MANUAL DAS CAIXAS DE CONEXÃO PARA OS TORQUÍMETROS T20 E T22

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESCOLA DE ENGENHARIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

LABORATÓRIO DE MÁQUINAS, ACIONAMENTOS E ENERGIA

MANUAL DAS CAIXAS DE CONEXÃO PARA OS TORQUÍMETROS T20 E T22

MAGNO VINICIUS F. T. SILVA

GRADUANDO DO CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

SUMÁRIO

1. PREFÁCIO ... 3

2. DESCRIÇÃO GERAL E ESPECIFICAÇÕES ... 4

2.1ORGANIZAÇÃO ... 6

3. PROJETO ... 7

4. MANUTENÇÃO ... 11

REFERÊNCIAS ... 15

1. Prefácio

As caixas de conexão são utilizadas para fornecer alimentação elétrica e coletar sinais dos torquímetros T20 e T22. Portanto são tratados dois tipos diferentes de caixa de conexão.

IMPORTANTE: É amplamente recomendado seguir TODAS as orientações descritas neste manual em caso de manutenção, de modo a evitar quaisquer danos a este equipamento e a outros que funcionam em conjunto com este. Quaisquer eventuais falhas devem ser comunicadas a equipe responsável pelo equipamento de imediato.

2. Descrição geral e especificações

A parte externa da caixa é de material plástico, cor preta, contendo em sua superfície superior um rótulo de identificação que contém descrição básica das conexões externas, conforme mostrado na figura 1.

Figura 1: Rótulos de identificação das caixas de conexão

Na parte interna, a caixa contém uma placa de circuito impresso marrom, com bornes azuis, onde podem ser conectados cabos de sinal e alimentação. No geral a placa apenas organiza os sinais vindos do torquímetro e fornece alimentação para o mesmo. Ainda internamente, na parte superior da caixa, existe um diagrama que indica a conexão correta dos cabos na placa.

As cores dos fios foram indicadas em língua inglesa pois os nomes das cores ocupam menos espaço que em português, permitindo que a letra seja maior. Em caso de dúvidas, segue uma tabela com as cores traduzidas para o português.

Português Vermelho Azul Amarelo Verde Marrom Preto Laranja

Inglês Red Blue Yellow Green Brown Black Orange

Tabela 1: Tradução das cores presentes no diagrama de conexões

OBS: Na placa da caixa de conexão do T22, aparece a indicação R/B, que indica o cabo com duas cores, vermelho e azul.

Os terminais de alimentação possuem as cores vermelho e preto, onde preto indica 0V e vermelho 12V. Outros detalhes importantes são discutidos na seção de manutenção.

Caixas identificadas com T20 devem ser conectadas apenas ao torquímetro T20. O mesmo para o T22. Não seguir esta instrução pode danificar permanentemente o torquímetro.

Na figura a seguir tem-se um diagrama de blocos que especifica o funcionamento de todo o conjunto com torquímetro, caixa de conexão, cabos de sinal e fonte de alimentação.

2.1 Organização

Cada caixa de conexão conta com cabos de sinal e fontes de alimentação, conforme especificado a seguir.

- Cabo manga 6x26 AWG BT (6 vias de sinal e malha de blindagem);

- Fontes de alimentação HA1205W4P (saída 12V DC e 0,5A; entrada 100-240V AC 50-60Hz). Polarização positiva.

Os cabos são fixos às caixas de conexão. Para retirar ou substituir os cabos, ver a seção 4. Manutenção deste manual. Os cabos não devem ser guardados separados das caixas, portanto, apenas devem ser separados em caso de manutenção.

Cada caixa possui uma fonte de alimentação própria devidamente identificada para fins de organização. As caixas e fontes não devem ser separadas ou misturadas. As caixas de conexão utilizadas na sala 110 estão identificadas pelo nome da bancada no qual os torquímetros estarão conectados. As caixas do LMEAE são identificadas, juntamente com suas fontes de alimentação pelo número de série do torquímetro a qual estão conectadas.

Figura 2: Conjuntos organizados. Para T22 à esquerda e para o T20 à direita.

Figura 3: Identificação da caixa e fonte do mesmo conjunto. O número indicado na segunda linha é o mesmo da placa do torquímetro.

3. Projeto

O projeto aqui descrito foi baseado em um projeto anterior, apresentando apenas modificações. As modificações do projeto original, são:

- Layout da placa reduzido; - Verniz de proteção do cobre; - Redução do tamanho da caixa;

- Plano-terra funcionando como blindagem eletromagnética;

Como a placa irá lidar com sinais elétricos que vão de 100 mV até 2V, é interessante a utilização de plano-terra separado do ramo de referência (ground). O plano-terra adicionado envolve todo o circuito e é conectado a malha de blindagem dos cabos, assim o ruído externo induzido no circuito é reduzido. Um estudo mais detalhado do caso de blindagem eletromagnética pode ser encontrado nos seis primeiros capítulos da referência [1].

Na figura a seguir é mostrada a nova placa, conforme descrito nesta seção.

3.1 Diagrama de conexões 3.1.1 Caixa de conexão T20

Conforme descrito anteriormente, pode ser encontrado no interior de cada caixa o respectivo diagrama de conexões. Na figura a seguir é mostrado o diagrama:

Figura 5: Diagrama de conexões interno para a caixa do T20.

Na figura acima, podem ser vistas algumas legendas resumidas. Detalhadamente são:

- Rotação (Manga 3 fios): cabo manga de 6 vias onde são utilizados apenas 3 fios. O sinal desta saída está relacionado a rotação do eixo.

- Conjugado (Manga 2 fios): cabo manga de 6 vias onde são utilizados apenas 2 fios. O sinal desta saída está relacionado ao conjugado no eixo.

