Comandos Elétricos, Notas de estudo de Tecnologia Industrial

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Curso: Mecatrônica Módulo: I Carga Horária: 40h Docente: Turno: Turma: 2006 Discente:

Unidade de Camaçari

Comandos Elétricos

Unidade de Camaçari

Material Instrucional especialmente elaborado pelo Prof. Jorge Henrique para uso exclusivo do CETEB-CA.

Camaçari/BA

Março de 2006

Unidade de Camaçari

1. FUSÍVEIS

1.1 DEFINIÇÕES

O curto-circuito é o contato direto acidental entre os condutores de uma rede. Pode ser entre fases ou entre fase e neutro. Pode ocorrer devido a algum problema na própria rede ou no interior de alguma máquina ou equipamento. A corrente atinge rapidamente valores elevados, limitados apenas pela resistência ôhmica dos condutores ou capacidade da fonte geradora. Sem uma proteção adequada, danos graves ocorrerão (componentes inutilizados, equipamentos danificados, choques) e o risco de incêndio é grande. Fusíveis são uma boa proteção contra curtos-circuitos. Não são muito adequados contra sobrecargas. Para tais casos devem ser usados disjuntores. O fusível é um componente elétrico que tem a importante finalidade de interromper a passagem da corrente elétrica em um circuito quando esta assume um valor muito acima do especificado, protegendo assim os outros componentes desse circuito. O fusível, então, é classificado como um dispositivo de proteção simples e econômico e é principalmente utilizado em aplicações domésticas e na indústria leve.

Os pequenos fusíveis usados em circuitos eletrônicos são geralmente simbolizados por. Em instalações elétricas é comum o símbolo. Quando o fusível atua, torna-se necessário a sua substituição. Deve-se proceder a verificação do circuito para se identificar a causa da queima do fusível, só então fazendo a substituição, tomando-se as devidas ações de segurança. Para a correta substituição de um fusível é necessária a observação fiel dos seus valores característicos (corrente, tensão, tempo de atuação, etc.). O princípio de funcionamento dos fusíveis é pela fusão parcial ou total de seu “elemento fusível”, abrindo o circuito elétrico e interrompendo a passagem de corrente. O tempo de fusão é proporcional ao quadrado da corrente aplicada e a inércia térmica do conjunto que forma o elemento fusível. Portanto, variando-se os elementos do conjunto que forma o elemento fusível, podemos ter um fusível de ação muito rápida (FF), rápida (F), média (M), lenta (T), ou muito lenta (TT), todos eles baseados em um mesmo método de ensaio. Para isso existem curvas características para cada tipo de fusível, as quais fornecem faixas para o tempo de fusão em função da corrente aplicada. Geralmente, apenas os pontos mais importantes e suficientes para definir ou ensaiar o fusível são reproduzidos nos quadros de dados técnicos dos catálogos dos fabricantes. Esta diversidade é necessária, uma vez que cargas comuns como motores têm um pico de corrente na partida que deve ser suportado e, portanto, o tipo retardado deve ser usado. Equipamentos sensíveis como os eletrônicos precisam de uma ação rápida para uma correta proteção. É importante evitar confusões. Um fusível rápido colocado no lugar de um retardado provavelmente irá abrir ao se ligar a carga. E um retardado no lugar de um rápido poderá não proteger os componentes em caso de um curto interno no equipamento. O que não se pode esquecer é que um fusível apresenta queda de tensão em seus terminais e entre terminais e contatos do suporte, quando em funcionamento. Normalmente, os fusíveis de ação retardada têm queda de tensão mais baixa em comparação com os fusíveis de ação rápida. Este detalhe é muito importante e mais perceptível quando se trabalha com tensões muito baixas, da ordem de 6 a 12 Volts e correntes elevadas. Em certos casos, podemos ter, sobre o conjunto fusível-suporte, uma queda de tensão igual ou superior a 1V. Independente da forma do fusível, considera-se em um projeto:

− Corrente nominal: corrente máxima que o fusível suporta em regime contínuo; − Tensão nominal: tensão máxima a que o fusível pode ficar submetido em funcionamento normal; − Temperatura de trabalho: referente ao ambiente a que o fusível vai trabalhar; − Sobrecargas: sobrecargas a que o fusível poderá ser submetido, para não comprometer a segurança do circuito; − Capacidade de interrupção: corrente presumida (calculada) a que o circuito do fusível pode ser submetido em caso de curto-circuito (da ordem de kA);

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− Transientes: variações rápidas e de curta duração dos valores de tensão ou de corrente, que podem causar atuação indevida do fusível. Com relação aos transientes, deve-se atentar principalmente quando o valor de i² t está muito próximo ao valor escolhido do fusível. Quando esse valor chegar em torno de 90% da corrente nominal, o fusível sempre se romperá; − Posição do fusível dentro do equipamento (espaço disponível, disposição, etc.); Outros detalhes a observar para cada caso.

