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eletroeletrônica para mecânica

1. Para fios de mesmo comprimento L a diminui o da se o transversal S resulta no aumento na resist ncia R Com isso Ohm concluiu que a resist ncia tamb m depende do material de que feito o fio e definiu a equa o 1 8 que ficou conhecida como 22 lei de Ohm L R po OB em que L comprimento do fio em m S se o transversal do fio em m p resistividade do material em Q m C digo de cores de resistores Os resistores s o componentes fabricados com valores padronizados O va lor da resist ncia do resistor pode vir carimbado em sua superf cie ou ser estampado em forma de an is coloridos cujo c digo de cores pode ser visto na tabela da figura 1 7 No exemplo dado temos o valor dos dois primeiros d gitos 15 an is marrom e verde O terceiro anel marrom multiplica o valor por 10 O quarto anel prata indica que a toler ncia varia o no valor nominal do resistor de 10 Assim ficamos com um valor de resist ncia de 150 15 Q Esse resistor pode ser fabricado com um valor m nimo de 135 Q at um m ximo de 165 Q MARROM E E VERMELHO 2 2 X S LARANJA 3 J 3 xX AMARELO 4 a Moo o ms 8 a AZUL KOUTE CTE BRANCO 9 9 PRATA oo d X0 01 OURO a masa 3 Associa o de resistores Sempre que n o se encontra no mercado um resistor de valor desejado ne cess rio realizar uma associa o de resistores Tal associa o muito comum e
2. dado o nome de efeito Joule 4 2 Conven o de sinais Neste ponto necess rio lembrar se de uma importante conven o Em um bipolo gerador de energia el trica a corrente el trica convencional sai do polo positivo potencial maior enquanto em um bipolo receptor de energia el trica a corrente entra pelo polo positivo Adota se tamb m que a energia pot ncia fornecida pelo bipolo gerador a mesma recebida dissipada pelo bipolo receptor CAP TULO Figura 1 21 Tamanho do resistor pot ncia el trica e dissipador de calor alum nio 4 3 Rendimento energ tico Nenhum processo de convers o de energia energia el trica em energia lumino sa por exemplo tem 100 de efici ncia Isto nem toda a energia que chega a um dispositivo ou sistema transformada na energia desejada A efici ncia ou rendimento energ tico n de um sistema expresso em porcentagem e dado pela equa o 1 17 E n sa 100 1 17 entrada importante lembrar que dispositivos como um motor por exemplo dissipam apenas parte da pot ncia consumida sob a forma de calor Diz se que o rendi mento N de um motor a porcentagem da energia el trica consumida equa o 1 18 e portanto da pot ncia transformada em energia mec nica P P n 100 100 1 18 entrada el t Exemplo Um motor el trico percorrido por uma corrente de 5 A quando ligado em 220 V Sabendo que o rendimento M do
3. ecanica L ao tecn Habilita Eletroeletr nica para Mec nica 2 GOVERNO DE Crnrro Paula Souza NES O PAULO 2 M GOVERNO DE Centro Pauta Souza NNES O PAULO Mec nica Volume 3 Ito FUNDA O PADRE NCHIETA GOVERNO DE Centro Pauta Souza NNES O PAULO Mec nica Eletroeletr nica para mec nica Egmar Accetto VYarney Fernando Testa autores Vera Regina Gomes Luduvice Antunes coautora FUNDA O PADRE NCHIETA 201 FUNDA O PADRE NCHIETA Presid ncia Jo o Sayad Vice presid ncia Ronaldo Bianchi Fernando Vieira de Mello DIRETORIA DE PROJETOS EDUCACIONAIS Dire o Fernando Jos de Almeida Ger ncia Monica Gardelli Franco J lio Moreno Coordena o T cnica Maria Luiza Guedes Equipe de autoria Centro Paula Souza Coordena o geral Ivone Marchi Lainetti Ramos Coordena o da s rie Mec nica Meire Satiko Fukusawa Yokota Autores Egmar Accetto VVarney Fernando Testa Coautora Vera Regina Gomes Luduvice Antunes Revis o t cnica Marcos Paulo Marin Plez Equipe de Edi o Coordena o geral Carlos Tabosa Seabra Rog rio Eduardo Alves Coordena o editorial Luiz Marin Edi o de texto Miguel Angelo Facchini Secret rio editorial Antonio Mello Revisora Maria Carolina de Araujo Dire o de arte Bbox Design Diagrama o LCT Tecnologia Ilustra es Luiz Fernando Martini Pesquisa iconogr fica Co
4. PaTIVA Ve E l COS 1 23 em que Vp m dulo da tens o entre fase e neutro l m dulo da corrente por fase na carga ngulo de defasagem entre a tens o e a corrente Sistema estrela Y Em um sistema trif sico com gerador e carga ligados em estrela com neutro podemos considerar a carga trif sica como tr s cargas monof sicas balanceadas iguais em m dulo e defasadas pelo mesmo ngulo duas a duas Quando se tra ta de pot ncia h uma rela o direta entre pot ncia dissipada e energia consu mida pela carga Desse modo como as pot ncias ativas em cada fase s o iguais ent o a pot ncia ativa total a soma das pot ncias ativas nas fases ou seja se a carga monof sica consome uma pot ncia a carga trif sica consumir tr s vezes o valor da pot ncia da carga monof sica Parva 3 VE cos 1 27 para a carga trif sica em estrela Lembrando ainda que para a liga o em estrela ev L 1 28 3 em que V m dulo da tens o entre fases Podemos escrever a equa o 1 28 da pot ncia consumida de outra forma V Ei 3 A J3 i l i CoS 1 29 ou seja Pas J3 MI cosq 1 30 para a carga trif sica em estrela Sistema delta ou tri ngulo A Como foi visto para a carga trif sica a pot ncia ativa calculada pela equa o Parva 3 VE cosq 1 27 CAP TULO MEC NICA 3 Para os terminais do gerador e da carga est o ligados em tri n
5. Vas Vec Voa tens o de linha V Figura 1 63 la 3 I 30 log 31 150 lc 31 90 O diagrama fasorial de um sistema trif sico representa as rela es no tempo das fases e n o rela es espaciais do circuito Na figura 1 61 vemos o diagrama faso rial com as tens es de fase e de linha em rela o ao neutro figura 1 62 mostra o esquema de um gerador em estrela e carga em tri ngulo MEC NICA 3 Tabela 1 3 Tabela resumo de tens es e correntes de um sistema trif sico equilibrado Abaixo apresentada a tabela 1 3 comparativa de tens es e correntes de um sistema trif sico equilibrado Fonte Ma E BO E Cf Cana Goo Ga OE N Eras Fonte Mess BRO Ls ACESO YAA Carga VT parC Exemplo Suponha um sistema trif sico equilibrado com tens o eficaz de 120 V e carga com imped ncias Z 30 35 0 Calcule as correntes de linha Solu o lag do 4 45 A E de 4 1550A la 0a 1202 2000 47 2750 Z 30735 l le la 42 35 4 275 3 277 j2 294 0 349 j3 985 2 298 j6 279 6 9282 65 A k ke l 42 155 42 35 3 625 1 690 3 277 j2 294 6 902 j0 604 6 9282 175 A l la he 42 275 4 155 0 349 3 985 3 625 j1 690 3 974 j5 675 6 9282 55 A 1 74 Pot ncia em sistemas trif sicos Como estudado anteriormente a pot ncia ativa dissipada em uma carga mono f sica definida como
