CAMPUS
APOSTILA DE
CURSO TÉCNICO EM MECÂ PROF. ALDO ZANELLA JUNIOR
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SANTA CATARINA – IFSC CAMPUS JARAGUÁ DO SUL – RAU
APOSTILA DE COMANDOS ELÉTRICOS – C
CURSO TÉCNICO EM MECÂNICA MÓDULO III
PROF. ALDO ZANELLA JUNIOR
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ALUNO
CEL
Versão 2017-1
1 CONCEITOS DE ELETRICIDADE BÁSICA ... 3
1.1 Corrente elétrica ... 3
1.2 Tensão elétrica ... 4
1.3 Fontes de tensão ... 4
1.4 Lei de Ohm ... 5
1.5 Resistência elétrica ... 5
1.6 Potência elétrica ... 6
1.7 Efeito Joule ... 7
1.8 Ligações em série e paralelo ... 7
1.8.1 LIGAÇÃO SÉRIE ... 8
1.8.2 LIGAÇÃO PARALELA ... 8
1.9 Sistemas elétricos em corrente alternada... 9
1.9.1 SISTEMAS TRIFÁSICOS ... 9
1.9.2 SISTEMAS MONOFÁSICOS ... 10
1.10 O aterramento ... 10
1.11 Exercícios ... 11
2 MOTORES ELÉTRICOS ... 12
2.1 Tipos e características de motores ... 12
2.2 Ligação de motores... 15
2.2.1 MOTORES MONOFÁSICOS ... 15
2.2.2 MOTORES TRIFÁSICOS ... 16
2.3 Exercícios ... 18
3 DISPOSITIVO DE PROTEÇÃO E COMANDO ... 19
3.1 Fusível ... 19
3.2 Relé térmico ... 20
3.3 Disjuntor-motor ... 21
3.4 Contator ... 22
3.5 Temporizador eletrônico ... 24
3.6 Botoeiras, chaves manuais, chaves fim-de-curso e sinalizadores ... 25
3.7 Exercícios ... 26
4 SIMBOLOGIA ... 28
4.1 Fusível ... 29
4.2 Relé térmico ... 29
4.3 Disjuntor-motor ... 30
4.4 Contator ... 30
4.7 Símbolos gerais ... 31
4.8 Exercícios ... 34
5 CHAVES DE PARTIDA... 37
5.1 Chave de partida direta ... 37
5.2 Chave de partida direta com reversão de rotação ... 38
5.3 Chave de partida estrela-triângulo ... 39
5.4 Chave de partida compensadora ... 41
5.5 Defeitos em chaves de partida ... 42
5.6 Exercícios ... 43
1 CONCEITOS DE ELETRICIDADE BÁSICA
A eletricidade tem sua origem devido principalmente ao elétron, que compõe a matéria e tem carga negativa. O próton, preso ao núcleo dos átomos, tem carga elétrica positiva.
Os elétrons, que circulam o núcleo e, quando recebem energia podem se soltar do átomo, são responsáveis pelo transporte de energia elétrica.
Nos metais, melhores condutores de energia, há muitos “elétrons livres”, que garantem a excelente condutividade de ene
Mas o que é energia elétrica?
Energia elétrica é uma forma de energia que pode ser facilmente convertida em
outras formas de energia a fim de se realizar trabalho, como energia térmica, energia mecânica, energia luminosa, entre
outras. Cons
1.1 Corrente elétrica
Corrente elétrica é o fluxo ordenado de elétrons através de um caminho conhecido, responsável portanto
trabalho.
Na prática, a corrente e
fluxo real de energia elétrica, que gera trabalho acendendo uma lâmpada, aquecendo uma resistência ou girando um
Unidade: ampére [A, mA,
A corrente elétrica, para transportar energia, precisa
provém de uma fonte de energia elétrica, como uma bateria ou um gerador.
A força que faz a corrente elétrica transportar energia é conhecida como tensão elétrica.
1 CONCEITOS DE ELETRICIDADE BÁSICA
A eletricidade tem sua origem devido principalmente ao elétron, que compõe a matéria e tem carga negativa. O próton, preso ao núcleo dos átomos, tem carga elétrica positiva.
Figura 1: Modelo atômico de Bohrs.
elétrons, que circulam o núcleo e, quando recebem energia podem se soltar do átomo, são responsáveis pelo transporte de energia elétrica.
Nos metais, melhores condutores de energia, há muitos “elétrons livres”, que garantem a excelente condutividade de energia elétrica.
Mas o que é energia elétrica?
Energia elétrica é uma forma de energia que pode ser facilmente convertida em
outras formas de energia a fim de se realizar trabalho, como energia térmica, energia mecânica, energia luminosa, entre
outras. Consequentemente, é facilmente gerada e transportada.
Corrente elétrica é o fluxo ordenado de elétrons através de um caminho conhecido, responsável portanto pelo transporte de energia e realização de
Na prática, a corrente elétrica representa o fluxo real de energia elétrica, que gera
trabalho acendendo uma lâmpada, aquecendo uma resistência ou girando um
motor elétrico.
Símbolo: “I” ou “i”;
Unidade: ampére [A, mA, µA].
A corrente elétrica, para transportar energia, precisa de uma força que provém de uma fonte de energia elétrica, como uma bateria ou um gerador.
A força que faz a corrente elétrica transportar energia é conhecida como A eletricidade tem sua origem devido principalmente ao elétron, que compõe a matéria e tem carga negativa. O próton, preso ao núcleo dos
elétrons, que circulam o núcleo e, quando recebem energia podem se soltar do átomo, são responsáveis pelo transporte de energia elétrica.
Nos metais, melhores condutores de energia, há muitos “elétrons livres”,
Corrente elétrica é o fluxo ordenado de elétrons através de um caminho lo transporte de energia e realização de
de uma força que provém de uma fonte de energia elétrica, como uma bateria ou um gerador.
A força que faz a corrente elétrica transportar energia é conhecida como
1.2 Tensão elétrica
Tensão elétrica ou diferença de potencial é a força derivada do agrupamento de cargas elétricas ou da indução eletromagnética, que impulsiona os elétrons através de atração e repulsão de cargas elétricas.
A tensão elétrica representa a força elétrica, impulsionando os elétrons de forma a transportar a energia. É a diferença de "pressão elétrica" que faz com que "o fluido elétrico" realize trabalho.
Símbolo: “V” ou “v”;
Unidade: volt [V, mV, kV].
Os equipamentos que fornecem a tensão elétrico são as pilhas, baterias e geradores elétricos, comumente conhecidos como fontes de tensão.
1.3 Fontes de tensão
A bateria é uma das fontes de tensão mais conhecida, gerando energia através do potencial eletroquímico de dois materiais interligados por uma solução eletrolítica. A tensão gerada pela bateria é chamada de tensão contínua, porque não há mudança na polaridade relativa da diferença de potencial entre os pólos da bateria.
Figura 2: Símbolo da bateria e da tensão contínua
O gerador elétrico gera energia a partir da interação entre os campos magnéticos da parte móvel, chamada de rotor, e da parte fixa, chamada de estator. Em uma das partes do gerador há imãs permanentes ou eletroímãs, que, a partir do movimento do eixo e do rotor, cruzam seu fluxo magnético com a outra parte do gerador, criando nesta uma tensão induzida por variação de fluxo magnético. Consequentemente, a tensão na saída do gerador é alternada.