1.2 TIPOS

Há vários tipos de fusíveis, cada qual apropriado a uma ou mais aplicações. A seguir serão dadas algumas definições e figuras sobre alguns tipos de fusível.

1.2.1 ROLHA

Tipo de fusível, atualmente pouco usado, mas que já foi muito utilizado, geralmente em conjunto com um tipo de chave faca, também pouco usada hoje em dia. Abaixo temos a figura e a descrição de um fusível tipo ROLHA.

Fusível Rolha, em porcelana, contato em latão, visor, protetor transparente, 30A - 250VCA

1.2.2 Fusível CARTUCHO

Os fusíveis do tipo cartucho são produzidos colocando-se o elemento fusível no interior de um cilindro de vidro, papel ou material sintético. Os fusíveis de vidro são utilizados em circuitos de baixa potência e circuitos eletrônicos, onde o vidro transparente possibilita uma análise visual do estado do fusível sem a retirada do mesmo do circuito. Há ainda os fusíveis de cartucho que usam corpo cilíndrico feito em papel ou material sintético. Para esses tipos de fusíveis, não há a possibilidade de visualização do elemento fusível, sendo necessário o teste elétrico para se avaliar o estado do mesmo. Esses fusíveis são usados até potências médias e, em alguns tipos, é colocada uma areia especial no interior do fusível com a finalidade de diminuir o arco elétrico e evitar danos ao invólucro do fusível.

Fusível de vidro, cartucho, faixa de corrente de 0,1A a 30A

Porta fusíveis circulares para fusível tipo cartucho

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A tabela abaixo indica a correspondência das cores do sinalizador de abertura do fusível com a corrente nominal de operação.

INTENSIDADE

COR DE CORRENTE (A)

INTENSIDADE

COR DE CORRENTE (A)

INTENSIDADE

COR DE CORRENTE (A)

Rosa Marrom Verde Vermelho

Cinza Azul Amarelo

Preto Branco Laranja

1.2.4 Fusíveis NH

Os fusíveis NH são construídos colocando-se o elemento fusível no interior de um corpo de cerâmica em formato de paralelepípedo, com lâminas de material condutor (contatos ou “facas”) dispostas longitudinalmente, possuindo também um indicador de abertura do fusível. Esses fusíveis são usados na proteção de sobrecorrentes de curto-circuito e sobrecarga em instalações elétricas industriais. Possuem várias categorias de utilização e tamanhos e atendem correntes nominais de 6A a 1250A. Limitadores de corrente têm elevada capacidade de interrupção que chega a 120kA em até 500VCA. Os punhos garantem manuseio seguro na montagem ou substituição dos fusíveis. Os seus valores de energia de fusão e interrupção facilitam a determinação da seletividade e coordenação da proteção.

Fusíveis NH Punho para manuseio

1.2.5 Fusíveis NEOZED

Os fusíveis NEOZED possuem tamanho reduzido e são aplicados na proteção de curto-circuito em instalações típicas residenciais, comerciais e industriais. Possui categoria de utilização gL/gG, em dois tamanhos (D01 e D02) atendendo as correntes nominais de 2A a 63A. Limitadores de corrente são aplicados para até 50kA em 400VCA. A sua forma construtiva (semelhante ao fusível cartucho), garante total proteção de toque acidental quando de sua montagem ou substituição. Possuem anéis de ajuste evitam alteração dos fusíveis para valores superiores, mantendo a adequada qualidade de proteção da instalação. A fixação pode ser rápida por engate sobre trilho ou por parafusos.

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Fusível NEOZED, com bases/chaves de instalação.

1.2.6 Fusíveis SITOR

Os fusíveis SITOR são fusíveis ultra-rápidos apropriados em instalações industriais para a proteção de semicondutores de potência, tiristores, GTO's e diodos. Sua construção é semelhante aos fusíveis NH, sendo necessária a utilização dos punhos para seu manuseio. Possui Categoria de utilização gR / aR, atendendo as correntes nominais de 32A a 710 A. Encontrado em dois tamanhos (1e 2), podendo ser usado em AC (até 1000 V) ou DC (até 600 V).