6. 55 Q 10 15 10 27 15 27 Ros CC o 82 5Q 3 K 2 2 Transformar o circuito abaixo figura 1 19 de tri ngulo para estrela Para a transforma o de estrela para tri ngulo e de tri ngulo para estrela de vem se aplicar as equa es da tabela 1 1 Figura 1 19 Transforma o da liga o Tabela 1 1 tri ngulo para estrela 1 ep Estrel i ngulo Y A Tri ngul la A Y RR a T strela para tri ngulo Y A ri ngulo para estrela A Y R RR Rg RR RR R Es Ros i R ARPER o Rio o ABR DEN RE BENS o ge ta 13 R Rip Ri Ro R o RR RR RR R o RER 3 27 e E R Rg Ra R MEC NICA 3 Figura 1 20 Processo de simplifica o de circuito a circuito original b transformando o tri ngulo de n s 2 3 em estrela Figura 1 20 Processo de simplifica o do circuito Solu o Aplicando as f rmulas da transforma o tri ngulo para estrela obtemos 15 10 2 88 Q 15 10 27 so 7 790 15 10 27 35 10 27 5 190 15 10 27 3 Determinar a resist ncia equivalente entre os pontos A e B do circuito da figura 1 20a Solu o Etapa 1 Transformando de tri ngulo para estrela os resistores entre os n s 1 2 e 3 da figura 1 20a obtemos o circuito da figura 1 20b Etapa 2 Associam se em s rie os resistores do ramo que cont m os n s X 2 e 4 e o ramo dos n s X 3 e 4 da figura 1 20b obtendo a figura 1 20c A 10 1 3 A do X B 3 7 B 4 Et
7. Com isso poss vel entrar no segundo n vel de par metros e alterar a frequ ncia m xima LSP V HSP DATA 60 O ENT Se agora for acionada novamente a chave LI1 o motor chegar rota o m xima correspondente frequ ncia de 60 Hz ap s 5 8 s Importante notar que antes de usar a frequ ncia m xima deve se assegurar que o motor e a carga estejam pre parados para isso Com um motor especial a frequ ncia m xima desse inversor pode ser regulada at 320 Hz e Inversor VEGA LE 100 da Santerno a Esquema de liga es externas na figura 2 77 mostrado o esquema b sico de liga es para o inversor da Santerno e seu conjunto teclado display frontal em que os LEDs Set Run Fwd e Rev indicam respectivamente sele o funciona mento giro frente e giro reverso do motor CAP TULO 2 MEC NICA 3 A tecla FUNC usada para escolher o par metro fun o RUN para acionar o inversor STOP RESET para parada recupera o de defeito A V UP DOWN para mudar de par metro ou aumentar diminuir o valor do par metro e No esquema de liga es os c rculos cheios e vazios o indicam conex es Figura 2 77 do circuito principal de controle O potenci metro conectado s entradas Esquema b sico de anal gicas Vr Vi Cy e controla a velocidade de rota o do motor Como liga es do inversor VEGA no inversor anterior basta entrar com tens o monof sica O inversor produz a a tens o trif si
8. Observa se que o valor num rico em J muito maior que seu correspondente em kWh Portanto torna se mais pr tico para as concession rias de energia el trica trabalhar com o kWh 4 Pot ncia em resistores comerciais Muitos dispositivos como o caso dos resistores dissipam em parte ou total mente a pot ncia consumida na forma de energia t rmica Em um chuveiro o calor trocado com a gua Nos componentes eletr nicos a troca se d em geral com o ar Assim quanto maior a pot ncia dissipada maior a rea externa do componente sendo necess rio por vezes o uso de dissipadores de calor A figura 1 21 mostra o encapsulamento de resistores empregados em circuitos eletroeletr nicos 2 W O efeito Joule Ao falar de resist ncia el trica se o 1 1 3 foi comentado que com a pas sagem da corrente el trica os el trons em seu trajeto chocam se com os tomos da estrutura do condutor Isso aumenta a agita o dos tomos e consequentemente a temperatura do condutor resistor Assim o resistor tem como principal caracter stica transformar toda a energia el trica rece bida em energia t rmica calor Ao falar de pot ncia se o 1 4 1 figura 1 21 tamb m foi visto que quanto maior a pot ncia dissipada maior deve ser o tamanho do resistor dispositivo para evitar danos a ele por temperatura excessiva A esse fen meno do aquecimento do dispositivo pela passagem da corrente el trica
9. es e Quando o motor acoplado carga por uma caixa redutora ocorre uma significativa redu o da in rcia referida ao eixo do motor e Os coeficientes de atrito viscoso e de ventila o s o fortemente reduzidos A presen a de uma redu o da velocidade permite o acionamento da carga de forma mais suave que o acoplamento direto com a carga acoplada diretamente ao eixo do motor O uso da redu o necess rio para compatibilizar as ca racter sticas de rota o e torque do motor com as caracter sticas da carga Em compara o com o acoplamento direto a desvantagem consiste na perda de rendimento por causa das perdas na redu o 2 6 2 Tempo de rotor bloqueado e temperatura limite No tempo em que o motor percorrido por sua corrente de partida o rotor estando bloqueado ocasiona um aumento de temperatura Essa temperatura chamada temperatura limite define as classes de isola o das m quinas el tricas A temperatura m xima de cada classe mostrada na tabela 2 5 A 105 E 120 B 130 F 155 H 180 Por norma os motores usados para aplica o normal s o instalados em tempe raturas ambientes m ximas de 40 C Acima disso as condi es de trabalho s o consideradas especiais As classes B F e H s o as mais comuns para motores de aplica o normal 2 6 3 Tempo de acelera o ta o tempo despendido pelo motor para tirar a carga da in rcia isto da veloci dade zero at a velocidade normal E
10. md o fluxo fict cio das cargas positivas corrente convencional Bateria 1 ampere representa o fluxo de 1 coulomb C de cargas el tricas atrav s da se o transversal do material condutor durante 1 segundo s Portanto 1A 1C 1s A corrente el trica definida como a quantidade de cargas Q medida em cou lombs que atravessa uma se o do material fio durante certo tempo At medido em segundos A unidade de medida de corrente el trica no SI o ampere A Podemos calcular a corrente pela equa o 1 3 2 A 1 3 Se aplicarmos uma tens o eletrica ddp de 1V volt entre os terminais de um material resistor hmico e a corrente que o atravessar for de 1 A ampere dizemos que o material possui resist ncia de 1 ohm Q 1 1 3 Resist ncia el trica A grandeza resist ncia el trica R de um condutor definida como a dificul dade ou oposi o que o material imp e passagem da corrente el trica Essa resist ncia medida em ohms O CAP TULO Sabe se que o movimento dos el trons diferente no v cuo e no interior de um condutor Quando aplicada uma ddp aos terminais de um condutor os el trons aceleram em dire o ao polo positivo mas durante seu trajeto e levando em conta a constitui o do material quanto organiza o at mica chocam se com os tomos sofrendo desvios Assim explica se o aparecimento da resist n cia el trica em um m
