eletrica, Notas de estudo de Engenharia Elétrica
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Microsoft Word - Apostila Comandos Elétricos.doc

FUMEP – Fundação Municipal de Ensino de Piracicaba

EEP – Escola de Engenharia de Piracicaba

COTIP – Colégio Técnico Industrial de Piracicaba

CURSO DE COMANDOS ELÉTRICOS

Prof. Marcelo Eurípedes da Silva

Piracicaba, 18 de Fevereiro de 2006

Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 2

1) Introdução

Conceitualmente o estudo da eletricidade é divido em três grandes áreas: a geração, a

distribuição e o uso. Dentre elas a disciplina de comandos elétricos está direcionada ao uso desta

energia, assim pressupõe-se aqui que a energia já foi gerada, transportada a altas tensões e

posteriormente reduzida aos valores de consumo, com o uso de transformadores apropriados.

Por definição os comandos elétricos tem por finalidade a manobra de motores elétricos que

são os elementos finais de potência em um circuito automatizado. Entende-se por manobra o

estabelecimento e condução, ou a interrupção de corrente elétrica em condições normais e de

sobre-carga. Os principais tipos de motores são:

• Motor de Indução

• Motor de corrente contínua

• Motores síncronos

• Servomotores

• Motores de Passo

Os Servomotores e Motores de Passo necessitam de um “driver” próprio para o seu

acionamento, tais conceitos fogem do escopo deste curso. Dentre os motores restantes, os que

ainda têm a maior aplicação no âmbito industrial são os motores de indução trifásicos, pois em

comparação com os motores de corrente contínua, de mesma potência, eles tem menor tamanho,

menor peso e exigem menos manutenção. A figura 1.1 mostra um motor de indução trifásico

típico.

Figura 1.1 – Motor de Indução Trifásico

O motor de indução tem características próprias de funcionamento, que são interessantes

ao entendimento dos comandos elétricos e serão vistos em capítulos posteriores.

Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 3

Um dos pontos fundamentais para o entendimento dos comandos elétricos é a noção de

que “os objetivos principais dos elementos em um painel elétrico são: a) proteger o operador e b)

propiciar uma lógica de comando”.

Partindo do princípio da proteção do operador uma seqüência genérica dos elementos

necessários a partida e manobra de motores é mostrada na figura 1.2. Nela podem-se distinguir

os seguintes elementos:

A) Seccionamento: Só pode ser operado sem carga. Usado durante a manutenção e verificação do circuito.

B) Proteção contra correntes de curto-circuito: Destina-se a proteção dos condutores do circuito terminal.

C) Proteção contra correntes de sobrecarga: para proteger as bobinas do enrolamento do motor.

D) Dispositivos de manobra: destinam-se a ligar e desligar o motor de forma segura, ou seja, sem que haja o contato do operador no circuito de potência, onde circula a maior corrente.

Figura 1.2 – Seqüência genérica para o acionamento de um motor

É importante repetir que no estudo de comandos elétricos é importante ter a seqüência

mostrada na figura 1.2 em mente, pois ela consiste na orientação básica para o projeto de

qualquer circuito.

Ainda falando em proteção, as manobras (ou partidas de motores) convencionais, são

dividas em dois tipos, segundo a norma IEC 60947:

Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 4

I. Coordenação do tipo 1: Sem risco para as pessoas e instalações, ou seja, desligamento seguro da corrente de curto-circuito. Porém podem haver danos ao

contator e ao relé de sobrecarga.

II. Coordenação do tipo 2: Sem risco para as pessoas e instalações. Não pode haver danos ao relé de sobrecarga ou em outras partes, com exceção de leve fusão dos

contatos do contator e estes permitam uma fácil separação sem deformações

significativas.

O relé de sobrecarga, os contatores e outros elementos em maiores detalhes nos

capítulos posteriores, bem como a sua aplicação prática em circuitos reais.

Em comandos elétricos trabalhar-se-á bastante com um elemento simples que é o contato.

A partir do mesmo é que se forma toda lógica de um circuito e também é ele quem dá ou não a

condução de corrente. Basicamente existem dois tipos de contatos, listados a seguir:

i. Contato Normalmente Aberto (NA): não há passagem de corrente elétrica na posição de repouso, como pode ser observado na figura 1.3(a). Desta forma a

carga não estará acionada.

ii. Contato Normalmente Fechado (NF): há passagem de corrente elétrica na posição de repouso, como pode ser observado na figura 1.3(b). Desta forma a

carga estará acionada.

Figura 1.3 – Representação dos contatos NA e NF

Os citados contatos podem ser associados para atingir uma determinada finalidade, como

por exemplo, fazer com que uma carga seja acionada somente quando dois deles estiverem

ligados. As principais associações entre contatos são descritas a seguir.

Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 5

1.1) Associação de contatos normalmente abertos

Basicamente existem dois tipos, a associação em série (figura 1.4a) e a associação em

paralelo (1.4b).

Quando se fala em associação de contatos é comum montar uma tabela contendo todas

as combinações possíveis entre os contatos, esta é denominada de “Tabela Verdade”. As tabelas

1.1 e 1.2 referem-se as associações em série e paralelo.

Nota-se que na combinação em série a carga estará acionada somente quando os

dois contatos estiverem acionados e por isso é denominada de “função E”. Já na combinação em

paralelo qualquer um dos contatos ligados aciona a carga e por isso é denominada de “função

OU”.

Figura 1.4 – Associação de contatos NA

Tabela 1.1 – Associação em série de contatos NA

CONTATO E1 CONTATO E2 CARGA

repouso repouso desligada

repouso acionado desligada

acionado repouso desligada

acionado acionado ligada

Tabela 1.2 – Associação em paralelo de contatos NA

CONTATO E1 CONTATO E2 CARGA

repouso repouso desligada

repouso acionado ligada

acionado repouso ligada

acionado acionado ligada

Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 6

1.2) Associação de contatos normalmente fechados

Os contatos NF da mesma forma podem ser associados em série (figura 1.5a) e paralelo

(figura 1.5b), as respectivas tabelas verdade são 1.3 e 1.4.

Nota-se que a tabela 1.3 é exatamente inversa a tabela 1.2 e portanto a associação em

série de contatos NF é denominada “função não OU”. Da mesma forma a associação em paralelo

é chamada de “função não E”.

Figura 1.5 – Associação de contatos NF

Tabela 1.3 – Associação em série de contatos NF

CONTATO E1 CONTATO E2 CARGA

repouso repouso ligada

repouso acionado desligada

acionado repouso desligada

acionado acionado desligada

Tabela 1.4 – Associação em paralelo de contatos NF

CONTATO E1 CONTATO E2 CARGA

repouso repouso ligada

repouso acionado ligada

acionado repouso ligada

acionado acionado desligada

Existem algumas outras combinações entre contatos, mas que não estão incluídas no

escopo deste curso.

Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 7

Nos próximo capítulo serão mostrados alguns dos elementos fundamentais em um painel

elétrico, todos contendo contatos NA e NF. Posteriormente descrever-se-á como estes elementos

podem ser associados para formar uma manobra de cargas.

Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 8

2) Principais elementos em comandos elétricos

Neste capítulo o objetivo é o de conhecer as ferramentas necessárias à montagem de um

painel elétrico. Assim como para trocar uma simples roda de carrro, quando o pneu fura,

necessita-se conhecer as ferramentas próprias, em comandos elétricos, para entender o

funcionamento de um circuito e posteriormente para desenhar o mesmo, necessita-se conhecer

os elementos apropriados. A diferença está no fato de que em grandes painéis existem altas

correntes elétricas que podem levar o operador ou montador a riscos de vida.

Um comentário importante neste ponto é que por via de regra os circuitos de manobra são

divididos em “comando” e “potência”, possibilitando em primeiro lugar a segurança do operador e

em segundo a automação do circuito. Embora não pareça clara esta divisão no presente

momento, ela tornar-se-á comum a medida que o aluno familiariza-se com a disciplina.

2.1) Botoeira ou Botão de comando

Quando se fala em ligar um motor, o primeiro elemento que vem a mente é o de uma

chave para ligá-lo. Só que no caso de comandos elétricos a “chave” que liga os motores é

diferente de uma chave usual, destas que se tem em casa para ligar a luz por exemplo. A

diferença principal está no fato de que ao movimentar a “chave residencial” ela vai para uma

posição e permanece nela, mesmo quando se retira a pressão do dedo. Na “chave industrial” ou

botoeira há o retorno para a posição de repouso através de uma mola, como pode ser observado

na figura 2.1a. O entendimento deste conceito é fundamental para compreender o porque da

existência de um selo no circuito de comando.

Figura 2.1 – (a) Esquema de uma botoeira – (b) Exemplos de botoeiras comerciais

A botoeira faz parte da classe de componentes denominada “elementos de sinais”. Estes

são dispositivos pilotos e nunca são aplicados no acionamento direto de motores.

Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 9

A figura 2.1a mostra o caso de uma botoeira para comutação de 4 pólos. O contato NA

(Normalmente Aberto) pode ser utilizado como botão LIGA e o NF (Normalmente Fechado) como

botão DESLIGA. Esta é uma forma elementar de intertravamento. Note que o retorno é feito de

forma automática através de mola. Existem botoeiras com apenas um contato. Estas últimas

podem ser do tipo NA ou NF.