Figura 3: Símbolo do gerador e da tensão alternada.
1.4 Lei de Ohm
A Lei de Ohm é a principal representação matemática e física da Eletricidade. Ela explica como a grande maioria dos fenômenos elétricos ocorre. Conceitualmente:
A corrente que atravessa um determinado circuito é proporcional à tensão aplicada.
Matematicamente, podemos escrever:
= ∙
Isso significa que quando você aplica uma tensão num circuito qualquer, como uma lâmpada ou uma resistência, há a circulação de corrente elétrica. Se você aumentar a tensão aplicada, haverá maior corrente circulando.
A relação de proporcionalidade entre a tensão aplicada e a corrente que circula é a resistência elétrica.
1.5 Resistência elétrica
A resistência elétrica define a dificuldade que a corrente elétrica tem para atravessar um determinado circuito elétrico.
Quanto maior a resistência elétrica, menor é a corrente e menos energia será transportada. Se a resistência for baixa, haverá maior corrente e portanto maior energia. Assim, um material bom condutor de eletricidade
tenha baixa resistência e um material isolante tenha alta resistência.
Símbolo: R.
Unidade: ohm [Ω, kΩ].
A Figura 4 mostra uma ilustração sobre a relação entre as três grandezas elétricas já vistas.
Figura 4: Relação entre tensão, corrente e resistência.
Na prática, todo material tem resistência elétrica, apenas alguns tem maior resistência e outros menor resistência. Um metal, por exemplo,
apresenta uma resistência à passagem de corrente muito baixa, o que explica porque os fios condutores são metálicos, pois não impedem quase nada a passagem da corrente.
Já os materiais isolantes apresentam altíssima resistência à passagem de corrente, por isso são usados para impedir que a corrente elétrica chegue a partes expostas das instalações e equipamentos elétricos.
Um aspecto interessante sobre a resistência elétrica é a chamada segunda Lei de Ohm, que explica os fatores que influenciam na resistência de um condutor:
= ∙
Neste caso, R representa a resistência do condutor. O primeiro fator de influência é o próprio material de que é feito o condutor, representado pela resistividade do material ρ. Um excelente condutor, como o cobre, a prata e o alumínio, apresentam uma valor bem baixo de resistividade. Outros metais, como o ferro e o zinco apresentam uma resistividade mais alta.
A letra l representa o comprimento do condutor e a letra A a área de seção transversal, significando que o formato do condutor influencia na resistência total. Quanto mais comprido o condutor, maior será sua resistência, da mesma forma que um condutor mais fino terá também maior resistência à passagem de corrente elétrica. A Figura 5 representa graficamente essas grandezas.
Figura 5: Resistividade, comprimento e seção transversal de um condutor.
O que podemos concluir é que os condutores de eletricidade devem ter pouquíssima resistência para deixar passar a corrente com o mínimo de perda.
Essa perda tem a ver com a potência dissipada numa resistência, que deve ser concentrada nas cargas, como motores, lâmpadas e outros, e não nos condutores e elementos das instalações elétricas.
1.6 Potência elétrica
A potência elétrica é definida como a taxa de aplicação da energia elétrica. Pode-se entender a potência como a velocidade com que a energia elétrica é convertida em outra forma de energia.
Na mecânica, a potência é definida como o produto entre a força e a velocidade. Se alguma pessoa, por exemplo, for carregar um balde com 5 tijolos por uma distância de 50 m, deverá fazer a força correspondente para erguer os 5 tijolos e levará um certo tempo para executar a tarefa.
Se uma pessoa mais forte fizer a mesma tarefa, conseguirá levar os tijolos em menos tempo ou carregar mais tijolos levando o mesmo tempo. Isso significa que essa pessoa tem maior potência.
A potência elétrica define a velocidade com que a energia elétrica é convertida. Uma lâmpada de 100 W, por exemplo, brilha mais que uma de
40 W porque consegue converter a energia elétrica em luz mais rapidamente.
Símbolo: P.
Unidade: watt [W, kW].
Matematicamente, a potência elétrica é um produto entre a tensão e a corrente:
= ∙
A potência elétrica é uma das principais características técnicas de um equipamento, como num motor de 5, 10 ou 15 CV, ou num aparelho de ar condicionado de 9.000, 12.000 ou 18.000 BTUs. Além da potência, a tensão de alimentação também deve sempre ser observada na hora de especificar um equipamento, assim como outras características específicas de cada equipamento.
1.7 Efeito Joule
O efeito Joule é o fenômeno que explica porque qualquer equipamento ou condutor pelo qual circula corrente elétrica esquenta.
O que acontece é que quando há circulação de corrente elétrica por qualquer material, o movimento de elétrons ordenado causa uma grande quantidade de choques mecânicos nos átomos do próprio material, causando um desprendimento de energia térmica, causando o aquecimento.
Na verdade, quanto maior a resistência do material, maior será o número de choques e portanto maior o aquecimento. A equação que define o efeito Joule é a própria equação da potência, mas que pode ser reescrita da forma:
= ∙
Em resistências como a do chuveiro ou de fornos domésticos ou industriais, o efeito Joule é utilizado de forma a realizar o aquecimento do equipamento em questão. Porém, nos condutores elétricos e outros equipamentos, o efeito Joule vira vilão, causando perda de potência e aquecimento indesejado, podendo inclusive causar incêndio devido à degradação do material isolante que protege os condutores.
Geralmente acontece em condutores mal dimensionados ou instalações mal feitas, como emendas mal feitas e bornes de conexão mal apertados.
1.8 Ligações em série e paralelo
As conexões dos elementos de comandos elétricos podem, de uma maneira geral, assumir duas formas bem distintas: série e paralelo, cada uma tendo suas aplicações específicas.
1.8.1 LIGAÇÃO SÉRIE
A ligação série consiste naquela ligação em que a corrente que circula passa pelos dois elementos forçosamente. Observe a Figura 6:
Figura 6: Ligação série de duas lâmpadas (a) e de um interruptor e uma lâmpada (b).
Como pode ser observado, a corrente que atravessa a primeira lâmpada atravessa também a segunda, já que não há outro caminho a seguir.
Normalmente este tipo de ligação não é feito para duas lâmpadas porque a tensão aplicada nas lâmpadas se dividirá entre as duas, não tendo tensão nominal em nenhuma delas. Porém, no caso do interruptor com a lâmpada, é muito comum, já que o interruptor controla a corrente da lâmpada.
Quando o interruptor é acionado, a corrente circula pelo mesmo e passa pela lâmpada, acendendo-a. Como o interruptor é uma chave fechada, toda a tensão da fonte passará para a lâmpada, não havendo perdas. Quando o interruptor for aberto, a corrente não circulará e a lâmpada apagará.
Logo, conclui-se que a ligação série é utilizada para comandar cargas, ligando-as e desligando-as, através de interruptores ou chaves eletromecânicas.
1.8.2 LIGAÇÃO PARALELA
Os equipamentos normalmente são ligados em paralelo a fim de garantir que cada equipamento receba a tensão nominal, no caso, a tensão da rede. A Figura 7 mostra a ligação em paralelo.
Figura 7: Ligação paralela de duas lâmpadas acionadas por um interruptor.