11. 0 CUr A e Figura 2 79 3 Para visualizar e controlar um defeito em andamento usa se a sequ ncia da O di a Visualiza o de defeito figura 2 79 em andamento Frequ ncia Corrente de Interven o Durante acelera o Nesse caso trata se de um defeito de sobrecorrente OC over current Ap s visualizar o tipo de defeito e os valores envolvidos corrente de interven o de 20 5 A ocorrida na frequ ncia de 40 28 Hz durante uma acelera o podemos ressetar restabelecer o funcionamento do inversor de tr s modos 1 reset pela tecla STOP RESET 2 reset com curto circuito entre os terminais RST e CM 3 desligando e religando o inversor Se o defeito no hardware circuito e n o no software programa apenas o modo 3 restabelece o funcionamento do inversor Exemplos de aplica es dos inversores Na figura 2 80 temos o esquema el trico de controle de um elevador com duas portas Nesse esquema uma placa de computador controla dois inversores e cada inversor controla um motor trif sico que abre e fecha uma porta do elevador Percebe se tamb m a aplica o dos toroides enrolamentos toroidais nos inver sores como citado anteriormente MEC NICA 3 ds O S lt UYU onm Du 5 o sa o o o oO N 12V_COM SLOW CLOSING _2VVVF 4 on Jul orr m qm TL 3 ON e TRACT 3 OFF Kai TR CT 3 OFF Figura 2 80 Controle duplo de portas Na figura 2 81 vemos o esquema el trico do co
12. Tradu o Aracy Mendes da Costa 22 ed rev e ampl S o Paulo Makron Books 1996 KOSOW Irving I M quinas el tricas e transformadores 142 ed S o Paulo Globo 2000 MAMEDE FILHO Jo o Instala es el tricas Industriais 7 gt ed Rio de Janeiro LTC 2007 MARTINS Nelson Introdu o teoria da eletricidade e do magnetismo 2 ed Rio de Janeiro Edgard Bl cher 1975 OLIVEIRA Edson Carlos Peres de DIAS Jean Carlos Rendimento nos mo tores monof sicos em WEG em Revista PROCOBRE amp SCHNEIDER ELETRIC Efici ncia energ tica e acionamen to de motores Workshop realizado pelo engenheiro Ricardo P Tamietti SILVA FILHO Matheus T Fundamentos de eletricidade Rio de Janeiro LTC 2007 SILVA Edilson A da Considera es sobre instala es de inversores de frequ ncia Mato Grosso CEFET 2006 TOCCI Ronald J WIDMER Neal S Sistemas digitais Princ pios e aplica es Tradu o Jos Lucimar do Nascimento 8 ed S o Paulo Pearson Prentice Hall 2003 REFER NCIAS BIBLIOGR FICAS CAT LOGOS SANTERNO INDL E COML DO BRASIL LTDA Manual de utiliza o do inversor VEGA LE 100 2002 TELEMECANIQUE Manual de opera o do Inversor Altivar 18 TOSHIBA Cat logo do inversor TOSVERT modelo VF AS1 WEG Motores el tricos de corrente alternada Especifica o Caracter sticas el tricas WEG Motores el tricos de corrente alternada Man motores WEG
13. ainda podem ser usados sensores eletr nicos CAP TULO 2 Figura 2 52 Conex es na liga o s rie paralela tri ngulo Figura 2 53 Conex es nas liga es para tripla tens o nominal MEC NICA 3 CAP TULO 2 Figura 2 54 Como se v no diagrama se ao acionar o contator K1 o motor gira em um Chave tipo fim de curso sentido de rota o ent o ao ser acionado o contator K2 o eixo desse motor acionadas mecanicamente deve girar no sentido contr rio O importante nesse caso que se deve evitar que sejam acionados os dois contatores simultaneamente pois isso causaria um curto circuito entre duas fases da rede el trica No diagrama da figura 2 56 mostrada a parte de controle para a revers o de 8 8 p p giro do motor na partida direta Figura 2 56 Diagrama de controle METALTEX para a revers o de giro de motor trif sico Essas chaves s o usadas em controle e quando se deseja parar o motor em determinado ponto e quando se necessita fazer a invers o do sentido de rota o e para seguran a paradas de emerg ncia ao atingir o limite de uma pe a alarme etc Nas chaves de fim de curso eletromagn ticas a varia o do campo magn tico em uma bobina aciona os contatos da chave Na figura 2 55 apresentado o diagrama de pot ncia para a revers o de giro de um motor trif sico usando contatores Figura 2 55 Diagrama de pot ncia para revers o de giro de motor trif si
14. as Os mult metros do tipo alicate usualmente disp em da fun o mem ria data hold Para utilizar essa fun o quando estiver fazendo alguma medi o pre ciso pressionar a chave Data Hold O valor exibido no visor armazenado em uma mem ria que pode ser visualizada mesmo depois de retirado o sinal aplica do O valor armazenado sofre uma perda gradual com o tempo Essa fun o til ao realizar medidas em pain is quando imposs vel fazer a leitura do display por falta de espa o Coloca se ent o o instrumento memori za se a medida e ao t rmino da opera o faz se a leitura do valor medido 1 6 3 W attimetro O watt metro o instrumento usado para medir a pot ncia ativa ou m dia de um circuito el trico composto por duas bobinas Por uma delas chamada bobina de corrente passa a corrente da carga e a outra chamada bobina de po tencial mede a tens o nos terminais da carga Reunindo as leituras instant neas da corrente e da tens o o watt metro calcula a pot ncia ativa definida pela equa o 1 23 P Vl ef ef cos q 1 23 Para que haja medi o correta do sentido da pot ncia medida ver esquema da figura 1 50 preciso que o terminal positivo da bobina de corrente esteja ligado na dire o da fonte e o terminal positivo da bobina de potencial esteja ligado ao outro terminal da bobina de corrente Sistema trif sico de energia Sistema polif sico aquele
15. do fluxo de el trons ao efeito magn tico visto com o uso de uma b ssola da compreens o das linhas de campo utiliza o de transformadores e motores el tricos tudo seguiu um caminho l gico e fundamentado Apoiando se em estudos cient ficos as pesqui sas empregam equipamentos e instrumentos de leitura e medi o cada vez mais avan ados que aferem os resultados e procuram elucidar os mist rios que mesmo nos dias atuais o universo da eletricidade ainda nos traz Neste livro ser vista parte dessa hist ria A estrutura at mica b sica a intera o de campos eletromagn ticos os princ pios e conceitos sobre as propriedades el tricas da mat ria tais como resist ncia corrente e tens o a an lise dos circuitos el tricos e suas leis ser o alguns dos temas estudados A fus o desses conhecimentos levar compreens o dos sistemas de convers o de energia tais como os geradores e motores el tricos s configura es estrela tri n gulo e sua import ncia em aplica es industriais e posteriormente ao estudo e desenvolvimento dos circuitos de comando os quais permitem a integra o l gica desses elementos formando a base do controle de uma planta industrial Ao finalizar essa apresenta o n o podemos nos esquecer de agradecer pela ajuda dos muitos amigos colegas e familiares na confec o desse livro Em especial aos professores Jun Suzuki Meire S F Yokota por nos direcionarem a essa obra Valter N Mo
