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CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS
PRODUÇÃO DE C.A. TRIFÁSICA E ALTERNADORES TRIFÁSICOS
Objetivo: Mostrar a necessidade do comando industrial; apresentação do painel de comando e enfocar como principal elemento de comando.
Introdução: Uma indústria é constituída por uma infinidade de máquinas, desde um simples esmeril até enormes máquinas automáticas que realizam muitas operações diferentes. È comum encontrarmos máquinas totalmente automáticas que realizam uma série de operações com um simples toque de botão. Mas se faz necessário lembrar de que os responsáveis pelos movimentos que uma máquina efetua são os motores elétricos e que quanto mais operações diferentes uma máquina efetuar, mais motores existirão para acioná-la. Surge então a necessidade de se estabelecer qual a ordem de acionamentos de um determinado número de motores e para fazer esses acionamentos automaticamente se faz necessário um circuito elétrico chamado Circuito de Comando da Máquina. Este circuito deverá possuir características tais que possibilitem o acionamento de motores pequenos e grandes além de acioná-los a grande distância. O circuito de comando de uma máquina é constituído pôr uma variedade de componentes os quais vamos estudá-los um a um separadamente. Se como técnicos ou simplesmente como estudiosos da matéria fizermos a análise de uma instalação elétrica, encontramos uma série de equipamentos e dispositivos que numa seqüência lógica, dentro das atribuições do circuito, efetuam cada qual uma função elétrica definida. Portanto, cada equipamento, ou cada dispositivo por mais simples que seja, deve ter uma construção determinada, para realizar o que dele se espera. De um modo geral, podemos distinguir quatro grandes classes de dispositivos elétricos, que se destinam ao Comando, a Proteção, a Medida e a Regulação. Os dispositivos de comando, fundamentalmente, e de acordo com a terminologia oficial em vigor se subdividem em seccionadores, chaves e disjuntores, classificação baseada nas características próprias e que são inseridas nos circuitos em posição adequada. Os de proteção devem reagir em função dasgrandezas mais. Efetuam ainda a fiscalização das condições de circulação da corrente e da tensão elétrica. Quanto aos aparelhos de medição, permitem os mesmos em cada instante a verificação numérica das grandezas elétricas, pelos voltímetros, amperímetros, frequencímetros e outros mais, que, em última análise são o reflexo das condições de alimentação e de carga, própria do sistema. Com referência aos de regulação, como a própria denominação já esta explicando, são dispositivos que permitem uma regulagem.
COMANDO A DISTÂNCIA
Toda máquina possui um painel de controle onde se encontram os componentes de acionamento da máquina, tais como botoeiras, chaves seletoras, lâmpadas de sinalização,etc. Entretanto este painel normalmente fica distante dos motores que devem ser acionados. Portanto surge a necessidade de utilizarmos um elemento principal de chaveamento para a alimentação dos motores e que possa ser comandado á distância Sem esse elemento principal de chaveamento, precisaríamos levar os cabos alimentadores a partir da linha de alimentação, passa-los por um elemento de chaveamento e segui-los até o local onde estão os motores.
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Porém, isso seria impraticável pelo fato de que se o(s) motor(es) foss(em) de grandes po- tências os cabos possuíram bitolas elevadas, além de que o elemento de chaveamento teria que possuir características especiais, fazendo com que o sistema ficasse com preço elevado.
Geração e Distribuição de energia. O tipo de energia elétrica mais utilizado no mundo, e sobretudo no Brasil, é o da energia elétrica em corrente alternada no sistema trifásico. De fato, trata-se de um sistema em que a energia é facilmente gerada, transmitida e distribuída. Nesta lição, você vai aprender coisas importantes sobre os circuitos trifásicos. Você vai aprender. por exemplo, que eles podem ser ligados de duas maneiras: em estrela e cm triângulo. Estudará também o comportamento das tensões e correntes nesses dois tipos de ligação. Para estudar os conteúdos desse capítulo, é imprescindível que você conheça o que é corrente alternada.
Usinas geradoras: Um dos modos de se produzir eletricidade é pela ação do magnetismo. Os geradores elétricos são os equipamentos que produzem eletricidade por meio desse processo. Para que isso aconteça. é necessário que eles sejam acionados por urna força mecânica. Para produzir eletricidade, as usinas utilizam grandes geradores que são acionados por alguma forma de energia.
