UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLNDIA

FACULDADE DE ENGENHARIA ELTRICA

ACIONAMENTOS ELTRICOS

PROF. : MARCELO LYNCEPartida de MCC Derivao com resistncias em srie com a armadura

Acelerao por tempo definido utilizando um controlador programvel

Rosivan Barbosa Gomes Junior 96836Uberlndia, 14 de Agosto de 20141. Introduo1.1. Motores de corrente contnua

Os motores de corrente contnua tm maior aplicabilidade em acionamentos especficos de alto desempenho, como laminadores, elevadores e mquinas ferramentas.

Existem de modo geral quatro tipos de motores de corrente contnua, sendo que cada um deles possui caractersticas especficas a um determinado acionamento. O motor derivao tem como caracterstica principal o acionamento de cargas que operam com velocidade constante.

Muitas vezes a utilizao desses motores causa perturbaes no sistema eltrico devido aos elevados nveis de corrente exigida pelos motores na sua partida. Assim, existem alguns mtodos utilizados para reduzir os nveis de corrente no motor durante a partida, entre eles esto:

Partida resistiva; Partida a tenso de armadura varivel.

Alm disso, existe outro aspecto importante na operao dos motores CC, o processo de frenagem. Na grande maioria das aplicaes a otimizao dos tempos de frenagem um fator primordial na produtividade do sistema, desse modo utilizam-se sistemas para acelerar o processo de frenagem do motor.

Para os motores de corrente contnua existem trs tipos de processos de frenagem:

Frenagem Regenerativa: a tenso de armadura varivel; Frenagem Dinmica: incluso de resistncias na armadura; Frenagem por Contra-corrente: inverso da fonte de alimentao.

Trataremos nesse trabalho da partida de um motor de corrente contnua derivao por meio da insero de resistores em srie com a armadura (partida resistiva) e frenagem dinmica. O acionamento do motor ser controlado por meio de um CLP (Controlador Lgico Programvel).

1.2. Controlador Lgico Programvel CLP

Os CLPs, so freqentemente definidos como miniaturas de computadores industriais que contem um hardware e um software que so utilizados para realizar as funes de controles. Um CLP consiste em duas sees bsicas: a unidade central de processamento (CPU central processing unit) e a interface de entradas e sadas do sistema. A CPU, que controla toda a atividade do CLP, pode ser dividida em processador e sistema de memria. O sistema de entradas e sadas so conectados fisicamente nos dispositivos de campo (interruptores, sensores, etc.) e provem tambm uma interface entre a CPU e o meio externo.

Operacionalmente, a CPU l os dados de entradas dos dispositivos de campo atravs da interface de entrada, e ento executa, ou realiza os controles de programa que tinham sido armazenados na memria.2. Partida e Frenagem2.1. Circuito de potnciaO acionamento do motor ser feito utilizando o circuito abaixo:

Fig. 01Onde:

R, S, T: circuito de alimentao;

Fu1: fusveis (um por fase proteo contra curto-circuito);

M: contator;

e1: rel trmico (proteo contra sobrecarga); 1A e 2A: contatores de partida;

r1: reostato de partida;

r2: reostato de partida;

Rf : reostato de frenagem.

2.2. Circuito de controle

O circuito abaixo mostra o circuito utilizado para o controle do acionamento:

Fig. 02Onde:

b1: botoeira normalmente aberta (chave de manobra);

M: contator;

e1: rel trmico (proteo contra sobrecarga);

1A e 2A: contatores de partida;

LOGO: controlador lgico programvel.

2.3. Diagrama de blocos para o controle de partida e acelerao por tempo definido

Conforme foi dito anteriormente, o controle dos tempos de partida e acelerao ser utilizado o Logo 12RC da Siemens. A Fig. 03 mostra o CLP utilizado.

Fig. 03. CLP 12RC da Siemens

A seguir est representado o diagrama de blocos que representa o programa a ser executado no CLP para o acionamento do circuito. E, posteriormente apresentamos os passos para a programao do Logo.