16. f Liga o s rie paralela tri ngulo o motor precisa ter nove terminais e a tens o nominal mais comum 220 440 V A figura 2 52 mostra como conectar os ter minais do motor nesse caso 220V 220V 440 V g Tripla tens o nominal figura 2 53 combina os casos anteriores 220 V 220V 220 V Assim h quatro combina es de tens o nominal 1 liga o tri ngulo paralelo 2 liga o estrela paralela sendo igual a J3 vezes a primeira 3 liga o tri ngulo s rie valendo o dobro da primeira 4 liga o estrela s rie valendo V3 vezes a terceira Essa tens o seria maior que 600 V Assim indicada apenas como refer ncia de liga o estrela tri ngulo Exemplo 220 380 440 760 V 2 9 5 Comandos de partida e revers o de giro A revers o de giro em motores trif sicos usada quando h a necessidade de inverter o sentido de rota o do eixo do motor por exemplo em uma esteira ou em uma escada rolante Partida direta com revers o de giro utilizando contatores A invers o de giro com contatores utiliza outros elementos como bot es e chaves de fim de curso Para reverter o giro de um motor trif sico basta trocar duas de suas fases de alimenta o entre si Para fazer isso automaticamente s o necess rios dois contatores cada um acionado por um bot o e duas chaves de fim de curso Essas chaves podem ser acionadas de modo mec nico por l minas figura 2 54 podem ser eletromagn ticas ou
17. indica a pot ncia fornecida no eixo do motor uni dade pode ser dada em kW HP ou cv O HP tem sido substitu do pelo cv quando se deseja especificar pot ncia mec nica do motor el trico RPM indica a rota o do eixo do motor j incluindo o escorregamento Nesse exemplo por ser um motor de 4 polos o eixo do motor tem uma velocidade s ncrona ou nominal de 1800 rpm Por ser do tipo ass ncrono esse motor nunca chega a alcan ar sua velocidade s ncrona pois possui um escorregamento velocidade t pica do motor com carga no eixo de 1700 rpm O motor trabalha a 94 4 de sua rota o nominal 100 x 1 700 1 800 Ou seja possui um escorregamento de 5 6 100 94 4 Fator de servi o FS indica pot ncia extra do motor Nesse exemplo 1 15 o motor pode trabalhar transferindo 15 a mais de pot ncia do que o espe cificado se necess rio Pode portanto transferir 15 a mais que um motor do mesmo tamanho Isso pode ser til quando se precisa economizar espa o na coloca o do motor Mas h um custo a pagar por essa vantagem o fator de pot ncia cos Q e o rendimento n do motor s o alterados caso o motor atue nessa faixa de pot ncia sua vida til tamb m reduzida Isol ou classe de isola o classifica o do motor segundo a temperatura m xima em seus enrolamentos Nesse exemplo B indica que o motor pode suportar at 130 C Ip In esse n mero especifica a rela o num rica de quantas vezes a
18. ncias sem varia o de velocidade alto custo Precisa de tens o al ternada no estator e de corrente cont nua no rotor bo Motor de indu o o mais usado na ind stria pois adapt vel a uma grande variedade de cargas apresenta custo reduzido simplicidade de co mando e bom rendimento na utiliza o da energia el trica Trabalha com velocidade pouco abaixo da s ncrona depende da carga mec nica no eixo Atualmente podemos controlar sua velocidade com o uso de inversores de frequ ncia 2 3 Princ pios de funcionamento dos motores el tricos de corrente alternada Para entender os elementos b sicos de um motor preciso lembrar que e ao aproximar dois m s eles tendem a se alinhar atra dos pelos polos opostos e ao aplicar tens o a dois eletro m s enrolamentos ou bobinas eles tendem a se alinhar segundo seus eixos longitudinais como dois m s e com os eletro m s desalinhados surge uma for a para alinh los e ao colocar tens o el trica nos terminais de um enrolamento o campo mag n tico induz o surgimento de campo magn tico em outro enrolamento pr ximo se estiver curto circuitado fechado 2 4 Princ pios de funcionamento do motor de indu o trif sico Na figura 2 2a temos uma tens o monof sica senoidal aplicada ao enrolamento monof sico no estator de um motor Essa tens o leva ao surgimento de uma corrente senoidal e de um campo magn tico H que atravessa os dois polos do e
19. o conectados a um ponto comum denominado neutro Os terminais A B C e neutro ficam livres para a conex o das cargas CAP TULO Figura 1 53 a Liga o estrela ou Y b liga o tri ngulo ou b 7 3 Sistema trif sico equilibrado Um sistema trif sico dito equilibrado quando e as cargas s o equilibradas isto as cargas ligadas aos terminais do gerador t m a mesma imped ncia em todas as fases e os componentes do sistema linhas transformadores e geradores t m carac ter sticas lineares e id nticas em cada fase e o sistema de tens es sim trico ou seja as tens es t m m dulos iguais e s o defasadas em 120 uma da outra figura 1 54 Figura 1 54 Sistema trif sico representado por fasores Sequ ncia Sequ ncia de fases ABC de fases ABC ou positiva ou negativa il lt p Vi V lt 0 V V lt 120 V V lt 120 V V lt 120 V V lt 120 V V V 0 MEC NICA 3 Tal como o gerador uma carga trif sica equilibrada pode estar nas configura es estrela ou Y ou tri ngulo ou A O sistema trif sico de cargas a ser ali mentado por esse gerador representado na figura 1 55 Se ambos o gerador e a carga estiverem no formato estrela temos as tr s fases e um neutro N Esse tipo de liga o tamb m chamado trif sico a quatro fios A liga o da carga tamb m pode ser feita no formato tri ngulo Figura 1 55 Cargas trif sicas a serem ligad
