrente contínua, que está ilustrado de uma forma simples apresentando

apenas as partes mais importantes para maior clareza. Ao invés de uma armadura com muitas curvas e umnúcleo de ferro, há somente um simples condutor retangular que gira, sendo que seu eixo foi omitido.

A seta vermelha indica a direção convencional da corrente (de mais para menos). Você pode reconhecer aslinhas do campo magnético (direcionada do pólo norte em vermelho até o pólo sul em verde) através da corazul. As setas pretas representam à força de Lorentz que é exercida no condutor que transporta uma correnteno campo magnético. A força de Lorentz mencionada é ortogonal à direção da corrente e às linhas do campomagnético. A orientação destas forças é resultante da bem conhecida regra dos três dedos (para a mãodireita!):



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O tamanho do motor está diretamente

relacionado com a potência, ou seja,depende da potência do mesmo, deforma que podemos encontrartamanhos que vão desde algunspoucos centímetros até váriosdecímetros. A velocidade de rotaçãoconseguida com esses motores variaentre 1000 e 4000 RPM (rotação porminuto). Acionar um motor DC é muitosimples, apenas é necessário aplicaruma tensão de alimentação entre seusterminais ou bornes. Para mudar osentido de giro, basta inverter a polaridade da alimentação. Mudando a polaridade de tensão aplicada, omotor gira em sentido contrário. Ao contrário de outros tipos de motores, os motores de DC não podem serposicionados e/ou travados numa posição específica, sempre giram livremente na velocidade e direçãodeterminadas pelo sentido da tensão de alimentação aplicada.

ATUADORES

Os motores de corrente contínua de forma geral, podemos dizer que sua forma é padronizada, a não serquando se trata de aplicações especiais, nas quais se fabricam motores de formas e tamanhos especiais.Estes elementos costumam ter formas cilíndricas ou quadradas, e seu interior também é do tipo cilíndrico, jáque não devemos esquecer que dentro gira uma bobina, possuem diferentes formas e tamanhos.

Generalidades

Os motores de Corrente Contínua(C.C.), também chamados DirectCurrent (D.C.), são os tipos deatuadores mais usados em robótica.Seu uso generalizado se deve àfacilidade que oferecem para controlara velocidade. Existem de diferentestamanhos, formas e potências, mas

todos são baseados no mesmo



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Composição Básica e Funcionamento

O motor de CC é constituído por duas peças fundamentais: rotor e estator. Dentro delas estão localizadostodos os outros elementos que o compõe.

Rotor

• Coletor• Eixo• Núcleo e Enrolamento(bobina do rotor)

Estator• Escovas e porta-

escovas• Ímã permanente• Carcaça• Tampas

Rotor: O rotor é a parte móvel do motor, proporciona o par binário (ou torque) para mover a carga.

É formado por:Eixo: é uma barra de aço fresada que fornece a rotação para o núcleo, enrolamento e coletor.

Núcleo: está localizado sobre o eixo. È fabricadocom camadas de lâminas de aço e sua função éproporcionar um trajeto magnético entre os pólospara que o fluxo magnético do enrolamentocircule. As lâminas têm por objetivo reduzir ascorrentes parasitas do núcleo. O aço do núcleo

deve ser capaz de manter em baixa as perdas porhistereses. O núcleo contém fendas ao longo daarmadura



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.

Enrolamento: consta de bobinas isoladas entre si e entre o núcleo e a armadura. Estas bobinas sãoalojadas nas fendas e são conectadas eletricamente com o coletor que, devido a seu movimento de rotação,proporciona um caminho de condução comutado.

Coletor: também chamado comutador. É formado por lâminas de material condutor (anéis coletores),separadas entre si e do centro do eixo por um material isolante, para evitar curtos-circuitos com ditoselementos. O coletor se encontra sobre um dos extremos do eixo do rotor, de forma que gira com este e está

em contato com as escovas. A função do coletor é recolher a tensão produzida no enrolamento induzido, etransmiti-la ao circuito por meio das escovas.

