fundamentos de mÁquinas e comandos elÉtricos rev 01 09 fev 2

FUNDAMENTOS DE MÁQUINA E

COMANDO ELÉTRICO

Unidade Operacional (CENTRO DE FORMAÇÃO PROFISSIONAL “JOSÉ IGNACIO PEIXOTO”)

Presidente da FIEMG

Robson Braga de Andrade Gestor do SENAI

Petrônio Machado Zica

Diretor Regional do SENAI e

Superintendente de Conhecimento e Tecnologia

Alexandre Magno Leão dos Santos

Gerente de Educação e Tecnologia

Edmar Fernando de Alcântara

Elaboração

Givanil Costa de Farias Rodrigo Ângelo de Oliveira

Unidade Operacional CENTRO DE FORMAÇÃO PROFISSIONAL “JOSE IGNACIO PEIXOTO”

Sumário

PRESIDENTE DA FIEMG .................................................................................................................... 2

APRESENTAÇÃO .............................................................................................................................. 6

INTRODUÇÃO .................................................................................................................................... 7

TRANSFORMADORES ...................................................................................................................... 8

FUNCIONAMENTO .............................................................................................................................. 8

TRANSFORMADORES COM MAIS DE UM SECUNDÁRIO ......................................................................... 10

RELAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO ....................................................................................................... 10

TIPOS DE TRANSFORMADORES ......................................................................................................... 11

RELAÇÃO DE POTÊNCIA ................................................................................................................... 12

TRANSFORMADOR COM PRIMÁRIO A TRÊS FIOS ................................................................................. 13

TRANSFORMADOR COM PRIMÁRIO A QUATRO FIOS ............................................................................. 15

LIGAÇÃO PARA 220V ....................................................................................................................... 15

IDENTIFICAÇÃO DOS TERMINAIS ........................................................................................................ 17

RELAÇÃO DE FASE ENTRE AS TENSÕES DO PRIMÁRIO E DO SECUNDÁRIO ............................................ 18

TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS ............................................................................................. 20

TIPOS DE LIGAÇÃO DE TRANSFORMADORES TRIFÁSICOS .................................................................... 21

NUMERAÇÃO DE BORNES E IDENTIFICAÇÃO DE BOBINAS .................................................................... 25

PERDAS POR EFEITO JOULE ............................................................................................................. 26

RENDIMENTO .................................................................................................................................. 27

MOTORES DE CA MONOFÁSICOS ............................................................................................... 28

TIPOS DE MOTORES MONOFÁSICOS .................................................................................................. 28

MOTOR UNIVERSAL ......................................................................................................................... 28

MOTOR DE INDUÇÃO ........................................................................................................................ 29

TIPOS DE MOTORES DE INDUÇÃO ...................................................................................................... 30

LIGAÇÃO DOS MOTORES MONOFÁSICOS ............................................................................................ 33

MOTORES TRIFÁSICOS DE CA ......................................................................................................... 34

MOTOR ASSÍNCRONO DE CA ............................................................................................................ 35

FUNCIONAMENTO ............................................................................................................................ 36

TIPOS DE MOTORES ASSÍNCRONOS .................................................................................................. 38

MOTOR DE ROTOR BOBINADO .......................................................................................................... 39

MOTOR SÍNCRONO DE CA ................................................................................................................ 42

LIGAÇÃO DOS MOTORES TRIFÁSICOS ................................................................................................ 43

PADRONIZAÇÃO DA TENSÃO E DA DIMENSÃO DOS MOTORES TRIFÁSICOS ASSÍNCRONOS E SÍNCRONOS . 45

MÁQUINAS DE CORRENTE CONTÍNUA ....................................................................................... 45

GERADORES E MOTORES ................................................................................................................. 46

CONSTRUÇÃO ................................................................................................................................. 46

GERADOR DE CC - PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO ........................................................................... 47

CLASSIFICAÇÃO DOS GERADORES DE CC ......................................................................................... 48

TIPOS DE GERADORES ..................................................................................................................... 49

MOTOR DE CC FUNCIONAMENTO ..................................................................................................... 51

TIPOS DE MOTORES ......................................................................................................................... 53

COMUTAÇÃO ................................................................................................................................... 55

REAÇÃO DO INDUZIDO ..................................................................................................................... 56

IDENTIFICAÇÃO DOS TERMINAIS DAS MÁQUINAS DE CC ...................................................................... 57

DEFEITOS INTERNOS DOS MOTORES DE CC .................................................................................... 58

DEFEITOS RELACIONADOS AO INDUZIDO ........................................................................................... 59

FUSÍVEIS .......................................................................................................................................... 62

CONTATOS ..................................................................................................................................... 63

CORPO ISOLANTE ............................................................................................................................ 63

BOTÕES DE COMANDO ................................................................................................................. 70

SIMBOLOGIA ................................................................................................................................... 70

BLOCO DE CONTATOS ...................................................................................................................... 73

BORNES PARA CONEXÕES ............................................................................................................... 73

BOTOEIRA COM TRAVAMENTO .......................................................................................................... 75

CHAVE AUXILIAR TIPO FIM DE CURSO ....................................................................................... 76

BLOCO DE CONTATO ........................................................................................................................ 78

CONTATORES ................................................................................................................................. 83

BOBINA ............................................................................................................................................ 85

CONTATOS E TERMINAIS DE LIGAÇÕES PRINCIPAIS DOS CONTATORES ................................................ 92

IDENTIFICAÇÃO DOS TERMINAIS ........................................................................................................ 93

INTERTRAVAMENTO DE CONTATORES ............................................................................................... 94

RELÉS DE PROTEÇÃO ................................................................................................................... 97

RELÉS TÉRMICOS DE SOBRECARGA .................................................................................................. 97

FUNCIONAMENTO ............................................................................................................................ 99

TIPOS DE RELÉS DE SOBRECARGA .................................................................................................. 101

DISJUNTOR INDUSTRIAL ............................................................................................................. 103

SINALIZAÇÃO ................................................................................................................................ 104

TIPOS DE RELÉS DE TEMPO QUANTO À AÇÃO DOS CONTATOS ........................................................... 106

SIMBOLOGIA ................................................................................................................................. 106

FUNCIONAMENTO .......................................................................................................................... 107

TRANSFORMADORES PARA COMANDOS ELÉTRICOS .......................................................... 108

AUTOTRANSFORMADOR ................................................................................................................. 109

FUNCIONAMENTO .......................................................................................................................... 110

CIRCUITOS E DIAGRAMAS ELÉTRICOS .................................................................................... 112

TIPOS DE DIAGRAMAS .................................................................................................................... 112

SISTEMA DE PARTIDA DIRETA DE MOTORES TRIFÁSICOS .................................................. 124

PARTIDA DIRETA COM REVERSÃO ................................................................................................... 127

SISTEMA DE PARTIDA ESTRELA-TRIÂNGULO DE MOTORES TRIFÁSICOS CONDIÇÕES ESSENCIAIS: ........ 129

SISTEMA DE PARTIDA COM AUTOTRANSFORMADOR (COMPENSADORA) DE MOTORES TRIFÁSICOS ....... 133

COMPARAÇÃO ENTRE CHAVES ESTREIA-TRIÂNGULO E COMPENSADORAS AUTOMÁTICAS ESTRELA-

TRIÂNGULO AUTOMÁTICA ............................................................................................................... 136

COMPENSADORA AUTOMÁTICA ............................................................................................... 137

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................................. 141

Fundamentos de Máquinas e Comando Elétrico ____________________________________________________________

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Curso Técnico em Eletrônica 6/141

AApprreesseennttaaççããoo

“Muda a forma de trabalhar, agir, sentir, pensar na chamada sociedade do conhecimento. “

Peter Drucker O ingresso na sociedade da informação exige mudanças profundas em todos os perfis profissionais, especialmente naqueles diretamente envolvidos na produção, coleta, disseminação e uso da informação. O SENAI, maior rede privada de educação profissional do país, sabe disso, e, consciente do seu papel formativo, educa o trabalhador sob a égide do conceito da competência: ”formar o profissional com responsabilidade no processo produtivo,

com iniciativa na resolução de problemas, com conhecimentos técnicos aprofundados,

flexibilidade e criatividade, empreendedorismo e consciência da necessidade de

educação continuada”.

Vivemos numa sociedade da informação. O conhecimento, na sua área tecnológica, amplia-se e se multiplica a cada dia. Uma constante atualização se faz necessária. Para o SENAI, cuidar do seu acervo bibliográfico, da sua infovia, da conexão de suas escolas à rede mundial de informações - internet - é tão importante quanto zelar pela produção de material didático. Isto porque, nos embates diários, instrutores e alunos , nas diversas oficinas e laboratórios do SENAI, fazem com que as informações, contidas nos materiais didáticos, tomem sentido e se concretizem em múltiplos conhecimentos. O SENAI deseja, por meio dos diversos materiais didáticos, aguçar a sua curiosidade, responder às suas demandas de informações e construir links entre os diversos conhecimentos, tão importantes para sua formação continuada !

Gerência de Educação e Tecnologia


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IINNTTRROODDUUÇÇÃÃOO

Este material didático foi elaborado para o curso de eletrônica para

formação de profissionais. O presente volume apresenta dois capitulos:

No primeiro capítulo apresentamos Máquinas elétricas, apresenta conhecimentos teóricos e práticos sobre transformadores, máquinas de corrente contínua e corrente alternada e motores de aplicações especiais.

No segundo capítulo apresentaremos “Comandos Elétricos” apresenta conhecimentos teóricos e práticos sobre comando, sinalização, Contatores, Chaves auxiliares, Relés como dispositivos de segurança e de tempo, Transformadores para comando, Diagramas e tipos de acionamentos para fins determinados .

O objetivo deste material didático é servir de apoio ao trabalho docente e

fornecer material de referência aos futuros profissionais indicando


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TTRRAANNSSFFOORRMMAADDOORREESS

O transformador é um dispositivo que permite elevar ou abaixar os valores de tensão em um circuito de CA. A maioria dos equipamentos eletrônicos emprega transformadores para elevar ou abaixar tensões.

A figura 4.1 mostra alguns tipos de transformadores.

Funcionamento

Quando uma bobina é conectada a uma fonte de CA, um campo magnético variável surge ao seu redor. Se outra bobina for aproximada da primeira, o campo magnético variável gerado na primeira bobina corta as espiras da segunda bobina. (Fig. 4.2)

Em conseqüência da variação do campo magnético sobre as espiras,

surge uma tensão induzida na segunda bobina. A bobina na qual se aplica a tensão CA é denominada primário do

transformador. A bobina onde surge a tensão induzida é denominada secundário do transformador. (Fig. 4.3)


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Observação As bobinas primária e secundária são eletricamente isoladas entre si. A

transferência de energia de uma para a outra se dá exclusivamente através das linhas de forças magnéticas.

A tensão induzida no secundário é proporcional ao número de linhas

magnéticas que cortam a bobina secundária e ao número de suas espiras. Por isso, o primário e o secundário são montados sobre um núcleo de material ferromagnético. (Fig. 4.4)

Esse núcleo tem a função de diminuir a dispersão do campo magnético, fazendo com que o secundário seja cortado pelo maior número possível de linhas magnéticas. Como conseqüência, obtém-se uma transferência melhor de energia entre primário e secundário.

Veja na figura 4.5 o efeito causado pela colocação do núcleo no transformador.

Com a inclusão do núcleo, embora o aproveitamento do fluxo magnético gerado seja melhor, o ferro maciço sofre perdas por aquecimento causadas por dois fatores: a histerese magnética e as correntes parasitas.

As perdas por histerese magnética são causadas pela oposição que o ferro oferece à passagem do fluxo magnético. Essas perdas são diminuídas com o emprego de ferro doce na fabricação do núcleo.

As perdas por corrente parasita (ou por correntes de Foucault) aquecem o

ferro, porque a massa metálica sob variação do fluxo gera dentro de si mesma uma força eletromotriz (fem) que provoca a circulação de corrente parasita.


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Para diminuir seu aquecimento, os núcleos são construídos com chapas de ferro isoladas entre si. O uso de lâminas não elimina o aquecimento, mas este se torna bastante reduzido em relação ao núcleo de ferro maciço. (Fig. 4.6)

Observação As chapas de ferro contêm uma porcentagem de silício em sua com

posição. Isso favorece a condutibilidade do fluxo magnético. A figura 4.7 mostra os símbolos usados para representar o transformador,

segundo a norma da ABNT.

Observação Os traços colocados no símbolo entre as bobinas do primário e secundário

indicam o núcleo de ferro laminado. O núcleo de ferro é usado em transformadores que funcionam em baixas freqüências (50, 60 e 120Hz). Para freqüências mais altas (kHz), os transformadores são geralmente montados em núcleo de ferrite, cujo símbolo é mostrado na figura 4.8.

Transformadores com mais de um secundário

Para se obter várias tensões diferentes, os transformadores podem ser construídos com mais de um secundário, como mostra a figura 4.9.

Relação de transformação

Como já vimos a aplicação de uma tensão CA ao primário de um transformador causa o aparecimento de uma tensão induzida em seu secundário. Aumentando-se a tensão aplicada ao primário, a tensão induzida no secundário aumenta na mesma proporção. Essa relação entre as tensões depende fundamentalmente da relação entre o número de espiras no primário e secundário.


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Por exemplo, num transformador com primário de 100 espiras e secundário de 200 espiras, a tensão do secundário será o dobro da tensão do primário. (Fig. 4.10) Se chamarmos o número de espiras do primário de Np e do secundário de Ns, podemos escrever: Vs/VP = 2 Ns/Np = 2. (Lê-se: saem 2 para cada 1 que entra.)

O resultado da relação Vs/VP e Ns/ NP é chamado de relação de

transformação e expressa relação entre a tensão aplicada ao primário e a tensão induzida no secundário.

Um transformador pode ser construído de forma a ter qualquer relação de

transformação que seja necessária. Veja exemplo na tabela a seguir.

Observação

A tensão no secundário do transformador aumenta na mesma proporção da tensão do primário até que o ferro atinja seu ponto de saturação. Quando esse ponto é atingido, mesmo que haja grande variação na tensão de entrada, haverá pequena variação na tensão de saída.

Tipos de transformadores

Os transformadores podem ser classificados quanto à relação de transformação. Nesse caso, eles são de três tipos:

transformador elevador;

transformador abaixador;

transformador isolador.

Veja na figura 4.11 a representação esquemática desses três tipos de transformadores.


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Relação de potência

Como já foi visto, o transformador recebe uma quantidade de energia elétrica no primário, transforma-a em campo magnético e converte-a novamente em energia elétrica disponível no secundário. (Fig. 4.12)

A quantidade de energia absorvida da rede elétrica pelo primário é

denominada de potência do primário, representada pela notação Pp. Admitindo-se que não existam perdas por aquecimento do núcleo, pode-se concluir que toda a energia absorvida no primário está disponível no secundário.

A energia disponível no secundário chama-se potência do secundário (Ps). Se não existem perdas, é possível afirmar que Ps = Pp.

A potência do primário depende da tensão aplicada e da corrente

absorvida da rede, ou seja: Pp = Vp. Ip. A potência do secundário, por sua vez, é o produto da tensão e corrente no

secundário, ou seja: Pp = Vs . Is. A relação de potência do transformador ideal é, portanto: Vs . Is = Vp . Ip

Exemplo

Um transformador abaixador de 110V para 6V deverá alimentar no seu secundário uma carga que absorve uma corrente de 4,5A. Qual será a corrente no primário? (Fig.4.13)


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Vp = 110V

Vs = 6V

Is = 4,5A

Ip = ?

Como Vp . Ip = Vs . Is, então

Vs . Is 6V . 4.5A 27VAIp = = = = 0,245 ou 0,245A

Vp 110V 10V

Ligação de transformadores em 110 e 220V

Os aparelhos eletrônicos modernos são fabricados de tal forma que podem ser usados tanto em redes de 110 quanto de 220V. Isso é possível através da seleção feita por meio de uma chave situada na parte posterior do aparelho.

Na maioria dos casos, essa chave está ligada ao primário do

transformador. De acordo com a posição da chave, o primário é preparado para receber 110 ou 220V da rede elétrica e fornece o mesmo valor de tensão ao secundário.

Existem dois tipos de transformadores cujo primário pode ser ligado para

110 e 220V:

transformador 110/220V com primário a três fios;

transformador 110/220V com primário a quatro fios.

Transformador com primário a três fios

O primário do transformador a três fios é constituído por uma bobina para 220V com uma derivação central. (Fig. 4.16)

Essa derivação permite que se utilize apenas uma das metades do

primário, de modo que 110V sejam aplicados entre uma das extremidades da bobina e a derivação central. (Fig. 4.17)


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Veja na figura 4.18 a representação esquemática dessa ligação.

A chave usada para a seleção 110/220V é normalmente deslizante, de

duas posições e dois pólos. É também conhecida como HH. Quando esse tipo de chave é utilizado, a ligação do transformador fica como mostra a figura 4.19.

Normalmente, as duas seções da chave são utilizadas em paralelo. (Fig.

4.20)


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Transformador com primário a quatro fios

O primário desse tipo de transformador constitui-se de duas bobinas para 110V, eletricamente isoladas entre si. (Fig. 4.21)

Ligação para 220V

Em um transformador para entrada 110/220V com o primário a quatro fios, a ligação para 220V é feita colocando as bobinas do primário em série e observando a identificação dos fios, ou seja, I1 para a rede, I2 e F1 em ponte e F2 para a rede. (Fig. 4.22)

Ligação para 110V Em um transformador para entrada 110/220V com primário a quatro fios, a

ligação para 110V é feita colocando as duas bobinas primárias em paralelo e respeitando a identificação dos fios, ou seja, I1 em ponte com I2 na rede, F1 em ponte com F2 na rede. (Fig. 4.23)


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Quando a chave HH está na posição 110V, os terminais I1, I2, F1 e F2 são conectados em paralelo à rede. (Fig. 4.24)

Quando a chave HH está na posição 220V, os terminais I1 e F2 ficam

ligados à rede por meio da chave. (Fig. 4.25)

Observação Tanto na ligação para 110 quanto para 220V, a ordem de início e fim das

bobinas é importante. Normalmente, os quatro fios do primário são coloridos e o esquema indica os fios. (Fig. 4.27)

I1 - início da bobina 1 F1 - fim da bobina 1 I2 - início da bobina 2 F2 - fim da bobina2


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Identificação dos terminais

Quando não se dispõe, no esquema do transformador, da identificação do

início ou fim dos terminais da bobina, é necessário realizar um procedimento para identificá-los. Isso é necessário, porque, se a ligação for realizada incorretamente, o primário pode ser danificado irreversivelmente.