O que se consegue quando é realizada a ligação paralela é que a tensão da rede chega integralmente às duas lâmpadas ao mesmo tempo, permitindo que as mesmas desenvolvam a potência nominal. As correntes de cada lâmpada se somam, aumentando a potência total absorvida.
1.9 Sistemas elétricos em corrente alternada
As redes de energia recebem energia da rede de distribuição dos postes das distribuidoras, como a CELESC, sendo que esta energia vem das redes de transmissão de energia, como as linhas de alta tensão que se vê nas vias principais e rodovias. Para alimentar essas redes de distribuição e transmissão e fazer a energia chegar até os consumidores residenciais, industriais, comerciais e de serviços, há um grande número de unidades geradoras, que podem ser hidrelétricas, termelétricas, campos eólicos ou pequenas centrais de geração.
Essa energia que faz todo esse caminho até os consumidores a fim de ligar uma simples lâmpada, por exemplo, é em corrente alternada, visto que é dessa forma que a energia é gerada nos geradores elétricos.
No Brasil a energia é gerada em 60 Hz e em diferentes tensões, sendo adequada a cada rede conforme a necessidade. A geração é feita em sistemas trifásicos a fim de aumentar a eficiência e quando chega nas residências é gerada uma rede monofásica a fim de alimentar os equipamentos também monofásicos. Na prática, o que se faz é utilizar apenas uma fase da rede trifásica e o neutro a fim de obter a rede monofásica. Mas como funciona a lógica da rede trifásica e da monofásica?
1.9.1 SISTEMAS TRIFÁSICOS
Uma rede trifásica sempre é definida pela sua tensão eficaz trifásica.
Assim, aqui no Estado de Santa Catarina, a tensão nominal da rede é 380 V, que é a diferença de potencial eficaz entre duas fases diferentes. No Paraná e em São Paulo, por exemplo, a tensão nominal é 220 V, tensão entre duas fases distintas.
Se medirmos a tensão entre uma fase e o neutro da instalação, o valor medido é 57,7% do valor da tensão nominal. Assim, em Santa Catarina a tensão entre fase e neutro é 0,577x380 = 220 V e no Paraná é 0,577x220 = 127 V. Esse é o valor da tensão eficaz monofásica. A Figura 8 mostra dois sistemas trifásicos e suas respectivas tensões.
Figura 8: Sistema trifásico em 380 V (a) e em 220 V (b).
Assim, para conseguir uma rede monofásica, basta realizar a ligação de uma fase para um neutro. O neutro no caso é um condutor que é conectado à terra, garantindo potencial nulo, ou seja, sempre zero volts.
1.9.2 SISTEMAS MONOFÁSICOS
Como já visto anteriormente, os sistemas monofásicos são formados por uma fase e o neutro da rede trifásica. Na prática, porém, é possível criar uma rede monofásica utilizando duas fases. Por isso que nos locais onde a tensão nominal é 220 V, são fornecidas tomadas monofásicas em 127 V, através da ligação fase-neutro, e 220 V, com a ligação fase-fase. A Figura 9 mostra as duas formas de ligação para uma rede trifásica 220 V.
Figura 9: Sistema monofásico fase-neutro (a) e fase-fase (b) para uma rede 220 V.
Os sistemas monofásicos são utilizados para alimentar os equipamentos de pequeno porte, eletrodomésticos, iluminação e dispositivos móveis.
Geralmente as máquinas industriais de grande porte não são alimentadas com tensão monofásica e não utilizam neutro.
1.10 O aterramento
Um sistema elétrico é baseado na transferência de energia, através da corrente elétrica, porém muitos fenômenos elétricos e eletromagnéticos podem interferir no bom funcionamento dos equipamentos e gerar riscos de choque elétrico aos usuários desses equipamentos.
Assim, é necessário criar condições de segurança a fim de evitar acidentes e garantir o acesso às instalações e equipamentos de forma segura.
Uma das etapas das instalações elétricas mais importantes neste sentido, além das proteções e isolações, é o aterramento funcional.
O aterramento consiste em condutores de proteção que estão fortemente ligados à terra, por assim dizer. Para entender a importância do aterramento, temos de entender o papel da Terra nesse processo.
A Terra, no caso o planeta, é entendido como um corpo único imensamente grande. Assim, a Terra tem um número infinito de cargas
elétricas positivas e negativas, o que lhe garante um equilíbrio elétrico em qualquer momento. Logo, se houver uma descarga de eletricidade para a terra, este imenso corpo que é a Terra conseguirá, após um curto intervalo de tempo, absorver esta energia e garantir o que chamamos de
POTENCIAL DE TERRA, ou seja, ZERO VOLTS.
Devido a essa característica peculiar da Terra, qualquer carga elétrica anormal criada num circuito ou equipamento pode ser rapidamente descarregada, diminuindo consideravelmente o risco para os usuários das instalações e para os equipamentos.
Essas cargas anormais podem surgir quando acontece uma falha de isolação nas instalações ou equipamentos ou quando surge o que se chama de carga eletrostática, devido ao atrito e tensão induzida de equipamentos eletromagnéticos.
O símbolo do aterramento é mostrado na Figura 10.
Figura 10: Símbolo do aterramento.
A descarga do sistema de aterramento é realizada pelos chamados eletrodos ou hastes de aterramento, que ficam enterradas diretamente no solo e fornecem um acesso de baixa resistência à terra.
1.11 Exercícios
1 - De que forma a energia elétrica é utilizada em nosso dia a dia?
2 - A corrente elétrica é responsável pelo transporte de energia elétrica. Mas como ocorre esse transporte de energia? Explique com suas palavras:
3 - Por que é possível ter tensão elétrica numa tomada mesmo que não se tenha corrente? Explique com suas palavras:
4 - Qual a principal característica de uma fonte de tensão alternada em relação à polaridade de seus terminais?
5 - Se ligarmos uma lâmpada de 127 V em uma rede de 220 V o que acontecerá? Explique por que:
6 - Se aumentarmos o valor da resistência de um aquecedor, este aquecerá mais que antes? Explique por que:
7 - Se quisermos ligar uma betoneira num pátio de obras pegando emprestado energia de uma casa vizinha a uma certa distância, o que deveremos cuidar em relação às dimensões da extensão a ser utilizada?
8 - Considerando que a potência elétrica é a tensão multiplicada pela corrente elétrica, uma lâmpada de 100 W ligada em 220 V consome mais ou menos corrente que uma lâmpada de 100 W ligada em 127 V?
9 - Cite casos em que o efeito Joule é utilizado de forma benéfica e casos em que o mesmo efeito pode ser prejudicial:
10 - Como as tomadas de uma residência são ligadas, em série ou em paralelo? Explique por que:
11 - Se quisermos ligar uma lâmpada de 24 V de fase para neutro em uma rede trifásica, qual deverá ser aproximadamente a tensão entre fases dessa mesma rede?
12 - Qual a importância do aterramento para as instalações e para os usuários da rede elétrica?
2 MOTORES ELÉTRICOS
O motor elétrico é a máquina capaz de converter energia elétrica em energia mecânica, através da interação entre os campos magnéticos gerados quando a corrente elétrica circula através de seus enrolamentos.
Do ponto de vista elétrico, suas partes constitutivas são rotor, parte móvel, e estator, parte fixa do motor.