Ao substituir o botão manual por um rolete, tem-se a chave fim de curso, muito utilizada em

circuitos pneumáticos e hidráulicos. Este é muito utilizado na movimentação de cargas, acionado

no esbarro de um caixote, engradado, ou qualquer outra carga.

Outros tipos de elementos de sinais são os Termostatos, Pressostatos, as Chaves de Nível

e as chaves de fim de curso (que podem ser roletes).

Todos estes elementos exercem uma ação de controle discreta, ou seja, liga / desliga.

Como por exemplo, se a pressão de um sistema atingir um valor máximo, a ação do Pressostato

será o de mover os contatos desligando o sistema. Caso a pressão atinja novamente um valor

mínimo atua-se re-ligando o mesmo.

2.2) Relés

Os relés são os elementos fundamentais de 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. Os terminais (1) e (2)

correspondem a bobina de excitação. O terminal (3) é o de entrada, e os terminais (4) e (5)

correspondem aos contatos normalmente fechado (NF) e normalmente aberto (NA),

respectivamente.

Uma característica importante dos relés, como pode ser observado na figura 2.2a é que a

tensão nos terminais (1) e (2) pode ser 5 Vcc, 12 Vcc ou 24 Vcc, enquanto simultâneamente os

terminais (3), (4) e (5) podem trabalhar com 110 Vca ou 220 Vca. Ou seja não há contato físico entre os terminais de acionamento e os de trabalho. Este conceito permitiu o surgimento de dois

circuitos em um painel elétrico:

i. Circuito de comando: neste encontra-se a interface com o operador da máquina ou dispositvo e portanto trabalha com baixas correntes (até 10 A) e/ou baixas

tensões.

ii. Circuito de Potência: é o circuito onde se encontram as cargas a serem acionadas, tais como motores, resistências de aquecimento, entre outras. Neste

podem circular correntes elétricas da ordem de 10 A ou mais, e atingir tensões de

até 760 V.

Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 10

Figura 2.2 – Diagrama esquemático de um relé

Em um painel de comando, as botoeiras, sinaleiras e controladores diversos ficam no

circuito de comando.

Do conceito de relés pode-se derivar o conceito de contatores, visto no próximo item.

2.3) Contatores

Para fins didáticos pode-se considerar os contatores como relés espandindos pois o

principio de funcionamento é similar. Conceituando de forma mais técnica, o contator é um

elemento eletro-mecânico de comando a distância, com uma única posição de repouso e sem

travamento.

Como pode ser observado na figura 2.3, o contator consiste basicamente de um núcleo

magnético excitado por uma bobina. Uma parte do núcleo magnético é móvel, e é atraído por

forças de ação magnética quando a bobina é percorrida por corrente e cria um fluxo magnético.

Quando não circula corrente pela bobina de excitação essa parte do núcleo é repelida por ação de

molas. Contatos elétricos são distribuídos solidariamente a esta parte móvel do núcleo,

constituindo um conjunto de contatos móveis. Solidário a carcaça do contator existe um conjunto

de contatos fixos. Cada jogo de contatos fixos e móveis podem ser do tipo Normalmente aberto

(NA), ou normalmente fechados (NF).

Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 11

Figura 2.3 – Diagrama esquemático de um contator com 2 terminais NA e um NF

Os contatores podem ser classificados como principais (CW, CWM) ou auxiliares (CAW).

De forma simples pode-se afirmar que os contatores auxiliares tem corrente máxima de 10A e

possuem de 4a 8 contatos, podendo chegar a 12 contatos. Os contatores principais tem corrente

máxima de até 600A. De uma maneira geral possuem 3 contatos principais do tipo NA, para

manobra de cargas trifásicas a 3 fios.

Um fator importante a ser observando no uso dos contatores são as faíscas produzidas

pelo impacto, durante a comutação dos contatos. Isso promove o desgaste natural dos mesmos,

além de consistir em riscos a saúde humana. A intensidade das faíscas pode se agravar em

ambientes úmidos e também com a quantidade de corrente circulando no painel. Dessa forma

foram aplicadas diferentes formas de proteção, resultando em uma classificação destes

elementos. Basicamente existem 4 categorias de emprego de contatores principais:

a. AC1: é aplicada em cargas ôhmicas ou pouco indutivas, como aquecedores e fornos a resistência.

b. AC2: é para acionamento de motores de indução com rotor bobinado. c. AC3: é aplicação de motores com rotor de gaiola em cargas normais como

bombas, ventiladores e compressores.

d. AC4: é para manobras pesadas, como acionar o motor de indução em plena carga, reversão em plena marcha e operação intermitente.

A figura 2.4 mostra o aspecto de um contator comum. Este elemento será mais detalhado

em capítulos posteriores.

Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 12

Figura 2.4 – Foto de contatores comerciais

2.4) Fusíveis

Os fusíveis são elementos bem conhecidos pois se encontram em instalações residenciais,

nos carros, em equipamentos eletrônicos, máquinas, entre outros. Tecnicamente falando estes

são elementos que destinam-se a proteção contra correntes de curto-circuito. Entende-se por esta

última aquela provocada pela falha de montagem do sistema, o que leva a impedância em

determinado ponto a um valor quase nulo, causando assim um acréscimo significativo no valor da

corrente.

Sua atuação deve-se a a fusão de um elemento pelo efeito Joule, provocado pela súbita

elevação de corrente em determinado circuito. O elemento fusível tem propriedades físicas tais

que o seu ponto de fusão é inferior ao ponto de fusão do cobre. Este último é o material mais

utilizado em condutores de aplicação geral.

2.5) Disjuntores

Os disjuntores também estão presentes em algumas instalações residenciais, embora

sejam menos comuns do que os fusíveis. Sua aplicação determinadas vezes interfere com a

aplicação dos fusíveis, pois são elementos que também destinam-se a proteção do circuito contra

correntes de curto-circuito. Em alguns casos, quando há o elemento térmico os disjuntores

também podem se destinar a proteção contra correntes de sobrecarga. A corrente de sobrecarga pode ser causada por uma súbita elevação na carga mecânica,

ou mesmo pela operação do motor em determinados ambientes fabris, onde a temperatura é

elevada.

A vantagem dos disjuntores é que permitem a re-ligação do sistema após a ocorrência da

elevação da corrente, enquanto os fusíveis devem ser substituídos antes de uma nova operação.

Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 13

Para a proteção contra a sobrecarga existe um elemento térmico (bi-metálico). Para a

proteção contra curto-circuito existe um elemento magnético.

O disjuntor precisa ser caracterizado, além dos valores nominais de tensão, corrente e

freqüência, ainda pela sua capacidade de interrupção, e pelas demais indicações de temperatura

e altitude segundo a respectiva norma, e agrupamento de disjuntores, segundo informações do

fabricante, e outros, que podem influir no seu dimensionamento.

A figura 2.5 mostra o aspecto físico dos disjuntores comerciais.

Figura 2.5 – Aspecto dos disjuntores de três e quatro pólos

2.6) Relé Térmico ou de Sobrecarga

Antigamente a proteção contra corrente de sobrecarga era feita por um elemento separado

denominado de relé térmico. Este elemento é composto por uma junta bimetálica que se dilatava

na presença de uma corrente acima da nominal por um período de tempo longo. Atualmente os

disjuntores englobam esta função e sendo assim os relés de sobrecarga caíram em desuso.

2.7) Simbologia gráfica

Até o presente momento mostrou-se a presença de diversos elementos constituintes de

um painel elétrico. Em um comando, para saber como estes elementos são ligados entre si é

necessário consultar um desenho chamado de esquema elétrico. No desenho elétrico cada um

dos elementos é representado através de um símbolo. A simbologia é padronizada através das

normas NBR, DIN e IEC. Na tabela 2.1 apresenta-se alguns símbolos referentes aos elementos

estudados nos parágrafos anteriores.

Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 14

Tabela 2.1 – Simbologia em comandos elétricos

SÍMBOLO DESCRIÇÃO SÍMBOLO DESCRIÇÃO

Botoeira NA Botoeira NF

Botoeira NA com retorno por mola

Botoeira NF com retorno por mola

Contatos tripolares NA, ex: contator de

potência

Fusível

Acionamento eletromagnético, ex: bobina do contator

Contato normalmente aberto (NA)

Relé térmico Contato normalmente fechado (NF)

Disjuntor com elementos térmicos e magnéticos, proteção contra correntes de curto e sobrecarga

Acionamento temporizado na

ligação

Disjuntor com elemento magnético, proteção contra corrente de

curto-circuito

Lâmpada / Sinalização

Transformador trifásico Motor Trifásico

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3) Laboratório: Partida direta de Motores

Objetivo: A primeira combinação entre os elementos de comando estudados é a partida direta de um motor, mostrada na figura 3.1 abaixo. O objetivo é o de montar esta partida no laboratório,

observando as dificuldades e a lógica de funcionamento, bem como apresentar o conceito de selo.

Figura 3.1 – Circuitos de comando e potência para uma partida direta de motores

Componentes: 1 Disjuntor tripolar (Q1), 1 disjuntor bipolar (Q2), 1 relé térmico (F2), 1 contator (K1), 1 botoeira NF (S0), 01 botoeira NA (S1), 1 Motor trifásico (M1).

Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 16

4) Laboratório: Partida direta de Motores com sinalização

Objetivo: Neste laboratório o objetivo é o de consolidar os conceitos introduzindo os elementos de sinalização no comando.

Figura 4.1 – Circuitos de comando e potência para uma partida direta de motores com sinalização

Componentes: 1 Disjuntor tripolar (Q1), 1 disjuntor bipolar (Q2), 1 relé térmico (F2), 1 contator (K1), 1 botoeira NF (S0), 1 botoeira NA (S1), 1 Motor trifásico (M1), 1 lâmpada verde (H1), 1

lâmpada amarela (H2), 1 lâmpada vermelha (H3).

Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 17

5) Laboratório: Partida de Motores com reversão

Objetivo: Acionar, de forma automática, um motor com reversão do sentido de rotação, mostrando algumas similaridades com a partida direta. Introduzir o conceito de “intertravamento”.

Figura 5.1 – Circuitos de comando e potência para uma partida com reversão

Componentes: 1 Disjuntor tripolar (Q1), 1 disjuntor bipolar (Q2), 1 relé térmico (F2), 2 contatores (K1 eK2), 1 botoeira NF (S0), 2 botoeiras NA (S1 e S2), 1 Motor trifásico (M1).

Exercício: Desenhar e montar o circuito da sinalização da seguinte maneira: lâmpada verde indica

motor girando no sentido horário, lâmpada amarela no sentido anti-horário e lâmpada vermelha

atuação do relé de sobrecarga.

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6) Conceitos básicos em manobras de motores

Para ler e compreeender a representação gráfica de um circuito elétrico, é imprescindível

conhecer os componentes básicos dos comandos e também sua finalidade. Alguns destes

elementos são descritos a seguir.

A) Selo

O contato de selo é sempre ligado em paralelo com o contato de

fechamento da botoeira. Sua finalidade é de manter a corrente

circulando pelo contator, mesmo após o operador ter retirado o dedo

da botoeira.

B) Selo com dois contatos

Para obter segurança no sistema, pode-se utilizar dois contatos

de selo.

C) Intertravamento

Em algumas manobras, onde existem 2 ou mais contatores, para

evitar curtos é indesejável o funcionamento simultâneo de dois

contatores. Utiliza-se assim o intertravamento. Neste caso os

contatos devem ficar antes da alimentação da bobina dos

contatores.

Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 19

E) Circuito paralelo ao intertravamento

No caso de um intertravamento entre contatos, o contato auxiliar de selo,

não deve criar um circuito paralelo ao intertravamento, caso este onde o

efeito de segurança seria perdido.

F) Intertravamento com dois contatos

Dois contatos de intertravamento, ligados em série, elevam a segurança do

sistema. Estes devem ser usados quando acionando altas cargas com altas

correntes.

G) Ligamento condicionado

Um contato NA do contator K2, antes do contator K1, significa que K1

pode ser operado apenas quando K2 estiver fechado. Assim

condiciona-se o funcionamento do contator K1 ao contator K2.

Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 20

F) Proteção do sistema

Os relés de proteção contra sobrecarga e as botoeiras de desligamento devem

estar sempre em série.

G) Intertravamento com botoeiras

O intertravamento, também pode ser feito através de botoeiras. Neste

caso, para facilidade de representação, recomenda-se que uma das

botoeiras venha indicada com seus contatos invertidos. Não se

recomenda este tipo de ação em motores com cargas pesadas.

H) Esquema Multifiliar

Nesta representação todos os componentes são representados. Os aparelhos são

mostrados de acordo com sua seqüência de instalação, obedecendo a construção física dos

mesmos. Não são indicados nos circuitos de circulação de corrente. A posição dos contatos é feita

com o sistema desligado (sem tensão). A disposição dos aparelhos pode ser qualquer uma, com a

vantagem de que eles são facilmente reconhecidos, sendo reunidos por trações de contorno, se

necessário.

Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 21

I) Esquema Funcional

Nesta representação também todos os condutores estão

representados. Não é levada em conta a posição construtiva e a

conexão mecânica entre as partes. O sistema é subdividido de

acordo com os circuitos de correntes existentes. Estes circuitos

devem ser representados sempre que possível, por linhas retas,

livres de cruzamentos.

A posição dos contatos é desenhada com o sistema

desligado (sem tensão).

A vantagem consiste no fato de que se torna fácil ler os

esquemas e respectivas funções, assim este tipo de

representação é o que será adotado neste curso.

J) Recomendações de tensão

Certas normas, como por exemplo a VDE, recomendam que os circuitos de comando

sejam alimentados com tensão máxima de 220 V, admitindo-se excepcionalmente 500 V no caso

de acionamento de motor. Neste último recomenda-se a existência de apenas 1 contator.

Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 22

7) Exercícios gerais

7.1) Descreva quais e quantos componentes são necessários a manobra de dois motores.

Um deve ter partida direta e o outro partida com reversão. Descreva qual a função de

cada elemento dentro do circuito.

7.2) Desenhe o acionamento da bobina de um contator K1 através de duas botoneiras

ligadas em: a) série; b) paralelo.

7.3) Explique o funcionamento do circuito abaixo. Quais as conseqüências de

funcionamento resultariam se o contato de selo K1 fosse ligado entre o NF K2 e a

bobina do contator K1? O intertravamento apresentado é suficiente?

Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 23

7.4) Desenhe um circuito de comando para acionar um motor de indução trifásico, ligado

em 220 V, de forma que o operador tenha que utilizar as duas mãos para realizar o

acionamento.

7.5) Desenhe um circuito de comando para um motor de indução trifásico de forma que o

operador possa realizar o ligamento por dois pontos independentes. Para evitar

problemas com sobrecarga deve-se utilizar um relé térmico.

7.6) Explique o funcionamento dos circuitos abaixo.

A) B)

Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 24

Orientações:

Letra A Tente observar o que acontece quando se liga K1 primeiro que K2 e vice-versa.

Letra B K1 pode ser ligado antes de K2? Se sim qual chave desliga K1? Cosnegue-

se ligar K2 após K1? Qual chave deve ser utilizada para desligar K1 após o ligamento de

K2? O contator K2 pode ser desligado de forma independente?

7.7) Desenhe o circuito de comando para dois motores de forma que o primeiro pode

ser ligado de forma independente e o segundo pode ser ligado apenas se o

primeiro estiver ligado.

7.8) Desafio: Faça um comando para manobrar dois motores de modo que o primeiro pode ser ligado de forma independente. O segundo pode ser ligado apenas

quando o primeiro for ligado, mas pode se manter ligado mesmo quando se

desliga o primeiro motor.

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8) Simbologia numérica e literal

Assim como cada elemento em um comando tem o seu símbolo gráfico específico,

também a numeração dos contatos e denominação literal dos mesmos tem um padrão que

deve ser seguido. Neste capítulo serão apresentados alguns detalhes, para maiores

informações deve-se consultar a norma NBR 5280 ou a IEC 113.2.

A numeração dos contatos que representam terminais de força é feita da seguinte

maneira:

• 1, 3 e 5 Circuito de entrada (linha)

• 2, 4 e 6 Circuito de saída (terminal)

Já a numeração dos contatos auxiliares segue o seguinte padrão:

• 1 e 2 Contato normalmente fechado (NF), sendo 1 a entrada e 2 a saída

• 3 e 4 Contato normalmente aberto (NA), sendo 3 a entrada e 4 a saída

Nos relés e contatores tem-se A1 e A2 para os terminais da bobina.

Os contatos auxiliares de um contator seguem um tipo especial de numeração pois o

número é composto por dois dígitos, sendo:

• Primeiro dígito: indica o número do contato

• Segundo dígito: indica se o contato é do tipo NF (1 e 2) ou NA (3 e 4)

Exemplo 1: Numeração de um contator de potência com dois contatos auxiliares 1 NF e 1

NA.

Comados Elétricos – MES – 18/02/2006 26

Figura 8.1 – Numeração de contos de um contator de potência

Exemplo 2: Numeração de um contator de auxiliar com 4 contatos NA e 2 contatos NF

Figura 8.3 – Numeração de contatores auxiliares

Com relação a simbologia literal, alguns exemplos são apresentados na tabela 8.1 a

seguir.

Tabela 8.1 – Símbolos literais segundo NBR 5280

Símbolo Componente Exemplos

F Dispositivos de proteção Fusíveis, pára-raios, disparadores, relés

H Dispositivos de sinalização Indicadores acústicos e ópticos

K Contatores Contatores de potência e auxiliares

M Motores

Q Dispositivos de manobra para circuitos de potência

Disjuntores, seccionadores, interruptores

S Dispositivos de manobra, seletores auxiliares

Dispositivos e botões de comando e de posição (fim-de- curso) e seletores

T Transformadores Transformadores de distribuição, de potência, de potencial, de corrente, autotransformadores

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Exercícios:

Numere os contatores a seguir:

A) Contator de potência

B) Contator auxiliar

9) Características dos motores de indução importantes aos comandos elétricos

Neste curso trabalha-se com os motores de indução trifásicos do tipo gaiola de

esquilo por serem os mais comuns na indústria. Este nome é dado devido ao formato do seu

rotor. Um estudo completo sobre este elemento é tema de um curso de máquinas elétricas,

apesar disso algumas características são interessantes ao estudo dos comandos ellétricos.