Estator: Constitui a parte fixa do motor. Sua função é fornecer o fluxo magnético que será usado pelobobinado do rotor para realizar o movimento giratório.É formado por:Carcaça: serve como suporte, além de proporcionar uma trajetória de retorno ao fluxo magnético do rotor edo ímã permanente, para completar o circuito magnético.

Ímã Permanente: É formado por um material ferro-magnético muito remanente. Encontra-se fixado dentro

da carcaça e sua função é proporcionar um campo magnético uniforme ao enrolamento do rotor, de formaque interaja com o campo formado pelo bobinado e se origine movimento do rotor como resultado destainteração de campos.

Escovas: São fabricadas em carvão no caso de motores potentes, e, em metais brandos (flexíveis) no casode motores de pequena potência. Sua dureza é menor que a do coletor e se localiza numa das tampas doestator.A função das escovas é transmitir a tensão e a corrente da fonte de alimentação para o coletor, porconseqüência ao bobinado do motor.



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MOTORES DE FASE PARTIDA

Partes de um motor de Fase Partida

Fig. 1 – Motor de fase partidaFig.2 – Rotor completo de um motor de fase partida

Fig. 3 – Estator de um motor de fase partida, montado na carcaça.

Fig. 4 – Esquema do circuito dos enrolamentos e posição do interruptor centrífugo quando o motor funciona avelocidade normal.

Fig. 5 – Uma das proteções de um motor de corrente alternada de potência inferior

ao de um cavalo.



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Fig.6 – Dois variantes da parte fixa de um tipo de interruptor centrífugo, fixado numa jorquilha em forma de Umontada sobre uma placa de bornes.

Fig. 7 – Mecanismo rotativo de um interruptor centrífugo.

Fig. 8 – Fases de funcionamento de um interruptor centrífugo.

Fig. 9 – Partes rotativas e fixas de um tipo de interruptor centrífugo.



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Fig. 10- Os dois enrolamentos do estator de um motor de fase partida. Observe os quatros pólos de cadaenrolamento.

Fig. 11 – Modificação que introduz um interruptor centrífugo no circuito de um motor.

FATOR DE POTÊNCIA

Circuitos Monofásicos

Se tivermos um gerador com uma só bobina queao funcionar gera uma tensão entre seusterminais, chamamos a este gerador de “geradormonofásico”.Nos geradores de corrente alternada monofásicosconvencionou-se chamar um dos terminais destegerador de neutro (N), e o outro de fase (F). Seligarmos este gerador a um circuito, teremos umcircuito monofásico. Portanto, um circuitomonofásico é aquele que tem uma fase e umneutro (F e N) e a tensão no circuito é igual à

tensão entre fase e neutro, também chamada detensão de fase (VFN ou VF ).



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Circuitos Trifásicos

Quando temos um gerador com três bobinas,ligadas conforme figura, ele é um gerador trifásico

e dá origem a um circuito trifásico.Podemos ter os circuitos trifásicos a três fios (F1,F2 e F3) e a quatro fios (F1, F2, F3 e N).

No circuito trifásico aparecem, com relação às tensões, a tensão entre fase e neutro, ou tensão de fase (VFN ou VF) e a tensão entre fases ou tensão de linha (VFF ou VL).

Demonstra-se que:VL

VL = 3 x VF ou VF = -------------- (sendo que 3 = 1,732) 3

Os circuitos trifásicos são mais usados em indústrias e grandes instalações.Obs.: Usa-se chamar os geradores de corrente alternada de “alternadores”

A figura ao lado mostra um gerador sendo bobinado em umaindústria de enrolamento

POTÊNCIA EM CORRENTE ALTERNADA

Quando fazemos passar por uma bobina uma corrente CC, verificamos que praticamente não há queda detensão, a não ser a queda devido à resistência do fio com que foi construída a bobina (U = RI). Entretanto,quando circula pela bobina o mesmo valor de CA verifica-se uma queda de tensão. Se substituirmos a bobinapor um condensador ou capacitor, verifica-se que não haverá nenhuma circulação de CC, entretanto, quandoligamos a CA aparecerá uma corrente circulando por ele (pode-se demonstrar que, quanto maior acapacidade, maior a corrente alternada circulante).Verifica-se, então, que as bobinas e capacitores se comportam de maneira diferente em relação à CA..