2.1 Tipos e características de motores
A Figura 1.1 mostra como os motores são classificados.
Figura 1.1: tipos de motores elétricos
Os motores de corrente contínua são utilizados normalmente em pequenas aplicações. Na indústria foram muito utilizados quando havia a necessidade de se variar sua rotação, que num motor cc pode ser feito apenas variando-se a corrente de armadura. Mas a necessidade de converter a corrente alternada em contínua, seu alto custo de fabricação e de manutenção, aliado ao advento dos inversores de freqüência, que possibilitam o controle preciso de rotação em máquinas de corrente alternada, fez com que seu uso ficasse restrito em aplicações de pequeno porte.
Os motores monofásicos normalmente são de pequeno porte (até 5 cv) e necessitam de um circuito auxiliar de partida. Os motores síncronos são motores extremamente caros, de difícil manutenção, mas possuem uma característica peculiar, sua velocidade é sempre constante, invariável com a carga. Esta velocidade, chamada de velocidade síncrona, é dada pela equação:
= 120 ∙
onde nS é a rotação síncrona em rpm, f é a freqüência em Hz e p é o número de pólos do motor.
Estes motores só são utilizados em aplicações em que a velocidade deve ser extremamente constante, como em geração de energia, ou conversão de freqüência de pequena potência.
Os motores mais utilizados na indústria são os motores trifásicos assíncronos de rotor de gaiola. Recebem este nome porque seu rotor é constituído de lâminas de material ferro-magnético entrepostas a uma armação de alumínio fundido que lembra uma gaiola.
Isto proporciona um baixo custo de fabricação, com pouca manutenção e um ótimo desempenho. A Figura 1.2 mostra as partes constituintes de um motor de indução com rotor de gaiola.
Figura 1.2: partes de um motor de indução
A principal característica destes motores é que a velocidade varia com a carga aplicada. Quanto maior a carga, mais devagar gira o motor. A velocidade é dada em termos da velocidade de um motor síncrono de mesma freqüência e número de pólos, ou seja, a velocidade síncrona. Com o motor a vazio, teoricamente a velocidade seria igual à síncrona, mas se deve lembrar que o próprio rotor, eixo e demais componentes girantes oferecem resistência ao motor, logo, sempre há uma perda de rotação. Esta perda é chamada de escorregamento e ocorre por causa da interação entre a força gerada pelos campos magnéticos e o conjugado resistente de carga. A expressão da velocidade de um motor assíncrono é:
=120 ∙
∙ 1 − 100
Outra característica destes motores é a alta corrente de partida, ocasionada pela inércia do motor e da carga e que pode alcançar de 6 a 9 vezes a corrente nominal. Vale lembrar que a corrente de partida é dado de placa dos motores. Quando o motor parte a vazio, a corrente de partida é a mesma do que se partisse a plena carga, porém o tempo de partida a vazio é bem menor. Os motores também recebem classificações conforme a característica da sua curva de partida. Observe a Figura 1.3.
Figura 1.3: curvas de conjugado de motores
Os motores classe N são os mais comuns, porém possuem um menor conjugado de partida. Os das classes H e D são utilizados quando há a necessidade de fazer a partida com mais carga ou mesmo a plena carga. A Figura 1.4 mostra como a curva de conjugado é avaliada.
O escorregamento também fica evidente neste gráfico, observando-se a região entre n e nS.
Outra característica importante dos motores elétricos é o tempo de rotor bloqueado, que designa o tempo que o motor suporta sem queimar, estando com o rotor bloqueado. Na prática, implica que o tempo de aceleração do motor não deve ser maior do que o tempo de rotor bloqueado.
Figura 1.4: Características de conjugado de um motor trifásico tipo N
Os motores assíncronos com rotor bobinado ou motor de anéis possui, ao invés de um rotor em gaiola, bobinas que são alimentadas através de escovas de carvão apoiadas sobre anéis coletores. Devido à possibilidade de se fazer a partida com a inclusão de resistências rotóricas, estes motores são largamente utilizados em sistemas com elevada inércia de partida. Além disso, em partidas a vazio, a corrente não apresenta picos tão elevados. Porém o custo de manutenção é bastante alto, devido aos anéis coletores e escovas.
2.2 Ligação de motores
2.2.1 MOTORES MONOFÁSICOS
Os motores monofásicos normalmente possuem dois enrolamentos principais e um circuito auxiliar de partida, composto por chave centrífuga, enrolamento auxiliar e capacitor. A Figura 1.5 mostra a representação dos bornes dos motores monofásicos.
Figura 1.5: Bobinas de motor monofásico
Para fazer a ligação em 110 V, os enrolamentos principais são ligados em paralelo, juntamente com o circuito auxiliar. Observe a Figura 1.6.
Figura 1.6: Ligação em paralelo de motor monofásico (110 V)
Em 220 V, os enrolamentos principais são ligados em série e o circuito auxiliar é ligado em paralelo com um dos enrolamentos. A Figura 1.7 traz esta ligação.
Figura 1.7: Ligação em série de um motor monofásico (220 V)
Para fazer a inversão de um motor monofásico, basta inverter os pólos do circuito auxiliar de partida, ou seja, trocar os bornes 5 e 8.
2.2.2 MOTORES TRIFÁSICOS
Os motores trifásicos não necessitam de circuito auxiliar de partida e normalmente possuem um enrolamento por fase. A Figura 1.8 mostra a configuração dos bornes de um motor trifásico.
Figura 1.8: Enrolamentos de um motor trifásico
Existem duas formas básicas de ligação de um motor trifásico: estrela e triângulo. A Figura 1.9 traz a ligação estrela e a Figura 1.10 a ligação triângulo.
Figura 1.9: Ligação Estrela
Figura 1.10: Ligação Triângulo
Na ligação triângulo, a tensão sobre os enrolamentos é a mesma da tensão de rede, enquanto que a corrente se divide. Para a ligação estrela, a tensão de rede é dividida entre os enrolamentos enquanto que a tensão se divide. Observe a Figura 1.11.
Figura 1.11: Relação de tensão e corrente nas ligações estrela e triângulo
As relações entre as tensões e correntes de linha e sobre enrolamentos são:
• Para a ligação triângulo:
= = √3 ∙
• Para a ligação estrela:
= √3 ∙ =
Assim, para ambos tipos de ligações, a potência será dada por:
= √3 ∙ ∙ ∙ , onde cos_ é o fator de potência do motor.
Para o motor, o que é inalterável é a tensão sobre os enrolamentos, que é a mesma para ambas ligações. Então, para um motor ligado em triângulo com uma tensão de 220 V (que é a tensão sobre o enrolamento), para ser ligado em estrela deverá ser ligado numa rede de 380 V, a fim de que se tenha os mesmos 220 V sobre os enrolamentos.
2.3 Exercícios
1 – Defina motor elétrico.
2 – Quais são as características do motor de corrente contínua, com relação à velocidade?
3 – Por que os motores de corrente contínua deixaram de ser utilizados em aplicações de grande potência para variação da velocidade de rotação?
4 – O que são motores síncronos?
5 – O que é gaiola de esquilo?
6 – Por que os motores de indução com rotor de gaiola são os mais utilizados na indústria?
7 – O que é escorregamento?