O procedimento é o seguinte:

identificar com o ohmímetro o par de fios que corresponde a cada bobina. Sempre que o instrumento indicar continuidade, os dois fios medidos são da mesma bobina. Além de determinar os fios de cada bobina, esse procedimento permite testar se as bobinas estão em boas condições;

separar os pares de fios de cada bobina;

identificar os fios de cada uma das bobinas com início e fim (Ii, Fi e 12, F2). A identificação de início e fim pode ser feita de maneira aleatória em cada bobina. Posteriormente, essa identificação será testada para verificar se está correta;

interligar as bobinas do primário em série;

aplicar, no secundário, uma tensão CA de valor igual à tensão nominal do secundário. Por exemplo: em um transformador 110/220V X 6V (6VCA no secundário) deve-se aplicar uma tensão de 6V no secundário. (Fig. 4.29). No transformador usado como exemplo, se 220V foram aplicados ao primário, serão obtidos 6V no secundário. Da mesma forma, se forem aplicados 6V no secundário, deve-se obter 220V no primário (em série). Assim, é possível verificar se a identificação está correta, medindo a tensão nas extremidades do primário; medir a tensão das extremidades do primário. Se o resultado da medição for 220V, a identificação está correta. Se o resultado for 0V, a identificação está errada. Nesse caso, para corrigir a identificação, deve-se trocar apenas a identificação de uma das bobinas (I1 por F1 ou I2 por F2).

Observação É conveniente repetir o teste para verificar se os 220V são obtidos no

primário.


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Especificação de transformadores A especificação técnica de um transformador deve fornecer:

a potência em VA (pequenos transformadores);

as tensões do primário;

as tensões do secundário.

A especificação 21 VA 110/220V 6V - 1 A 30V - 0,5A indica um transformador com as seguintes características:

potência - 21VA;

primário - entrada para 110 ou 220V;

2 secundários - um para 6V -1A e um para 30V - 0,5A.

A especificação técnica de um transformador em que o secundário tenha derivação central é feita da seguinte maneira: 12W (potência), 110/220V (características do primário), 6 + 6V (secundário com 6 + 6V, ou seja, 6V entre as extremidades e a derivação central), 1A (corrente no secundário).

Relação de fase entre as tensões do primário e do secundário

A tensão no secundário é gerada quando o fluxo magnético variável corta as espiras do secundário. Como a tensão induzida é sempre oposta à tensão indutora, a tensão no secundário tem sentido contrário à do primário.

Isso significa que a tensão no secundário está defasada 1800 da tensão no

primário, ou seja, quando a tensão no primário aumenta num sentido, a tensão do secundário aumenta no sentido oposto. (Fig. 4.30)

Ponto de referência Considerando-se a bobina do secundário de um transformador ligado em

CA, observa-se que a cada momento um terminal é positivo e o outro é negativo. Após algum tempo, existe uma troca de polaridade. O terminal que era positivo torna-se negativo e vice-versa. (Fig. 4.31)


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Nos equipamentos eletrônicos é comum um dos terminais do transformador ser usado como referência, ligado ao terra do circuito. Nesse caso, o potencial do terminal aterrado é considerado como sendo 0V, não apresentando polaridade.

Isto porém não significa que não ocorra a troca de polaridade no secundário. Em um semiciclo da rede, o terminal livre é positivo em relação ao terminal aterrado (referência). No outro semiciclo, o terminal livre é negativo em relação ao terminal de referência. (Fig. 4.32)

Transformador com derivação central no secundário

O transformador com derivação central no secundário (“centertap”) tem ampla aplicação em eletrônica. Na maioria dos casos, o terminal central é utilizado como referência e é ligado ao terra do circuito eletrônico. (Fig. 4.33)

Durante seu funcionamento, ocorre uma formação de polaridade bastante singular. Num dos semiciclos da rede, um dos terminais livres do secundário tem potencial positivo em relação à referência. O outro terminal tem potencial negativo, e a inversão de fase (1800) entre primário e secundário ocorre normalmente. (Fig. 4.34)

No outro semiciclo há uma troca entre as polaridades das extremidades livres do transformador, enquanto o terminal central permanece em 0V e acontece novamente a defasagem de 1800 entre primário e secundário. Assim, verificamos que com esse tipo de transformador é possível conseguir tensões negativas e positivas instantaneamente, usando o terminal central como referência. Isso pode ser observado com o auxílio de um osciloscópio.


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TTrraannssffoorrmmaaddoorreess ttrriiffáássiiccooss

Como já sabemos, o transformador é o equipamento que permite rebaixar ou elevar os valores de tensão ou corrente de CA de um circuito. Seu princípio de funcionamento baseia-se no fato de que uma tensão é induzida no secundário, quando este é percorrido pelo fluxo magnético variável gerado no primário.

O transformador é formado basicamente pelo núcleo e pelas bobinas

(primária e secundária). O núcleo constitui o circuito magnético do transformador. É peça metálica

construída com chapas de ferro-silício isoladas entre si e sobre a qual são montadas as bobinas.

Os transformadores trifásicos, usados na distribuição de eletricidade, têm

as mesmas funções que o transformador monofásico: abaixar ou elevar a tensão.

Trabalham com três fases e são de porte grande e mais potentes que os

monofásicos. (Fig. 1.2) O núcleo dos transformadores trifásicos também é constituído de chapas

de ferro-silício. Essas chapas possuem três colunas que são unidas por meio de duas armaduras. Cada coluna serve de núcleo para uma fase onde estão localizadas duas bobinas, uma primária e outra secundária. Por essa razão, esses transformadores têm, no mínimo, seis bobinas: três primárias e três secundárias, isoladas entre si.

As bobinas das três fases devem ser exatamente iguais.


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Na figura 1.2 está a representação esquemática do núcleo do transformadortrifásico.

Num transformador trifásico, cada fase funciona independentemente das

outras duas, como se fossem três transformadores monofásicos em um só. Isso significa que três transformadores monofásicos exatamente iguais podem substituir um transformador trifásico.

Esse sistema é mais econômico, pois facilita os serviços de manutenção,

reparação e aumento de capacidade do banco de transformadores. A ligação inicial de dois transformadores monofásicos em triângulo aberto permite que um terceiro transformador seja acrescentado quando houver um aumento de carga.

Tipos de ligação de transformadores trifásicos

As ligações internas entre as três fases do transformador trifásico podem ser feitas de duas maneiras:

ligação em estrela (Y);

ligação em triângulo (A). Tudo o que já foi estudado sobre as ligações em estrela e em triângulo

vale também para os transformadores trifásicos. A figura 1.3 mostra as representações esquemáticas possíveis para esses

tipos de ligação.

As ligações em estrela e em triângulo são executadas tanto no primário

quanto no secundário do transformador. Nos diagramas, as letras H e X representam, respectivamente, o primário e o secundário, enquanto as extremidades dos enrolamentos são identificados por números. (Fig. 1 .4)


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As ligações do primário e do secundário podem ser combinadas de várias

formas:

em estrela no primário e em estrela no secundário;

em triângulo no primário e em triângulo no secundário;

em estrela no primário e em triângulo no secundário e vice-versa. A figura 1.5 mostra, de modo esquemático, esses tipos de combinações.

Quando é necessário equilibrar as cargas entre as fases do secundário,

emprega-se a ligação em ziguezague. (Fig. 1.6)


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Se, por exemplo, a fase 1 do secundário estiver recebendo mais carga, esse desequilíbrio será compensado pela indução das duas colunas onde a fase 1 está distribuída.

Para que as combinações de ligações sejam realizadas, os

transformadores são divididos em dois grupos:

grupo A: quando a tensão do secundário está em fase com a tensão do primário;

grupo B: quando a tensão do secundário está defasada em 30º. Dois transformadores de um pequeno grupo podem ser ligados em

paralelo, desde que exista entre eles correspondência de tensão e impedância. Transformadores de grupos diferentes não podem ser ligados em paralelo. Na tabela abaixo são apresentados as interligações dos enrolamentos, a

relação de transformação e os tipos de ligação que podem ser feitos com os transformadores do grupo A.

Para verificar se as ligações estão corretas, alimenta-se o transformador

pelos lides ou terminais de tensão mais elevada com uma fonte de corrente trifásica apropriada. Em seguida, ligam-se os terminais Hi e Xi entre si (curto-circuito).


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Finalmente, mede-se a tensão entre os vários pares de terminais. O resultado deve ser o seguinte:

tensão entre H2 e X3 igual à tensão entre H3 e X2;

tensão entre H2 e X2 menor que a tensão entre Hi e X2;

tensão entre H2 e X2 menor que a tensão entre H2 e Xa. Na tabela a seguir, são apresentadas as interligações dos enrolamentos, a

relação de transformação e os tipos de ligação que podem ser feitos com os transformadores do grupo B.

Observação NH número de espiras do primário Nx número de espiras do secundário


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Para verificar se as ligações estão corretas, alimenta-se o transformador pelos terminais de tensão mais elevada com uma corrente trifásica apropriada.

Em seguida, ligam-se os terminais Hi e Xi entre si.

Finalmente, mede-se a tensão entre os vários pares de terminais. O resultado deve ser o seguinte:

tensão entre H3 e X2 igual à tensão entre H3 e X3;

tensão entre H3 e X2 menor que a tensão entre H1 e X3;

tensão entre H2 e X2 menor que a tensão entre H2 e X3;

tensão entre H2 e X2 menor que a tensão entre Hi e X3.

Numeração de bornes e identificação de bobinas

Você aprendeu que o transformador é a máquina que permite rebaixar ou elevar os valores de tensão ou corrente CA de um circuito. Seu princípio de funcionamento baseia-se no fato de que uma tensão é induzida no secundário, quando este é cortado pelo fluxo magnético variável gerado no primário.

As bobinas do primário e do secundário são montadas sobre um núcleo de ferro silicioso laminado. O núcleo permite um melhor acoplamento magnético com pequenas perdas por aquecimento.

Os bornes de um transformador geralmente localizam-se sobre a tampa da máquina. Os bornes de maior tensão estão colocados de um lado e os de menor tensão, de outro.

Os terminais dos diversos enrolamentos devem ser marcados com as letras H, X, Y e Z.

A letra H é reservada ao enrolamento de maior tensão. A sequência das demais letras é baseada na ordem decrescente das tensões nominais dos enrolamentos.

As letras devem ser acompanhadas pelos números 0,1, 2, 3... etc. para indicar o primeiro terminal neutro e os terminais restantes do circuito. Veja exemplo na figura 2.1.

A norma relativa à sequência das letras que identificam os bornes exige

que os de maior tensão sejam marcados da esquerda para a direita de quem olha o transformador do lado dos bornes de menor tensão. Veja diagrama da figura 2.2.


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A marcação dos bornes de menor tensão é feita obedecendo à relação de fase existente entreas altas e as baixas tensões.

A defasagem depende das conexões internas do transformador. Nos

transformadores monofásicos, esta defasagem é nula ou de 180º Nos transformadores trifásicos, essa defasagem é nula ou múltipla de 30º

Perdas por efeito Joule

As perdas por efeito Joule ocorrem em forma de calor, devido à resistência ôhmica dos enrolamentos; elas são chamadas de perdas no cobre.

Outras perdas são conhecidas como: perdas no núcleo que ocorrem pelo

efeito da histerese magnética, e perdas adicionais devidas às correntes parasitas (ou correntes de Foucault).

As perdas no cobre dos transformadores monofásicos são calculadas

através da fórmula: Pcu = R1 .I12 + R2 . I2

2 Onde:

PCu corresponde às perdas no cobre em watts;

R1 é a resistência ôhmica do enrolamento primário, medida na

temperatura de trabalho (750C);

I1 é a corrente primária em plena carga;

R2 é a resistência ôhmica do enrolamento secundário, medida na

temperatura de trabalho (750C);

I2 é a corrente secundária em plena carga;

Pode-se observar, através da fórmula, que as perdas no cobre sofrem dois

tipos de variação, ou seja:

através da variação da carga do transformador, pois, variando a carga,

variam também as correntes primárias Ii e correntes secundárias I2;

através da variação de temperatura de trabalho do transformador,

variam também as resistências ôhmicas dos enrolamentos primários

R1 e R2.


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Rendimento

Você já estudou que o enrolamento primário absorve potência elétrica, enquanto o enrolamento secundário fornece potência elétrica.

O rendimento de um transformador é definido pela relação entre a potência

elétrica fornecida pelo secundário e a potência elétrica absorvida pelo primário. A potência absorvida pelo primário corresponde à potência fornecida pelo

secundário mais as perdas no cobre e no ferro. Como as perdas no cobre variam em função da temperatura, o rendimento

do transformador deve ser calculado com a temperatura em regime de trabalho, ou seja, 750C.

Para este cálculo, usa-se a seguinte fórmula:

Onde:

é o rendimento na temperatura ambiente 750C é o rendimento na temperatura de trabalho V2 é a tensão secundária em volts I2 é a corrente secundária em ampères PCU indica as perdas no cobre à temperatura ambiente PCU(750C) indica as perdas à temperatura de trabalho PFe indica as perdas no ferro


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MMOOTTOORREESS DDEE CCAA MMOONNOOFFÁÁSSIICCOOSS

Os motores monofásicos possuem apenas um conjunto de bobinas, e sua alimentação é feita por uma única fase de CA. Dessa forma, eles absorvem energia elétrica de uma rede monofásica e transformam-na em energia mecânica.

Os motores monofásicos são empregados para cargas que necessitam de

motores de pequena potência como, por exemplo, motores para ventiladores, geladeiras, furadeiras portáteis etc.

Tipos de motores monofásicos

De acordo com o funcionamento, os motores monofásicos podem ser classificados em dois tipos: universal e de indução.

Motor universal

Os motores do tipo universal podem funcionar tanto em CC como em CA; daí a origem de seu nome.

A figura 9.1 mostra o rotor (parte que gira) e o estator (parte fixa) de um

motor universal.

O motor universal é o único motor monofásico cujas bobinas do estator são

ligadas eletricamente ao rotor por meio de dois contatos deslizantes (escovas). Esses dois contatos, pôr sua vez, ligam em série o estator e o rotor. (Fig. 9.2)


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Observação É possível inverter o sentido do movimento de rotação desse tipo de motor,

invertendo-se apenas as ligações das escovas, ou seja, a bobina ligada à escova A deverá ser ligada à escova 8 e vice- versa.

Os motores universais apresentam conjugado de partida elevado e

tendência a disparar, mas permitem variar a velocidade quando o valor da tensão de alimentação varia. Sua potência não ultrapassa a 500W ou 0,75cv e permite velocidade de 1500 a 15000rpm.

Esse tipo de motor é o motor de CA mais empregado e está presente em

máquinas de costura, liquidificadores, enceradeiras e outros eletrodomésticos, e também em máquinas portáteis, como furadeiras, lixadeiras e serras. Funcionamento do motor universal

A construção e o princípio de funcionamento do motor universal são iguais

ao do motor em série de CC. Quando o motor universal é alimentado por corrente alternada, a variação

do sentido da corrente provoca variação no campo, tanto do rotor quanto do estator. Dessa forma, o conjugado continua a girar no mesmo sentido inicial, não havendo inversão do sentido da rotação.

Motor de indução

Os motores monofásicos de indução possuem um único enrolamento no estator. Esse enrolamento gera um campo magnético que se alterna juntamente com as alternâncias da corrente. Neste caso, o movimento provocado não é rotativo.

Quando o rotor estiver parado, o

campo magnético do estator, ao se expandir e se contrair, induz correntes no rotor.

O campo gerado no rotor é de polaridade oposta à do estator. Assim, a oposição dos campos exerce um conjugado nas partes superior e inferior do rotor, o que tenderia a girá-lo 180º de sua posição original. Como o conjugado é igual em ambas as direções, pois as forças são exercidas pelo centro do rotor e em sentidos contrários, o rotor continua parado. (Fig. 9.3)


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Se o rotor estiver girando, ele continuará o giro na direção inicial, já que o conjugado será ajudado pela inércia do rotor e pela indução de seu campo magnético. Como o rotor está girando, a defasagem entre os campos magnéticos do rotor e do estator não será mais que 180º. (Fig. 9.4)

Tipos de motores de indução

a) Motor de campo distorcido; b) Motor monofásico de fase auxiliar. Para dar o giro inicial do rotor, são usados comumente dois tipos de

partida:

de campo distorcido - motor de campo distorcido;

de fase auxiliar com capacitor - motor de fase auxiliar. O motor de campo distorcido constitui-se pôr um rotor do tipo gaiola de

esquilo e por um estator semelhante ao do motor universal. Contudo, no motor de campo destorcido, existe na sapata polar uma ranhura onde fica alojado um anel de cobre ou espira em curto-circuito. Por isso, este motor é conhecido também como motor de anel ou de espira em curto-circuito. (Fig. 9.5)

Uma vez que, no motor de campo destorcido, o rotor é do tipo gaiola de

esquilo, todas as ligações encontram-se no estator. (Fig. 9.6)


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Esse tipo de motor não é reversível. Sua potência máxima é de 300W ou 0,5cv; a velocidade é constante numa faixa de 900 a 3400rpm, de acordo com a frequência da rede e o número de pólos do motor.

Esses motores são usados, por exemplo, em ventiladores, toca-discos,

secadores de cabelo etc. Funcionamento - Quando o campo magnético do estator começa a

aumentar (a partir de zero) as linhas de força cortam o anel em curto. A corrente induzida no anel gera um campo magnético que tende a se opor ao campo principal. (Fig. 9.7)

Com o aumento gradativo do campo até 900, a maior parte das linhas de

força fica concentrada fora da região do anel. Quando o campo atinge o máximo, ou seja, os 9Q0, não há campo criado pela bobina auxiliar, formada pelo anel, e ele se distribui na superfície da peça polar. (Fig. 9.8)

De 900 a 180º o campo vai se contraindo, e o campo da bobina auxiliar

tende a se opor a essa contração, concentrando as linhas de força na região da bobina auxiliar. (Fig. 9.9)

De 0º a 180º o campo se movimenta ao longo da superfície polar, definindo

assim o sentido de rotação.