Fig. 03. Diagrama de blocos Procedimento :

1. Programar o LOGO;

2. Fazer a ligao do circuito de controle com o LOGO;

3. Testar o circuito de controle com o LOGO programado;

4. Montar o circuito de potncia.

Como programar o LOGO:

1. Pressionar a tecla ESC e parar o programa (se este estiver na condio start);2. Escolher a posio Program e pressionar OK;3. Escolher Clear Prg e confirmar (sim);4. Escolher Edit Prg;5. Iniciar a programao conforme o diagrama de blocos e os parmetros abaixo: Bloco 1 : Funo especial (SF).

Entradas: Trg i1;

R x;

T off. Bloco 2: Funo especial (SF).

Entradas: Trg BLO3 (&);

T 2s. Bloco 3: Funo geral (GF).

Entradas: 1 i3;2 x;3 BLO1.

Bloco 4: Funo geral (GF).

Entradas: 1 i5;2 x;3 BLO3.

Bloco 5: Funo especial (SF).

Entradas: Trg BLO4 (&);

T 4s.

6. Pressione a tecla ESC duas vezes seguida e selecione Start Prg;7. Acione a botoeira b1 e teste o circuito de controle com o LOGO.2.4. Seqncia de operao

Partida:

Acionamos a botoeira b1 normalmente aberta;

Ir circular uma corrente i1 para a entrada Trg do bloco 1 (BL01 rel de impulso); O rel ento manda um sinal para o contator normalmente aberto Q1 do LOGO O contator Q1 fecha e energiza a bobina do contator M (1 linha do circuito de controle); Com a bobina energizada, o contator M abre um contato auxiliar M normalmente fechado e fecha os contatos de fora que acionam o motor (4 linha do circuito de controle). O contato M normalmente aberto ligado na entrada 1 do bloco 3 (BL03 - &), tambm fechado; O motor parte com as duas resistncias r1 e r2 em srie para limitar a corrente de partida; A sada Q1 tambm aciona a entrada 3 do bloco 3 (BL03 - &); Como as duas entradas foram acionadas (a entrada 2 no utilizada) enviado um sinal para o bloco 2 (BL02 Rel temporizado) e tambm para a entrada 3 do bloco 4 (BL04 - &); O rel temporizado do bloco 2 (BL02) conta um tempo que foi pr-ajustado, no nosso caso 2s, e ento fecha um contato normalmente aberto Q2 do LOGO; Assim, a bobina do contator 1A energizada fechando o contato auxiliar 1 (2 linha do circuito de controle), ou seja, curto-circuita a resistncia r1; O contator auxiliar 1A ligado na entrada 1 do bloco 4 (BL04) tambm fechado; Com as duas entradas 1 e 3 em nvel alto a funo AND do bloco (BL04 - &) envia um sinal para a entrada Trg do bloco 5 (BL05 rel temporizado); O rel temporizado (BL05) conta um tempo determinado, no nosso caso 4s, e ento fecha um contato normalmente aberto Q3 na sada do LOGO; Desse modo, a bobina do contator 2A energizada fechando um contato auxiliar 2 (3 linha do circuito de controle), ou seja, curto-circuita a resistncia r2; De tal modo encerramos o processo de partida e o motor acelera sem as resistncias em srie.Frenagem:

Acionamos a botoeira b1. Como ela estava fechada estamos abrindo a chave (b1); Corta-se a corrente i1 na entrada Trg do bloco 1 (BL01) ;

Abrimos o contator Q1 e, consequentemente Q2 e Q3 na sada do LOGO;

As bobinas dos contatores 1A (2 linha do circuito de controle) e 2A (3 linha do circuito de controle), so desenergizadas abrindo os contatores 1A e 2A (circuito de potncia);

A bobina do contator M tambm desenergizada, desligando o motor da fonte;

Fecha-se o contato auxiliar M (4 linha do circuito de controle) que estava aberto na partida;

Energiza-mos a bobina do contator F (4 linha do circuito de controle) e fechamos o contato auxiliar F no circuito de potncia;

Assim, a tenso contra-elemotriz gerada no terminais do motor far circular uma corrente na armadura em sentido oposto ao inicial atravs da resistncia r2. Fazendo a Frenagem Dinmica do motor.