Basicamente os motores do tipo gaiola são compostos por dois subconjuntos:

Estator: com enrolamento montado na carcaça do motor, fornecendo o campo girante

Rotor: enrolamento constituído por barras curto-circuitadas, a sua corrente é induzida pela ação do campo girante, provocando uma rotação do rotor e o

fornecimento de energia mecânica ao eixo do motor.

Quando o motor é energizado, ele funciona como um transformador com o

secundário em curto-circuito, portanto exige da rede elétrica uma corrente muito maior que a

nominal, podendo atingir cerca de 7 vezes o valor da mesma.

As altas correntes de partida causam inconvenientes pois exigem um

dimensionamento de cabos com diâmetros bem maiores do que o necessário. Além disso

podem haver quedas momentâneas do fator de potência , que é monitorado pela

concessionária de energia elétrica, causando multas a indústria.

Para evitar estas altas correntes na partida, existem algumas estratégias em

comandos. Uma delas é alimentar o motor com 50% ou 65% da tensão nominal, é o caso da

partida estrela-triângulo, que será vista neste curso. Outras estratégias são:

• Resistores ou indutores em série;

• Transformadores ou auto-transformadores;

• Chaves série-paralelo;

• Chaves compensadoras, etc.

Comandos Elétricos – MES – Revisão 05/08/2005 29

Os motores de indução podem ser comprados com 6 pontas e 12 pontas. No caso do

motor de 6 pontas existem dois tipos de ligação:

Triângulo: a tensão nominal é de 220 V (ver figura 9.1a)

Estrela: a tensão nominal é de 380 V (ver figura 9.1b)

Figura 9.1 – Ligações estrela e triângulo de um motor 6 pontas

No caso do motor de 12 pontas, existem quatro tipos possíveis de ligação:

• Triângulo em paralelo: a tensão nominal é 220 V (ver figura 9.2a)

• Estrela em paralelo: a tensão nominal é 380 V (ver figura 9.2b)

• Triângulo em série: a tensão nominal é 440 V (ver figura 9.2c)

• Estrela em série: a tensão nominal é 760 V (ver figura 9.2d)

Nota-se que nas figuras são mostradas as quantidades de bobinas constituintes de

cada motor. Assim um motor de 6 pontas tem 3 bobinas e um de 12 pontas tem 6 bobinas.

Como cada bobina tem 2 pontas, a explicado o nome é explicita.

A união dos contatos segue uma determinada ordem padrão. Existe uma regra

prática para fazê-lo: numera-se sempre os terminais de fora com 1, 2 e 3 e liga-se os

terminais faltantes. No caso do motor de 12 pontas deve-se ainda associar o série paralelo

com as bobinas correspondentes, como por exemplo (1-4 com 7-10).

Deixa-se a cargo do aluno, a título de exercício a identificação dos terminais na

ligação estrela em série.

Comandos Elétricos – MES – Revisão 05/08/2005 30

Figura 9.2 – Ligações estrela – triângulo em um motor de 12 pontas

Uma última característica importante do motor de indução a ser citada é a sua placa

de identificação, que traz informações importantes, listadas a seguir:

CV: Potência mecânica do motor em cv

Ip/In: Relação entre as correntes de partida e nominal;

Hz: Freqüência da tensão de operação do motor;

RPM: Velocidade do motor na freqüência nominal de operação

V: Tensão de alimentação

A: Corrente requerida pelo motor em condições nominais de operação

F.S.: Fator de serviço, quando o fator de serviço é igual a 1,0, isto implica que

o motor pode disponibilizar 100% de sua potência mecânica.

Comandos Elétricos – MES – Revisão 05/08/2005 31

10) Laboratório: partida estrela-triângulo (Υ/)

Objetivo: Demonstrar uma das importantes estratégias para evitar altos picos de corrente durante a partida de um motor de indução trifásico.

10.1) Circuito de potência

Comandos Elétricos – MES – Revisão 05/08/2005 32

10.2) Circuito de comando

10.3) Material utilizado

1 Disjuntor tripolar (Q1), 1 disjuntor bipolar (Q2), 3 contatores (K1, K2 e K3), 1 relé térmico

(F1), 1 botoeira (NF), 1 botoeira (NA), 1 relé temporizador (K6).

Comandos Elétricos – MES – Revisão 05/08/2005 33

11) Laboratório: Comando de prensa com temporizador

Objetivo: Conhecer uma das estratégias para segurança em prensas, evitando que o operador inutilize uma das botoeiras, trabalhando somente com a outra.

11.1) Circuito de comando

Os contatores K1 e K2 são auxiliares. O contator de potência, onde será ligado o

motor da prensa é o contator K3. K4 é um temporizador.