A esta oposição à passagem da corrente dá-se o nome de reatância indutiva, quando se trata de bobinas, ereatância capacitiva, quando se trata de capacitor. A soma vetorial das reatâncias com a resistência, dá-se onome de “impedância” (Z).



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Assim temos:

Resistência... RReatância indutiva (bobinas)... XL

Reatância capacitiva (capacitores)... .XC

Impedância (soma vetorial)... Z

A reatância capacitiva opõe-se à indutiva. Assim, a reatância total do circuito ( X ) é dada pela diferença entreXL e XC (o maior destes dois valores determina se o circuito é indutivo ou capacitivo).

X = XL - XC

XL > XC... Circuito Indutivo

XC > XL... Circuito Capacitivo

Os valores da resistência, das reatâncias e da impedância podem ser representados graficamente através deum triângulo retângulo, como abaixo:

Z: impedância do circuito

R: resistência do circuito

X: reatância total do circuito ( queé igual a XL-XC ou XC-XL ).

Uma carga ligada a um circuito de corrente alternada é, quase sempre, constituída de resistência e reatância,ou seja, temos sempre uma impedância. Assim, a expressão da potência W = U x I, em geral não é válidapara circuitos de corrente alternada, devendo ser acrescida à expressão um outro fator, conforme veremos.

Pela Lei de Ohm, temos que a potência desenvolvida em um circuito é:

R x I² = W (watts)

Por outro lado, se substituirmos na expressão acima a resistência pela reatância total, teremos:

X x I² = VA

Que é expressão da potência reativa desenvolvida no circuito e que depende das resistências existentes.



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Ao produto V x I (ou Z x I²) = VA chamamos de potência aparente, que é a soma vetorial das duas potênciasativa e reativa.

Assim, temos:

W = R x I² Var = X x I² VA = Z x I² = U x I

Onde:

w= potência ativa (ou kw, que corresponde a 1000 W)

VAr = potência reativa (ou KVAr, que corresponde a 1000 Var)

VA = potência aparente (ou kVA, que corresponde a 1000VA)

Assim como no caso anterior, podemos tomar as três potências acima e construir um triângulo com seusvalores, ou seja:

kVA² = kW² + kVAr

Cosø = kw / kVA

kVA = kw² + kVAr2

Senø = kvar / kVA

kW = kVA x cosø

Tgø = KVAr / kW

Kvar = kVA x Senø

Obs.: Os valores de cós (co-seno), sem (seno) e tg (tangente) podem ser obtidos através de uma tabela de

funções trigonométricas.

CAPACITORES PARA CORREÇÃO DO FATOR DE POTÊNCIA



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FATOR DE POTÊNCIA

A potência ativa (kW) é a que efetivamente produz trabalho. A potência reativa (kVAr), ou magnetizante, éutilizada para produzir o fluxo magnético necessário ao funcionamento dos motores e transformadores.Para termos uma idéia do que vem a ser duas formas de energia, vamos fazer uma analogia com um copo decerveja.Num copo de cerveja temos uma parte ocupada só pelo líquido e outra ocupada pela espuma. Se quisermosaumentar a quantidade de líquido teremos que diminuir a espuma. Assim, de maneira semelhante ao copo decerveja, a potência ativa (kW) que corresponde ao líquido, e potência reativa (KVAr) que corresponde àespuma. A soma vetorial (em ângulo de 90º), das potências ativa e reativa é a potência aparente (kVA) quecorresponde ao volume do copo (líquido mais espuma).Assim como o volume do copo é limitado, também a capacidade em kVA, de um circuito elétrico (fiação,transformadores, etc.) é limitada de tal forma que, se quisermos aumentar a potência ativa em um circuito,temos que reduzir a potência reativa.