3. Exemplo de Dimensionamento

Dados do motor escolhido:

Motor CC Siemens IGF5 114-0GK

Tenso nominal 280V;

Potncia 8,1KW;

Velocidade nominal 2660rpm = 278,555 rad/s;

Conjugado nominal 29N.m;

Corrente nominal 34A;

Rendimento 82%;

Resistncia de armadura 0,55;

Momento de inrcia 0,032Kg.m2.

A figura abaixo mostra o circuito para o qual dimensionaremos os reostatos de partida (r1 e r2) e de frenagem (Rf).

Fig. 05. Circuito para dimensionamento dos reostatos3.1. Clculo dos reostatos de partida

Para o clculo dos reostatos de partida calcularemos primeiramente a corrente de volta (Iv):

Dados:

n = 2;

Ip = 2*In.

(1)

1 Estgio:

A seguir calculamos a resistncia total de partida Rn (Fig.05):

(2)

2 Estgio:

Abaixo temos o clculo da resistncia do segundo estgio Rn-1(Fig. 05):

(3)

Assim, teremos os valores de r1 e r2:

1,505 0,55 = 0,955

(4)

(5)

E, por fim, para dimensionarmos os resistores precisamos saber qual potncia ser dissipada por eles. A Equao (6) mostra como podemos fazer esse clculo:

(6)Obs.: o tempo de acelerao foi calculado no item 3.2.

Teremos ento:

(7)

Reostato de partida: 6,52 KW com derivaes de 0,955 e 3,163.

3.2. Clculo do tempo de acelerao:

O tempo de acelerao depende do momento de inrcia do motor, do fluxo da resistncia de partida, da corrente de partida e da corrente de carga. Calcularemos inicialmente o fluxo que produzido na armadura.

Temos que:

(8)

Considerando que o motor partir a vazio, a corrente de carga existir apenas para vencer o atrito. Logo faremos Ir = 10%.In = 3,4A.

Para o primeiro estgio teremos um tempo de acelerao ta1 e para o segundo ta2, conforme as Equaes (9) e (10) respectivamente.

(9)

(10)3.3. Clculo do reostato de frenagem

Faremos a frenagem dinmica do motor, ou seja, haver o desligamento deste da fonte. Ento, a tenso que ser aplicada a ele equivaler tenso contra-eletromotriz induzida na armadura (Ec). Portanto, o reostato de frenagem ser dimensionado de acordo com a Equao (11).

(11)

A potncia dissipada nessa resistncia ser:

(12)

3.4. Clculo do tempo de frenagem

O tempo que o motor leva para frenar, isto , atingir cerca de 5% de sua velocidade nominal dado pela Equao (13).

(13)

Desse modo, o tempo de frenagem do motor considerando que ele est sem carga :

(14)

3.5. Contator M

O contator M utilizado para o acionamento de um motor derivao no qual ser feita a frenagem.

Assim, empregaremos um contator de categoria DC2 ou superior, cuja corrente nominal seja igual a do motor 34A e capacidade mxima de interrupo de corrente igual corrente de partida do motor : Ip = 2xIn = 68A.Especificao:

Contator 3RT10 44 Sirius (Siemens);

Categoria: DC3 e DC5;

Tenso: 220V;

Corrente nominal: 35A a 60C;

N de plos ligados em srie: 3 plos.

N de plos ligados em srie: 3 plos.

3.6. Contator 1A e 2A

Como os dois so utilizados nas mesmas condies, isto , atuam curto-circuitando as resistncias de partida, sero especificados para um mesmo contator.

Por se tratar de manobra de cargas resistivas empregaremos contatores da categoria DC1.

Especificao:

Contator 3RT10 44 Sirius (Siemens);

Categoria: DC1;

Tenso: 220V;

Corrente nominal: 35A a 60C;

N de plos ligados em srie: 3 plos.