20. o estrela tri ngulo e um rel de tempo que conta o tempo da passagem de estrela para tri ngulo Na figura 2 57 mostrado o diagrama de pot ncia da partida estrela tri ngulo com revers o de giro Ao acionar os contatores K1 e K4 o motor parte em estre la sentido hor rio por exemplo Ap s um tempo ajustado no rel de tempo K4 se abre e K3 se fecha Assim o motor passa para a liga o tri ngulo Acio nando inicialmente K2 e K4 o motor parte em estrela no sentido inverso anti hor rio Ap s certo tempo K4 se abre e K3 se fecha Novamente o motor passa para a liga o tri ngulo Para controlar o acionamento do motor nesse caso usado o diagrama da figura 2 58 Ao pressionar o bot o S1 as bobinas do rel de tempo KT1 e do contator K4 s o energizadas O contato NF de K4 se abre impedindo K3 de ser acionado Em seguida o contato NA de K4 se fecha energizando a bobina de K1 e outro contato aberto de K1 se fecha fazendo selo de K1 O motor parte em estrela no sentido hor rio por exemplo Ao pressionar o bot o S1 bot o do tipo pulsador ou sem trava e ap s certo tempo contado pelo rel de tempo KT 1 o contato NF de KT1 se abre desli gando K4 Logo em seguida o contato NF de K4 que estava aberto se fecha acionando o contator K3 O motor passa para a liga o tri ngulo Ao pressionar o bot o SO todo o circuito se desliga Se S2 for pressionado ent o os contatores K4 e K2 s o ligados e ocorre
21. superior nominal do motor que proteger equa o 2 27 IF gt 1 2 1 2 27 e os fus veis de um circuito de alimenta o de motores devem tamb m prote ger os contatores e rel s de sobrecarga 2 8 2 Contatores O contator um dispositivo de manobra mec nico de opera o n o manual em geral eletromagn tica que tem uma nica posi o de repouso e capaz de estabelecer conduzir e interromper correntes em condi es normais de circuito at mesmo sobrecargas Seu princ pio de funcionamento baseia se na for a magn tica que tem origem na energiza o de uma bobina e na for a mec nica proveniente do conjunto de molas preso estrutura dos contatos m veis Quando a bobina energizada sua for a ele tromec nica sobrep e se for a mec nica das molas obrigando os contatos m veis a se fecharem sobre os contatos fixos aos quais est o ligados os terminais dos circuitos Os contatores s o constru dos para suportar elevado n mero de manobras S o dimensionados em fun o da corrente nominal do circuito do n mero de ma nobras desejado e da corrente de desligamento no ponto de instala o A corrente de partida dos motores n o tem praticamente nenhuma influ n cia sobre a vida til dos contatos dos contatores Em geral os contatores pe quenos quando t m seus contatos danificados tornam se inutiliz veis j os contatores de corrente nominal elevada possibilitam em geral a reposi o
22. t 7 2 V quanto vale v4 Vs Solu o Podemos resolver utilizando a trigonometria mas um processo trabalhoso que requer v rias passagens Vamos usar os fasores e Passo 1 converter as tens es v t e Volt em fasores V 10 2 0 e V 10 2 90 MEC NICA 3 e Passo 2 para somar os fasores n meros complexos na forma polar preciso transform los para a forma cartesiana ou retangular Obtemos ent o passando para V V 1 O J2 j0 EE 1 0 J2 90 forma cartesiana voltando para 10 V2 4 10 2 forma polar 10 45 e Passo 3 passar da nota o fasorial para a equa o senoidal em fun o do tempo v t vo t 1042 cos 377t 7 4 V 5 2 Comportamento de resistores indutores e capacitores em corrente alternada O resistor A lei de Ohm afirma que V t R Assim se a tens o senoidal com valor de pico Vo a corrente tamb m senoidal em fase com V t e com valor de pico VAR A figura 1 25 mostra a tens o e a corrente em um resistor de 20 alimentado por uma tens o senoidal com valor de pico de 100 V e frequ ncia de 60 Hz O valor Figura 1 25 de pico da corrente ser de 100 2 50 A A figura 1 26 mostra os fasores Tens o e corrente em da tens o e da corrente em fase resistor i t 100 00 50 00 100 2 0 00 o att R BOA 100 00 0 00 5 00 10 00 15 00 20 00 25 00 Tempo ms Figura 1 26 Diagr
23. tica est limitada a cinco ou seis vari veis A figura 3 14 mostra a representa o do mapa de Karnaugh para duas e quatro vari veis Cada quadrado recebe o nome de c lula e a quantidade de c lulas definida pelo n mero de combina es das vari veis do sistema ou seja se s o quatro vari veis ent o 2 16 c lulas Uma vez que se tenham as combina es de uma ou mais sa das de uma tabela verdade podem se dispor tais valores nos mapas de Karnaugh de modo a ob ter a express o simplificada Como exemplo na figura 3 15 utilizada uma express o com quatro vari veis a 0 1 lt Valores que a vari vel b pode assumir Valores que a vari vel a pode assumir CAP TULO 3 3 9 1 Regras para a simplifica o de mapas K de Karnaugh Normalmente s o utilizadas as express es geradas pelo m todo da soma de pro dutos para a simplifica o dos mapas K Tais express es s o representadas con forme exemplo a seguir S A B C A B C A C A express o acima forma uma soma de produtos que diferente do exemplo a seguir que representa o produto de somas S A B C A B Figura 3 15 Exemplo com quatro vari veis MEC NICA 3 Para obter o equivalente da soma de produtos basta utilizar a l gica E para as linhas iguais a 1 e unir todas por meio da l gica OU na s sa da s da tabela verdade em an lise conforme exemplo Em qualquer mapa K as c lulas adjacentes sempre apresentam
24. veis l gicos presentes nas entradas do circuito A figura 3 1 item 4 ilustra uma tabela verdade para um tipo de circuito l gico de duas entradas Essa tabela relaciona todas as combina es poss veis para os n veis l gicos presentes nas entradas e B com o correspondente n vel l gico na sa da X primeira linha da tabela mostra que quando e B s o n vel 0 a sa da X n vel 1 o que equivale a dizer estado 1 A segunda linha mostra que quando a entrada B passa para o estado 1 de modo que A 0 e B 1 a sa da X torna se 0 Da mesma forma a tabela mostra o que acontece com o estado l gico da sa da para qualquer conjunto de condi es de entrada Os itens b e CAP TULO 3 Proposta por George Boole 1815 1864 manipula dois valores 0 e 1 uma ferramenta essencial para constru o de sistemas l gicos e serve como base para a opera o de circuitos computacionais MEC NICA 3 c da figura 3 1 mostram exemplos de tabela verdade para circuitos l gicos de tr s e quatro entradas Conv m observar que h quatro linhas para uma tabela verdade de duas entradas oito linhas para uma de tr s entradas e 16 linhas para uma de quatro entradas O n mero de combina es de entrada 2 para uma tabela verdade de N entradas Figura 3 1 Exemplos de tabela verdade para circuitos de a duas entradas E O 0 010 O 0 0 010 b tr s entradas O 0 1 11 Oo 0 0 1H0 O 1 0 1 O 0O 1 0 0 c quatro entrada