O fator de potência é o quociente da potência ativa (kW), pela potência aparente (kVA), que é igual ao co-seno do ângulo Ø do triângulo das potências.

FP = cosø FP = kW / kVAExemplo:

Qual a potência do transformador, necessário para se ligar um motor de 10 kW com FP = 0,50 e qual acorrente que circula pelo circuito para a tensão igual a 22 v? (Calcular também para FP = 1,00).

1° Caso:

Para FP = 0,50PKVA = PKVA / cosø

PKVA = 10 / 0,50

PKVA = 20 kVA

I = PVA / V

I = 20.000 / 220

I = 90 A

Resposta:Transformador de 20 kVACorrente de 90 A

2º Caso

Para FP = 1,00

PKVA = Pkw / cósø

PKVA = 10 / 1,00

PKVA = 10 kVA

I = PVA / V

I = 10.000 / 220

I = 45 AResposta:

Transformador de 10 kVACorrente de 45 A



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Pelo exemplo, verifica-se que quanto menor o FP mais problemas trará ao circuito transformadores maiores, fiaçãomais grossa, etc. Logo, é interessante corrigirmos o fator de potência de uma instalação para os valores maispróximos possíveis da unidade (as companhias de energia elétrica cobram um ajuste sobre o FP, quando o

mesmo é inferior a 0,92, de acordo com a legislação do FP).

As causas mais comuns do baixo FP são:

-Nível de tensão elevado acima do valor nominal;

-Motores que, devido a operações incorretas, trabalham a vazio desnecessariamente durante grande partedo seu tempo de funcionamento;

-Motores superdimensionados para as respectivas máquinas;

-Grandes transformadores de força sendo usados para alimentar, durante longos períodos, somentepequenas cargas.

-Transformadores desnecessariamente ligados a vazio por períodos longos;

-Lâmpadas de descargas fluorescentes, vapor de mercúrio, etc. sem a necessária correção individual doFP.

FUSÍVEL

Os fusíveis e disjuntores são dispositivos que protegem os circuitos elétricos contra danos causados porsobrecargas de corrente, que podem provocar até incêndios, explosões e eletrocutamentos. Os fusíveis sãoaplicados geralmente nos circuitos domésticos e na indústria leve, enquanto que os disjuntores são projetadosprincipalmente para atender as necessidades da indústria pesada.



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O funcionamento do fusível baseia-se no princípio segundo o qual uma corrente que passa por um condutorgera calor proporcional ao quadrado de sua intensidade. Quando a corrente atinge a intensidade máximatolerável, o calor gerado não se dissipa com rapidez suficiente, derretendo um componente e interrompendo ocircuito.

O tipo mais simples é composto basicamente de um recipiente tipo soquete, em geral de porcelana, cujosterminais são ligados por um fio curto, que se derrete quando a corrente que passa por ele atinge determinadaintensidade. O chumbo e os estanhos são dois metais utilizados para esse fim. O chumbo se funde a 327º C eo estanho, a 232º C. Se a corrente for maior do que aquela que vem especificada no fusível: 10A, 20A, 30A,etc.,o seu filamento se funde (derrete). Quanto maior for a corrente especificada pelo fabricante, maior aespessura do filamento. Assim, se a espessura do filamento do fusível suporta no máximo uma corrente de 10Ae por um motivo qualquer a corrente exceder esse valor, a temperatura atingida pelo filamento será suficientepara derretê-lo, e desta forma a corrente é interrompida. Os fusíveis se encontram normalmente em doislugares nas instalações elétricas de uma residência: no quadro de distribuição e junto do relógio medidor.Alemdisso eles estão presentes no circuito elétrico dos aparelhos eletrônicos, no circuito elétrico do carro, etc.

