Maquinas eletricas e acionamento, Esquemas de Máquinas Elétricas

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Comandos elétricos

Sistemas de acionamento elétrico e características dos dispositivos utilizados para comando e proteção deles.

Prof. Raphael de Souza dos Santos

1. Itens iniciais

Propósito

Compreender os conceitos dos comandos e acionamentos, assim como suas aplicações em circuitos elétricos e eletrônicos, é importante para sua formação, pois facilitará a sua atuação como profissional de Engenharia.

Preparação

Antes de iniciar a leitura do conteúdo, tenha em mãos papel e caneta.

Objetivos

Compreender os sistemas de acionamento elétrico. Reconhecer os dispositivos de proteção utilizados em sistemas elétricos. Identificar os dispositivos de comando utilizados em sistemas elétricos.

Introdução

Os comandos elétricos e os dispositivos de proteção

Neste vídeo, entenda o que vamos abordar nesse tema.

Conteúdo interativo

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Comandos manuais

São aqueles que envolvem, essencialmente, as ações de um operador. Sua atuação sobre um botão ou comando elétrico habilita ou desabilita o fornecimento de energia elétrica para uma carga, como ilustra o diagrama simplificado da Figura 1.

Comandos automáticos

São aqueles que independem da ação direta de um operador. Um exemplo prático são os sistemas com controle em malha fechada, como os aparelhos de ar-condicionado. Neles, o comando a ser enviado para o equipamento vem de um sensor, responsável por monitorar determinada variável, como ilustra a Figura 2.

No sistema com acionamento automático (também conhecido como realimentado ou em malha fechada), um sensor é utilizado para enviar um sinal para um controlador. Esse sinal é inerente à variável que se deseja monitorar. O controlador, ao receber o sinal proveniente do sensor, atua sobre o equipamento, fazendo com que ele ligue, desligue, mude sua velocidade etc.

Saiba mais

Os aparelhos de ar-condicionado atuam como sistemas em malha fechada. A temperatura é monitorada por um termostato (sensor de temperatura) e repassada para o circuito de controle, responsável por ligar ou desligar o compressor que resfria o ar.Os novos modelos, conhecidos como inverter ou smart, são projetados para não desligarem seus compressores, mas reduzirem a velocidade de rotação. Dessa maneira, economizam energia elétrica, já que o maior consumo ocorre quando o compressor é ligado.

Alguns termos são fundamentais para entender os dispositivos utilizados em comandos elétricos:

Capacidade de interrupção

Valor específico do fluxo de corrente, acima de determinado limite, capaz de interromper a passagem da corrente sob condições específicas de tensão.

Corrente de curto-circuito

Sobrecarga de corrente (sobrecorrente) que pode promover um dano ou gerar falha no equipamento, promovida por uma baixa impedância em condutores energizados.

3 Botões

Comandos manuais utilizados no acionamento ou manobra das máquinas (liga, desliga, inversão de rotação etc.):

Chave seccionadora: conexão mecânica capaz de abrir ou fechar um circuito. Interruptor: chave elétrica adequada às manobras de circuitos elétricos.

Simbologia para equipamentos de manobra e controle

elétricos

A simbologia tem por objetivo padronizar os símbolos gráficos que devem ser usados para representar componentes e a relação entre eles. É usada em desenhos técnicos ou diagramas de circuitos de comandos eletromecânicos.

Na representação de dispositivos, o significado, a simbologia e a abreviatura devem estar de acordo com as normas nacionais e internacionais utilizadas em circuitos elétricos. Elas são utilizadas na representação gráfica de contatores, fusíveis, transformadores, motores, dispositivos de proteção, sinalização, entre outros dispositivos elétricos.

Dentre essas normas, podem ser destacadas:

NBR 5037

Símbolos gráficos de eletricidade: fusíveis, centelhadores e para-raios.

NBR 5272

Símbolos gráficos de eletricidade: dispositivos de partida.

NBR 5274

Símbolos gráficos de eletricidade: contatos, chaves, interruptores, dispositivos de alarme e de sinalização.

NBR 5444

Símbolos gráficos para instalações elétricas prediais.

A alternativa A está correta.

Os comandos automáticos são aqueles que independem da ação direta de um operador. Nesses sistemas, o comando enviado ao equipamento responsável por atuar sobre o processo depende apenas do sinal medido da variável que se deseja monitorar.