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De 180º a 360º o campo varia do mesmo modo que de 0º a 180º, porém em direção oposta. (Fig. 9.10)

O movimento do campo produz um conjugado fraco, mas suficiente para

dar partida ao motor. Como o conjugado é pequeno, esse tipo de motor é usado para alimentar cargas leves.

b) O motor monofásico de fase auxiliar é o de mais larga aplicação. Sua

construção mecânica é igual à dos motores trifásicos de indução. Assim, no estator há dois enrolamentos: um de fio mais grosso e com

grande número de espiras (enrolamento principal ou de trabalho), e outro de fio mais fino e com poucas espiras (enrolamento auxiliar ou de partida).

O enrolamento principal fica ligado durante todo o tempo de funcionamento

do motor, mas o enrolamento auxiliar só atua durante a partida. Esse enrolamento é desligado ao ser acionado um dispositivo automático localizado parte na tampa do motor e parte no rotor.

Geralmente, um capacitor é ligado em série com o enrolamento auxiliar,

melhorando desse modo o conjugado de partida do motor. (Fig. 9.11)

Funcionamento - O motor monofásico de fase auxiliar funciona em função

da diferença entre as indutâncias dos dois enrolamentos, uma vez que o número de espiras e a bitola dos condutores do enrolamento principal são diferentes em relação ao enrolamento auxiliar.


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As correntes que circulam nesses enrolamentos são defasadas entre si. Devido à maior indutância no enrolamento de trabalho (principal), a corrente que circula por ele se atrasa em relação à que circula no enrolamento de partida (auxiliar), cuja indutância é menor.

O capacitor colocado em série com o enrolamento tem a função de acentuar ainda mais esse efeito e aumentar o conjugado de partida. Isso aumenta a defasagem, aproximando-a de 90º e facilitando a partida do motor. (Fig. 9.12)

Depois da partida, ou seja, quando o motor atinge aproximadamente 80% de sua rotação nominal, o interruptor automático se abre e desliga o enrolamento de partida. O motor, porém, continua funcionando normalmente.

Ligação dos motores monofásicos

Os motores monofásicos de fase auxiliar podem ser construídos com dois, quatro ou seis terminais de saída.

Os motores de dois terminais funcionam em uma tensão (110 ou 220V) e

em um sentido de rotação. Os de quatro terminais são construídos para uma tensão (110 ou 220V) e

dois sentidos de rotação, os quais são determinados conforme a ligação efetuada entre o enrolamento principal e o auxiliar.

De modo geral, os terminais do enrolamento principal são designados pêlos números 1 e 2 e os do auxiliar, pôr 3 e 4.


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Para inverter o sentido de rotação, é necessário inverter o sentido da corrente no enrolamento auxiliar, isto é, trocar o 3 pelo 4. (Fig. 9.13)

Os motores de seis terminais são construídos para duas tensões (110 e

220V) e para dois sentidos de rotação. Para a inversão do sentido de rotação, inverte-se o sentido da corrente no

enrolamento auxiliar. O enrolamento principal é designado pêlos números 1, 2, 3 e 4 e o auxiliar

pôr 5 e 6. Para a inversão do sentido de rotação, troca-se o terminal 5 pelo 6. As bobinas do enrolamento principal são ligadas em paralelo, quando a

tensão é de 110V e, em série, quando a tensão é de 220V. (Fig. 9.14)

O motor de fase auxiliar admite reversibilidade quando retiram-se os

terminais do enrolamento auxiliar para fora com cabos de ligação. Admite também chave de reversão, mas nesse caso, a reversão só é possível com o motor parado.

A potência desse motor varia de 1 /6cv até 1 cv, mas para trabalhos

especiais existem motores de maior potência. A velocidade desse tipo de motor é constante e, de acordo com a

frequência e o número de pólos, pode variar de 1425 a 351 5rpm.

Motores Trifásicos de CA

Os motores trifásicos de CA são menos complexos que os motores de CC. Além disso, a inexistência de contatos móveis em sua estrutura garante seu funcionamento por um grande período, sem a necessidade de manutenção.

A velocidade dos motores de CA é determinada pela freqüência da fonte

de alimentação, o que propicia excelentes condições para seu funcionamento a velocidades constantes.


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Os motores trifásicos de CA funcionam sob o mesmo princípio dos motores monofásicos, ou seja, sob a ação de um campo magnético rotativo gerado no estator, provocando com isto uma força magnética no rotor. Esses dois campos magnéticos agem de modo conjugado, obrigando o rotor a girar. Tipos de motores trifásicos de CA

Os motores trifásicos de CA são de dois tipos: motores assíncronos (ou de

indução) e motores síncronos.

Motor assíncrono de CA

O motor assíncrono de CA é o mais empregado por ser de construção simples, resistente e de baixo custo. O rotor desse tipo de motor possui uma parte auto-suficiente que não necessita de conexões externas.

Esse motor também é conhecido como motor de indução, porque as

correntes de CA são induzidas no circuito do rotor pelo campo magnético rotativo do estator. (Fig. 10.1)

No estator do motor assíncrono de CA estão alojados três enrolamentos

referentes às trêsfases. Estes três enrolamentos estão montados com uma defasagem de 120º.

O rotor é constituído por um cilindro de chapas em cuja periferia existem

ranhuras onde o enrolamento rotórico é alojado. (Fig. 10.2)


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Funcionamento

Quando a corrente alternada trifásica é aplicada aos enrolamentos do estator do motor assíncrono de CA, produz-se um campo magnético rotativo (campo girante).

A figura 10.3 mostra a ligação interna de um estator trifásico em que as

bobinas (fases) estão defasadas em 120º e ligadas em triângulo.

O campo magnético gerado por uma bobina depende da corrente que no

momento circula por ela. Se a corrente for nula, não haverá formação de campo magnético; se ela for máxima, o campo magnético também será máximo.

Como as correntes nos três enrolamentos estão com uma defasagem de

120º os três campos magnéticos apresentam também a mesma defasagem. Os três campos magnéticos individuais combinam-se e disso resulta um

campo único cuja posição varia com o tempo. Esse campo único, giratório, é que vai agir sobre o rotor e provocar seu movimento.

O esquema a seguir mostra como agem as três correntes para produzir o

campo magnético rotativo num motor trifásico. (Fig. 10.4)


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No esquema vemos que no instante 1, o valor da corrente A é nulo e, portanto não há formação de campo magnético. Isto é representado pelo O (zero) colocado no pólo do estator.

As correntes B e C possuem valores iguais, porém sentidos opostos. Como resultante, forma-se no estator, no instante 1, um campo único

direcionado no sentido N -> S. No instante 2, os valores das correntes se alteram. O valor de C é nulo. A

e B têm valores iguais, mas A é positivo e B é negativo. O campo resultante desloca-se em 600 em relação à sua posição anterior. Quando um momento intermediário (d) é analisado, vemos que nesse

instante as correntes O e A têm valores iguais e o mesmo sentido positivo. A corrente B, por sua vez, tem valor máximo e sentido negativo. Como resultado, a direção do campo fica numa posição intermediária entre as posições dos momentos 1 e 2. (Fig. 10.5)

Se analisarmos, em todos os instantes, a situação da corrente durante um

ciclo completo, verificaremos que o campo magnético gira em torno de si. A velocidade de campo relaciona-se com a freqüência das correntes conforme já foi demonstrado.


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Tipos de motores assíncronos

Os motores assíncronos diferenciam-se pelo tipo de enrolamento do rotor. Assim, temos:

motor com rotor em gaiola de esquilo;

motor de rotor bobinado. Motor com rotor em gaiola de esquilo O motor com rotor em gaiola de esquilo tem um rotor constituído por barras

de cobre ou de alumínio colocadas nas ranhuras do rotor. As extremidades são unidas por um anel também de cobre ou de alumínio. (Fig. 10.6)

Entre o núcleo de ferro e o enrolamento de barras não há necessidade de

isolação, pois as tensões induzidas nas barras do rotor são muito baixas. Esse tipo de motor apresenta as seguintes características:

velocidade que varia de 3 a 5% à vazio até a plena carga;

ausência de controle de velocidade;

possibilidade de ter duas ou mais velocidades fixas;

baixa ou média capacidade de arranque, dependendo do tipo de gaiola de esquilo do rotor (simples ou dupla).

Esses motores são usados para situações que não exigem velocidade

variável e que possam partir com carga. Por isso são usados em moinhos, ventiladores, prensas e bombas centrifugas, por exemplo.

No funcionamento do motor com rotor em gaiola de esquilo, o rotor,

formado por condutores de cobre, é submetido ao campo magnético giratório, já explicado anteriormente. Como consequência, nesses condutores (barras da gaiola de esquilo) circulam correntes induzidas, devido ao movimento do campo magnético.(Fig.10.7)


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Segundo a Lei de Lenz, as correntes induzidas tendem a se opor às variações do campo original. Por esse motivo, as correntes induzidas que circulam nos condutores formam um campo magnético de oposição ao campo girante.

Como o rotor é suspenso por mancais no centro do estator, ele girará

juntamente com o campo girante e tenderá a acompanhá-lo com a mesma velocidade. Contudo, isso não acontece, pois o rotor permanece em velocidade menor que a do campo girante.

Se o rotor alcançasse a velocidade do campo magnético do estator, não

haveria sobre ele tensão induzida, o que o levaria a parar. Na verdade, é a diferença entre as velocidades do campo magnético do

rotor e a do campo do estator que movimenta o rotor. Essa diferença recebe o nome de escorregamento e é dada percentualmente por:

S = VS - VR . 100

VS

Onde: VS é a velocidade de sincronismo VR é a velocidade real do rotor Quando a carga do motor é aumentada, ele tende a diminuir a rotação e a

aumentar o escorregamento. Conseqüentemente, aumenta a corrente induzida nas barras da gaiola de esquilo e o conjugado do motor.

Desse modo, o conjugado do motor é determinado pela diferença entre a

velocidade do campo girante e a do rotor.

Motor de rotor bobinado

O motor com rotor bobinado trabalha em rede de corrente alternada trifásica. Permite um arranque vigoroso com pequena corrente de partida.

Ele é indicado quando se necessita de partida com carga e variação de

velocidade, como é o caso de compressores, transportadores, guindastes e pontes rolantes.

O motor de rotor bobinado é composto por um estator e um rotor. O estator é semelhante ao dos motores trifásicos já estudados. Apresenta

o mesmo tipo de enrolamentos, ligações e distribuição que os estatores de induzido em curto. (Fig. 10.8)


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Fig. 10.8 O rotor bobinado usa enrolamentos de fios de cobre nas ranhuras, tal

como o estator. O enrolamento é colocado no rotor com uma defasagem de 120C, e seus

terminais são ligados a anéis coletores nos quais, através das escovas, tem-se acesso ao enrolamento. (Fig. 10.9)

Ao enrolamento do rotor bobinado deve ser ligado um reostato (reostato de

partida) que permitirá regular a corrente nele induzida, Isso torna possível à partida sem grandes picos de corrente e possibilita a variação de velocidade dentro de certos limites.

Reostato de partida é composto de três resistores variáveis, conjugados por meio de uma ponte que liga os resistores em estrela, em qualquer posição de seu curso. (Fig. 10.10)

O motor trifásico de rotor bobinado é recomendado nos casos em que se

necessita de partidas a plena carga. Sua corrente de partida apresenta baixa intensidade: apenas uma vez e meia o valor da corrente nominal.


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É também usado em trabalhos que exigem variação de velocidade, pois o enrolamento existente no rotor, ao fazer variar a intensidade da corrente que percorre o induzido, faz variar a velocidade do motor.

Deve-se lembrar, porém, que o motor de rotor bobinado é mais caro que

os outros devido ao elevado custo de seus enrolamentos e ao sistema de conexão das bobinas do rotor, tais como: anéis, escovas, porta-escovas, reostato.

Em pleno regime de marcha, o motor de rotor bobinado apresenta um

deslizamento maior que os motores comuns. É importante saber que há uma relação entre o enrolamento do estator e o

do rotor. Essa relação é de 3:1, ou seja, se a tensão do estator for 220V, a do rotor em vazio será de 220÷3, ou 73V aproximadamente.

A mesma relação pode ser aplicada às intensidades da corrente. Se a

intensidade no estator for 10A, o rotor será percorrido por uma corrente de 10 . 3 = 30A.

Conseqüentemente, a seção do fio do enrolamento deve ser calculada para essa corrente. Por isso, os enrolamentos dos induzidos têm fios de maior seção que os do indutor.

Observação

É importante verificar na plaqueta do motor as correntes do estator e do rotor.

Funcionamento

O princípio de funcionamento do motor com rotor bobinado é o mesmo que

o do motor com rotor em gaiola de esquilo. A única diferença é que a resistência do enrolamento do rotor bobinado

pode ser alterada, pois esse tipo de rotor é fechado em curto na parte externa, através de reostatos. Isso permite o controle sobre o valor da corrente que circula no enrolamento do rotor e, portanto, a variação de velocidade, dentro de certos limites, mantém o conjugado constante.

Em resumo, pode-se dizer que, para a formação de um campo girante

homogêneo, devem existir duas condições:

o estator deve ser dotado de três bobinas deslocada entre si de 120º;

nas três bobinas do estator devem circular três correntes alternadas senoidais defasadas em 120º, ou seja, 1/3 do período.

Na figura 10.11, vemos que o campo magnético no estator gira em sentido

horário, porque as três correntes alternadas tornam-se ativas, seqüencialmente, nos três enrolamentos do estator, também em sentido horário.


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Se invertermos a seqüência de fase nos enrolamentos do estator, por meio de dois terminais de ligação, o campo gira em sentido contrário, isto é, em sentido anti-horário.

É desta maneira que se inverte o sentido de rotação do campo girante e,

conseqüentemente, a rotação dos motores trifásicos. Para determinar a velocidade de rotação do campo girante, é necessário

estabelecer a relação entre freqüência (f) e o número de pares de pólos (p) pela seguinte fórmula:

N = f . 60 (rpm)

P

Motor síncrono de CA

O motor síncrono de CA apresenta a mesma construção de um alternador, e ambos têm o rotor alimentado por CC. A diferença é que o alternador recebe energia mecânica no eixo e produz CA no estator; o motor síncrono, por outro lado, recebe energia elétrica trifásica CA no estator e fornece energia mecânica ao eixo.

Esse tipo de motor apresenta as seguintes características:

velocidade constante (síncrona);

velocidade dependente da freqüência da rede;

baixa capacidade de arranque. Por essas características, o motor síncrono é usado quando é necessária

uma velocidade constante.


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Funcionamento A energia elétrica de CA no estator cria o campo magnético rotativo,

enquanto o rotor, alimentado com CC, age como um ímã. Um ímã suspenso num campo magnético gira até ficar paralelo ao campo.

Quando o campo magnético gira, o ímã gira com ele. Se o campo rotativo for intenso, a força sobre o rotor também o será. Ao se manter alinhado ao campo magnético rotativo, o rotor pode girar uma carga acoplada ao seu eixo. (Fig. 10.12)

Quando parado, o motor síncrono não pode partir com aplicação direta de

corrente CA trifásica no estator, o que é uma desvantagem. De modo geral, a partida é feita como a do motor de indução (ou assíncrono). Isso porque o rotor do motor síncrono é constituído, além do enrolamento normal, por um enrolamento em gaiola de esquilo.

Ligação dos motores trifásicos

Como já foi estudado, o motor trifásico tem as bobinas distribuídas no estator e ligadas de modo a formar três circuitos distintos, chamados de fases de enrolamento.

Essas fases são interligadas formando ligações em estrela (Y) ou em

triângulo (A), para o acoplamento a uma rede trifásica. Para isso, deve-se levar em conta a tensão que irão operar.


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Na ligação em estrela, o final das fases se fecha em si, e o início se liga à rede. (Fig. 10.13)

Na ligação em triângulo, o início de uma fase é fechado com o final da outra, e essa junção é ligada à rede. (Fig. 10.14)

Os motores trifásicos podem dispor de 3, 6, 9 ou 12 terminais para a ligação do estator à rede elétrica. Assim, eles podem operar em uma, duas, três ou quatro tensões, respectivamente. Todavia, é mais comum encontrar motores com 6 e 12 terminais.

Os motores trifásicos com 6 terminais só podem ser ligados em duas tensões uma a √3 maior do que a outra. Por exemplo:

220/380V ou 440/760V.

Esses motores são ligados em triângulo na menor tensão e, em estrela, na maior tensão.

Afigura 10.15 mostra uma placa de ligação desse tipo de motor.


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Os motores com 12 terminais, por sua vez, têm possibilidade de ligação em quatro tensões: 220V, 380V, 440V e 760V.

A ligação à rede elétrica é feita da seguinte maneira:

ΔΔ para 220V Δ para 440V

YY para 380 Y para 760

Veja a representação da placa de ligação desse tipo de motor. (Fig. 10.16)

Padronização da tensão e da dimensão dos motores trifásicos assíncronos e síncronos.

Os motores trifásicos são fabricados com diferentes potências e velocidades para as tensões padronizadas da rede, ou seja, 220V, 380V, 440V e 760V, nas frequências de 50 e 60Hz.

No que se refere às dimensões, os fabricantes seguem as normas NEMA, IEC e da ABNT.

MMÁÁQQUUIINNAASS DDEE CCOORRRREENNTTEE CCOONNTTÍÍNNUUAA

As máquinas de corrente contínua resultaram do desenvolvimento tecnológico e das exigências cada vez maiores dos processos automáticos de produção. Essas

máquinas, por sua grande versatilidade, são largamente usadas na indústria moderna.

Neste capítulo vamos estudar os tipos e princípios de funcionamento das máquinas de CC empregadas na indústria.

Para melhor assimilar esses conteúdos, é necessário ter conhecimentos anteriores sobre magnetismo, eletromagnetismo e indutores.


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Geradores e motores

A máquina é um motor, quando transforma energia elétrica em energia mecânica. Quando transforma energia mecânica em energia elétrica, ela é um gerador.

Do ponto de vista da construção, motores e geradores de CC são iguais. Assim, um motor de CC pode funcionar como gerador de CC e vice-versa.