O fusível de cartucho, manufaturado e lacrado em fábrica, consiste de um corpo oco não condutivo, de vidro ouplástico, cujo elemento condutor está ligado interiormente a duas cápsulas de metal, os terminais, localizadosnas extremidades.

DISJUNTORES

Modernamente, nos circuitos elétricos de residências, edifícios e indústrias, em vez de fusíveis, utilizam-sedispositivos baseados no efeito magnético da corrente denominados disjuntores. Em essência, o disjuntor éuma chave magnética que se desliga automaticamente quando a intensidade da corrente supera certo valor.Tem sobre o fusível a vantagem de não precisar ser trocado. Uma vez resolvido o problema que provocou odesligamento, basta religá-lo para que a circulação da corrente se restabeleça.



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SENSOR CAPACITIVO

Antes de explorarmos o sensor capacitivo, vamos relembrar alguns conceitos básicos sobre o capacitor.O capacitor é um componente eletrônico capaz de armazenar cargas elétricas. Por essa razão, ele opõemse as variações de tensão, e é muito utilizado como filtro em circuitos eletrônicos.Esse componente é composto por duas placas metálicas isoladas eletricamente. O material isolante échamado “dielétrico”. O valor da capacitância do capacitor é diretamente proporcional à área das placas e daconstante dielétrica do material isolante, e inversamente proporcional à distância entre essas placas. Emcorrente contínua, o capacitor carrega-se de forma exponencial segundo uma constante de tempo RC.

SensorCapacitivo



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SENSOR INDUTIVO

Assim como fizemos com o sensor capacitivo, vamos relembrar alguns conceitos básicos do indutor.Quando ligado em CA. O indutor é um componente eletrônico composto de um núcleo, o qual é envolto poruma bobina. Quando circulamos uma corrente por essa bobina, um campo magnético é formado no núcleo oindutor armazena a energia gerada pela bobina no seu núcleo por algum tempo. Sendo assim, quando acorrente da bobina for interrompida, ainda teremos um pouco de corrente na carga. Essa corrente é devida acontração das linhas de campo magnético que estão ao redor do núcleo. Isso significa que o indutor opõe seàs variações de corrente (assim como os capacitores às variações de tensão). Em corrente alternada, oindutor apresenta determinada impedância. Essa impedância é dada por: XL = 2 W f L Onde f = freqüênciado sinal, em Hz. L = indutância, em Henry Ora, a indutância depende do núcleo do indutor.Normalmente, os sensores comerciais possuem um circuito oscilador..

SENSOR ÓPTICO

Um sensor óptico é formado por um emissor de luz e um receptor de luz. O emissor de luz óptico pode serum led (diodo emissor de luz ou uma lâmpada). O receptor é um componente foto-sensível (foto transistores,fotodiodos, ou LDRs). Um circuito oscilador gera uma onda que será convertida em luz pelo emissor.Quando um objeto é aproximado do sensor óptico, ele reflete luz do emissor para o receptor. Um circuitoeletrônico identifica essa variação e emite um sinal ao sistema de controle. Os sensores ópticos são capazesde detectar vários tipos de objetos. Os objetos transparentes, entretanto, não podem ser detectados poreles.Caso esse sensor funcione por reflexão, objetos totalmente escuros também não serão detectados.



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Existem três formas de um sensor óptico operar:a) Reflexão: a luz é refletida no objeto e o sensor é acionadob) Barreira: o objeto bloqueia a passagem da luz, e a saída do sensor é acionada.c) Emissor-receptor: neste caso, o emissor e o receptor estão montados separadamente. Quando o raio de

luz é interrompido pelo objeto, a saída é ativada, quando trabalhamos em ambientes com partículas emsuspensão (poeira), devemos tomar cuidado na utilização dos sensores ópticos. Caso ele não possa sersubstituído por outrotipo (magnético, capacitivo, etc.) deve-se contemplar um plano de limpeza periódica das lentes a fim de seevitar um mau funcionamento. Alteração do campo magnético do sensor indutivo na aproximação de umcorpo metálico..