8 – Calcule a rotação de um motor síncrono de VI pólos, 50 Hz.
9 – Calcule a rotação síncrona de um motor de VIII pólos, 60 Hz.
10 – Calcule a rotação de um motor assíncrono de II pólos, 60 Hz, com 3% de escorregamento.
11 – Calcule a rotação de um motor de IV pólos, 50 Hz, com 3,2% de escorregamento.
12 – Represente a ligação estrela de um motor trifásico, colocando os números dos fios do motor.
13 – Represente a ligação triângulo de um motor trifásico, colocando os números dos fios do motor.
14 – Represente o diagrama de ligação de placa de um motor ligado em estrela e em triângulo.
3 DISPOSITIVO DE PROTEÇÃO E COMANDO
A instalação de máquinas diversas requer uma grande gama de dispositivos que possibilitem o perfeito funcionamento, de preferência o mais automatizado possível, com proteção em caso de falhas. Os quadros de comando proporcionam essa confiabilidade, além de garantir uma maior segurança ao operador da máquina, já que o mesmo não estará em contato direto com a alimentação de força da máquina. O acionamento é remoto, através de chaves que se encontram fora do painel de comando, não havendo necessidade de se abrir o painel para ligar ou desligar uma máquina. Além disso, o equipamento fica protegido contra eventuais problemas causados por fatores diversos, como sobrecarga, curto-circuito ou erro de operação.
Os painéis de comando baseiam-se na abertura e fechamento de chaves elétricas chamadas de contatos. Estes contatos são comandados de diversas formas, manualmente, mecanicamente, magneticamente etc. São formados por um contato móvel que faz a ligação entre dois contatos fixos, que formam os bornes do contato.
Há três tipos de contatos: normalmente fechado (NF ou NC), normalmente aberto (NA ou NO) e reversor. Possuem duas posições, de repouso ou acionados. A Tabela 2.1 faz um resumo dos contatos e seus estados nas posições normal e atuado.
Posição Contato NA Contato NF Contato Reversor
Normal ou repouso
Atuado
Tabela 2.1: Tipos de contatos
3.1 Fusível
O fusível é um dispositivo de proteção contra as correntes de curto- circuito. Sua atuação é baseada no elemento fusível, que é um condutor geralmente de cobre, prata ou estanho, de pequena seção que se funde ao ser atravessado por uma corrente de valor maior que a estipulada pela sua curva de atuação. Os fusíveis de uso industrial, para correntes maiores, são feitos de um corpo cerâmico ladeado por placas metálicas, os contatos, que estão ligadas pelo elemento fusível. No interior do corpo cerâmico há areia de quartzo envolvendo o elemento fusível, cuja função é de extinguir o arco elétrico criado pela queima do fusível.
Também possuem uma chapa ou pino colorido, que indica quando o fusível atua. Os fusíveis podem ser classificados:
• Quanto à capacidade de interrupção: em fusíveis retardados, para proteção de motores e máquinas em geral, ou ultra-rápidos, para proteção de equipamentos eletrônicos sensíveis;
• Quanto ao nível de tensão: de baixa ou alta tensão;
• Quanto à forma construtiva: Diazed (diametral) ou NH.
Os fusíveis de efeito retardado são fabricados para suportar uma corrente maior que sua corrente nominal durante um certo tempo. Assim, durante a partida de um motor, em que a corrente alcança valores maiores do que as de trabalho, os fusíveis não queimam. A Figura 2.1: mostra um fusível Diazed, que são fabricados no valores nominais de corrente 2, 4, 6, 10, 16, 20, 25, 35, 50 e 63 A.
Figura 2.1: Fusível Diazed
Os fusíveis NH são idênticos aos Diazed em funcionamento, porém seu formato é diferente, pois são montados em bases com contatos tipo faca e devem ser removidos com o uso de sacadores especiais. A Figura 2.2 mostra um fusível NH em corte.
Figura 2.2: Fusível NH
Os fusíveis NH são fabricados de 4 até 630 A. Por questões econômicas, sempre que possível, é preferível que se use fusíveis Diazed.
3.2 Relé térmico
Também chamado de relé de sobrecarga ou bimetálico, seu funcionamento baseia-se no princípio da dilatação térmica dos metais. A cada
fase é ligado um componente chamado bimetálico, que consiste em duas lâminas de metais diferentes soldadas entre si.
Quando a corrente percorre o relé térmico, as lâminas, por efeito Joule aquecem e se dilatam. Como os metais são diferentes, a dilatação também é diferente, fazendo com que as lâminas se enverguem. Como a temperatura é função direta da intensidade de corrente que circula, pode-se fazer uma relação entre a corrente e o ângulo de desvio do bimetálico.
Assim, através de um mecanismo de disparo, é possível fazer com que o relé térmico desarme o circuito quando a corrente ultrapassar um determinado valor. Este valor é chamado de corrente de sobrecarga, que é um fenômeno que ocorre em motores que trabalham em condições anormais, como sobrecarga mecânica no eixo, tempo de partida muito alto, rotor bloqueado, falta de fase e outros. O motor nestas condições tende a se aquecer em demasia, provocando degradação do material isolante das bobinas e conseqüentemente a queima por curto-circuito.
A Figura 2.3 mostra um esquema dos componentes de um relé térmico trifásico.
Figura 2.3: Esquema de um relé térmico
Quando a corrente que circula pelos bimetálicos é a nominal do motor (abaixo do ajuste) os bimetálicos sofrem uma deflexão, mas não suficiente para o desarme. Quando a corrente aumenta, a deflexão também aumenta e o mecanismo de disparo é ativado, ocorrendo o desarme do relé. Esse valor de corrente pode ser regulado através de um botão giratório.
Normalmente os relés térmicos possuem dois contatos, um aberto e um fechado, e possuem a opção de rearme automático ou manual e botão de teste.
3.3 Disjuntor-motor
Os disjuntores são dispositivos de seccionamento e proteção contra sobrecarga e curto-circuito. O dispositivo de proteção contra sobrecarga consiste em bimetálicos, cujo funcionamento já foi descrito na seção sobre os relés térmicos.
O dispositivo contra curto-circuito consiste em uma bobina que, quando atravessada por uma corrente de grande intensidade, gera um campo magnético que atrai uma peça magnética que desarma o disjuntor. A Figura 2.4 mostra um esquema interno de um disjuntor monofásico.
Figura 2.4: Esquema de um disjuntor
Os disjuntores-motor possuem as mesmas características básicas de um disjuntor termomagnético convencional, juntamente com a característica de retardo dos fusíveis retardados e o ajuste da corrente de desarme por sobrecarga.
Normalmente, os disjuntores-motor possuem acionamento por alavanca rotativa e indicação de disparo (TRIP). A Figura 2.5 mostra um disjuntor MPW25 da WEG.
Figura 2.5: Disjuntor-motor MPW25 da WEG
3.4 Contator
Por definição, o contator é uma chave de operação eletromagnética, com uma única posição de repouso e é capaz de estabelecer, conduzir e interromper correntes em condições normais no circuito, inclusive sobrecargas no funcionamento. É o principal dispositivo de comando e o mais utilizado.
Os principais elementos construtivos são contatos, núcleo, bobina, molas e carcaça. A Figura 2.6 mostra um esquema interno do contator.