Existem vários tipos de usinas geradoras de eletricidade:
- Usinas Hidroelétricas
- Usinas Termoelétricas
- Usinas Termonucleares
- Usinas Eólicas
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Usinas Hidroelétricas: As usinas hidroelétricas empregam a força da água represada que passa por uma tubulação e faz girar à turbina. A turbina, então, faz girar o gerador que produz eletricidade.
Usina Eólicas: Nesse tipo de usina, aproveita-se a energia dos ventos. Assim, por meio de um cata-vento aciona-se o gerador. No Brasil. empregam-se todos os tipos de usinas anteriormente citados. As usinas hidroelétricas. entretanto, são as mais comuns, devido do grande potencial hidroelétrico existente no país.
Geração de Energia Elétrica
Os geradores de eletricidade podem produzir corrente contínua (CC) ou corrente alternada (CA). A corrente contínua é pouco usada devido às dificuldades para aumentar ou diminuir os valores de tensão e corrente. A corrente alternada por sua vez, permite aumentar ou diminuir os valores de corrente. Para isso, basta fazer uso de transformadores. A CA facilita bastante a geração, a transmissão e a distribuição de energia elétrica desde a usina geradora até os consumidores.
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A Corrente Alternada. Supondo-se que o movimento de umas espira seja da esquerda para a direita dentro de um campo magnético. demonstraremos a variação da corrente elétrica em função desse movimento. A isto chamamos de geração da corrente elétrica alternada.
Posição 1: A espira não se deslocou.
Os dois lados da espira não estão cortando as linhas de força: portanto. não há produção de tensão elétrica e, por isso, fluxo da corrente. O ponteiro do galvanômetro está na posição zero.
Posição 2: A espira se deslocou 45° a partir do ponto inicial. Os condutores da espira estão começando a interferir nas linhas de força do campo magnético. O ponteiro do galvanômetro esta indicando o surgimento de uma tensão induzida nos condutores da espira.
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Posição 2: A espira se deslocou 45° a partir do ponto inicial.
Posição 3: A espira se deslocou 90° a partir do ponto inicial.
A medida que a espira se aproxima do ponto “A”, o ponteiro do galvanômetro desloca-se mais do que na posição anterior. Na posição “A’. as secções transversais dos condutores estão cortando perpendicularmente as linhas de força magnética. (ângulo de 90°).Quanto maior a quantidade de linhas de força cortadas pela espira, maior a tensão nela induzida. Portanto, o ponteiro do galvanômetro está marcando a máxima quantidade de tensão produzida na espira e. respectivamente, a máxima quantidade de corrente.
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Posição 6: A espira se deslocou 225°.
A partir da posição 6, a parte escura começou a deslocar-se dentro do campo magnético de baixo para cima, e. a parte clara, de cima para baixo. Como o sentido de deslocamento dos lados da espira ficou invertido, inverteu-se também o sentido de deslocamento da corrente elétrica. Por este motivo é que o ponteiro do galvanômetro mudou de sentido, ou seja. agora ele está se deslocando para a esquerda.
Posição 7: A espira se deslocou 27O° Nesse momento, o ponteiro do galvanônetro está marcando indução máxima de corrente elétrica na espira. Nesta posição novamente as secções transversais dos condutores estão cortando perpendicularmente as linhas de força, logo, o máximo corte de linhas de força e, consequentemente, a máxima tensão induzida.
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Posição 8: A espira se deslocou 315°. Novamente, os valores medidos pelo a parelho estão diminuindo. A corrente elétrica induzida na espira está se reduzindo, pois os dois lados da espira estão cortando um número cada vez menor de linhas de força.
Posição 9: Finalmente, completou-se uma volta ou 36O°. Segundo o ponteiro do aparelho, não há presença de corrente elétrica na espira. Com isto, completamos uma volta de deslocamento da espira dentro de um campo magnético. Para cada volta seguinte, os fenômenos da indução elétrica serão idênticos aos demonstrados.
Veremos, a seguir, a demonstração gráfica das variações da corrente elétrica induzida na espira de um gerador com anel coletor.
No gráfico está representada a Curva Senoidal (ou senóide). Ela demonstra a variação da corrente elétrica induzida durante uma volta completa da espira.
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Corrente Alternada
Exemplo: Durante 0,5 segundos, a corrente circula no sentido conforme desenho abaixo:
De 0,5 segundo até 1 segundo, a corrente muda de sentido.
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Corrente Alternada Quando um gerador de corrente alternada com dois pólos completa uma rotação, a tensão completa um ciclo.
Se essa rotação for completada no tempo de 1 segundo, temos,então,1 ciclo/s.