CHAVES FIM-DE-CURSO

As chaves fim-de-curso, como o próprio nome sugere, são aplicadas para detectar o fim do movimento deeixos

Seu princípio de funcionamento é muito simples, e trata-se apenas de uma chave eletromecânicaconvencional. A chave fim-de-curso pode ser normalmente aberta (NA) ou normalmente fechada (NF).

Sensor O

pticoPor Barreira Fotoelétrica



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CONCLUSÃO

Alguns tipos de sensores não foram contemplados neste artigo (efeito Hall, ultrassônicos, etc.).Embora sejam eles para aplicações mais específicas, pretendemos abordá-los em um futuro próximo.

RELÉ

Os relés são componentes eletromecânicos capazes de controlar circuitos externos de grandes correntes apartir de pequenas correntes ou tensões, ou seja, acionando um relé com uma pilha podemos controlar ummotor que esteja ligado em 110 ou 220 volts, por exemplo. O funcionamento dos relés é bem simples:

quando uma corrente circula pela bobina, esta cria um campo magnético que atrai um ou uma série decontatos fechando ou abrindo circuitos. Ao cessar a corrente da bobina o campo magnético também cessa,fazendo com que os contatos voltem para a posição original. Os relés podem ter diversas configuraçõesquanto aos seus contatos: podem ter contatos NA, NF ou ambos, neste caso com um contato comum oucentral (C).

RELÉ TEMPORIZADOR



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Alimentando-se os terminais a-b, o relé tipo TXC-1 inicia a contagem do tempo t1 pré-ajustado e comuta oscontatos de saída durante um tempo t 2 pré-ajustado, voltando a condição inicial na contagem de tempo t1 eassim sucessivamente. No tipo TXC-2, o relé começa comutando o relé de saída durante a contagem dotempo t1. Os contatos NA (normalmente aberto) são os que estão abertos enquanto a bobina não está

energizada e que fecham, quando a bobina recebe corrente. Os NF (normalmente fechado) abrem-sequando a bobina recebe corrente, ao contrário dos NA. O contato central ou C é o comum, ou seja, quando ocontato NA fecha é com o C que se estabelece a condução e o contrário com o NF.

A principal vantagem dos Relés em relação aos SCR e os Triacs é que o circuito de carga estácompletamente isolado do de controle, podendo inclusive trabalhar com tensões diferentes entre controle ecarga. A desvantagem é o fator do desgaste, pois em todo o componente mecânico há uma vida útil, o quenão ocorre nos Tiristores. Devem ser observadas as limitações dos relés quanto a corrente e tensãomáxima admitida entre os terminais. Se não forem observados estes fatores a vida útil do relé estarácomprometida,ou até a do circuito controlado. Na figura abaixo estão o desenho ilustrativo de um relé(esquerda) e a configuração mais comum dos contatos dos relés (direita).

O relé tipo UNSX foi especialmente projetado para supervisão de redes elétricas e motores contra falta defase, inversão de fase e mínima tensão. O relé é construído em estado sólido, insensível à vibração ouchoque, podendo ser instalado em qualquer posição. Indicado para a proteção de motores contra a falta de

fase, devido a queima de um fusível nos sistemas de partida contator-fusível.A proteção é eficiente mesmo em condições desfavoráveis, ou seja, quando a tensão de retorno na fase dedefeito estiver próxima da tensão de alimentação, no caso de motores levemente carregados.Um circuito eletrônico com total proteção a transientes e a confiabilidade dos componentes empregados,garantem longa vida em regime contínuo de funcionamento. Fotos e esquemas abaixo:



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Esquema de um relé temporizado

Funcionamento: Inicialmente o capacitor C1 está carregado pelo comutador fechado de K1e a resistência decarga R2. Acionando S1, energiza o contator K1, que mantém a retenção pelo contato comutador aberto deK1, que em série com R1 resistor variável vai descarregando C1. O tempo de desligamento de K1 é dado pelaregulagem em R1.