25. IN 1000 00 N 0 00 100 00 Figura 1 35 Gr fico superior tens o e corrente instant neas Gr fico Inferior pot ncia Instant nea e pot ncia m dia P 1010 00 1015 00 1020 00 1025 00 Tempo ms 105 00 Pot ncia instant nea em um capacitor Para o capacitor podemos fazer uma an lise semelhante do indutor ou seja a pot ncia m dia nula e apresenta um valor de pot ncia reativa Pot ncia ativa reativa aparente e fator de pot ncia Foi mostrado que as cargas resistivas aquelas que apresentam a corrente em fase com a tens o consomem apenas pot ncia ativa enquanto capacitores e induto res corrente defasada em 90 consomem apenas pot ncia reativa Na pr tica os equipamentos encontrados no meio industrial s o compostos pelos tr s com ponentes R L C em que a corrente se apresenta adiantada ou atrasada em um ngulo que varia entre 0 e 90 Essas cargas consomem tanto pot ncia ativa como reativa Em geral podemos definir e pot ncia ativa ou m dia W P Va ly cos q 1 23 e pot ncia reativa VAr Q Va ls COS 1 24 em que Q o ngulo de defasagem entre a tens o e a corrente e pot ncia aparente VA S Vl VP Q 1 25 A representa o gr fica de S P e Q resulta no chamado tri ngulo das pot ncias mostrado nos itens a e b da figura 1 36 Define se fator de pot ncia como a rela o entre pot ncia ativa e pot ncia aparente Fp P o Vosle C
26. NF Rel t rmico Disjuntor com elementos t rmicos e f o z Acionamento magn ticos prote o temporizado contra corrente Ra de curto circuito e ga sobrecarga Disjuntor com elemento magn tico prote o contra corrente de curto circuito L mpada sinaliza o Motor trif sico Transformador trif sico CAP TULO 2 Figura 2 36 Simbologia utilizada pelos comandos el tricos no acionamento de motores MEC NICA 3 b Disparador magn tico constitu do de uma bobina que quando atravessa da por uma corrente de valor superior ao estabelecido para a unidade a que o disjuntor est ligado atrai o induzido e se processa a a o de desengate do me canismo que mant m a continuidade do circuito fazendo com que os contatos do disjuntor se separem Os disjuntores apresentam uma vantagem sobre os fus veis na prote o dos cir cuitos contra sobrecarga e curto circuito porque permitem a religa o do sis tema ap s a ocorr ncia da eleva o da corrente enquanto os fus veis devem ser substitu dos antes de nova opera o Na figura 2 36 apresentada a simbologia empregada nos diagramas de coman dos el tricos para acionamento de motores 2 9 Acionamentos de motores A ado o de um sistema de partida eficiente pode ser considerada uma das re gras b sicas para obter do motor uma vida til prolongada custos operacionais reduzidos al m de dar equipe de manuten o da ind
27. Tal pro blema poder ser resolvido adicionando uma refrigera o for ada por meio de ventilador externo funcionando como exaustor ou ainda reprojetando a carca a do motor em forma de aletas para haver maior rea de dissipa o de calor O inversor por sua vez dever ser dimensionado pela corrente nominal de apli ca o e de partida considerando que a corrente de sobrecarga do inversor nor malmente de 150 em rela o a seu valor nominal Para isso com a rampa de acelera o projetada define se qual a corrente calculada de partida Supondo que a rampa de acelera o seja acentuada menor tempo de acelera o ou constante de tempo pequena a corrente de partida poder aproxi mar se 200 em rela o ao valor nominal bem inferior ao valor considerado no caso de partida direta que se aproxima em 700 do valor nominal Portanto necess rio efetuar um derating no inversor Ou seja sobredimensio nar o inversor aplicando um fator de 2 1 5 ou 200 para 150 sobre a corren te nominal do motor para obter o inversor Nesse exemplo a corrente nominal de um motor de 10 cv e 4 polos em 380 V 15 2 A e portanto a m nima corrente nominal do inversor dever ser 15 2 2 1 5 20 3 A Pesquisando no cat logo de fabricantes de inversores o modelo que opera em 400 V o de 11 kW 15 cv cuja corrente nominal de 27 A Exemplo 2 Segundo exemplo para a escolha de um inversor de acordo com um motor em uma s
28. a mec nica aplicada mat ria e ao movimento Como resultado dessa rela o podemos empregar m quinas el tricas para converter a energia mec nica em el trica e a energia el trica em mec nica Chama se motor el trico m quina el trica que transforma energia el trica em energia mec nica na forma de giro em seu eixo 2 1 Classifica o dos motores el tricos Os motores el tricos s o divididos em dois grandes grupos tomando se o valor da tens o como base corrente cont nua e alternada A classifica o dos diferen tes tipos de motores el tricos pode ser visualizada na figura 2 1 Linear Ba ese ie Histerese armanentes S ncrono Rot aa Im s Pi aci o Relut nc per m me _ Histerese 2 2 Caracter sticas gerais dos motores el tricos As principais caracter sticas dos motores el tricos em geral s o a Motores de corrente cont nua CC s o aqueles acionados por meio de uma fonte de corrente cont nua S o muito utilizados nas ind strias quando neces s rio manter o controle fino da velocidade em um processo qualquer de fabrica o Como exemplo pode ser citada a ind stria de papel b Motores de corrente alternada CA s o aqueles acionados por meio de uma fonte de corrente alternada S o utilizados na maioria das aplica es industriais e seus principais tipos s o b Motor sincrono trabalha em velocidade s ncrona e usado somente para 1 Pp grandes pot
29. a partida estrela do motor em sentido anti hor rio Ap s algum tempo o motor passa para a liga o tri ngulo Notar que K1 NF e K2 NF fazem um intertravamento de contatos evitando que os contatores K1 e K2 liguem simultaneamente Os contatos NF dos bot es S1 e S2 fazem um intertravamento de bot es pelo mesmo motivo importante lembrar que na partida direta temos um alto pico de corrente no motor sete a nove vezes o valor da corrente nominal Na partida estrela tri ngulo o motor deve partir em vazio sem carga no eixo Ainda assim h um grande pico de corrente no motor 1 3 do pico de corrente quando em partida direta Problemas desse tipo podem ser resolvidos com o uso das chaves soft starters ou inversores de frequ ncia no controle do motor 2 9 6 Uso da chave soft starter para comando de partida e revers o As chaves est ticas conhecidas como sofi starters s o constitu das de um cir cuito eletr nico acoplado a um microprocessador que controla um conjunto de tiristores respons veis pelo ajuste da tens o aplicada aos terminais do motor Por meio de ajustes pode se controlar o torque do motor e a corrente de partida com os valores desejados em fun o da exig ncia da carga Como visto anteriormente as partidas realizadas por contatores e rel s ou a combina o deles tendem a danificar os motores por picos de correntes na par tida e a provocar vibra es no motor e na carga Tais problemas geram desg