Figura 2.6: Esquema de um contator
Os contatos móveis estão apoiados sobre molas fixadas em uma estrutura chamada cabeçote. Esta por sua vez é ligada rigidamente ao núcleo móvel, que se mantém separado do núcleo fixo pela ação de molas de curso.
Assim, na posição de repouso os contatos mantêm-se em sua posição normal.
Quando a bobina é atravessada por corrente elétrica, pela aplicação da tensão correspondente em seus terminais, um campo magnético é gerado, forçando o núcleo móvel a se juntar ao fixo, vencendo a força das molas, a fim de diminuir o entreferro (espaço vazio entre os núcleos). Assim, os contatos movem-se, passando para o estado atuado (veja a Tabela 1). Se a bobina for desenergizada, o campo magnético é extinto, fazendo com que o núcleo móvel, pela ação das molas, afaste-se do núcleo fixo e os contatos voltem a sua posição normal.
Os contatos são divididos em contatos principais ou de força e contatos auxiliares ou de comando. Os contatos principais têm a função de interromper ou estabelecer a corrente de carga, assim suas dimensões acompanham a magnitude da corrente que são capazes de conduzir. Os contatos auxiliares têm a função de implementar a lógica de comando, interrompendo ou estabelecendo a corrente que vai alimentar os dispositivos que fazem a seqüência lógica de operação da carga, muitas vezes, alimentando a própria bobina do contator.
Normalmente os contatores possuem apenas um ou nenhum contato auxiliar, mas outros contatos podem ser adicionados através de encaixes específicos na superfície superior ou lateral do contator. São os chamados blocos de contatos, que podem ser contatos individuais abertos ou fechados ou contatos conjugados, um aberto e um fechado.
Há outros acessórios para contatores, como: bloco pneumático temporizado, que faz um comando temporizado regulável; dispositivo de
intertravamento, que impede mecanicamente que dois contatores sejam ligados ao mesmo tempo; bloco de retenção mecânica, que impede o contator de se desligar em caso de queda brusca de tensão e outros.
Os contatores possuem características específicas para cada aplicação.
Assim, um contator que faz a partida de um motor de um torno pode não ser o mesmo que aciona o motor de uma esteira, mesmo que os motores tenham características idênticas. Isto se deve ao fato dos contatores sofrerem um desgaste dos seus contatos a cada acionamento. Logo, o tipo de carga e a freqüência de manobras influi diretamente sobre o desgaste dos contatos.
Este desgaste se dá pela ação dos arcos elétricos criados com o fechamento e principalmente abertura dos contatos, provocando eletro-erosão do material da superfície dos contatos. Como a eletro-erosão ocorre de maneira aleatória, a superfície dos contatos torna-se irregular, provocando aumento da resistência elétrica nos contatos e aquecimento.
Pode acontecer mesmo dos contatos atingirem temperaturas tão altas que acabm se fundindo e soldando-se, impedindo a abertura do contator. A Figura 2.7 mostra o efeito da eletro-erosão sobre os contatos elétricos.
Figura 2.7: Eletro-erosão em contatos
Assim, é importante aplicar cada tipo de contator corretamente, conforme sua categoria de emprego.
3.5 Temporizador eletrônico
Comandos temporizados são realizados através de dispositivos chamados relés de tempo ou simplesmente temporizadores. O tipo mais utilizado é o relé de tempo eletrônico, baseado em um circuito RC. Outros tipos são os temporizadores pneumáticos e motorizados.
Com relação ao acionamento de contatos, os relés podem ser com retardo na energização, com retardo na desenergização ou estrela-triângulo.
Este último é específico para partida estrela-triângulo de motores e será estudado mais para frente. Há ainda temporizadores comuns, que mantém seus contatos acionados durante o tempo selecionado, após serem alimentados. Observe o diagrama da Figura 2.8.
Figura 2.8: Diagrama de tempo de um relé comum
Os temporizadores com retardo na energização são os mais comuns e seus contatos são acionados depois de decorrido o tempo selecionado, contado a partir do momento em que o relé é energizado. Observe a Figura 2.9.
Figura 2.9: Diagrama de tempo de um relé com retardo na energização
Normalmente, os contatos dos temporizadores são do tipo reversor.
Alguns possuem dois contatos reversores.
3.6 Botoeiras, chaves manuais, chaves fim-de-curso e sinalizadores
Para ligar ou desligar motores, selecionar modos de funcionamento ou realizar qualquer operação manualmente, é necessário que existam dispositivos comandados pelo operador.
As botoeiras são dispositivos de comando manual que possuem uma única posição de repouso, ou seja, depois de terem sido acionados voltam à sua posição normal pela força de molas. Ficam afixadas nas portas dos painéis, de forma que o operador tenha acesso rápido. Possuem encaixe universal, normalmente três, para blocos de contatos NA ou NF. Alguns modelos possuem superfície translúcida para o encaixe de soquetes de lâmpadas, integrando a função de sinalizador. Outros tipos possuem uma trava para que permaneçam acionados, sendo necessário girar o botão para que se solte e volte à posição normal. É o caso de botões de emergência do tipo cogumelo. A Figura 2.10 mostra alguns tipos de botoeiras.
Figura 2.10: Botoeiras pulsantes
Os seletores são chaves de acionamento giratório que possuem duas ou mais posições de repouso. São utilizados para selecionar operações ou fazer comando liga e desliga de máquinas ou processos. São mais comumente chamados de knob. Observe a Figura 2.11.
Figura 2.11: Knobs
Os sinalizadores indicam situações específicas, como energização, defeitos ou operações transitórias. A Figura 2.12 mostra alguns tipos de sinalizadores, que podem funcionar junto com alarmes sonoros.
Figura 2.12: Sinaleiras
As chaves fim-de-curso são dispositivos de acionamento mecânico que indicam posicionamento ou posição de curso de peças de máquinas. Possuem um acionador ou rolete que, ao ser empurrado aciona mecanicamente seus contatos. Normalmente possuem dois contatos, um NA e um NF, ou então um contato reversor. A Figura 2.13 mostra alguns tipos de chaves fim-de-curso.
Figura 2.13: Chaves fim-de-curso
3.7 Exercícios
1 – Para que servem os fusíveis?
2 – Como os fusíveis são classificados com relação à capacidade de interrupção?
3 – Por que os fusíveis utilizados para partida de motores são do tipo retardado?
4 – Qual é a diferença entre os fusíveis Diazed e NH?
5 – Qual é a faixa de corrente de atuação de fusíveis Diazed e NH?
6 – O que é sobrecarga?
7 – Explique o funcionamento de um relé térmico.
8 – Para que serve a faixa de ajuste de um relé térmico?
9 – Normalmente, que tipos de contato os relés térmicos possuem?
10 – Como o relé térmico atua quando a sobrecarga é detectada?
11 – Assinale V (verdadeiro) ou F (falso).
a. ( ) Os fusíveis têm como função proteger apenas o motor contra sobrecargas de natureza violenta (curto-circuito);
b. ( ) A vida elétrica dos contatores é avaliada de acordo com a corrente interrompida por estes;
c. ( ) A função do anel de curto-circuito nos contatores é a eliminação do magnetismo remanescente e das correntes parasitas;
d. ( ) O funcionamento dos relés de sobrecarga baseia-se no fenômeno da dilatação de um material com coeficiente de dilatação diferente.