Construção

As máquinas de CC são compostas basicamente por duas partes: o estator e o rotor.

O estatos (ou carcaça) é a parte fixa da máquina. Nele alojam-se as bobinas de campo cuja finalidade é conduzir o fluxo magnético. (Fig. 6.1)

O estator é formado por:

pólos de excitação (ou sapatas polares) - constituídos por condutores enrolados sobre o núcleo de chapas de aço laminadas;

pólos de comutação - têm a função de evitar o deslocamento da linha neutra em carga e reduzir a possibilidade de centelhamento. Localizam-se na região interpolar e por eles passa a corrente da armadura (rotor);

conjunto porta-escova - aloja as escovas feitas de material condutor e tem a função de realizar a ligação elétrica entre a armadura e o exterior.


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O rotor é a parte móvel que abriga as bobinas ligadas ao comutador. (Fig.6.2) É formado pelas seguintes partes:

induzido (ou armadura) - fica dentro do estator. O mais usado é o do tipo tambor. E constituído por chapas de aço laminadas em cujas ranchuras se acomoda o enrolamento;

comutador - constituído por lâminas de cobre isoladas uma das outra por lâminas de Fig.6.2 mica; sua função é transferir a energia do enrolamento da armadura para o exterior;

eixo - é o elemento que transmite a potência mecânica convertida pela máquina.

Gerador de CC - princípio de funcionamento

O funcionamento do gerador de CC baseia-se no princípio da indução eletromagnética, ou seja, quando um condutor elétrico é submetido a um campo magnético, surge no condutor uma tensão induzida.

Além disso, a magnitude dessa tensão induzida é diretamente proporcional à intensidade do fluxo magnético e à taxa de sua variação.

Gerador de CC funciona segundo esses dois princípios. Assim, ao ser girado com velocidade (n), o induzido (rotor) faz os condutores cortarem as linhas de força magnética que formam o campo de excitação do gerador CC. (Fig. 6.3)


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Nos condutores da armadura aparece, então, uma força eletromotriz induzida. Essa força depende da velocidade de rotação (n) e do número de linhas magnéticas que tais condutores irão cortar, ou do fluxo magnético (Φ) por pólo do gerador

Representando a tensão induzida por EΦ (quando o gerador está em vazio), conclui-se:

EΦ = K . n . Φ

Onde:

k é uma constante que depende das características construtivas da máquina

n é a velocidade de rotação

Φ é o fluxo magnético

Classificação dos geradores de CC

Os geradores de CC são classificados de acordo com o tipo de ligação (excitação) para a alimentação de suas bobinas de campo. Assim, temos:

geradores de CC com excitação independente, quando a corrente de alimentação vem de uma fonte externa;

geradores com auto-excitação, quando a corrente de excitação vem do próprio gerador.

No gerador de CC com excitação independente, as bobinas de campo são construídas com várias espiras de fio relativamente fino. Essas espiras são alimentadas (excitadas) por uma fonte externa, como mostra a representação esquemática da figura 6.4.


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Quando esse gerador começa a funcionar, mesmo sem excitação, aparece uma força eletromotriz (fem) de pequeno valor devido ao magnetismo residual.

Durante a excitação gradativa do gerador, ocorre também um aumento

gradativo do fluxo magnético. Conseqüentemente, a tensão gerada eleva-se de modo gradual. Isso ocorre até que haja a saturação magnética. Quando isso acontece, o acréscimo da corrente excitadora não aumenta o fluxo magnético.

Quando o gerador é posto em carga, a tensão por ele fornecida diminui.

Isto se deve a três fatores:

resistência do enrolamento do induzido;

resistência de contato nas escovas;

diminuição do fluxo indutor pela reação do induzido. Nesses tipos de geradores, para que a tensão se mantenha constante, a

cada aumento de carga deve haver, manual ou automaticamente, um aumento da excitação.

Um exemplo desse tipo de gerador de CC é o dínamo do automóvel. No gerador de CC auto-excitado, as bobinas de campo são ligadas ao

induzido. Assim, o próprio gerador se auto-alimenta.

Tipos de geradores

Conforme o tipo de ligação entre as bobinas de campo e o induzido, os geradores são classificados como:

gerador de CC em série;

gerador de CC em paralelo;

gerador de CC misto.

No gerador de CC em série, as bobinas de campo são constituídas por poucas espiras de fio relativamente grosso, ou seja, com bitola suficiente para suportar a corrente de armadura. As espiras são ligadas em série com o induzido, como mostra a figura 6.5.


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É preciso notar que nesse gerador a corrente de carga é a própria corrente de excitação. No trabalho em vazio a fem é gerada apenas pelo magnetismo residual das sapatas polares.

Ao acrescentar carga ao gerador, uma corrente circula pela carga e pela bobina de excitação, fazendo com que aumente o fluxo indutor e, por conseguinte, a tensão gerada.

Ao elevar-se a tensão, a corrente aumenta e, Conseqüentemente, aumenta também o fluxo indutor. Isso se repete até que se verifique a saturação magnética, quando a tensão se estabiliza.

Observação

Antes da saturação magnética, a tensão podealcançar valores perigosos.Para evitar que a tensão se eleve, quando se acrescenta uma carga ao circuito, coloca-se um reostato em paralelo com a excitação. (Fig. 6.6)

No gerador de CC em paralelo, as bobinas de campo são ligadas em paralelo com o induzido. Elas são formadas por várias espiras de fio relati-vamente fino, cuja bitola varia de acordo com a potência do motor. Essa bitola deve ser suficiente para suportar a corrente do campo paralelo. (Fig. 6.7)

A corrente de excitação provém de uma pequena parcela da corrente do gerador e pode ser controlada por um reostato ligado em série com o campo magnético.

Assim que o gerador entra em funcionamento, a tensão geradora em vazio é devida ao magnetismo residual. Essa tensão faz circular uma corrente pela bobina de excitação, o que, por sua vez, reforça o fluxo magnético e eleva a tensão gerada até o ponto de saturação do fluxo. E neste momento que a tensão se estabiliza.

A corrente do gerador deve alimentar tanto a carga como a bobina de campo, pois ambas estão em paralelo. Assim, a tensão gerada diminui com o aumento de carga.


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A cada aumento de carga há uma diminuição na excitação e, conseqüentemente, uma queda na tensão. Se ocorrer um curto, ocorre também uma elevação instantânea da corrente. Em seguida, o gerador deixa de gerar energia, pois a tensão nos terminais será nula, não havendo, portanto, excitação.

No gerador de CC misto, a excitação é efetuada por dois enrolamentos. Um deles é constituído por poucas espiras de fio grosso ligadas em série com o induzido. O outro é formado por várias espiras de fio fino ligadas em paralelo com o induzido. (Fig. 6.8)

Nesse gerador, a tensão mantém-se constante tanto em carga como em vazio, já que ele reúne as características dos geradores em série e em paralelo.

A tensão gerada é controlada através de reostato em série com a bobina de campo em paralelo e de reostato em paralelo com a bobina de campo em série.

Observação

A relação entre as tensões em vazio e em carga de qualquer tipo de gerador é denominada de tensão de regulação e é dada em porcentagem pela seguinte fórmula:

VR = Eo – Et

Et

Motor de CC Funcionamento

O funcionamento do motor de corrente contínua baseia-se no princípio da reação de um condutor, colocado num campo magnético fixo, ao ser percorrido por uma corrente elétrica.

A interação entre o campo magnético fixo e o campo magnético produzido pela corrente, que circula no condutor, provoca o aparecimento de uma força. É essa força que expulsa o condutor para fora do campo magnético fixo. A figura


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6.9 ilustra esse princípio.De acordo com a figura, de um lado do condutor há uma diminuição das linhas magnéticas. Do lado oposto há um acúmulo dessas linhas. Estas provocam o aparecimento da força magnética que é a responsável pelo movimento do condutor.

O motor de corrente contínua funciona sob o mesmo princípio. Nele existe um campo magnético fixo formado pelas bobinas de campo. Há também condutores instalados nesse campo (no rotor), os quais são percorridos por correntes elétricas.

A figura 6.10 mostra como aparece o movimento girante em motores de CC.

Podemos observar que a corrente que circula pela espira faz este movimento nos dois sentidos: por um lado, a corrente está entrando e, por outro, saindo. Isso provoca a formação de duas forças contrárias de igual valor (binário), das quais resulta um movimento de rotação (conjugado), uma vez que a espira está presa à armadura e suspensa por mancal.

Essas forças não são constantes em todo giro. À medida que o condutor vai se afastando do centro do pólo magnético, a intensidade das forças vai diminuindo.

Nos motores, para que haja força constante, as espiras colocadas nas ranhuras da armadura devem estar def asadas entre si e interligadas ao circuito externo através do colector e escova. (Fig. 6.11)

Quando o rotor do motor de CC começa a girar, condutores de cobre cortam as linhas magnéticas do campo. Em consequência, uma força eletromotriz induzida força a circulação de corrente no circuito da armadura, no sentido contrário à corrente de alimentação do motor.


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A força eletromotriz induzida, por ser de sentido contrário à tensão aplicada, recebe o nome de força contra-eletromotriz (fcem).O valor da força contra-eletromotriz induzida (Eo) é dado por:

Eo = n . . k

Onde:

n é a rotação

é o fluxo magnético

k é a constante da máquina

A corrente total que circulará pela armadura (Ia) será dada por:

Ia = E - E0 Ra

Onde:

E é a tensão aplicada

Eo é a força contra-eletromotriz

Ra é a resistência

Tipos de motores

Como acontece com os geradores, os motores também são classificados segundo o tipo de ligação de seus campos, ou seja: motor de CC em série, motor de CC em paralelo, motor de CC misto.

No motor de CC em série, as bobinas são constituídos por espiras de fio relativamente grossos ligados em série com o rotor (induzido). (Fig. 6.12)Por causa da ação magnética, nesse motor, o conjugado é diretamente proporcional ao fluxo indutore à corrente que circula pelo induzido.

Esses motores possuem arranque vigoroso. A partida e a regulagem de

velocidade podem ser feitas por meio do reostato intercalado no circuito.No arranque, o valor da corrente e, por consequência, o fluxo magnético são elevados. Isso fornece um alto conjugado ao motor.Esse tipo de motor é indicado para casos em que é necessário partir com toda a norma Por isso, eles são usados em guindastes, elevadores e locomotivos, por exemplo.


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Como tendem a disparar (aumentar a rotação), não é recomendável que esses motores funcionem a vazio, ou seja, sem carga.No motor de CC em paralelo, as bobinas de camposão constituídas por muitas espiras de fio relativamente fino e ligadas em paralelo com o induzido. (Fig. 6.13)

O reostato de armadura (Ra), ligado em série com o induzido, limita a

corrente no momento da partida. E o reostato de campo (Rc), ligado em série com as bobinas do campo magnético, regula a velocidade dentro de determinado limite. Na partida, o cursor do reostato Rc deve estar no ponto médio para possibilitar o ajuste de velocidade. A resistência do reostato Ra, por sua vez, deve estar intercalada no circuito.

Pela ação eletromagnética, o conjugado é proporcional ao fluxo e à

corrente. No momento da partida, a corrente no induzido deve ser limitada pelo reostato, o que diminui o conjugado. Por isso, recomenda-se que esse tipo de motor inicie seu funcionamento em vazio, ou seja, sem carga.

O motor de CC em paralelo é empregado, por exemplo, em máquinas-

ferramentas. No motor de CC misto, as bobinas de campo são constituídas por dois

enrolamentos montados na mesma sapata polar. Um desses enrolamentos é de fio relativamente grosso e se liga em série com o induzido. O outro, de fio relativamente fino, se liga em paralelo com o induzido. (Fig. 6.14)

Esse tipo de motor apresenta características comuns ao motor em série e ao motor em paralelo.

Assim, seu arranque é vigoroso e sua velocidade estável em qualquer variação de carga. Pode também partir com carga.

Na partida, a resistência do reostato do campo paralelo (RC) deve estar totalmente intercalada no circuito. Isso permite que o motor se comporte como motor em série sem o perigo de disparar, mesmo quando a carga é pequena ou nula.


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Por sua vez, o reostato da armadura (Ra), ligado em série com o induzido, limita a corrente no momento da partida. Após a partida, o cursor RC é deslocado para ajuste da velocidade.

Esses motores são empregados em prensas, estamparia etc.

Comutação

Nos motores e geradores de corrente contínua, a ligação da armadura com o circuito externo é feita por meio de escovas que se apoiam sobre as lâminas do coletor.

Quando se alimenta o motor ou se retira a corrente gerada pelo gerador,

as escovas fecham, durante a rotação, no mínimo, duas lâminas do coletor em curto. Isso provoca um faiscamento.

Esse faiscamento acontece porque, no momento em que a escova está

comutando de uma lâmina para outra, a corrente que circula na bobina tem seu sentido invertido. A figura 6.15 ilustra esta situação.

Para que o motor ou o gerador não sejam danificados, devido ao faiscamento, o curto deverá ocorrer quando a bobina estiver passando pela zona neutra do campo magnético, já que neste ponto não há tensão induzida.

Por causa da reação do induzido, o ponto de comutação no motor e no gerador é móvel e varia de acordo com a carga.


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Reação do induzido

Nas máquinas de CC, quando não circula corente no induzido, o campo magnético produzido pelas bobinas do estator é constituído por linhas retas, e a densidade do fluxo é praticamente uniforme. (Fig.6.16)

Quando uma corrente é aplicada ao induzido com uma fonte externa

qualquer e se interrompe a corrente das bobinas do estator, o campo magnético produzido no induzido será constituído por linhas concêntricas. (Fig. 6.17)

Quando a máquina estiver em funcionamento e com carga, ou seja,

quando a máquina estiver com corrente circulando nas bobinas do estator e nos condutores do induzido, seus campos magnéticos interagem formando um novo campo magnético com as linhas destorcidas e sem uniformidade. (Fig. 6.18)


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Nas extremidades polares A e D, as linhas do campo magnético, criado pela corrente que circula no induzido, têm sentido oposto ao campo produzido pela corrente que flui do estator.

O inverso acontece nas extremidades B e C, onde as linhas do campo

magnético, criado pelo induzido, têm o mesmo sentido das linhas produzidas pelo estator.

Isto pode ser observado, quando analisamos a figura 6.19 que indica os

sentidos dos campos magnéticos do estator do rotor.

Em consequência, ocorre uma redução das linhas nos campos magnéticos

das extremidades A’ e D’ e uma intensificação nas extremidades B’ e C’. Todavia, a intensificação em B’ e C’ não compensa a redução que se verifica em A’ e D’. Isto se deve à saturação magnética que provoca a redução do fluxo magnético total.

Assim, para evitar o faiscamento, a reação da armadura ou induzido

provoca a redução do fluxo total, o deslocamento da linha neutra e a necessidade de deslocamento das escovas.

Identificação dos terminais das máquinas de CC

Os bornes da placa de ligação das máquinas de CC obedecerão a uma nomenclatura normalizada.

A tabela a seguir mostra as designações dos elementos da máquina com

seus correspondentes para a norma DIN (alemã) e para a norma ASA (americana).

Elementos NORMAS

DIN ASA

Armadura ou Induzido A.B A1 A2

Campo de derivação C.D F1 F2

Campo em série E.F S1 S2


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Veja agora um exemplo da placa de máquina de CC conectada para funcionar como motor misto de acordo com a norma ASA. (Fig. 6.20)

Defeitos Internos Dos Motores De CC

Faiscamento nas escovas

As escovas são responsáveis, na maioria das vezes, pelo Faiscamento que se origina entre elas e o coletor.

Esses defeitos são causados por:

escovas fora da linha neutra;

isolação defeituosa entre as escovas;

pressão irregular das escovas;

mau contato entre as escovas e o coletor;

coletor sujo ou com a superfície irregular;

mica saliente.

Quando as escovas estão fora da linha neutra, elas devem ser ajustadas no plano de comutação.

No caso de isolação defeituosa entre as escovas, deve-se desmontar o porta-escovas, verificar a isolação e dar polimento cuidadoso nos isolantes que separam as escovas da máquina.

Quando há pressão irregular das escovas, deve-se verificar o porta-escova e regular a pressão das escovas.

Quando há mau contato entre as escovas e o coletor, deve-se verificar a superfície de contato das escovas.


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Coloca-se uma lixa fina sobre o coletor e sobre ela apoiam-se as escovas sob pressão. Gira-se o eixo com a mão, ajustando-se as escovas de modo que toda a sua superfície apoie-se sobre o coletor.

Se o coletor estiver sujo ou com a superfície irregular, o faiscamento será

intermitente. Para remover a sujeira, o coletor deve ser desengraxado com benzina ou

polido com lixa fina. Se as superfícies estiverem irregulares, a máquina é desmontada e levada

a um torno para ser levemente desbastada. Deve-se tomar cuidado para que as lâminas do coletor não se tornem muito finas. A retificação ideal é feita com rebolo de carborundo de grãos finos.

A mica saliente provoca falta de corrente contínua entre coletor e escova.

Isso causa, além de faiscamento, funcionamento barulhento. Para reparar esse defeito, deve-se rebaixar a mica.

Defeitos relacionados ao induzido

Os defeitos relacionados ao induzido são:

solda defeituosa;

curto-circuito no induzido;

enrolamento ligado à massa. A solda defeituosa provoca o faiscamento que, por sua vez, escurece as

lâminas correspondentes. Se as pontas do enrolamento estão dessoldadas do coletor, o faiscamento aparece nas outras duas lâminas consecutivas.

Para localizar esse defeito, desmonta-se o induzido e faz-se a prova de

continuidade. Esta prova consiste em enviar corrente contínua de baixa tensão às

lâminas onde deveriam estar as escovas. Em seguida, mede-se, com o voltímetro, a tensão entre duas lâminas adjacentes e assim por diante. As leituras devem ser iguais, salvo nas pontas defeituosas em que a tensão venha a ser diferente de zero.

Uma vez localizado o defeito, a solda deve ser refeita. O curto-circuito no induzido pode ser provocado por aquecimento

excessivo ou isolação fraca ou defeituosa. Além do faiscamento, ele provoca um consumo de corrente maior que o normal e isso pode provocar a queima do enrolamento.