Fusível SITOR

1.2.7 Fusíveis SILIZED

Os fusíveis ultra-rápidos SILIZED são utilizados na proteção de curto-circuito de semi-condutores e estão adaptados às curvas de carga dos tiristores e diodos de potência, permitindo quando da sua instalação seu manuseio sem riscos de toque acidental. Sua forma de construção é semelhante à do DIAZED. Possui categoria de utilização gR, em três tamanhos atendem as correntes nominais de 16A a 100A. Limitadores de corrente possuem elevada capacidade de interrupção: 50kA em até 500VCA. Através de parafusos de ajuste, evitam alterações dos fusíveis, preservando as especificações do projeto. Permitem a fixação rápida por engate rápido sobre trilho ou parafusos.

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Elo fusível para cartucho Matheus Cartucho tipo Matheus

Chave de Manobra tio MATHEUS: utilizada em sistema de distribuição,uso em redes,onde os esforços provenientes de curto-circuito seja um fator relevante,operada por vara de manobra equipada com gancho para operação sob carga. Como exemplo, abaixo está uma tabela usada para determinação de parâmetros de escolha de fusíveis. Curvas tempo-corrente média para fusíveis NH

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Diâmetros de fios prata e cobre para fusíveis

1.2.10 DIMENSIONAMENTO DO FUSÍVEL

Para dimensionar um fusível, devemos usar a seguinte fórmula:

In = Irb * K, onde: In – corrente nominal do fusível Irb – corrente de rotor bloqueado do motor K – constante do motor, que varia de 0,3 a 0,5, dependendo da corrente de rotor bloqueado do motor.

2. RELÉS BIMETÁLICOS

2.1 DEFINIÇÕES

As lâminas bimetálicas, bastante utilizadas em eletroeletrônica, são construídas pela junção de dois materiais metálicos condutores, com dilatações térmicas diferentes. Então, quando essas lâminas são submetidas a variações de temperatura, apresentam deformação curvilínea, pois os materiais, apesar de unidos, têm dilatação diferente.

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Relé Bimetálico da SIEMENS

Especificação:

Funcionamento / Indicações do relé térmico:

Ajuste de escala: permite o ajuste da corrente de atuação do relé, dentro de sua faixa de atuação

botão "reset": manual/automático (azul): permite a reposição do relé depois de uma atuação por sobrecorrente de modo manual (M ou H) ou automático (A)

botão "desliga" (vermelho): função teste/stop: permite o teste de funcionamento do relé (fechamento dos contatos) ou sua parada (abertura dos contatos).

Relé Térmico Série SR-2 – STECK, com instruções de operação e ajuste

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2.2 DIMENSÕES

São importantes no projeto, por questões de espaço, localização, tamanho de quadro, etc. Abaixo segue um exemplo das dimensões de um relé bimetálico.

Instruções e indicações para início da operação do relé:

1. Ajustar a escala à corrente nominal da carga.
2. Botão de destravação (azul): Antes de por o relé em funcionamento, premer o botão de destravação. O contato auxiliar é ajustado pela fábrica para religamento manual (com bloqueio contra religamento automático). Comutação para religamento automático: premer o botão de destravação e girá-lo no sentido anti-horário, até o encosto, da posição H (manual) para A (automático).
3. Botão “Desliga" (vermelho). O contato auxiliar abridor será aberto manualmente, se for apertado este botão.
4. Indicador Lig./Desl-(verde). Se o relé estiver ajustado para religamento manual, um indicador verde sobressairá da capa frontal se ocorrer o disparo (desligamento) do relé. Para religar o relé, premer o botão de destravação. Na posição "automático", não há indicação.
5. Terminal para bobina do contator, A2.

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Abaixo, seguem figuras de alguns relés temporizados e suas características.

CTA – Relé de Tempo

Relé de tempo com retardo na desenergização, o relé permanece sempre alimentado. Quando um contato externo se fecha, o relé CTA fecha, conta o tempo pré-ajustado e depois se abre independente do contato externo estar fechado ou não. Possuem diversas opções de tensão de alimentação.

CTAD - Relé de tempo

Relé de tempo com retardo na desenergização, aplicada a tensão de alimentação, o relé CTAD se fecha imediatamente, conta o tempo pré-ajustado e depois se abre. Para repetir o ciclo é necessário interromper e aplicar novamente a tensão de alimentação. Possuem diversas opções de tensão de alimentação.