12 – Quais são as três funções agregadas de um disjuntor-motor?
13 – Que componentes o disjuntor-motor pode substituir?
14 – O que é um contator?
15 – Explique o funcionamento de um contator.
16 – Como são chamados os contatos do contator que ligam o motor e os contatos que são usados para implementar a lógica de comando?
17 – Para que servem os relés temporizadores?
18 – Explique com suas palavras como os contatos do relé temporizador com retardo na energização atuam após a bobina ser energizada.
19 – Qual é a diferença fundamental entre as botoeiras pulsantes e os knobs?
20 – Para que servem os sinalizadores luminosos?
4 SIMBOLOGIA
Os circuitos elétricos de comandos são representados através de diagramas esquemáticos, em que a posição dos elementos de circuito evidencia seu funcionamento e não sua posição no painel. Logo, deve-se ter um cuidado extra na interpretação dos diagramas, pois elementos que estão lado a lado no diagrama podem estar bem distantes dentro do painel.
Para diferenciar os diversos tipos de elementos, cada dispositivo recebe uma designação própria, segundo norma, e os elementos do mesmo dispositivo recebem nomenclatura de bornes diferenciada. Para facilitar, ainda, divide-se o diagrama em diagrama de força, que mostra a ligação de alimentação das diversas máquinas, e diagrama de comando, que mostra os elementos de comando e sinalização.
Os contatos, por serem elementos muito freqüentes em diagramas elétricos, recebem nomenclaturas especiais. Os contatos de força de dispositivos trifásicos recebem os números de 1 a 6, sendo que os números ímpares representam a entrada dos contatos e os pares as saídas. As entradas ainda recebem a letra L e as saídas a letra T. E as fases recebem os números 1, 2 e 3. Observe e Figura 3.1.
Figura 3.1: Simbologia geral de bornes de força
Os contatos de comando recebem dois números: o primeiro dígito sempre é o número de seqüência e o segundo é o número de função.
O número de seqüência diferencia os contatos de um mesmo dispositivo, em ordem crescente e os bornes de entrada e saída dos contatos devem receber o mesmo número de seqüência.
O número de função é sempre o mesmo para o mesmo tipo de contato, sendo que há um número para borne de entrada (sempre ímpar) e um para o borne de saída (sempre par). Os contatos de ação imediata, como de relés, chaves fim-de-curso e contatores recebem os números 1-2 para contatos fechados, 3-4 para contatos abertos e 1-2-4 para contatos reversores. Observe a Figura 3.2.
Figura 3.2: Simbologia geral de contatos de ação imediata
Os contatos com retardo por efeito térmico, pneumático ou acionamento eletrônico recebem os números 5-6 para contatos fechados, 7-8 para contatos fechados e 5-6-8 para contatos reversores. Observe a Figura 3.3.
Figura 3.3: Simbologia geral de contatos com retardo
4.1 Fusível
Os fusíveis são designados pela letra F e seus bornes não recebem nomenclatura. Os símbolos de fusíveis de força e comando são mostrados na Figura 3.4.
Figura 3.4: Simbologia de fusíveis (a) usual e (b) com indicação do lado energizado
4.2 Relé térmico
Os relés térmicos são designados como Ft (normalmente dispositivos de proteção são designados pela letra F e os bornes de força e comando seguem o padrão já apresentado. Mas os contatos levam o número 9 como número de seqüência. Observe a Figura 3.5.
Figura 3.5: Simbologia de relés térmicos
O contato fechado do relé é utilizado como proteção, colocado em série com o circuito de comando, como veremos mais a frente. Já o contato aberto é utilizado como alarme, acionando um sinalizador luminoso ou sonoro.
4.3 Disjuntor-motor
Os disjuntores são designados pela letra Q e normalmente não possuem contatos auxiliares. Alguns modelos possuem blocos de contato, mas estes seguem o mesmo padrão de contatos de contatores. Veja a Figura 3.6.
Figura 3.6: Simbologia de disjuntores-motor
4.4 Contator
Os contatores, por norma são designados pela letra K, assim como os relés e outras chaves eletromagnéticas, mas é muito comum encontrar projetos em que os contatores são designados pela letra C. Os bornes dos contatos auxiliares seguem número de seqüência e normalmente são numerados de forma que o primeiro contato seja NA, depois vêm todos os contatos NF e por último os contatos NA restantes. Observe a Figura 3.7.
Figura 3.7: Simbologia de contatores
4.5 Temporizador
Os temporizadores recebem a designação Kt e cada tipo de acionamento temporizado recebe um símbolo diferente de bobina. Observe a Figura 3.8.
Figura 3.8: Simbologia de relés de tempo com retardo na energização
4.6 Botoeiras, chaves manuais, chaves fim-de-curso e sinalizadores
As chaves de comando manual e de acionamento mecânico e sensores normalmente levam a designação S ou Sw, mas pode-se encontrar B para botoeiras. Geralmente são contatos comuns com a indicação do tipo de acionamento e os números dos bornes levam a mesma nomenclatura dos contatos de contatores. Sinalizadores são chamados de H e seus bornes são numerados como X1 e X2. Observe a Figura 3.9.
Figura 3.9: Simbologia de (a) botoeiras pulsantes, (b) knobs, (c) fins-de-curso e (d) sinaleiras
4.7 Símbolos gerais
A Tabela 3.1 apresenta os símbolos gráficos conforme Norma NBR/IEC/DIN.
Tabela 3.1: símbolos gráficos segundo Norma
4.8 Exercícios 1 – O que é borne?
2 – Qual é o símbolo e o número de função dos bornes de contatos aberto, fechado e reversor de contatos imediatos?
3 – Qual é o símbolo e o número de função dos bornes de contatos aberto, fechado e reversor de contatos retardados?
4 – O que significa o retângulo escuro em um dos lados do símbolo de fusíveis?
5 – Correlacione as colunas dos símbolos com seus significados.
6 – Enumere os bornes do contator da Figura.
7 – Enumere os bornes do relé térmico da Figura.
8 – Relacione a designação com cada um dos dispositivos.
9 – Diga o significado de cada símbolo abaixo:
5 CHAVES DE PARTIDA
Chave de partida é um equipamento que tem por função fazer a partida, desligamento, operação e proteção de motores elétricos. Inicialmente eram chaves manuais, em que o operador realizava a operação.
As chaves de partida magnéticas surgiram em substituição às chaves de partida manuais, fazendo manobras que poderiam, se feitas de maneira errada, prejudicar o desempenho das máquinas e ainda colocando-se em risco.
A função das chaves de partida é ligar, desligar, fazer manobras e frenagem em motores de corrente contínua ou alternada, mono ou trifásicos.
Garante ao operador uma maior segurança e simplicidade de comando, além de prover maior confiabilidade ao sistema.
Existem inúmeros tipos de chaves de partida, fabricadas às vezes de formas diferentes, mas o princípio de funcionamento de todas é idêntico.
5.1 Chave de partida direta
É constituída de um único contator para ligar e desligar o motor, além de fusíveis e relé térmico, ou disjuntor-motor para proteção.
Do ponto de vista do motor, esta é a melhor chave, pois o motor parte com valores de tensão e conjugado nominais, mas por norma só pode ser usada para partir motores até 5 cv, pois a alta corrente de partida dos motores de indução pode causar danos à rede elétrica, como já foi visto. A Figura 4.1 traz o diagrama de força e comando da chave de partida direta.