Na realidade, podem ser gerados mais ciclos por segundo; o número de ciclos depende de dois fatores:
Rotação por segundo;
Número de pólos do gerador;
O número de ciclo/s é denominado “freqüência”, que tem como unidade de medida o “Hertz”.
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Definição: Freqüência é o número de oscilações por segundo ou, simplesmente, ciclos por segundo (ciclos/ seg.)
Exemplo: Na sua casa, a freqüência da corrente elétrica é de 60 hertz. Isto significa que a corrente elétrica completa 60 ciclos em 1 segundo.
Gerador Trifásico: O gerador abaixo apresenta uma bobina e é, portanto. monofásico. E, como tem coletor de anéis, produz CA monofásica.
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→ a fase II começa em 120°
→ a fase III começa em 240°.
Se a duração do ciclo for de 1 segundo, a fase I começa em 0 segundo, a fase II em 1/3 seg. e a fase III em 2/3 seg.
O circuito de corrente trifásica chama-se “Sistema Trifásico Veremos, a seguir, a demonstração gráfica das variações de uma corrente elétrica trifásica. supondo-se que o início do gráfico corresponde ao início da geração da tensão. As correntes do sistema trifásico atuam no circuito individualmente, sem se atrapalharem mutuamente. A corrente de uma fase, tomada isoladamente, chama-se corrente monofásica.
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Ligação Estrela e Triângulo: Para transportar estas três CAs até aos consumidores, seriam necessários seis condutores, dois para cada fase.
Na prática, porém é possível diminuir esse número de condutores para apenas três ou quatro. Isso poderá ser feito de duas formas diferentes: ► por meio da ligação em estrela, representada simbolicamente pela letra (; ► por meio da ligação em triângulo (ou delta), representada simbolicamente pela letra grega Δ (delta).
Ligação Estrela (Υ); Examine o gerador trifásico, abaixo:
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Ligação Estrela (Υ); Você deve ter notado que as pontas 4,5 e 6 estão ligadas em ponto comum, e os pontos 1,2 e 3 estão separados. Portanto,
Ligação Estrela Consiste em manter as pontas 1,2 e 3 das bobinas separadas, e as pontas 4, e 6 unidas.
Tensão de Linha e Tensão de Fase;
Denomina-se tensão de linha a tensão medida entre duas fases;
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Denomina-se tensão de fase a tensão medida entre uma fase e o neutro;
Vamos verificar, agora, a tensão (E) e a corrente (I), nos fechamentos estrela e triângulo ou delta. Observe a tensão (E) nas ligações estrela e triângulo ou delta, abaixo:
A tensão (E), entre os dois extremos de cada bobina, é chamada de:
Tensão de Fase
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A tensão de fase é representada, simbolicamente, pela letra maiúscula “E”, mais a letra minúscula f,ou seja, Ef , veja, nas ligações, a localização da tensão de fase:
A tensão (E), entre duas fases, seja entre a fase I e A II e a III, ou, ainda, entre a II e a III, é chamada de:
Tensão de Linha
Esta tensão é representada, simbolicamente, pela letra maiúscula E, mais a letra L, ou seja, EL. Veja, nos fechamentos abaixo, a localização da tensão de linha:
Prosseguindo, veja, agora, o que ocorre com relação a tensão de linha (EL), nas ligações estrela.
Observe que, numa ligação estrela, a tensão de linha (EL), é igual à tensão de fase (Ef), multiplicada por 1,73.
A corrente (I), encontrada em cada uma das linhas, é chamada de Corrente de Linha.
Esta corrente é representada simbolicamente, pela letra I, mais a letra maiúscula L. Então, corrente de linha é igual a IL.
Veja os fechamentos, e a localização da corrente de linha.
Corrente de Linha (IL)
Note que, numa ligação estrela, a Corrente de Linha é igual a Corrente de Fase. IL = If
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Observe a determinação da corrente de linha, nesta ligação estrela.
Considerando que a corrente de fase, nesta situação, é 5 A, aplicando a relação
IL = If, teremos: IL = 5 A.
Acompanhe o calculo da corrente de linha, nesta situação:
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Corrente de Linha
Sendo If = 10 A e aplicando a fórmula IL = If x 1,73, teremos:
IL = 10 x 1,73 ► IL = 17,3 A
→ Numa ligação triângulo, a corrente de linha é igual: à corrente de fase, multiplicada por 1,73.
Logo: IL = If x 1,