30. blico O Centro Paula Souza atua tamb m na qualifica o e requalifica o de trabalhadores por meio do Programa de Forma o Inicial e Educa o Continuada E ainda oferece o Programa de Mestrado em Tecnologia re comendado pela Capes e reconhecido pelo MEC que tem como rea de concentra o a inova o tecnol gica e o desenvolvimento sustent vel ED FUNDA O PADRE NCHIETA o
31. chamada pot ncia m dia ou pot ncia ativa e quantifica o trabalho ADS Gr fico inferior m dio realizado por ciclo Sua unidade de medida o watt W Esse mais um o g pot ncia Instant nea e bom motivo para usar valores eficazes no lugar dos valores de pico Ros no pot ncia m dia P I R v t 100 00 50 00 N 0 00 50 00 e 100 00 5000 00 AL ai 4000 00 3000 00 2 000 00 1000 00 0 00 100 00 105 00 1010 00 1015 00 1020 00 1025 00 Pot ncia instant nea em um indutor Seguindo o mesmo racioc nio agora para o indutor obt m se o gr fico da figura 1 35 Nota se que a pot ncia instant nea vari vel mas seu valor m dio nulo P 0 Percebe se que em um hemiciclo a fonte entrega energia carga e no hemiciclo seguinte a carga devolve a mesma quantidade fonte Em m dia o trabalho reali zado nulo Existe corrente existe fluxo de pot ncia mas em m dia n o se realiza trabalho Em instala es el tricas permitir que a pot ncia reativa circule implica a necessidade de condutores transformadores chaves disjuntores de maior capa cidade e maior custo Esse tipo de pot ncia denominado pot ncia reativa Q e sua unidade o volt ampe re reativo VAr A pot ncia reativa calculada pelo pico do gr fico da pot ncia instant nea que nesse caso vale 2500 VAr Vales CAP TULO MEC NICA 3 100 00 50 00 0 00 P 50 00 100 00 5000 00 3000 00 2 000 00
32. conjuntos motor gerador l Conjuntos motor gerador laminadores Siderurgia i ventiladores bombas compressores Constru o civil Bombas compressores para ar condicionado M quinas operatrizes Acionamento de prensas compressores Moinhos de bola moinhos de rolos Britagem E esmagadores crushers bombas compressores Qu mica Bombas compressores Moinhos de borracha bombas misturadores Borracha de borracha bambury mixers extrusoras Sopradores bombas de fornecimento de gua Gera o de energia el trica e de resfriamento Grupos motor gerador escavadeiras Minera o equipamento para guindastes bombas compressores ventiladores CAP TULO 2 Tabela 2 1 Aplica o dos motores nas diversas reas da ind stria MEC NICA 3 Figura 2 10 Exemplos de aplica o de motores FOTOS SHUTTERSTOCK 2 6 1 Especifica es de motores el tricos 3 Ao especificar a pot ncia nominal de um motor para movimentar uma carga preciso ter conhecimento do conjugado solicitado por essa carga e da velocidade de rota o que essa carga dever ter em condi es normais Conjugado mec nico O conjugado mec nico tamb m conhecido como torque mede o esfor o neces s rio que deve ter o motor para girar seu eixo Existe uma estreita rela o entre o conjugado mec nico e a pot ncia desenvolvida pelo motor Assim se determi nada quantidade de energia mec nica for utilizada para movimentar
33. consumida pelo motor No exem plo o motor pode fornecer 72 7 da energia consumida da rede el trica ao eixo carga e COS q o fator de pot ncia ou cos q indica o ngulo entre a corrente e a tens o fornecidas ao motor ou seja significa que uma parte da corrente consu mida pelo motor n o aproveitada sendo devolvida rede el trica Isso causa um dimensionamento maior dos fios usados na instala o el trica Esse fator cos 0 83 nesse exemplo deve ser compensado na liga o geral dos moto res para que seja atingido um valor estabelecido pela concession ria de energia el trica cos q 2 0 92 Em geral isso feito usando um banco de capacitores acoplado entrada de energia dos motores 2 8 Dispositivos el tricos de manobra e prote o Os dispositivos de manobra ou comando e de prote o podem ser classifi cados em e de baixa tens o quando projetados para emprego em circuitos cuja tens o de linha inferior ou igual a 1000 V e de alta tens o quando projetados para emprego em circuitos cuja tens o de linha superior a 1000 V Figura 2 21 Esta o de alta tens o MYCOLA SHUTTERSTOCK No caso mais geral podemos distinguir em um dispositivo de manobra ou de prote o tr s tipos de circuitos internos a o circuito principal constitu do pelo conjunto de todos os circuitos associa dos cujo dispositivo de manobra ou de prote o tem fun o de fechar ou abrir b o circui
34. conveniente para amenizar os picos de pot ncias e reduzir os esfor os mec nicos no equipamento acionado A alimenta o precisa ser protegida dos picos de pot ncias resultantes das flutua es de carga Duas tr s ou quatro velocidades fixas s o suficientes N o necess rio o ajuste de velocidade Conjugado de partida pode ser pequeno ventiladores ou alto transportadores As caracter sticas de funcionamento em v rias velocidades podem variar entre pot ncia constante conjugado constante ou caracter sticas de conjugado vari vel M quinas de cortar metal t m pot ncia constante cargas de atrito s o t picas de conjugado constante ventiladores s o de conjugado vari vel CAP TULO 2 e Conjugado normal e Corrente de partida normal e Categoria N e Conjugado de partida alto e Corrente de partida normal e Categoria N e Conjugado de partida alto e Corrente de partida normal e Alto escorrega mento e Categoria D e Conjugado normal ou alto velocidades m ltiplas MEC NICA 3 Pot ncia nominal Para o c lculo da pot ncia nominal do motor preciso conhecer seu conjugado e sua rota o como estabelece a equa o 2 6 P 2 7 n C 2 6 n em que P pot ncia nominal do motor W C conjugado nominal do motor Nm Ny rota o nominal do motor rps Na equa o da pot ncia o conjugado requerido pela carga considerado igual ao conjugado nominal do
35. desse modelo de inversor DO a Baixo rendimento e Utiliza o de motores de indu o 3 E e Maior escorregamento Variadores de tens o padr o Enr y a l EE e Fator de pot ncia vari vel e menor que 0 8 Figura 2 84 e Sistema eletr nico simples e Pequena faixa de varia o Controle de n vel de gua e press o por inversor e Limita o de velocidade devido a comuta o 4000 rpm e Pre o do motor e Manuten o e Alta precis o de velocidade 0 01 digital 0 1 anal gico e Sincronismo com alta precis o Discharge pressure setting Conversores CA CC e Torque control vel i z TA e Dimens es e peso do motor e Ampla faixa de varia o de On E e Impossibilidade de opera o em reas de velocidade risco e Fator de pot ncia vari vel com a rota o Pressure sensor Frenagem regenerativa e Utiliza o de motor de indu o padr o e Peso e dimens es reduzidos e e Ampla faixa de varia o de R a velocidade frequ ncia O E e Opera o em reas de risco e Disponibiidade de by pass cos q fator de deslocamento pr ximo de e Pre o elevado para aplica es que requerem sincronismo de alta precis o e Frenagem regenerativa somente com alto custo MEC NICA 3 termo digital tornou se parte do vocabul rio geral em raz o do fato de circuitos e t cnicas digitais serem amplamente utili zados em quase todas as reas computadores automa o rob s