Questão 2

Considere o circuito abaixo, utilizado para o acionamento de um motor monofásico. O circuito

conta com um medidor de corrente, uma chave normalmente aberta e um dispositivo F que

corresponde a um(a):

A

Seccionador

B

Interruptor

C

Tomada

D

Plugue

E

Fusível

A alternativa E está correta.

O circuito corresponde à alimentação de um motor monofásico alimentado por uma fase e um neutro. O circuito possui três chaves seccionadoras conectadas em série normalmente abertas e dois dispositivos de proteção do tipo fusível (F).

Figura 3. Sequência de acionamento de um motor.

As manobras de proteção, partidas ou paradas de motores convencionais são divididas em dois tipos, segundo a norma IEC 60947:

Coordenação do tipo 1

Sem risco para as pessoas e instalações, há o desligamento seguro da corrente de curto- circuito. Nessa coordenação, os riscos de danos no contator e no relé de sobrecarga são tolerados.

Coordenação do tipo 2

Sem risco para as pessoas e instalações, permite uma fácil separação sem deformações significativas. Nessa coordenação, não são tolerados danos ao relé de sobrecarga ou em outras partes, com exceção de leve fusão dos contatos do contator.

Fusíveis

A função de um fusível é proteger um circuito contra um curto-circuito, sobretudo de sistemas elétricos industriais, nos quais os valores das correntes nominais podem ser muito elevados, e cujas situações de curto-circuito apresentam alta intensidade e podem promover altos danos materiais e pessoais.

No interior dos fusíveis há um fio de chumbo ou de estanho com dimensões variadas. Essa diferença nas dimensões do fio faz com que ele suporte determinado limite de temperatura e interrompa o fluxo de corrente no circuito quando o limite é ultrapassado.

O aumento repentino na intensidade da corrente elétrica em um circuito pode gerar

superaquecimentos e, como consequência, provocar incêndios, queimaduras, entre

outros acidentes.

Aspectos construtivos dos fusíveis

Os fusíveis (Figura 4) são construídos com fios de chumbo ou de estanho, de dimensões variadas (área transversal e comprimento) e especificamente calculadas para que o fusível suporte uma corrente elétrica máxima específica.

Figura 4. Fusível de vidro.

Caso a corrente elétrica ultrapasse o valor indicado, o fio derrete, interrompendo o fluxo de corrente no circuito, evitando que maiores danos sejam causados aos demais componentes. Os fios de chumbo ou de estanho são usados por serem metais com baixo ponto de fusão. Eles derretem em temperaturas não muito elevadas, preservando o circuito.

Figura 5. Fusível do tipo NH.

Sendo envolto em areia para propiciar a extinção do arco elétrico, o fusível do tipo NH é um dispositivo de manobra que tem o objetivo de interromper a corrente do circuito pela fusão do seu elo fusível.

Os fusíveis NH são elementos limitadores de corrente. Neles, a interrupção da corrente ocorre por meio da fusão do seu elo pelo efeito Joule (que são os efeitos térmicos da corrente que se refletem em aquecimento do dispositivo).

Atenção

Uma característica importante desse tipo de fusível é que, na sua curva característica, ele apresenta um trecho de tensão de sobrecarga no qual ocorre o desligamento do dispositivo com um atraso. Esse trecho é longo o suficiente para permitir ligar um motor com sua corrente de partida (normalmente bem acima da sua corrente de funcionamento nominal), sem que se funda o seu elo fusível.

Os fusíveis NH são utilizados na proteção de tiristores, em dispositivos eletrônicos e em acionamentos microprocessados que, nesta situação, têm uma característica de acionamento ultrarrápido. Somando-se a essas características, os fusíveis NH possuem alta capacidade de interrupção, o que significa poder interromper com segurança correntes de curto-circuito na ordem de grandeza de até 100KA. O símbolo representativo dos fusíveis em diagramas elétricos pode ser visto na figura abaixo.

Figura 6. Símbolo de um fusível.

5 Indicador

Parte indicativa da operação do fusível.

Disjuntor motor

Um disjuntor é um dispositivo de manobra e de proteção para circuitos. Ele é capaz de estabelecer, conduzir e interromper correntes em condições normais. Diferente de um fusível, o disjuntor desarma em situações de sobrecarga, podendo ser religado após a correção do incidente. Além disso, ele pode estabelecer e conduzir correntes por tempo especificado e interromper curtos-circuitos.