OPT – Relé de Tempo (pequeno)

Relé de tempo com retardo na energização (tamanho pequeno), aplicada tensão de alimentação o relé OPT conta o tempo pré-ajustado e depois fecha. O relé só abre quando a alimentação for interrompida. Possuem diversas opções de tensão de alimentação.

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Quando excitado, o dispositivo entra em funcionamento. Decorrido o tempo pré-regulado, estabelece-se no temporizador a comutação dos contactos mantendo-se nessa posição enquanto se mantiver excitado

Os Relés temporizadores WEG RTW são dispositivos eletrônicos que permitem, em função de tempos ajustados, comutar um sinal de saída de acordo com a sua função. Muito utilizados em automação de máquinas e processos industriais como partidas de motores, quadros de comando, fornos industriais, injetoras, entre outros.

Relé de tempo estrela-triângulo

Especialmente fabricado para utilização em chaves de partida estrela-triângulo. Este relé possui dois contatos reversores e dois circuitos de temporização em separado, sendo um de tempo variável para controle do contator que executa a conexão estrela, e outro, com tempo pré-estabelecido e fixo (100ms) para controle do contator que executa a conexão triângulo.

Funcionamento

Após aplicada tensão nominal aos terminais A1 e A2, o contato de saída da etapa de temporização estrela comuta (15–18). Após decorrida a temporização selecionada (0 a 30s), o contato de saída da etapa estrela retorna ao repouso (15–16), principiando então a contagem do tempo fixo (100ms), ao fim do qual é atuado o contato de saída da etapa triângulo (25–28).

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São exemplos de transdutores:

− Microfone: capta a vibração mecânica da voz e transforma em sinal elétrico; − Termômetro: capta a temperatura do corpo e transforma em sinal elétrico; − Câmeras: possui sensores que captam imagens e transformam em sinais elétricos.

4.2 CLASSIFICAÇÃO DOS TRANSDUTORES

Podemos classificá-los com base em:

− No princípio elétrico de funcionamento; − Na aplicação a que se destinam; − Na quantidade física, propriedade ou condição que é medida.

Outro processo usual de classificação consiste na divisão em dois grandes grupos:

− Passivos: precisam de uma fonte de alimentação externa; − Ativos: auto-alimentados geram na saída uma tensão ou corrente.

4.3 SELEÇÃO DE TRANSDUTORES

Para selecionarmos transdutores, devemos considerar os seguintes parâmetros:

− Utilização (ou limites de utilização); − Sensibilidade; − Freqüência (ou tempo) de resposta; − Compatibilidade com o meio ambiente; − Precisão; Características elétricas; − Condições de aplicação e robustez.

4.4 ALGUNS TIPOS DE TRANSDUTORES

− Transdutores resistivos − Transdutores de medida de deslocamento − Transdutores capacitivos − Transdutores indutivos − Transdutores piezoeléctricos − Transdutores fotoeléctricos (fotocéculas) − Transdutores de medida de temperatura (termostatos)

Na tabela abaixo, são dadas referências de tipos de transdutores, indicando a grandeza a ser medida, a grandeza que varia no transdutor e o nome do transdutor ou da grandeza resultante.

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Grandeza a medir Grandeza do parâmetro Grandeza Medida ou Instrumento de Medição

Temperatura de gases líquidos e sólidos Resistência, etc Temperatura

Desvio angular Impulsos de tensão Tacômetro

Desvio angular Resistência Potenciômetro

Força Resistência Sensor de membrana

Vibração Tensão Sensor de vibração

Intensidade de iluminação Resistência LDR

Caudal Impulsos de tensão Transdutor de caudal

Umidade relativa Capacidade Transdutor de umidades

Ponto de orvalho Resistência Transdutor de orvalho ou condensação

Distância

Amplitude duma tensão sinusoidal; desfasagem em relação a uma senoide de referência; atraso temporal dum trem de impulsos

Transdutores de ultrasons

Grandeza Digital: Interrupção de corrente Contato elétrico Sensor de nível

Grandeza Digital: Interrupção de corrente Contato elétrico Bimetal

A seguir, veremos alguns exemplos físicos de transdutores.

TRANSDUTORES DE CORRENTE OU TENSÃO EFICAZES (RMS) TGE 200

São utilizados para medição da corrente ou tensão eficazes de uma instalação. Estes transdutores necessitam de fonte de alimentação mesmo com saída 10mA. A figura mostra que o sinal de entrada (tensão ou corrente) é convertido em tensão alternada retificada em onda completa e transformado em função quadrática. Este sinal é amplificado e convertido em corrente na saída.