Funcionamento: Inicialmente o capacitor C1 está carregado. Acionando K1 o contato comutador muda deposição, retendo K1, até que o capacitor descarrega. O tempo de atuação é dado pela regulagem de R1



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O CONTATOR

O contator é um dispositivo eletromagnético que liga e desliga o circuito do motor. Usado de preferência paracomandos elétricos: Automáticos à distância. É constituído de bobina que quando energizada cria um campomagnético no núcleo fixo que por sua vez atrai o núcleo móvel que fecha vários circuitos. Cessando a alimentaçãoda bobina, desaparece o campo magnético, provocando o retorno do núcleo através de molas conforme figura.

Contator

Contator com a adição

Contatos auxiliares



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EXERCÍCIOS PRÁTICOS

Partida direta

Em quase todas as concessionárias de energia elétrica, permite-se que os motores em partida direta, somente até5 Hp ( 3,75 kW). Entende-se por partida direta a partida com a tensão de abastecimento

Diagrama de Força Diagrama de comando



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Chave Reversora Trifásica

Funcionamento:



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Partida de Motor Trifásico em Estrela TriânguloFuncionamento:

Diagrama de Força Diagrama de Comando



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Partida de motor com tensão compensadaFuncionamento:



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Ligações de Motores Dahlander: Os motores Dahlander, são motores que tem 2 velocidades, pois eles sãoconstruídos em 2/4 pólos, 4/8 pólos etc. sempre nº. pares de pólos, é como se houvesse 2 motores em 1 Pode-se usar isolados, um ou outro separadamente.Ligações: O Motor funciona na 1ª velocidade com os bornes de ligações 1, 2 e 3 alimentados à rede por C1 e

os contatores C2 e C3 estão desligados.A 2ª velocidade os bornes 1,2 e 3 serão fechados em estrela pelo contator C2, e o contator C3 liga os bornes,

5, 4 e 6 a rede

Esquema de Força:

–Desenhe o Esquema de Comando (Complete)



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Variação de velocidade por resistências em Motores de rotor bobinado

Complete o esquema de comando (Motor em anéis)



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Motor Trifásico com frenagem por contra corrente (Freio Eletromagnético)

Circuito de Força

Circuito de comando



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Exercícios Propostos:

-Faça um esquema de comando em que as lâmpadas L1, L2, L3, L4 e L5 acendem uma após a outra e quando L5se acender, todas se apagam ao mesmo tempo.

-Faça um esquema de com as 5 lâmpadas acima em que uma lâmpada acende e a anterior apaga, até todas seacenderem e apagarem, L5 se apagará por último.

-Faça um esquema com variação de velocidade em que os resistores entraram ao acionar um mesmo botão eindividualmente R1,R2,R3 e R4.

-Um transformador de 15 kVA trabalhava a plena carga (100%), alimentando uma carga de 7,5 kW. Qual o fator depotência do sistema?

-Qual a potência do transformador necessária para se ligar um motor de 7,5 cv com FP = 0,6, e qual a correnteque circula pelo circuito para tensão igual a 220 V?



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Simbologia:



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Bibliografia

João Mamede Filho, Instalações Elétricas Industriais. I.Lkosow, C. E. Stermmer, A. Mortgnoni, Manual de Tecnologia Eletromecânica. R. Rosenberg, Reparicíon de Motores Eléctros. Hélio Kreder, Instalações Elétricas. Occidental Schools, Eletrônica Rádio e Televisão. Pial Legrand, Eletricidade Básica Predial. Motores WEG, Internet Catálogo Geral. CEFET – SP, Internet Catálogo Geral. SENAI, Apostila Comandos Elétricos.

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