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A localização desse defeito é realizada com a prova eletromagnética (com o eletroimã). As bobinas defeituosas devem ser substituídas e, se necessário, o enrolamento refeito.

Para saber se o enrolamento do induzido está ligado à massa, verifica-se

com uma lâmpada de prova se há contato entre condutores e massa. Após a localização da bobina defeituosa ou isolada, esta deve ser

substituída por outra, nova, conforme a necessidade. Aquecimento anormal

O aquecimento anormal pode ter várias causas a saber:

mancais ou rolamentos gastos;

defeitos de lubrificação;

defeito de ventilação;

umidade ou óleo nos enrolamentos;

curto-circuito do induzido;

curto-circuito nos enrolamentos dos campos. No caso de mancais ou rolamentos gastos, deve-se verificar a folga dos

mancais e dos rolamentos. O mancal deve ser reparado e os rolamentos substituídos. Quando há defeitos de lubrificação, os órgãos de lubrificação devem ser

verificados e reparados. No caso de defeito na ventilação, deve-se verificar o funcionamento dos

dispositivos de ventilação e repará-los. A umidade e/ou óleo nos enrolamentos baixam a resistência de isolação e

provocam aquecimento anormal da máquina. Isso acontece quando a máquina está instalada em lugar húmido e pouco

arejado. Antes de colocar a máquina em funcionamento, esta deve ser submetida a um teste de isolação.

O óleo lubrificante dos mancais também pode escorrer e penetrar nos

enrolamentos. Nesse caso, também é necessário efetuar um teste de isolação, pois tanto a umidade quanto o óleo lubrificante estragam o verniz dos enrolamentos.


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Para que a umidade e o óleo desapareçam, é necessário colocar a máquina em uma estufa com uma temperatura que vá aproximadamente até 100ºC, não sem antes tomar o cuidado de retirar as partes que podem ser danificadas com essa temperatura. Em alguns casos, é necessário fazer um novo envernizamento nos enrolamentos.

O curto-circuito no induzido pode ocorrer por contato entre lâminas ou

entre as lâminas e a massa, o que é provocado por má ou falta de isolação, ou ainda por interposição de material condutor. Isso provoca elevado aquecimento em todo o enrolamento.

O aquecimento também pode ser causado por espiras em curto-circuito.

Esse defeito pode ser verificado com o auxílio de uma lâmpada de prova e eletroimã.

Um curto-circuito nos enrolamentos de campo, ainda que pequeno, pode

causar aquecimento. Esse defeito, depois de localizado com eletroimã, deve ser reparado. Ausência de arranque no motor

A ausência de arranque no motor pode ter duas causas:

mancais ou rolamentos gastos;

interrupção ou curto-circuito no induzido ou no indutor. Quando os mancais e rolamentos estão gastos, a folga existente nas

partes que suportam o eixo do motor provoca atração do induzido contra as expansões, e isso impede que o motor arranque.

No caso da interrupção ou curto-circuito no induzido ou no indutor, esse

tipo de defeito é localizado com o auxílio de uma lâmpada de prova de um eletroimã. Observação

Caso o motor misto tenha a sua velocidade reduzida e acentuado

faiscamento, poderá estar ocorrendo que os campos em série e em paralelo estejam ligados em oposição. Isso é corrigido, trocando-se as ligações dos terminais F1 e F2 do campo em paralelo.

Outros defeitos internos

Outros defeitos internos dos motores de CC são:

curto-circuito no indutor ou dissimetria do fluxo;

excesso de velocidade.


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O curto-circuito no indutor pode ser provocado por umidade ou excesso de aquecimento. Todavia, a extracorrente de abertura, devido ao fenômeno da auto-indução, é a maior responsável pelo curto-circuito provocado pelo indutor.

A dissimetria do fluxo pode ter como origem um curto-circuito entre

algumas espiras ou desigualdade de espira nos pólos. Este efeito é mais acentuado nos motores com enrolamento do induzido em paralelo.

Esse defeito é verificado por meio de uma lâmpada de prova e eletroimã. O excesso de velocidade é provocado pela interrupção da bobina de

campo. Esse defeito, após localizado, deve ser reparado.

FFuussíívveeiiss

São dispositivos usados nas instalações elétricas com a função de proteger os circuitos contra os efeitos de curto-circuito ou sobrecargas.

Simbologia

Constituição

São partes da constituição dos fusíveis: o contato, o corpo isolante, o elo de fusão e o indicador de queima. (Fig. 1.2)

Fig. 1.2


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Contatos

Servem para fazer a conexão dos fusíveis com os componentes das instalações elétricas. Feitos de latão ou cobre prateado, para evitar oxidação e mau contato.

Corpo isolante

É feito de material isolante de boa resistência mecânica, que não absorve umidade. Geralmente de cerâmica, porcelana ou esteatita. Dentro do corpo isolante se alojam o elo fusível e, em alguns casos, o elo indicador de queima, imersos por completo em material granulado extintor - areia de quartzo de granulometria adequada de (acordo com a corrente máxima circulante).

Elo de fusão - Material condutor de corrente elétrica e baixo ponto de fusão, feito em forma de fios ou lâminas.

Em forma de fio - A fusão pode ocorrer em qualquer ponto do elo (fio).

Em forma de lâmina - Assumem diversas formas de seção, conforme descrito a seguir.

Elo fusível com seção constante - A fusão pode ocorrer em qualquer ponto do elo. (Fig. 1.4)


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Elo fusível com seção reduzida normal - A fusão sempre ocorre na parte onde a seção é reduzida. (Fig. 1.5)

Elo fusível com seção reduzida por janelas - A fusão sempre ocorre na parte entre as janelas de maior seção. (Fig. 1.6)

Elo fusível com seção reduzida por janelas e um acréscimo de massa no centro - A fusão ocorre sempre entre as janelas. (Fig. 1.7)

Elo indicador de queima - É constituído de um fio muito fino, que está ligado em paralelo com o elo fusível. No caso de fusão do elo fusível, o fio do indicador de queima também se fundirá, provocando o desprendimento da espoleta. (Fig. 1.8)


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Indicador de queima

Facilita a identificação do fusível queimado. Desprende-se em caso de queima do fusível.

Funcionamento O funcionamento dos fusíveis é baseado na fusão do elo fusível, condutor

de pequena seção transversal que sofre um aquecimento maior que o dos outros condutores à passagem da corrente. Para uma relação adequada entre seção do elo fusível e o condutor protegido, ocorrerá a fusão do metal do elo quando o condutor atingir uma temperatura próxima da máxima admissível (especificada para cada fusível, de acordo com sua aplicação e corrente nominal).

Características dos fusíveis quanto ao tipo de ação

Os fusíveis podem ser de:

ação rápida ou normal;

ação ultra-rápida;

ação retardada.

Fusíveis de ação rápida ou normal Neste caso a fusão do elo ocorre após alguns instantes da sobrecarga. Os

elos podem ser de fios com seção constante ou de láminas com seção reduzida por janeIas. São próprios para proteger circuitos com cargas resistivas.

Exemplo

Proteção de circuitos com lâmpadas incandescentes e resistores em geral.

Fusíveis de ação ultra-rápida Neste caso a fusão do elo é imediata, quando recebem uma sobrecarga,

mesmo sendo de curta duração. São próprios para proteger circuitos eletrônicos, quando os dispositivos são semicondutores. Os semicondutores são mais sensíveis e precisam de proteção mais eficaz contra sobrecarga, mesmo sendo de curta duração.

Fusíveis de ação retardada A fusão do elo na ação retardada só acontece quando há sobrecargas de

longa duração ou curto-circuito. São próprios para proteger circuitos com cargas indutivas e/ou capacitivas

(motores, trafos, capacitores e indutores em geral).


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Características elétricas dos fusíveis

Corrente nominal (In).

Tensão nominal (Vn).

Resistência de contatos.

Limitação de corrente.

Capacidade de ruptura.

Característica tempo x corrente.

Influência da temperatura ambiente.

Corrente nominal (In) Especifica a máxima corrente que o fusível suporta continuamente sem se

queimar. Geralmente vem escrita no corpo do componente. Existe um código de cores padronizado para cada valor da corrente

nominal. As cores estão numa espoleta indicadora de queima, que se encontra presa pelo elo indicador de queima.

Cor Corrente nominal(A)

Rosa 2 Marrom 4 Verde 6 Vermelho 10 Cinza 16 Azul 20 Amarelo 25 Preto 35 Branco 50 Laranja 63

Tensão nominal (Vn) Especifica o valor da máxima tensão de isolamento do fusível. É uma

característica relacionada com o corpo isolante do dispositivo.


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Resistência de contatos A resistência de contatos entre a base e o fusível é responsável por

eventuais aquecimentos porque se opõe à passagem da corrente, podendo causar a queima do fusível.

Limitação de corrente Sob altas correntes, os fusíveis atuam tão rapidamente que a corrente de

impulso de curto-circuito não pode ocorrer. O valor instantâneo máximo da corrente alcançado durante o processo de interrupção denomina-se corrente de corte In. A limitação de corrente é representada, nos catálogos, por meio de diagramas de corrente de corte. (Gráf. 1)

Capacidade de ruptura É a capacidade que um fusível tem de proteger com segurança um

circuito, fundindo apenas seu elo de fusão, não permitindo que a corrente elétrica continue a circular. É representada por um valor numérico acompanhado das letras kA (quiloampère). (Gráf. 1) na página seguinte.


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Influência da temperatura ambiente Nos catálogos e documentos técnicos estão representadas as

características tempo de fusão x corrente médias, levantadas em uma temperatura ambiente de 20°C + 50°C Elas valem para elementos fusíveis não previamente carregados, ou seja, elementos no estado frio.

Na prática, porém, os fusíveis são expostos a diversos níveis de

temperatura ambiente, que provocam pequenas variações nas características esperadas.

Em alguns tipos de fusíveis (ex: fusível NH Siemens), contudo,

temperaturas entre 50°C e +4500 têm influência desprezível sobre as curvas características. Eles podem, ainda, conduzir sua corrente nominal continuamente á temperatura de 55°C, ou no mínimo por 24 horas a 65°C.

Substituição Não é recomendado o recondicionamento de um fusível, devendo este, ao

ser rompido, ser substituído por outro de mesma capacidade.

Dimensionamento E a escolha de um fusível que preencha as necessárias condições para

fazer a proteção de determinado circuito. A escolha do fusível deve ser feita de tal modo que uma anormalidade

elétrica fique restrita a um subcircuito, sem atingir as demais partes do circuito do sistema considerado.

Para dimensionar um fusível deve-se levar em consideração as seguintes

grandezas elétricas:

corrente nominal do circuito;

corrente de curto-circuito; tensão nominal.


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BBOOTTÕÕEESS DDEE CCOOMMAANNDDOO

São dispositivos com a finalidade de interromper ou estabelecer momentaneamente, por impulso, um circuito de comando, para iniciar, interromper ou continuar um processo de automação. (Fig. 2.1)

Simbologia

Constituição básica Os botões de comando são compostos, basicamente, por um elemento

frontal de comando (cabeçote) e um bloco de contatos.

Elemento frontal de comando E o elemento de acionamento do botão de comando, fabricado com

diversos tipos de acionamentos para atender à enorme faixa de aplicação das botoeiras.

Tipos de elemento frontal de comando:

normal;

saliente;

cogumelo;

comutador de posições;

comutador com Chave Yale.

Normal - Utilizado nos comandos elétricos em geral. E um botão de longo curso e praticamente inexiste a possibilidade de manobrá-lo acidentalmente.


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Normal faceado simples - Possui somente um dispositivo para acionamento. (Fig. 2.3)

Normal faceado duplo - Tem dois dispositivos para acionamento, um botão verde (liga) e um botão vermelho (desliga) e, em alguns casos, um dispositivo de sinalização luminoso, que acenderá ao acionarmos o botão verde.

Este tipo de elemento pode ser encontrado com ligações internas, que facilitam a sua conexão aos circuitos de comando. Os fabricantes fornecem, no corpo do componente, o diagrama de ligação. (Fig. 2.4)

Saliente - Sua construção torna o acionamento mais rápido, porém oferece a possibilidade de manobra acidental se não tiver guarnição. (Fig. 2.5)

Saliente com guarda total - Tem uma guarnição que impede a ligação acidental. (Fig. 2.6)


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Cogumelo - Normalmente se destina a interromper circuitos em caso de emerg&icia. (Fig. 2.7)

Comutador de posições - Eremento que se mantém na posição selecionada pelo operador. Poderá ser com manopla ou alavanca. (Fig. 2.8)

Comutador com Chave Yale - Indicado para comando de circuitos no qual a manobra deve ser executada somente pelo operador responsável. (Fig. 2.9)

Alguns tipos de botões de comando podem ser dotados de um elemento de sina-lização luminosa interna, que acenderá quando acionarmos o dispositivo, sinalizando a operação.

Códigos decores - Os botões de comando são fabricados segundo um código internacional de cores, o que facilita a identificação do regime de funcionamento das maquinas comandadas pelos mesmos. O quadro a seguir mostra as cores e a indicação de suas funções.


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Bloco de contatos

Elemento constituído de um corpo isolante, contatos móveis, fixos e bornes para conexões. (Fig. 2.10)

Corpo isolante - Serve para envolver os contatos e sustentar os bornes para conexões. É feito de material termoplástico (isolante) de boa resistência mecânica.

Contatos - São elementos responsáveis pela continuidade da corrente elétrica no circuito. Os contatos são, normalmente, em forma de pastilha de liga de prata, elemento que assegura baixa resistência de contatos (normalmente menor ou igual a 0,0202 quando é novo). Alguns fabricantes fornecem, sob encomenda, contatos com banho de ouro.

Bornes para conexões - São elementos que estabelecem a ligação

dos condutores aos contatos fixos. (Fig. 2.11)


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Observação

Atuamente, os botões de comando são fabricados de forma que podemos inserir mais blocos de contatos NA e NF de acordo com as necessidades do circuito. Os blocos de contatos são acessórios disponíveis no mercado de componentes elétricos.

Botão de comando de impulsão - É aquele no qual o acionamento é obtido pela pressão do dedo do operador no cabeçote de comando. A impulsão pode ser:

livre, sem retenção;

com retenção.

Livre, sem retenção - Quando o operador cessa a força externa, o botão

retorna à posição desligada ou de repouso.

Com retenção - Quando pressionado, mantém-se na posição até um novo acionamento.


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Botoeira com travamento

Travamento elétrico.

Travamento mecânico.

Travamento elétrico

Quando o botão A for pulsado, o botão B estará impossibilitado de estabelecer o circuito (a - a1), ficando interrompido pelo botão A; o mesmo ocorre quando B é pulsado, isto é, b - b1 ficam interrompidos pelo botão B. (Fig. 2.12)

Travamento mecânico

Pulsando-se o botão A, os contatos do botão B ficarão travados mecanicamente e impossibilitados de ligar O mesmo ocorre com o botão A, quando A é acionado. (Fig. 2.13)

Características elétricas

Corrente nominal.

Tensão nominal.


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Corrente nominal

Os botões de comando são fabricados para valores de corrente nominal relativamente pequenos, normalmente entre 0,1 a 25A de corrente nominal e 1 a SOA para corrente de ruptura.

Tensão nominal

A tensão de isolação dos botões de comando varia entre 24V e 550V. Outra característica é a tensão deteste, que corresponde â resistência desolação do botão pôr um tempo reduzido. A tensão de teste é cinco vezes maior que a tensão nominal.

CChhaavvee aauuxxiilliiaarr ttiippoo ffiimm ddee ccuurrssoo

Chave que opere em função de posições predeterminadas, atingidas por uma ou mais partes móveis do equipamento controlado (NBR 5459). (Fig. 3.1)


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Simbologia

Constituição

É basicamente composta por um corpo (carcaça), bloco de contatos e um elemento de acionamento (cabeçote).

Corpo

Elemento responsável pela proteção mecânica dos contatos e bornes. Serve como suporte de fixação do elemento de acionamento. É fabricado por diferentes tipos de materiais, de modo que possa oferecer elevada resistência mecânica, e trabalha em temperaturas variadas. (Fig. 3.3)


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Bloco de contato

Responsável pelo acionamento elétrico do circuito de comando, quando acionado mecanicamente pelo cabeçote.

As chaves fim de curso admitem uma grande variedade de contatos NA e

NF, de acordo com o sistema de acionamento elétrico. Exemplo:

1 NA + 1 NA, 3 NA + 1 NF, 2 NA + 2 NF etc., sendo sua função programada de acordo com a necessidade.

Sistemas de contato

Contatos simples ou por impulso.

Contatos instantâneos.

Contatos prolongados.

Contatos simples ou pôr impulso - Têm um estágio intermediário entre a operação dos contatos NF e NA, dependente da velocidade de atuação. (Fig. 3.4)

Contatos instantâneos - Não têm estágio intermediário entre a operação dos contatos NF e NA. A abertura e fechamento dos contatos não depende, portanto, da velocidade de atuação. (Fig. 3.5)

Contatos prolongados - São usados para situações especiais (específicas).

Exemplo:

Quando são acionados, o contato NA se fecha, antes do contato prolongado NF se abrir, permanecendo fechado até quase o final do curso da ação, quando novamente se abre. (Fig.3.6)


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Observação Os bornes dos contatos são identificados por códigos numéricos, idênticos

aos contatos auxiliares dos outros dispositivos já estudados, padronizados pela I.E.C.

Elemento de acionamento (cabeçote) É o elemento que aloja os mecanismos de acionamento do fim de curso.

Os mecanismos de acionamento são variados, dependendo do tipo de cabeçote, e selecionados de acordo com a função de comando a ser executada.

Existem vários tipos de cabeçotes que trabalham em dois movimentos

básicos: percurso de ação retilinea e percurso de ação angular; e seu retorno pode ser automático ou pôr acionamento.

Percurso de ação retilínea Os cabeçotes podem ser acionados na posição vertical ou horizontal. (Fig.

3.7)

Percurso de ação angular Para cabeçotes de alavanca e cabeçotes de hastes (Fig. 3.8).

Dependendo da aplicação a que se destinam, podem ser: com ataque para

direita e para a esquerda, como mostra a figura 3.9 (com retorno automático ou sem retorno automático);


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Com ataque só para a direita ou só para a esquerda (com retorno

automático ou sem retorno automático). (Fig. 3.10)

A figura 3.11, a seguir, mostra alguns tipos de acionamentos (cabeçotes)

das chaves tipo fim de curso.