- Cabo manga vindo do torquímetro: entrada de dados.

- Blindagem: neste borne deve ser conectado o condutor de blindagem que envolve o cabo manga. Foram adicionados 2 bornes de blindagem para facilitar a conexão.

- Alimentação: tensão DC de 12V vinda da fonte de alimentação.

IMPORTANTE: Para cada cabo que será conectado, as cores dos fios de cada borne devem sempre seguir o mesmo padrão. Caso os conectores vindos do torquímetro necessitem de alguma alteração nos fios de sinal, as cores dos fios devem ser mudadas na placa.

3.1.2 Caixa de conexão T22

Figura 6: Diagrama de conexões interno para a caixa do T22. As legendas resumidas da figura acima são descritas a seguir:

- Alimentação: tensão DC de 12V vinda da fonte de alimentação. Os fios yellow (amarelo) e roxo fornecem alimentação ao torquímetro.

- Blindagem: neste borne deve ser conectado o condutor de blindagem que envolve o cabo manga.

- Sinais T22: conexão dos fios de sinal vindos do T22. O nome R/B indica o cabo de cor azul e vermelha.

- Medidas: sinais de saída a serem medidos. As cores indicadas na figura referem-se as cores dos bornes externos à caixa.

IMPORTANTE: Para cada cabo que será conectado, as cores dos fios de cada borne devem sempre seguir o mesmo padrão. Caso os conectores vindos do torquímetro necessitem de alguma alteração nos fios de sinal, as cores dos fios devem ser mudadas na placa.

3.2 Layout

Os layouts utilizados para o projeto das placas foram feitos no software Eagle 6.2.0 da Cadsoft. A seguir são fornecidos os layouts em tamanho real.

3.2.1 Caixa de conexão T20

Figura 7: Layout em tamanho real da placa de conexão para o T20.

3.2.2 Caixa de conexão T22

4. Manutenção

Todos os procedimentos aqui descritos valem tanto para a caixa de conexão do T20 quanto para a do T22 a não ser que seja expressamente mencionado o contrário.

4.1 Procedimento de abertura

Primeiramente devem ser retirados os 4 parafusos (chave de fenda) de fixação da tampa da caixa, que se encontra em seu lado inferior. Ver figura 9.

Figura 9: Parafuso de fixação do lado da chave de fenda.

Após retirar os parafusos da tampa, é necessário empurrar os cabos para dentro da caixa e levantar a tampa de modo a não exercer muito esforço sob os cabos. Logo, o procedimento correto se resume a: empurrar os fios para dentro da caixa, levantar levemente a tampa e repetir este ciclo até que seja possível realizar a manutenção do circuito. Ver figuras 10 e 11.

Figura 10: Procedimento de abertura. Levantar a tampa enquanto se empurra os cabos para dentro da caixa.

4.2 Conexões internas

O circuito de ambas as caixas para T20 e T22 foram projetados considerando fontes de alimentação de 12 V DC com polaridade positiva, conforme indicado na figura 12. Ainda considerando a mesma figura, ao substituir uma fonte de alimentação original, verificar a polaridade da mesma antes de alimentar o circuito, evitando assim danos irreversíveis ao torquímetro.

Figura 12: Polaridade de fontes de alimentação DC.

Caso nenhum dos símbolos acima esteja presente ou reconhecível na placa de especificações da fonte, recomenda-se medir a tensão DC com um voltímetro antes de realizar a conexão. Se a nova fonte for de polaridade negativa, os fios de alimentação, vermelho e preto, internos à caixa, devem ter sua ordem trocada.

A instalação do cabo de blindagem seguiu o exemplo da figura 13, segundo a referência [1].

Figura 13: Conexão da malha de blindagem e dos condutores de sinal.

No caso do cabo manga com blindagem utilizado nas caixas aqui descritas, a figura 14mostra a maneira correta de separar a malha do cabo para conexão.

Figura 14: Separação correta da malha de blindagem e dos condutores de sinal. Os fios de sinal, blindagem e alimentação devem ser conectados aos seus respectivos bornes, conforme mostrado na figura 15. Os fios devem ser fixados nos bornes de maneira que não corram o risco de saírem do terminal durante a montagem ou manuseio em geral, portanto após apertar os fios, deve-se puxá-los para confirmar se estão realmente fixos.

Figura 15: Conexão recomendada.

Caso seja necessário retirar a placa de circuito impresso, deve-se apertar as laterais de cada espaçador (pino branco que mantém fixa a placa) e então levantar a placa. O procedimento de encaixe deve ser feito de modo que a placa se encaixe perfeitamente nos espaçadores. Caso não ocorra o encaixe perfeito, girar a placa até que os pinos encontrem-se exatamente na mesma posição dos buracos da placa.

Cada placa deve ser fixada somente na sua caixa original, visto que os espaçadores de cada placa foram colocados em posições diferentes. Caso as placas sejam fixadas de maneira irregular (desrespeitando quaisquer um dos procedimentos acima descritos) pode ocorrer fratura na borda da placa, descolamento da camada de cobre devido ao esforço de flexão e danos ao espaçadores.

Figura 16: Acima, vista em detalhe dos espaçadores que mantém a placa fixa na tampa da caixa. Abaixo, procedimento de encaixe da placa.

No caso da placa para a caixa do T22, os sinais de saída devem ser conectados de acordo com a figura 6, levando em conta que as cores mencionadas nos terminais do borne indicam as cores dos bornes externos à placa. Para evitar qualquer confusão, dos três bornes externos, o borne azul possui um cabo interno de cor amarela, devendo portanto ser conectado ao terminal da placa indicado por BLUE.

Referências

[1] Ott, Henry W. Noise Reduction Techniques in Electronic Systems. 2ª edição. United States of America : John Wiley & Sons Inc, 1988. p. 63-66.