11.2) Exercícios:

A) Desenhar e montar o circuito de potência para este comando

B) Explicar com suas palavras o funcionamento do circuito

C) Desenhar e montar a sinalização para este comando

Comandos Elétricos – MES – Revisão 05/08/2005 34

12) Laboratório: Comando de prensa com seqüência de acionamento

Objetivo: Conhecer uma outra estratégia no comando de prensas, para evitar também que o operador inutilize uma das botoeiras de comando.

12.1) Circuito de comando

12.3) Cometários

K1 Contator de potência

K2 e K3 Contatores auxiliares

12.2) Exercícios:

A) Desenhar e montar o circuito de potência para este comando

B) Explicar com suas palavras o funcionamento do circuito

C) Desenhar e montar a sinalização para este comando

Comandos Elétricos – MES – Revisão 05/08/2005 35

13) Exercícios complementares

13.1) Faça o comando para acionar uma eletro-válvula hidráulica de 4/2 vias que aciona um

cilindro de dupla ação de modo que o retorno seja automático.

13.2) Faça o comando para acionar uma resistência de aquecimento, de modo que após o

operador pressionar a botoeira, a resistência permaneça 10 min ligada, desligando após

este tempo.

13.3) Faça o comando para uma partida com reversão de modo que ao pressionar a

botoeira para reverter a velocidade de rotação haja um tempo de 15s para que o motor

efetue a reversão.

13.4) Desenhe os contatos referentes as ligações de 380V e 440V para um motor de 12

pontas, utilizando a regra prática.

Comandos Elétricos – MES – Revisão 05/08/2005 36

14) Proteção contra Sobrecorrentes

Conforme dito anteriormente uma sobrecorrente é aquela cujo valor excede o valor

nominal de operação do circuito. Ela pode ser causada por dois fatores:

Curto-circuito: quando não existe uma resistência (ou impedância)

significativa entre duas fases com diferenças de potencial. Neste caso a

sobrecorrente excede em muito a corrente nominal.

Sobrecarga: não existe falha elétrica, mas um aumento da carga. Excede em

algumas vezes o valor nominal e o seu efeito é nocivo após o funcionamento

do circuito por um tempo longo, causando deterioração do material isolante

dos cabos.

A proteção contra sobrecarga é feita através de um elemento bimetálico, como

mostra a figura 14.1. Quando se aumenta a corrente por efeito físico de dissipação da

energia (efeito Joule) a junta bimetálica se deforma abrindo os contatos de passagem da

corrente elétrica. Este elemento pode ser comprado de forma separada, como no caso do

relé térmico, ou modernamente, vem acoplado nos disjuntores, permitindo economia de

espaço.

Figura 14.1 – Elemento bimetálico de um disjuntor termo-magnético

Comandos Elétricos – MES – Revisão 05/08/2005 37

A proteção contra o curto-circuito é feita através de um elemento magnético, que

nada mais é do que uma bobina. A variação brusca da corrente cria um campo magnético

que puxa o contato para baixo, abrindo o contato móvel, como pode ser visualizado na

figura 14.2, de forma esquemática.

Figura 14.2 – Elemento magnético de um disjuntor termo-magnético

Ao selecionar um disjuntor, algumas características técnicas são importantes, tais

como:

i. Corrente nominal (In): valor de corrente eficaz que o disjuntor deve conduzir

indefinidamente, sem a elevação da temperatura acima dos limites

especificados.

ii. Tensão nominal (Un): o valor da tensão deve ser igual ou superior a do

circuito onde o disjuntor está instalado

iii. Capacidade de interrupção (Icn): valor máximo da corrente que o disjuntor

pode interromper. Este valor deve ser igual a corrente presumida de curto

circuito no ponto de instalação do disjuntor.

iv. Curvas de disparo: Indicam o tempo que o disjuntor leva para interromper a

corrente quando esta ultrapassa o valor da nominal. Um exemplo é mostrado

na figura 14.3, note que quanto maior a corrente menor o tempo para a

interrupção.

Comandos Elétricos – MES – Revisão 05/08/2005 38

Figura 14.3 – Exemplo da curva de disparo para um disjuntor

v. Norma técnica: Indica a norma na qual o disjuntor foi projetado, as principais

são NBR5361, NBR IEC 60898, NBR IEC 60947-2.

vi. Número de pólos: os mais comuns são 1, 2 e 3 pólos.

Comandos Elétricos – MES – Revisão 05/08/2005 39

15) Referências Bibliográficas

Filho, Guilherme Filippo; “Motor de Indução”; Editora Érica; São Paulo; 2000.

Arnold, Robert, Stehr, Wilhelm; “Máquinas Elétricas – Volume 1”; Editora E.P.U; São Paulo;

1976

Manuais e Catálogos dos Fabricantes

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