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Funcionamento Acionando-se o cabeçote de comando por meio das partes móveis de

máquinas, como hastes, excêntricos, ressaltos etc., serão executados a abertura e o fechamento dos contatos que operam diretamente em circuitos auxiliares e de comando.

Observação A operação dos contatos depende do sistema de acionamento de contatos.

Características Suas principais características são:

tensão nominal de isolamento;

corrente nominal;

número de manobras;

grau de proteção.

Tensão nominal de isolamento - Varia de acordo com o material usado na fabricação do dispositivo. Normalmente é 500V(CA) 600V(CC).

Corrente nominal - É baseada na estrutura de seus contatos e bornes. Normalmente é de l0A.

Número de manobras - E o valor que define a vida útil, elétrica e mecânica do dispositivo. Entende-se pôr manobra qualquer ação sobre o dispositivo (ligar, desligar...).

Exemplo:

Dez milhões de manobras, 30 milhões de manobras etc.

Grau de proteção - O grau de proteção é expresso em código, devidamente normalizado, que classifica, para determinado equipamento, sua proteção contra choques, penetração de corpos estranhos e líquidos.

Exemplo:

lP 65

Onde:

lP - significa grau de proteção

Primeiro algarismo (6) - penetração total contra o contato com partes sob tensão ou em movimento. Proteção total contra penetração de pó.


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Segundo algarismo (5) - proteção contra jatos de água, provenientes de qualquer direção.A tabela, a seguir, mostra as diversas classificações a que estão sujeitos os invólucros dos aparelhos elétricos no que diz respeito ao grau de Proteção.


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CCoonnttaattoorreess

São dispositivos de manobra mecânicos, acionados eletromagneticamente, operados à distância com força de retrocesso.

Construídos para uma elevada freqúência de operações e cujo arco é extinto no ar.

Os contatores sâo usados para manobra de circuitos auxiliares de vários tipos, execução de motores e outras cargas, tanto de corrente contínua como alternada. (Fig. 4.1)

Fig. 4.1


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Constituição O contator é dividido em sistema de acionamento (núcleo móvel, núcleo

fixo e bobina) e sistema de manobra de carga (contatos móveis e fixos e/ou câmara de faísca).

Contatos Parte do contator por meio do qual um circuito é estabelecido ou

interrompido, Existem contatos fixos e móveis e, de acordo com a utilização, contatos principais e auxiliares.

Contatos fixos Parte de um elemento de contato fixado à carcaça do contator. Na

extremidade oposta ao corpo onde estão montados os contatos fixos são colocados os bornes para conexões, destinados à interligação do contator com outros dispositivos.

Contatos móveis Normalmente feitos de cobre, têm dois pontos de contatos de prata nas

extremidades, movidos quando acionamos a bobina do contator.

Câmara de extinção do arco elétrico É um compartimento do contator que envolve os seus contatos principais.

Seu principal objetivo é a extinção da faísca ou arco voltaico, que surge quando se interrompe ou fecha-se um circuito elétrico.

O arco orienta-se em virtude da ação da força do campo magnético

próprio, dirigido do ponto de contato para fora (sopro dinâmico).

Terminais de conexão Destinam-se à interligação do contator com outros dispositivos do circuito.

Carcaça E a parte que aloja e sustenta todos os componentes do contator; feita de

matenal isolante, que oferece resistência elétrica e mecânica.

Bloco de contatos auxiliares Compartimento onde se encontram os contatos auxiliares fixos e móveis

(NA e NF).


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Suporte dos contatos móveis Sustenta mecanicamente os contatos móveis e se encontra preso ao

núcleo móvel; feito de material isolante de alta resistência mecânica.

Núcleo móvel Elemento feito de lâminas de ferro sobrepostas, isoladas entre si, que

diminuem as perdas no ferro; acoplado mecanicamente ao suporte dos contatos móveis.

BBoobbiinnaa

É o elemento responsável pela criação de um campo magnético, que faz movimentar eletromecanicamente o sistema móvel do contator. É constituída por várias espiras de fio esmaltado, enroladas num carretel isolante. Quando a bobina é percorrida por uma corrente elétrica, produz um campo magnético.

Núcleo fixo Elemento responsável pela concentração das linhas de força do campo

magnético criado pela bobina, evitando que elas se dispersem. É feito de lâminas de ferro sobrepostas, isoladas entre si. Nos contatores

com acionamento em corrente alternada é inserido ao núcleo fixo um anel me-tálico nos pólos magnéticos, denominado anel de defasagem (anel de curto-circuito). Este anel fica sob a ação do campo magnético, proveniente de uma corrente alternada, e sua função é evitar que ocorram ruídos e trepidações. Já que, com a passagem da corrente alternada por zero, a força magnética desa-parece, o anel que está sob a ação do campo magnético sofre indução, dando origem a um campo magnético próprio do original. Com isto, a força magnética atuante nunca atinge o valor zero. (Fig. 4.3)


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OObbsseerrvvaaççããoo

Acessório - supressor de sobretensão: utilizado no amortecimento das sobretensões provocadas por contatores durante as operações de abertura. Estas sobretensões podem colocar em risco de dano componentes sensíveis à variação de tensão, ligados paralelamente com a bobina do conta tor.

Tais acessórios são usados como amortecedores,circuitos RC ou

Varistores. (Fig. 4.4)


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Funcionamento Quando a bobina do contator é alimentada por um dispositivo de comando

(botoeiras, fins de curso etc.), cria-se um campo magnético no núcleo fixo, que atrai o núcleo móvel. Estando os contatos móveis acoplados mecanicamente ao núcleo móvel, deslocam-se ao encontro dos contatos fixos, fechando o circuito.

Para desligamento dos contatores, interrompe-se a alimentação da bobina,

desaparecendo, então, o campo magnético, provocando por molas o retorno do núcleo móvel e, assim, separando os contatos que automaticamente desligam o circuito. (Fig. 4.6)


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1- Núcleo Fixo

2- Bobina

3- Núcleo Móvel

4- Contato Fixo

5- Contato Móvel

6- Câmara de Extinção

Tipos de contatores De acordo com as características elétricas e as condições de serviço, os

contatores podem ser classificados em: contatores tripolares de potência e contatores auxiliares.

Contatar tripolar - Destina-se a efetuar o acionamento de diversos tipos

de cargas das instalações industriais, como motores elétricos, capacitores, resistências de aquecimento etc.


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Suas principais características são:

podem possuir contatos principais e auxiliares;

maior robustez de construção;

facilidade de associação a relés;

tamanho físico de acordo com a potência da carga;

a potência da bobina do eletroimã varia de acordo com o tipo de contator;

geralmente tem cãmara de extinção de arco;

podemos inserir blocos de contatos auxiliares fornecidos pelo fabricante.

Contator auxiliar - Destina-se a efetuar o comando de pequenas cargas.

É utilizado no comando de sinalizações, eletroválvulas, bobinas de contatores tripolares etc.

Normalmente, os contatores auxiliares são utilizados para aumentar o

número d4 contatos auxiliares dos contatores tripolares. Suas principais características são:

tamanho físico variável conforme o número de contatos;

corrente nominal de carga máxima igual a 1 QA para todos os contatos;

câmara de extinção praticamente inexistente.

Vantagens do emprego de contatores

Comando à distância.

Facilidade de instalação.

Elevado número de manobras (elevada durabilidade).

Fácil substituição de peças danificadas.

Tensão de operação de 85% a 110% da tensão nominal prevista para o contato

Facilidade de associação a relés, fusíveis e chaves especiais para proteger automatizar os circuitos.


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Atualmente, os fabricantes fornecem peças de reposição originais como bobinas, jogos de contatos, câmara de faísca (arco), blocos de contato auxiliares etc.

Características elétricas O contator é um dos dispositivos de seccionamento mais usado nas

instalações elétricas. Para fazermos a escolha de um contator, devemos conhecer suas

características elétricas, que são informações padronizadas e estão contidas nos selos de identificação do contator e catálogos de fabricantes.

As principais características de um contator são:

tensão nominal de isolação;

tensão nominal de serviço;

potência nominal elétrica e mecânica;

corrente nominal de serviço;

freqüência de manobras;

categorias de emprego;

tensão nominal de comando;

número de contatos auxiliares.

Tensão nominal de isolação

É o valor da tensão que caracteriza a resistência de isolamento do contator (propriedade do material isolante, que evita que este se torne condutor, devido as correntes de descarga).

Tensão nominal de serviço

É o valor eficaz da tensão, pelo qual um dispositivo de manobra é designado e ao qual são referidos outros valores nominais.

Poderá vir expressa em valores diferentes, dependendo da tensão de trabalho ou do local onde estiver instalado o dispositivo.


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Exemplo

220V - 240V - 380V

Potência nominal elétrica e mecânica

É a potência real consumida por um equipamento elétrico, expressa em watts (W).

Observação

Normalmente, nas placas de identificação dos contatores, vem expressa a potência mecânica em CV ou HP, correspondente à potência elétrica.

Ex.: Potência nominal elétrica de 7,5kW e potência mecânica de 1OHR

Corrente nominal de serviço (‘th) - É a corrente máxima que os contatos de um dispositivo suportam, sem danificar as suas partes isolantes; indicada pelo fabricante, depende normalmente da tensão nominal de serviço, da freqúência e da categoria de emprego.

Freqüência de manobras - Número de manobras por hora que o contator deve realizar. Quanto maior for este valor, menor será a vida dos contatos.

Categorias de emprego - Determinam as condições para ligação e interrupção da corrente nominal de serviço e tensão nominal de serviço correspondente, para utilização normal do contator nos mais diversos tipos de aplicação para CA e CC. Veja a tabela a seguir.

Corrente Alternada

AC-1 Cargas resistivas ou pouco indutivas

AC-2 Manobra de motores com anéis coletores,freio por cntra corrente, reversão

AC-3 Manobra de motores com rotor gaiola, desligamento em regime

AC-4 Manobra de motores com rotot gaiola, serviço intermitente, pulsatório e reversão a plena marcha

Corrente Continua

DC-1 Cargas resistivas ou pouco indutivas

DC-2 Motores em derivação, desligamento em regime

DC-3 Motores em derivação, freio pro contra corrente, reversão

DC-4 Motores com exitação série, desligamento em regime

DC-5 Motores com exitação série, freio por contra corrente, reversão

Tensão nominal de comando - É a tensão de alimentação da bobina do contator. Para essa especificação deve-se observar a tensão do circuito de comando e a freqüência da rede. De acordo com as normas, os contatores devem operar perfeitamente com até 85% da tensão nominal de comando.


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Número de contatos auxiliares - Definidos de acordo com a necessidade do circuito.

Tecnologia dos contatores

Devido à tendência constante para uma crescente automação, os dispositivos de manobra sofrem constantes modificações nas suas características físicas e construtivas para adequação às atuais necessidades, como:

redução do espaço necessário;

maior facilidade na montagem e conexão

facilidade de inspeção;

etc. Estas modificações, geralmente, não alteram o princípio de funcionamento

dos dispositivos. O técnico deve observar atentamente estas adequações dos dispositivos, consultando manuais fornecidos pelos fabricantes, para estar apto a fazer inspeções nos elementos que constituem dispositivos e montagens de circuitos.

Contatos e terminais de ligações principais dos contatores

Os contatos são as únicas peças de um contator sujeitas a um desgaste apreciável. Sua vida útil depende do valor da corrente de desligamento e da freqúência de manobra.

Os contatos devem, portanto, ser verif icados regularmente e, quando

necessário, substituidos para aproveitamento total da vida útil mecânica do contator. Somente em alguns poucos casos é justificável, devido a razões econômicas e técnicas, o projeto de um contator de maneira que sua vida útil elétricá seja igual à sua vida útil mecânica. Estes componentes poderão, entretanto, necessitar substituição resultante de um curto-circuito (geralmente ao iniciar a operação) ou devido a uma alta freqúência de manobra.

Os contatos são construídos para interrupção dupla ou em ponte de

circuito de corrente, técnica atualmente muito empregada em aparelhos modernos e de alta qualidade. A interrupção em ponte visa reduzir os efeitos destrutivos do arco voltaico, que se forma no instante em que os contatos se separam. Esta divisão em dois arcos de menor intensidade, por isso mesmo mais fracos e de mais fácil extinção, protege as peças de contato. Acrescentando-se uma câmara de extinção do arco, obtém-se uma extinção rápida do arco voltaico. (Fig. 4.7)


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Em contatos destinados a interromper altas capacidades de corrente é

possível reduzir o efeito do arco voltaico mediante a interrupção múltipla do circuito de corrente, dispondo de diversos contatos de ponte em série. Ao aplicar essa técnica, não se esquecer de que pontos de contato são lugares onde se desenvolve calor, em virtude da maior resistência à passagem da corrente entre os contatos móveis e os fixos.

Na ação da câmara de extinção, o arco se move sobre as peças fixas de

contato, que se prolongam até perto das lâminas para sua extinção. Chegando junto à extremidade externa do contato, o arco é atraído pelas lâminas de aço da câmara de extinção. Passando para estas, penetra entre as lâminas, sendo subdividido em uma série de pequenos arcos. Com este método obtém-se, principalmente, o rápido afastamento do arco das peças de contato e, subseqúentemente, a subdivisão do arco, permitindo a desejada extinção rápida. Praticamente não aparecem faíscas do lado exterior da câmara; o aquecimento desta também é mínimo, mesmo com alto número de interrupções consecutivas.

Ao ligar o contator poderão surgir faíscas de curta intensidade, quando há

um ricochete entre as peças de contato. Este ricochete é causado pelo impacto entre a peça fixa de contato e a móvel, no instante de ser ligado o contator. O tempo de duração do ricochete depende das massas dos contatos, sendo tanto menor quanto menores forem estas.

A grandeza de corrente no instante de ligação, por vezes bem superior á

nominal, como no caso de motores, não influi na vida dos contatos.

Identificação dos terminais

A normalização na identificação de terminais dos contatores e demais dispositivos de manobra de baixa tensão é o meio utilizado para tornar mais uniforme a execução de projetos de comandos e facilitar a localização e a função desses elementos na instalação.

Essas normalizações são necessárias, principalmente, devido à crescente

automatização industrial.


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Contatos principais - Os terminais de entrada (da fonte) são identificados com algarismos 1, 3 e 5 e os de saída (do lado da carga), 2,4 e 6. Além disso, são identificados igualmente com as seguintes designações: L1 e/ou 1; T1 e/ou 2; L2 e/ou 3; T2 e/ou 4; L3 e/ou e/ou 6.

Contatos auxiliares - São identificados por números de dois dígitos, sendo que o primeiro dígito indica a posição ocupada pelo contato a partir da esquerda, e o segundo indica a função do contato.

Intertravamento de contatores

É um sistema elétrico ou mecânico destinado a evitar que dois ou mais contatores se fechem, acidentalmente, ao mesmo tempo, provocando curto-circuito ou mudança da seqúéncia de funcionamento de um determinado circuito.

lntertravamento elétrico

Por contatos auxiliares do contator - Neste processo é inserido um contato auxiabridor de um contator no circuito de comando, que alimenta a bobina do outro contator. Deste modo, faz-se com que o funcionamento de um dependa do outro. (Fig.4.9)

Por botões conjugados - Neste processo, os botões são inseridos no circuito de comando, de forma que, ao ser acionado para comandar um contator, haja a interrupção do outro (botão b1, fechador de c1, conjugado com b1, abridor de c2 b2, fechador de c2, conjugado com b2, abridor de c1). (Fig.4.9)


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Intertravamento mecânico

Sistema mecânico de bloqueio que fica incorporado aos elementos de junção dos contatores, mantendo o sistema acoplado. Quando usamos este recurso, os contatores são montados lado a lado, formando um conjunto compacto, como se fosse uma única peça. (Fig. 4.10)


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Fig. 4.10


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RReellééss ddee pprrootteeççããoo

Dispositivos de proteção cujos contatos auxiliares comandam, de acordo com a variação de certas grandezas (corrente, tensão), outros dispositivos de um comando elétrico.

Os relés de proteção são integrantes de um disjuntor industrial.

Relés térmicos de sobrecarga

Dispositivos que atuam pelo efeito térmico provocado pela corrente elétrica, protegendo componentes de uma instalação quando as sobrecorrentes que ocorrem durante o seu funcionamento permanecem por tempo excessivo, ou quando tais componentes de sobrecarga aquecem as bobinas dos motores e os cabos a níveis inadmissíveis, reduzindo a vida útil de sua isolação. (Fig. 5.1)

Fig. 5.2


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Princípio construtivo de um relé de sobrecarga

Um relé de sobrecarga tem os seguintes componentes. (Fig. 5.3)

Contatos auxiliares - São parte do dispositivo que interrompe o circuito elétrico em caso de sobrecarga, podendo retornar à posição inicial automaticamente ou manualmente.

Botão de rearme - É o elemento cuja função é armar o(s) contato(s) auxiliar(s) do relé de sobrecarga.

Lâmina bimetálica auxiliar - Elemento cuja função é fazer a compensação do ajuste, de acordo com a variação da temperatura ambiente.


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Lâminas bimetálicas principais - Acionam um dispositivo mecânico quando sofrem dilatação e consequente deflexão, devido à elevação da corrente elétrica e da temperatura das lâminas, comutando os contatos móveis do relé.

Mecanismo de regulagem (ajuste de corrente) - É o elemento através do qual se faz a regulagem da corrente máxima solicitada pela carga que poderá circular no circuito. (Fig. 5.4)

Funcionamento

Os relés de sobrecarga foram desenvolvidos para operar baseados no princípio de pares termoelétricos. O princípio de operação do relé está fundamentado nas diferentes dilatações que apresentam os metais, quando submetidos a uma variação de temperatura. Duas ou mais lâminas de metais diferentes (normalmente ferro e níquel) são ligadas por soldas, sob pressão ou eletroliticamente. Quando aquecidas elas se dilatam diferentemente e se curvam. Esta mudança de posição é usada para comutação de um contato. Durante o esfriamento, as lâminas voltam à posição inicial.