Figura 4.1: Diagramas de força e comando da chave de partida direta
5.2 Chave de partida direta com reversão de rotação
Para fazer a reversão do sentido de giro de um motor trifásico, basta fazer a inversão de duas fases. Mas, para evitar a ligação simultânea dos dois contatores, que estão ligados em paralelo com fases trocadas, é necessário utilizar contatos fechados para fazer o inter-travamento.
Para este diagrama, é necessário desligar o motor antes de se fazer a reversão.
Com a inclusão de contatos fechados das botoeiras em série com os contatos fechados de K1 e K2, porém cruzados, é possível fazer a reversão de forma direta, com a inclusão de frenagem por contra-corrente, lembrando que isto causa sobre-aquecimento no motor.
Figura 4.2: Diagramas da chave de partida reversora
5.3 Chave de partida estrela-triângulo
A fim de reduzir a corrente de partida do motor, utiliza-se chaves de partida que reduzem a tensão na partida, resultando em uma diminuição da corrente e conseqüentemente do torque. Uma dessas chaves é a chave estrela-triângulo, que parte o motor em ligação estrela, alimentado com tensão de triângulo, para depois de acelerado, mudar a ligação para triângulo, com tensão nominal.
Logo, não é a tensão de rede que muda, mas sim a forma de ligação.
Assim, durante a partida, o motor recebe apenas 58% de sua tensão nominal, havendo uma redução da corrente de partida para 33% da corrente em partida direta. A Figura 4.3 mostra claramente a redução da tensão na partida em estrela.
Figura 4.3: Tensão nas bobinas na partida estrela-triângulo
É necessário que o motor tenha possibilidade de dupla ligação, em estrela e em triângulo. São motores 220/380 V (para ligação em redes trifásicas de 220 V), 380/660 V(redes de 380 V) e 440/760 V (redes de 440 V), onde a menor tensão é a tensão em triângulo.
Com a redução da corrente para 33% de seu valor normal na partida, o conjugado do motor também é reduzido para 33%, logo, este tipo de chave somente pode ser utilizado para partidas com o motor praticamente a vazio.
O tempo que o motor se mantém em ligação triângulo deve ser estimado conforme o tempo de partida. É recomendável que a comutação de estrela para triângulo só aconteça com o motor a pelo menos 90% de sua rotação nominal, pois durante a comutação, o motor é desligado por um tempo pequeno, mas grande o suficiente para provocar um trancamento do motor em caso de sobrecarga excessiva.
Figura 4.4: Chave de partida estrela-triângulo
5.4 Chave de partida compensadora
Este tipo de chave de partida parte o motor com tensão reduzida, assim como a chave estrela-triângulo, porém utiliza um autotransformador em série com o motor para fazer a redução. É utilizada quando o motor parte com carga e a chave estrela-triângulo não atende as necessidades.
Os autotransformadores de partida possuem três TAP’s de saída, em 80, 65 e 50%. No TAP de 80%, a corrente é reduzida para 64% de seu valor normal, em 65%, é reduzida para 42%, e em 50%, para 25%. No TAP de 50%, as características de partida são semelhantes às da chave estrela-triângulo, por isso este TAP é pouco usado, apenas quando se deseja partir o motor sem carga. Também é possível mudar o TAP quando há variação de carga, com a inclusão de uma chave seletora trifásica.
Figura 4.5: Chave de partida compensadora
O contato T1 que aparece no esquema de comando é de um termistor, que protege o autotransformador de queima por sobre-aquecimento. Durante a partida, o autotransformador sofre uma elevação de temperatura que é característica de seu funcionamento. Quando há diversas partidas sucessivas, a temperatura sobe a valores inadmissíveis e o termistor atua, inibindo o funcionamento do motor.
5.5 Defeitos em chaves de partida
A lista abaixo mostra os principais defeitos em chaves de partida e suas prováveis causas:
1 - Contator não liga:
• Fusível de comando queimado;
• Relé térmico desarmado;
• Comando interrompido;
• Bobina queimada:
- Por sobretensão;
- Ligada em tensão errada;
- Queda de tensão (principalmente cc);
- Corpo estranho no entreferro.
2 - Contator não desliga:
• Linhas de comando longas (efeito de “colamento” capacitivo);
• Contatos soldados:
- Correntes de ligação elevadas (por exemplo, comutação de transformadores a vazio);
- Comando oscilante;
- Ligação em curto-circuito;
- Comutação Y_ defeituosa.
Contator desliga involuntariamente:
• Quedas de tensão fortes por oscilações da rede ou devido a operações de religadores.
3 - Faiscamento excessivo:
• Instabilidade da tensão de comando:
- Regulação pobre da fonte;
- Linhas extensas e de pequena seção;
- Correntes de partida muito altas;
- Subdimensionamento do transformador de comando com diversos contatores operando simultaneamente.
4 - Fornecimento irregular de comando:
• Botoeiras com defeito;
• Fins-de-curso com defeito.
5 - Contator zumbe (ruído):
• Corpo estranho no entreferro;
• Anel de curto-circuito quebrado;
• Bobina com tensão ou freqüência errada;
• Superfície dos núcleos, móvel e fixo, sujas ou oxidadas, especialmente após longas paradas;
• Oscilações de tensão ou freqüência no circuito de comando;
• Quedas de tensão durante a partida de motores.
6 - Relé atuou:
• Relé inadequado ou mal regulado;
• Tempo de partida muito longo;
• Freqüência de ligações muito alta;
• Sobrecarga no eixo;
• Falta de fase;
• Rotor bloqueado ou travado.
7 - Bimetais azulados, recozidos ou resistência de aquecimento queimada:
• Sobrecarga muito elevada;
• Fusíveis superdimensionados;
• Queda de uma fase (motor zumbe);
• Elevado torque resistente (motor bloqueia);
• Curto-circuito.
5.6 Exercícios
1 – Para que servem as chaves de partida?
2 – Cite três componentes das chaves de partida.
3 – Qual é a principal vantagem da chave de partida direta do ponto de vista do motor?
4 – Por que a chave de partida direta só é recomendada para partir motores de pequena potência?
5 – Como se faz a reversão de um motor trifásico?
6 – Como é chamado o contato auxiliar aberto do contator na chave de partida direta?
7 – Para que servem os contatos fechados dos contatores na chave de partida direta com reversão de rotação?
8 – Qual é o objetivo de se colocar contatos fechados das botoeiras em série com as bobinas dos contatores na chave de partida direta com reversão de rotação?
9 – Qual é o objetivo da chave de partida estrela-triângulo?
10 – Explique como se dá a redução de tensão na partida da chave estrela- triângulo.
11 – Qual é a limitação de partida da chave estrela-triângulo?
12 – Que tipo de motor, com relação aos enrolamentos, deverá ser usado para uma chave de partida estrela-triângulo numa rede de 220 V?
13 – Quais contatores ficam ligados durante a partida da chave estrela- triângulo, quando o motor está ligado em estrela?
14 – Como se dá a redução de tensão da chave de partida compensadora?
15 – Qual é a principal vantagem da chave compensadora em relação à estrela-triângulo?
16 – E quais são as desvantagens?