O disjuntor motor é um dispositivo que assegura o comando e a proteção do motor. É composto de disparadores térmicos e magnéticos que atuam na partida do motor elétrico. O disjuntor motor previne:

A queima por variação de tensão e corrente na rede A elevação de temperatura do motor e dos condutores Sobrecargas

Atenção

O uso do disjuntor associado ao contator possibilita que a ligação do motor seja feita a distância. Nessa associação disjuntor-contator, ambos exercem a função de proteção.

Relé

Os relés são dispositivos eletromecânicos que permitem que dois circuitos elétricos sejam isolados eletricamente e, ainda assim, capazes de interagir um com o outro. Isso é possível graças à estrutura interna dos relés.

É possível observar a composição interna de um relé por meio do diagrama que mostra a sua estrutura. O relé possui uma bobina (indutor) que, ao ser energizada, produz um campo magnético que funciona como um ímã artificial.

Figura 7. Diagrama de um relé.

Esse ímã artificial atrai magneticamente o contato elétrico (que é uma chave metálica), fazendo com que ele mude de posição. Dessa forma, a chave que antes conectava o ponto comum ao contato NF (normalmente fechado) passa a conectar o ponto comum ao contato NA (normalmente aberto), como pode ser visto a seguir.

Figura 8. Diagrama de um relé acionado.

O contato elétrico permanece nessa posição até que a alimentação seja interrompida. Após isso, o contato retorna à posição inicial, sendo puxado pela mola conectada a ele.

Os relés são fundamentais na manobra de cargas elétricas, pois permitem a combinação de lógicas no comando, bem como a separação dos circuitos de potência e comando. Os mais simples constituem-se de uma carcaça com cinco terminais.

Figura 10. Diagrama de um relé térmico.

Relé de falta de fase

O relé de falta de fase é constituído de um componente eletroeletrônico responsável pelo monitoramento da presença ou ausência de alguma fase (tensão positiva da rede elétrica). Caso falte uma fase, o relé não permite que o circuito funcione, evitando que o equipamento opere de maneira inadequada. Alguns modelos de relé também monitoram a presença do neutro, motivo pelo qual são denominados relés de falta de fase e de neutro.

Figura 11. Relé de falta de fase.

Esses dispositivos são utilizados na proteção de equipamentos, principalmente motores, contra avarias que podem acontecer quando submetidos permanentemente a uma alimentação sem alguma das fases. O motor fica conectado na rede por meio de um dos contatos normalmente abertos do relé. Enquanto as três fases estão presentes, o relé permanece ligado e o contato normalmente aberto fica fechado. Quando falta uma das fases, o contato se abre (por ser um contato normalmente aberto) e o motor é desligado.

Relé de sequência de fase

Figura 12. Relé de sequência de fase.

Figura 13. Relé de tensões mínimas e máximas.

Os relés de sequência de fase são utilizados na preservação e proteção de equipamentos elétricos trifásicos que não podem operar quando as fases de alimentação estiverem invertidas.

No caso de um equipamento trifásico com as três fases em sequência, o relé de saída muda seus contatos para a posição fechada, na qual os contatos passam a conduzir. Se duas fases da alimentação forem invertidas, o relé de saída abre seus contatos (posição de repouso). Um exemplo de relé de sequência de fase pode ser visto a seguir.

Saiba mais

Alguns relés de sequência de fase possuem correção automática. Nesses relés, alimenta-se o equipamento com a rede trifásica e um circuito eletrônico identifica se a sequência está correta. Caso esteja, ele habilita o monitoramento por meio de uma de suas saídas e inibe a outra a saída. Caso não esteja na sequência correta, automaticamente o relé comuta as saídas.

Relés de tensões mínimas e máximas

Os relés de tensões mínimas e máximas foram desenvolvidos para a proteção de equipamentos elétricos que podem apresentar falhas caso operem com sua tensão de alimentação acima ou abaixo de seu valor nominal.

Nesses relés, são ajustados os níveis de tensão máxima e mínima da seguinte maneira:

Supervisão da tensão máxima

Quando o equipamento for ligado à rede elétrica, a sua alimentação será comparada com a tensão fornecida pela rede. Enquanto o valor da tensão fornecida pela rede for menor do que o valor ajustado, o relé permanecerá ligado.

Supervisão da tensão mínima

Quando o equipamento for ligado à rede elétrica, a sua alimentação será comparada com a tensão fornecida pela rede. Enquanto o valor da tensão fornecida pela rede for maior do que o valor ajustado, o relé permanecerá ligado.