O relé está, então, novamente pronto para operar, desde que não exista no

conjunto um dispositivo mecânico de bloqueio. O relé permite que o seu ponto de atuação, ou seja, o alongamento ou a curvatura das lâminas, para o qual ocorre o desligamento, possa ser ajustado com o auxílio de um dial. Isto possibilita ajustar o valor de corrente que promoverá a atuação do relé.


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Condições de serviço Influência da temperatura ambiente - As características de disparo

correspondem a um valor determinado da temperatura ambiente e são baseadas na ausência de carga prévia do relé de sobrecarga (ou seja, estado frio). Este valor de temperatura ambiente deve ser claramente indicado nas curvas de disparo; os valores usuais são de + 20°C’ ou + 40°C

Compensação de temperatura - Os relés de sobrecarga térmicos têm

compensação de temperatura ambiente, que é obtida conforme a seguinte descrição: com uma temperatura ambiente de + 30°C as lâminas bimetálicas principais se dilatarão, curvarão e terão deslocado, pelo cursor, uma parte do percurso, o que, para um determinado valor de corrente, resultaria em um tempo de disparo menor; para que isto seja evitado, o cursor atua sobre a lâmina bimetálica auxiliar; esta lâmina não é, contudo, percorrida pela corrente, sendo aquecida somente pela temperatura ambiente, e se curvará na proporção das lâminas principais; desta forma, as lâminas aquecidas pela corrente determinarão um mesmo tempo de disparo para qualquer temperatura ambiente. Este tipo de compensação de temperatura atua satisfatoriamente na faixa de+ 20°C a + 50°C.

Proteção contra religamento involuntário - Após um disparo por

sobrecarga, as lâminas bimetálicas necessitam resfriar-se e retornar à sua posição inicial até que o relé esteja novamente em condições de serviço. Assim, o intervalo de repouso necessário ao motor fica obrigatoriamente assegurado.

Relés de sobrecarga em rearme automático são utilizados com contatores

co-mandados por botão de impulso. Após o tempo de resfriamento, o contato auxiliar do relé retorna á sua posição inicial, não ativando o circuito de comando.

Relés de sobrecarga em rearme manual são utilizados em contatores

comandados por chave de posição fixa. O contato auxiliar do relé permanece aberto após o tempo de resfriamento, impedindo ativar-se o circuito de comando.

Proteção contra falta de fase - A curva característica de disparo de um

relé de sobrecarga trifásico é dada na condição de que todas as três lâminas são percorridas por correntes equilibradas. No caso de falta de fase, apenas duas lâminas são aquecidas e devem produzir, sozinhas, o deslocamento/força necessária para atuação do mecanismo de disparo. (Fig. 5.10)

Relés de sobrecarga trifásicos, com proteção contra falta de fase,

oferecem a vantagem de atuação mais rápida quando sob carga bifásica, ou seja, falta de uma fase.

Causas de sobrecargas em motores:

Conjugado resistente muito alto em regime contínuo.

Fator de marcha muito alto em regime não-contínuo.

Tempos de partida e de frenagem muito longos.

Bloqueio do rotor.


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Desvios excessivos da tensão e da freqüência da rede e Interrupção de um condutor de alimentação (falta de fase).

Tipos de relés de sobrecarga

As condições de serviço de um relé de sobrecarga e o tipo de ação da corrente nas lâminas bimetálicas, vistas anteriormente, são características que determinam o tipo de relé.

De acordo com esse critério, os relés se dividem em:

relé direto;

relé indireto;

relé com retenção;

relé sem retenção;

relé compensado;

relé diferencial ou falta de fase.

Relé direto - Quando aquecido pela passagem da corrente pelo próprio bimetal.

Relé indireto - Quando o aquecimento do bimetal é feito por um elemento resistor, que transmite o calor para o bimetal.

Relé com retenção - Apresenta dispositivos que travam as lâminas bimetálicas na posição desligada, após sua atuação. Para recolocá-las em funcionamento, é necessário soltar manualmente a trava, pulsando o botão de reset após ter verificado a causa do desarme do relé.

Relé sem retenção - O relé sem retenção volta à condição de funcionamento após o esfriamento das lâminas.

Relé compensado - Tem um elemento bimetálico auxiliar que compensa as variações da temperatura ambiente.

Relé diferencial ou falta de fase - Dispara com maior rapidez que o normal, quando há falta de uma fase ou sobrecarga em uma delas.

Relés eletromagnéticos São dispositivos de proteção cujo princípio de funcionamento está fundamentado em um eletroimã, que atua movimentando sua parte móvel a partir de um determinado fluxo magnético.


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Funcionamento

Circulando pela bobina uma corrente elevada, o núcleo atrai o fecho, o qual provoca a abertura do contato abridor, interrompendo o circuito de comando. (Fig. 5.15)

Regulagem - Girando-se o botão de regulagem no sentido da seta (Fig. 5.15), distancia-se cada vez mais o fecho do núcleo.

Para que o núcleo atraia o fecho, é necessária uma grande imantação. Portanto, será preciso que a bobina seja percorrida por uma elevada corrente.


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DDiissjjuunnttoorr IInndduussttrriiaall

Disjuntor industrial é um dispositivo de manobra mecânico, utilizado para estabelecer, conduzir e interromper correntes sob condições normais do circuito, e interromper correntes sob condições anormais do circuito, como: curto-circuito, sobrecarga ou subtensão. (Fig. 6.1)

E, normalmente, usado para comandar motores trifásicos

Simbologia

Funcionamento

Os disjuntores industriais são dispositivos que associam as características dos relés térmicos e eletromagnéticos, surgindo então, por esta combinação, um sistema de proteção contra subtensão, curto-circuito e sobrecarga.


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SSIINNAALLIIZZAAÇÇÃÃOO

Sinalização é uma forma visual ou sonora de indicar determinada operação em um circuito, máquina ou conjunto de máquinas.

A sinalização pode ser feita por buzinas, campainhas, sinaleiros luminosos ou sinalizadores audiovisuais.

Símbolos

Sinaleiros luminosos São sinaleiros usados para indicar as condições de operação de um

circuito por meio de um visor com cores padronizadas. (Fig. 8.1)

Constituição São constituídos de um elemento frontal de sinalização e um elemento

soquete.

Elemento frontal de sinalização - Tem um visor com cores estabelecidas por normas (Fig. 8.2) para as principais aplicações, conforme a tabela a seguir


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RREELLÉÉSS DDEE TTEEMMPPOO

Os relés de tempo são dispositivos empregados em todos os processos de temporização de manobras, em circuitos auxiliares de comando, regulação, proteção etc., dentro do limite de suas características elétricas.

Tipos de relés de tempo quanto à ação dos contatos

Instantâneo à energizaçâo

Alimentando-se o dispositivo , a contagem do tempo é iniciada e, simultaneamente, os contatos são ativados. Transcorrido o tempo programado, os contatos são desativados. Interrompendo-se a alimentação durante a contagem do tempo, o mesmo é anulado e os contatos são igualmente desativados.

Com retardo a desenergizaçâo

Alimentando-se o dispositivo, os contatos são ativados instantaneamente. Ao cortar a alimentação inicia-se a contagem do tempo. Transcorrido o tempo programado, os contatos são desativados.

Temporizadores eletrônicos

São relés temporizados usados para processar a temporização de manobras em um circuito mediante dispositivos eletrônicos. (Fig. 9.4)

Simbologia

Constituição

É constituído de uma caixa, que abriga um circuito eletrônico (circuito de temporização), que atua sobre um relé magnético. Na parte frontal externa dessa caixa são colocados um botão seletor de tempo, que gira sobre uma escala numerada representando o tempo em segundos, e os bornes para ligação dos condutores.


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Funcionamento

Quando os bornes a - b forem energizados, o circuito eletrônico entrará em operação, realizando a temporização pré-selecionada pelo botão seletor. Uma vez vencido este tempo, aciona-se o relé magnético, que computará os seus contatos. Abre 15-16, fecha 15-18.

Os contatos do relé magnético voltarão à posição de repouso quando os bornes a - b forem desenergizados.


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TTrraannssffoorrmmaaddoorreess PPaarraa CCoommaannddooss EEllééttrriiccooss

São dispositivos empregados em comandos elétricos para modificar os valores de tensão e corrente numa determinada relação de transformação, que varia segundo a necessidade do equipamento.

Transformadores de tensão São transformadores redutores de tensão. Sua função é alimentar circuitos

de controle, sinalização e comandos. (Fig. 10.1)

Simbologia

Funcionamento Quando uma tensão alternada é estabelecida no enrolamento primário,

cria-se um campo magnético alternado. O enrolamento secundário, ao ser cortado pelo fluxo magnético variável, produz uma f.e.m. (força eletromotriz) induzida.

Características As principais características a serem observadas para a correta

especificação do dispositivo são:

relação de transformação;

tensão nominal do primário;

tensão nominal do secundário;

corrente nominal do secundário.


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Aplicações

Reduzir a tensão da rede a nível compatível com a tensão de alimentação dos componentes de comando (bobinas, sinaleiros, relés etc.).

Segurança nas manobras e nas correções de defeitos do equipamento.

Separar o circuito principal do circuito auxiliar, restringindo e limitando possíveis curtos-circuitos a valores que não afetem os condutores do circuito a que estão ligados.

Amortecer variações de tensão, evitando possíveis trepidações dos contatos de dispositivos, prolongando assim a vida útil do equipamento.

Autotransformador

Dispositivo usado, entre outras aplicações, para reduzir a tensão de partida dos motores de rotor em curto-circuito, mantendo um conjugado para a partida e aceleração do motor.

Simbologia


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Constituição

É constituído basicamente por três bobinas enroladas sobre um núcleo de ferro laminado, formando um conjunto trifásico.

As bobinas possuem derivações, normalmente 65% e 80%, que são ligadas à carga. Em um dos extremos das bobinas é ligado à rede elétrica e no outro se faz um fechamento em estrela (Y), conforme a figura 10.4.

Neste caso, cada enrolamento é usado como primário e como secundário.

Funcionamento

Os motores trifásicos de rotor em curto-circuito, quando energizados diretamente pela tensão da rede, absorvem, na partida, valores de corrente que podem atingir até sete vezes o valor da corrente nominal.

Ligando a alimentação da rede aos terminais de entrada do autotransformador e a carga em uma de suas derivações, com percentual definido (65% ou 80%), reduziremos ao percentual do valor da derivação a tensão na carga, diminuindo assim a corrente na partida do motor.


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A potência do autotransformador deve ser compatível com a potência do motor

Partida de vários motores - Pode-se usar um só transformador para a partida em seqüência de vários motores.

Neste caso, a partida dos motores será automática, ou seja, por relés temporizados e contatores.

Dessa forma, há economia de transformadores e de condutores, bem como de demanda.


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CCiirrccuuiittooss ee DDiiaaggrraammaass EEllééttrriiccooss

Tipos de diagramas

Diagrama tradicional ou multifilar completo

É como uma fotografia do circuito elétrico, ou seja, representa a forma com que este é implementado. Sua aplicabilidade se torna inviável para circuitos complexos, devido ao grande número de linhas e símbolos a serem utilizados.

Diagrama funcional

Representa os caminhos de corrente, os elementos, suas funções, suas interdependências e seqüência funcional, sendo subdividido em dois outros, a saber:

circuito principal e circuito de comando, bastante práticos e de fácil compreensão.

Diagrama de disposição ou layout

Representa, de forma clara e objetiva, o arranjo físico dos dispositivos. A combinação dos diagramas funcional e de layout

define, de maneira prática e racional, a melhor forma de elaboração de dia-gramas para análise, instalação ou manutenção de equipamentos.

Identificação dos componentes no diagrama funcional

São representados conforme simbologia adotada e identificados por letras e números.ou símbolos gráficos.

Exemplo:

Identificação por letras e números.

Identificação por símbolos gráficos.

Relés e contatores auxiliares.


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Observação:

Nos dispositivos, contatores ou relés, os contatos são identificados por números, que representam:

Ordem ou posição - representada pelo primeiro algarismo, indica entrada ou saída e a posição física em que se encontram nos contatores ou relés. Essa indicação nos diagramas é geralmente acompanhada da indicação do contator correspondente ou dispositivo.

Função - podem ser contatos do tipo abridores NF (normalmente fechado), cujos números utilizados são 1 e 2, ou fecha dores NA (normalmente aberto), cujos números utilizados são 3 e 4.

Identificação literal de elementos - Normas VOE

Denominação Aparelho

a0 Disjuntor Principal

a1, a2... (a11, a12...... ) Seccionadora, seccionadora sob carga, chave

comutadora

a8 Seccionadora para terra (MT).

a9 Seccionadora de cabo (MT).

Disjuntor para comando

a21 Disjuntor para comando

b0 (b02........... ) Botão de comando - desliga

b1 (b12......... ) Botão de comando - liga

b2 (b22............ ) Botão de comando - esquerda/direita

b3 Botão de comando - desliga buzina

b4 Botão de comando - quitação

b5 Botão de comando - desliga lâmpadas

b6 Botão de comando - teste lâmpadas (teste sistema de

alarme)

b11 Chave comutadora para voltímetro

b21 Chave comutadora para amperímetro

b31 Chave fim de curso para carrinho (MI).


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b32 Tomada para carrinho (MT).

b33 Chave fim de curso no cubículo (MI).

b91 Chave para aquecimento

C1, C2

,. C3 Contator principal

d1..... (d11, d21, d23....) Contator auxiliar, relé de tempo, relé auxiliar

e1, e2, e3 Fusível principal.

e4, e5, e6 Relé bimetálico.

e11 Fusível para voltímetro.

e21. Fusível para comando.

e71 Relé de proteção.

e91 Fusível para aquecimento

e92 Termostato para aquecimento

f1 (f11..) Transformador potencial

f2 (f21..) Transformador de corrente.

f25 Transformador de corrente auxiliar.

g11..........g14 Voltímetro.

g15 Freqüencímetro

g16 Voltímetro, duplo.

g17 Frenqüencímetro, duplo.

g18 Sincronoscópio

g19 Contador de horas/indicador de seqüência de fases.

g21 Amperímetro

G31 Wattímetro.

G32 Medidor de potência reativa

g33 cosimetro

g34 Contador watt-hora

g35 Contador de potência reativa

h0 (h02) Armação de sinalização - desliga

h1 (h12) Armação de sinalização - liga


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h2 (h22) Armação de sinalização - direita/esquerda

h3 Armação de sinalização - alarme

h31 Buzina

k1 Condensador

m1 Motor, transformador principal

M2 Autotransformador.

m31 Transformador de comando

r91 Aquecedor

s1. Travamento eletromagnético

u1 Combinação de aparelhos

R1, S1, T1, N Circuito de comando C.A.

P1, N1 Circuito de comando C.C.

R11, S11 T11, N11 Circuito de medição, tensão, C.A

R, S, T, N Circuito de medição, corrente, C.A

A, B Fileira de bornes para AI e MI.

C, D Fileira de bornes para BT


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SSIISSTTEEMMAA DDEE PPAARRTTIIDDAA DDIIRREETTAA DDEE MMOOTTOORREESS

TTRRIIFFÁÁSSIICCOOSS

A figura 1.19 ilustra o diagrama principal (força ou potência).

A seguir serão apresentadas, em seqüência, as etapas a serem seguidas

para elaboração do circuito de comando. É importante ressaltar que o processo descrito para elaboração de circuitos simples é também utilizado para circuitos complexos, ficando claro que, uma vez entendida a aplicação de tal processo, torna-se extremamente fácil a compreensão de qualquer circuito de comando.

Necessitamos alimentar a bobina do contator (C1) a fim de que ela possa acionar os contatos, colocando em funcionamento o motor Para isso, é importante observar o valor da tensão de alimentação da bobina. Caso seja do mesmo valor da tensão da rede, podemos obter as linhas de alimentação do circuito de comando a partir da própria rede, conforme mostrado a seguir. Em caso de valor diferente da rede, devemos utilizar um transformador para obter o valor de tensão necessário. Acompanhe os passos.

A partir de duas linhas de alimentação, protegidas por fusíveis, fazer a conexão dos terminais da bobina. (Fig. 1.20)


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Podemos observar que, ao ser energizada a rede trifásica (R, 3 e 1),

teremos tensão nas linhas de comando (R e S), e através dos fusíveis de proteção (e21 e e22) será feita a alimentação instantânea da bobina (C1). A fim de que possamos ter controle sobre os atos de ligar e desligar o motor, acrescentaremos ao circuito um botão de comando, com trava, ligado em série com a bobina, desencadeando tais efeitos, como é mostrado na figura 1.21.

Podemos utilizar, também, botões de comando sem trava, bastando para

isso acrescentar dois elementos, que são, um botão para desligar (b0) e um contato (NA) do contator, o qual terá a função de selo ou retenção, em paralelo com o botão liga (para obtermos a condição de, ao desacionar o botão liga (b1), a bobina permanecer ligada através do selo (contato NA de C1). (Fig. 1.22)


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Descrição funcional Podemos observar que, ao ser energizada a rede trifásica (R, 3 e 1),

teremos tensão nas linhas de comando (R e S), e através dos fusíveis de proteção (e2, e e22) será feita a alimentação dos pontos superior do botão de comando desliga (b0) e inferior da bobina O, (lado b). Estando b0 no repouso, seu contato está fechado, mantendo energizados os pontos superiores do botão liga (b1) e do contato normalmente aberto de C1,. Ao ser acionado o botão liga (b1), seu contato se fecha, energizando o ponto superior da bobina C1, (lado a). Então, a bobina (C1) fica sujeita à tensão da rede em seus terminais (a e b), acionando seus contatos e fechando-os tanto no circuito de força quanto no de comando. Assim, podemos desacionar b1 visto que a corrente elétrica, que alimenta a bobina, fluirá através do contato C1 agora fechado. Nessas condições, o motor parte e permanece ligado até que seja acionado o botão desliga (b0). Quando isso acontece, é interrompido o percurso da corrente, que fluía pelo contato C1, desenergizando a bobina (C1) e, em conseqüência disso, interrompendo a alimentação do motor até a sua paralisação, O contato de C, aberto e b, desacionado recolocam o circuito na condição de ser dada nova partida. Com a finalidade de proteger o motor contra sobrecargas, inserimos o contato normalmente fechado (NF) do relé térmico de sobrecarga em série com o botão desliga (b), passando o circuito de comando a ser o ilustrado na figura 1.23.


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Finalmente, são numerados os contatos e apresentada a conclusão do circuito de comando, que é ilustrada na figura 1.24.

Partida direta com reversão

Sabemos que, para um motor trifásico sofrer inversão no seu sentido de giro, devemos inverter duas de suas fases de alimentação. Isso às vezes é necessário para que uma máquina ou equipamento complete o seu ciclo de funcionamento. Podemos citar como exemplos portões de garagem, plataformas elevatórias de automóveis, tornos mecânicos etc.

Abaixo são sugeridos os diagramas de força (Fig. 1.29) e comando (Fig.

1.30), bem como sua análise funcional


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Análise funcional Estando energizada a rede trifásica (R, S T), estaremos energizando o

borne 95 do relé térmico de sobrecarga, e os pontos inferiores (lado b) das bobinas C1 e C2,Fusíveis e21 e e22. O contato NF (95, 96) do relé térmico de sobrecarga, ligado em série como contato NF (1,2) do botão desliga (b0), proporciona a energização dos bornes superiores (1) dos contatos NF dos botões conjugados (b1 e b2). Estes garantem energizados os contatos NA de b1 b2, C1, e C2 de números 3 – 4, e 13 – 14, respectivamente. Pelo fato de serem conjugados os botões b1 e b2, ao pressionar um deles é desencadeada a ação de abrir o seu contato NF e em seguida fechar o NA. Como existe dependência nos dois braços do circuito de tais botões, ao acionar b1, bloqueia-se a bobina C2, através do NF de b1, e pressionando b2, bloqueia-se a bobina através do NF de b2. A essa dependência denominamos intertravamento elétrico. Os contatos NF (21 e 22) de C1 e C2 tem função análoga à dos botões (NF de b1 e b2). Isso é necessário, pois os contatores (C1 e C2) não podem ser ligados simultaneamente sob pena de ocorrer um curto-circuito entre duas fases do sistema, caso isso aconteça. Em algumas aplicações são usados contatores dotados de uma trava mecânica (pino), que impede a ligação simultânea destes. Nesse caso, é denominado intertravamento mecânico.

Assim, acionando b1 é energizada a bobina C1, através do NF de C2. O

contato NF de C1(21,22) abre, bloqueando a bobina C2, e o NA (C1 13,14) faz o selo da bobina C1. No circuito de força, C1 fecha os contatos NA, alimentando os terminais do motor, fazendo-o partir e permanecer ligado em um determinado sentido de giro.

Quando for necessária a mudança no sentido de giro do motor, deve-se

acionar b0, desligando a bobina C1. Assim, o contato C1(13,14) abre, desfazendo o selo da bobina C1, e o contato C1(21, 22) fecha, permitindo que a bobina C1 seja ligada. Agora, acionando b2, a bobina C2 é energizada através do contato C1(21, 22). O contato C2(21,22) abre bloqueando a bobina C1, e o contato 02(13,14) fecha, fazendo o selo da bobina C2. No circuito de força, C2 fecha os contatos NA, proporcionando a inversão das fases 5 e 1 e a mudança no sentido de giro do motor. Caso haja, em algum instante, uma sobrecarga no motor, o relé térmico aciona seu contato NF (95, 96), fazendo-o abrir e desenergizar a bobina que estiver ligada (C1 ou C2).

Sistema de partida estrela-triângulo de motores trifásicos

Condições essenciais:

o motor não pode partir sob carga. Sua partida deve se dar a vazio ou com conjugado resistente baixo e praticamente constante.

o motor deve possuir, no mínimo, seis (6) terminais e permitir a ligação em dupla tensão, sendo que a tensão da rede deve coincidir com a tensão do motor ligado em triângulo.


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a curva de conjugados do motor deverá ser suficientemente grande para poder garantir a aceleração da máquina de até, aproximadamente, 95% da rotação nominal, com a corrente de partida.

Característica fundamental

Na partida, ligação estrela, a corrente fica reduzida a aproximadamente 33% do valor da corrente de partida direta, reduzindo-se também o conjugado na mesma proporção. Por esta razão, sempre que for necessária uma partida estrela-triângulo, deverá ser usado um motor com curva de conjugado elevado, O conjugado resistente da carga não pode ser maior que o conjugado de partida do motor, nem a corrente no instante de comutação de estrela para triângulo poderá ser de valor inaceitável. Por essa razão, o instante de comutação deve ser criteriosamente determinado, para que esse sistema de partida seja vantajoso nas situações onde o sistema de partida direta não é possível. Na página seguinte, são ilustradas duas situações de partida estrela-triângulo de motor trifásico. Uma, com alto conjugado resistente de carga (situação A), onde o sistema de partida não se mostra eficaz, pois perceba que o salto da corrente, no instante da comutação (85% da velocidade), é elevado representando cerca de 320% de aumento no seu valor, que era de aproximadamente 100%. Como na partida a corrente era de aproximadamente 190%, isso não é nenhuma vantagem.

Outra, com conjugado resistente de carga bem menor (situação B), onde o sistema se mostra eficiente, pois o salto de corrente, no instante da comutação (95% da velocidade), não é significativo, passando de aproximadamente 50% para 170%, valor praticamente igual ao da partida. Isso é uma vantagem, se considerarmos que o motor absorveria da rede aproximadamente 600% da corrente nominal, caso a partida fosse direta.

A seguir são mostrados os diagramas de força (Fig. 1.32) e comando (Fig. 1.33) de um sistema de partida estrela-triângulo, bem como sua análise funcional.


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Análise funcional.

Estando energizada a rede trifásica (R, S T), estaremos energizando o borne 95 do relé térmico de sobrecarga, e os pontos inferiores (lado b) das bobinas C1, C2 C3 e d1 através dos fusíveis e21 e e22. O contato NF (95, 96) do relé térmico de sobrecarga, ligado em série como contato NF (1,2) do botão desliga (b0), proporciona a energização dos bornes superiores do botão liga (b) e dos contatos NA de C1 (13 e 43). Acionando b1, são energizadas as bobinas de 02 e d1, através dos contatos NF de C1 (21,22) e d1 (15, 16). O relé de tempo (d1) inicia a contagem, tendo como referência o período pré-ajustado, para operar seu contato NF (d1 - 15,16). C2 por sua vez, abre o contato NF (21, 22), fechando os contatos NA (13,14 e 43, 44), cujas respectivas funções são garantir o bloqueio de C3 enquanto o motor estiver em regime de partida (estrela), fazer o selo da bobina C2 e energizar a bobina C1. Sendo a bobina 0, energizada, através do contato NA de C2(43,44), são acionados os contatos NF (21,22) e NA (13, 14 e 43, 44), cujas respectivas funções são impossibilitar o acionamento de 02 após a comutação de estrela para triânguro, a menos que seja acionado o botão desliga (b), selo da bobina Q e condição de acionamento para C1 logo após a desenergização de C2 (comutação de estrela para triângulo).

No circuito de força, estando energizados C2 e C1 o motor encontra-se em regime de partida (ligação estrela), recebendo em cada grupo de bobina aproximadamente 58% da tensão da rede. Com a redução no valor da tensão aplicada, a corrente e o conjugado são também reduzidos à mesma proporção.

Decorrido o tempo pré-ajustado em d1, seu contato NF (15,16) é acionado (abre), sendo desenergizadas as bobinas C2 e d1. C2 abre os contatos NA (13,14 e 43, 44) e fecha o contato NF (21, 22), oportunidade na qual C3 é energizado, visto que o contato NA de C1 (43, 44) permanece fechado. Uma vez desenergizada a bobina d1, seu contato NF (15,16) retorna à posição de repouso (fecha); porém, o contato NF de 03 (21, 22) impede o seu religamento bem como o de C2. Caso ocorra uma sobrecarga, tanto na partida quanto em funcionamento normal, o relé térmico de sobrecarga aciona seu contato NF (95, 96), desenergizando qualquer bobina que esteja ligada (C1, C2, C3 ou d1). Se for necessário desligar o motor em qualquer instante, podemos fazê-lo através do botão desliga (b0).

No circuito de força, estando energizados C1 e C3, O motor encontra-se em regime de marcha (triângulo), com os seus grupos de bobina sendo alimentados diretamente pela tensão da rede e os valores de corrente e conjugado próximos do nominal. O ajuste do relé térmico de sobrecarga é feito a 58% do valor da corrente nominal do motor e do relé de tempo, um valor suficiente para a partida (próximo de 90% da velocidade).


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Sistema de partida com autotransformador (compensadora) de

motores trifásicos

A chave compensadora pode ser usada para partida de motores sob carga. Com ela, podemos reduzir a corrente de partida, evitando sobrecarga na rede de alimentação, deixando, porém, o motor com um conjugado suficiente para a partida e aceleração. A redução da tensão é conseguida a partir de um autotransformador, que possui normalmente tap’s de 50%, 65% e 80%. Para os motores que partirem com tensão reduzida, a corrente e o conjugado de partida devem ser multiplicados pelos fatores K, (fator de multiplicação da corrente) e K2

(fator de multiplicação do conjugado)

A seguir, são apresentados e feita a análise dos circuitos de força (Fig. 1.36) e comando (Fig. 1.37) para partida compensada automática de um motor trifásico.


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Análise funcional Estando energizada a rede trifãsica (R, S e T), estaremos energizando o

borne 95 do relé térmico de sobrecarga, e os pontos inferiores (lado b) das bobinas C1, C2, C3 e d1 através dos fusíveis e21 e e22. O contato NF (95, 96) do relé térmico de sobrecarga, ligado em série com o contato NF (1,2) do botão desliga (b0), proporciona a energização dos bornes superiores do botão liga (b1) e dos contatos NA de C1, C2 e C3 (13). Acionandob1, são energizadas as bobinas de d1 e C1 através dos contatos NF de C2(61, 62), d1 (15, 16) e 02 (21, 22).

O relé de tempo (d1) inicia a contagem, tendo como referência o período

pré-ajustado, para operar seu contato NF (d1 -15,16). C por sua vez, abre o contato NF (21,22), fazendo o bloqueio de C2 e fecha os contatos NA (13, 14 e 43, 44), tendo como respectivas funções selo de C1 d1 e energização de C3. Uma vez ligado, C3 seus contatos NA (13,14 e 43,44), que têm ambos a função de selo, isto é, manter C3 ligado independentemente da desenergização de C1.

No circuito de força, com C1 e C3 ligados, o motor encontra-se em regime

de partida compensada, com Calimentando o autotransformador trifásico, com a tensão da rede, e este fornecendo tensão reduzida ao motor através de seus tap’s (derivações).Decorrido o tempo pré-ajustado em d1, seu contato reversível


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(15,16) é acionado (abre), sendo desenergizada a bobina C e fecha (15, 18) energizando a bobina 02 através do contato NF de C1 (21, 22). C2 abre os seus contatos NF (21, 22 - 31, 32 – e 61, 62) fazendo, respectivamente, o bloqueio da bobina C2, desligamento da bobina C3 e desligamento da bobina d1, e fecha os contatos NA (13,14 e 43, 44) que têm a função de selo, ou seja, manter C2 ligado. Perceba que, no instante da comutação, o relé de tempo desliga apenas a bobina C1 ficando energizada a bobina C3 mantendo assim o motor sob tensão através dos enrolamentos de cada coluna do autotransformador. Isso faz com que seja reduzido o pico de corrente no instante da comutação (inserção da bobina C2), pois o motor não é desligado.

No circuito de força, com C2 ligado, o motor encontra-se em regime de

marcha, isto é, com os valores de corrente e conjugado nominais.

O relé térmico de sobrecarga deverá ser ajustado para o valor da corrente nominal do motor, e o relé de tempo para um valor tal que garanta a aceleração do motor até aproximadamente 80% da velocidade.

Mais uma vez, ilustramos o sistema de partida

compensada (Fig. 1.38) com uma chave compensadora CAI, Siemens, que se destina ao comando e proteção de motores trifásicos de até 375kW(500CV) em 440V(CA) na categoria de utilização AC3, acoplados a máquinas que partem com aproximadamente metade de sua carga nominal, tais Como calandras, compressores, ventiladores, bombas e britadores.


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Comparação entre chaves estreia-triângulo e compensadoras

automáticas Estrela-triângulo automática

Vantagens:

é muito utilizada por ter custo reduzido;

número ilimitado de manobras;

os componentes ocupam pouco espaço;

redução da corrente de partida para aproximadamente 33% do valor da corrente de partida direta.

Desvantagens:

só pode ser aplicada a motores com, no mínimo, seis terminais;

a tensão da rede deve coincidir com a tensão do motor em triângulo;

redução do conjugado de partida para 33%;

pico de corrente no instante da comutação de estrela para triângulo, que deve acontecer no mínimo a 90% da velocidade, para que não seja alto.


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CCoommppeennssaaddoorraa aauuttoommááttiiccaa

Vantagens:

o motor parte com tensão reduzida e o instante da comutação, ou seja, segundo pico de corrente, é bem reduzido, visto que o autotransformador, por um curto intervalo de tempo, torna-se uma reatância, fazendo com que o motor não seja desligado;

é possível a variação dos taps do autotransformador, variando o valor da tensão nos terminais do motor, proporcionando assim uma partida satisfatória.

Desvantagens:

número iimitado de manobras. O autotransformador é determinado em função da freqüência de manobras;

custo elevado devido ao autotransformador;

construção volumosa devido ao tamanho do autotransformador, necessitando quadros maiores, elevando assim o seu custo.

Comutação polar de motores trifásicos Existem aplicações em que necessitamos de motores com velocidades

diferentes para desenvolver determinados tipos de tarefas. Para essas aplicações podemos utilizar motores diferentes ou, a fim de reduzir o custo da instalação e obter economia de espaço em máquinas, motores únicos; isto é, motores que, dependendo da forma com que são ligados, giram em baixa ou alta velocidade. Isto pode ser conseguido com os motores que possuem duplo enrolamento, ou com os motores que têm uma característica de fechamento interno diferenciada denominada ligação dahlander.

Para o primeiro grupo citado, ou seja, motores com enrolamento separado,

são mostradas abaixo (Fig. 1.40) as características de ligação externa, a titulo de exemplo, de um motor trifásico, quatro e seis pólos (4/6), de velocidades próximas de 1800/1200rpm, respectivamente.


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Para o segundo grupo estão ilustradas, na figura 1.41, as ligações externas de um motor trifâsico com ligação dahlander, de quatro e oito pólos (4/8), com velocidades próximas de 1800/900rpm, respectivamente.

Observação A diferença básica entre um motor comenrolamento separado e com

ligação dahlanderé que, neste último, as polaridades são uma odobro da outra, tendo como conseqüência velocidades com a mesma relação de dobro.

A seguir são mostrados os diagramas de força (Fig. 1.42) e comando (Fig.

1.43) para comutação polar de motores trifásicos, com ligação dahlander, 4/8 pólos, comandado por botões


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Análise funcional Estando energizada a rede trifásica (R, S e T), estaremos energizando o

borne 95 do relé térmico de sobrecarga (e4) e os pontos inferiores (lado b) das bobinas C1 C2 e C3, através dos fusíveis e21 e e22. O contato NF (95, 96) do relé térmico de sobrecarga (e4), ligado em série com o contato NF (95, 96) do relé térmico de sobrecarga (e5) e contato NF (1, 2) do botão desliga (b0), proporciona a energização dos bornes superiores dos contatos NF (1, 2) dos botões b1 e b2 e NA (13, 14) dos contatores C1 e C2. Os contatos NA (3, 4) dos botões liga (b1 e b2) são energizados através dos contatos NF (1, 2) de b2 e b1, respectivamente, criando assim um intertravamento elétrico entre esses pontos. Acionando b1, energizamos a bobina C1, através dos contatos NF (21, 22) de C3 e C2 cuja função é impedir o acionamento do motor em baixa rotação quando este estiver girando em alta rotação. Uma vez energizado, Q abre seu contato NF (21, 22), fazendo o bloqueio dos contatores de alta rotação, função análoga à descrita para os contatos NF de C3 e e fecha o contato NA (13, 14), fazendo o seu selo.

No circuito de força, estando C2 energizado, os terminais 1, 2 e 3 do motor

recebem alimentação trifásica, através do relé térmico de sobrecarga (e4), e este gira em baixa rotação.


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Para que ocorra o acionamento do motor em alta rotação é necessário acionar o botão desliga (b0), e, em seguida, o botão liga (b2).

Quando isso é feito, C1 é desenergizado, colocando na posição de

repouso seus NA (13,14) e NF (21,22). Oportunamente com b2 acionado, é energizada a contatos, C2 bobina C2 através do contato NF de C1 (21, 22). C2 abre seu contato NF (21, 22), bloqueando C1, e fecha seus contatos NA, (43, 44) energizando a bobina C3 e (13, 14), fazendo o selo de ambas. C3 energizado, abre o seu contato NF (21, 22) de função análoga à do NF de C2 (21, 22).

No circuito de força, C2 fecha em curto os terminais 1,2 e 3 do motor e C3

alimenta os terminais 4, 5 e 6 com a rede trifásica, através do relé térmico de sobrecarga e5. O motor gira em alta rotação.

Sistemas de frenagem de motores trifásicos Em determinadas aplicações, necessitamos da parada instantânea do

motor que aciona a máquina ou dispositivo, a fim de garantir precisão do trabalho executado. Podemos citar, como exemplo, o processo de usinagem de uma determinada peça, no qual a ferramenta avança usinando até um determinado ponto, quando então, ao alcançá-lo, deve parar. Num sistema comum de parada do motor, a ferramenta ainda avançaria por um determinado intervalo de tempo, necessário para fazer com que a inércia de movimento do eixo seja vencida pelo conjugado resistente de carga. Podemos obter a parada instantânea do motor por dois métodos: frenagem por contracorrente e por corrente retificada.

No sistema de frenagem por contracorrente, um dispositivo acoplado ao

eixo do motor mantém um contato NA, fechado, por ação de força centrífuga, sendo que o momento de sua abertura pode ser ajustado externamente (força que o mantém aberto).

No sistema de frenagem por corrente retificada, aplica-se corrente

contínua ao estator do motor trifásico, obtendo um campo magnético fixo, fazendo com que o rotor (eixo) pare.

Ambos os sistemas requerem um circuito de comando que identifique o

momento da parada e efetive a alimentação do dispositivo de frenagem.


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Referências Bibliográficas

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