36. dl II l I APAGAR RES TARA ARE A RR PD EA O E RT SSe T E l DR a I Fi P E HJ MEN 5 0 MVE _TDIV e Temperature setting manual Temperature setting auto Operation command Free run command Frequency meter ammeter Thermal relay Na figura 2 83 mostrado um inversor usado para controle de temperatura da gua fria em uma torre de resfriamento O controle feito por PID controlador proporcional integral derivativo pela programa o do inversor que mant m a temperatura da gua constante noite o inversor reduz a velocidade de rota o da h lice para diminuir o ru do R 1344 5 617 CAP TULO 2 gt 24V VF 2 8 gt 8K 2 8 GND VF 2 8 R 422 R 422 Figura 2 81 Esquema parcial de controle de velocidade de um elevador por inversor de frequ ncia Figura 2 82 Controle de temperatura e volume de ar por Inversor MEC NICA 3 CAP TULO 2 Para finalizar o assunto sobre varia o de velocidade de motores a tabela 2 16 Thermal relay faz uma an lise comparativa mostrando as vantagens e desvantagens dos diver sos tipos de acionamentos inclusive v rios n o discutidos neste texto Commercial power backup circuit Fanmotor Tabela 2 16 Comparativo entre os sistemas de varia o de velocidade Three phase power supply Temperature PID control on off e Apenas controle manual e local settin Ta E TEES e Pe a
37. dos contatos danificados A figura 2 29 apresenta um esquema dos contatos fixos e m veis do contator e na figura 2 30 s o mostrados seus diversos componentes E contato m vel n cleo m vel Mola 4 Ip UNUAN Bobina n cleo fixo Figura 2 29 Esquema Interno do contator CAP TULO 2 e devem suportar sem fundir o pico de corrente ou corrente de partida Ip ET dos motores durante o tempo de partida Tp Com os valores de Ip e Tp entra se nas curvas caracter sticas MEC NICA 3 Figura 2 30 Contator A E z gt No contator os contatos principais s o mais robustos e suportam correntes mais elevadas do que os contatos auxiliares que s o utilizados para sinaliza o e co mandos e possuem contatos NF normalmente fechado e NA normalmente aberto Na figura 2 31 s o mostradas a numera o dos contatos e sua simbologia Figura 2 31 Simbologia e numera o dos contatos de um contator 14 22 32 AB Bot o desligado b0 BC Bot o liga b1 QA 2 8 3 Botoeira A botoeira tamb m chamada bot o liga desliga um dispositivo que quando pressionado retorna para a posi o de repouso por meio de uma mola Al m de ser um elemento de liga o a botoeira tamb m um elemento de sina liza o pois internamente pode conter uma l mpada sinalizadora que permite sua visualiza o a dist ncia E constitu da de duas teclas e executa as fun es de liga desliga pa
38. equipamentos e contatores disjuntores fus veis e cabos precisam ser superdimensionados causando eleva o no custo da instala o e a m quina acionada pode precisar de um redutor mec nico de velocidade na partida Na figura 2 37 s o mostrados os diagramas de comando ou controle e de pot n cia ou for a do acionamento feito por partida direta No diagrama de pot ncia os fus veis F1 F2 F3 e o rel t rmico FT1 protegem o motor trif sico contra curto circuito e sobrecarga Se a corrente em uma das fases do motor ultrapassa o limite ajustado no rel seu contato FT1 no diagrama de controle se abre desli gando o contator K1 e abrindo todos os seus contatos Para acionar o motor o bot o pulsador S1 pressionado fechando o circuito e energizando K1 O contato NA normalmente aberto de K1 em paralelo a S1 se fecha selando o caminho da corrente Ao mesmo tempo se fecham K1 em s rie com a l mpada indicando motor ligado e os tr s contatos K1 em s rie com o motor ligando o Para desligar basta pressionar o bot o SO para desener gizar K1 Note que o fio PE prote o el trica deve conectar a carca a do motor ao aterramento da instala o dos motores L1 F4 1 OL 013 PE Q n7 FT F1 23 SO E K1 l ET SE K1 K1 l K1 Dimensionamento dos dispositivos para acionamento em partida direta Exemplo Especificar o motor e dime
39. esquema da estrutura de um gerador trif sico com seus tr s conjuntos de enrolamentos A X B Y C Z Na figura podemos visualizar um gerador de corrente cont nua que fornece sua corrente lex atrav s de esco vas e an is dispositivos para contato girat rio ao enrolamento do rotor bobina Figura 1 51 As tr s ondas de tens o senoidal MEC NICA 3 Figura 1 52 Sistema trif sico a estrutura de um gerador trif sico tr s enrolamentos B Y A X C Z b enrolamentos c formas de onda girat ria O rotor por sua vez preso a um eixo que gira movimentado por for a externa ao gerador por exemplo uma turbina ou queda d gua A velocidade angular do rotor controlada de modo a obter a frequ ncia de 60 Hz da rede el trica O enrolamento do rotor induz ent o o surgimento das tens es el tricas nos tr s enrolamentos fixos no estator do gerador Por esses enrolamentos estarem separados por ngulos de 120 as tens es s o defasadas tamb m em 120 como mostrado no diagrama senoidal da figura 1 51 7 2 Conex es t picas de um gerador trif sico Existem duas formas de ligar os terminais dos enrolamentos de um gerador tri f sico Essas configura es denominadas estrela ou Y e tri ngulo ou A s o mostradas na figura 1 53 na qual os enrolamentos do gerador est o representa dos por fontes de tens o independentes Na liga o estrela os terminais X Y e Z dos enrolamentos est
40. instrumento tiver conector especialmente dedicado para a medida de corrente conveniente retorn lo ao borne de tens o Mult metro digital Os mult metros digitais figura 1 37b em termos de opera o s o exatamente iguais aos anal gicos por m fornecem a indica o em um visor de cristal l qui do O mult metro digital n o apresenta erros de paralaxe varia o do valor lido em fun o do ngulo de leitura do operador poss veis em instrumentos com ponteiro Outras vantagens do mult metro digital s o e maior resist ncia a quedas por n o ter partes m veis e delicadas e aus ncia de ajuste de zero leitura direta da grandeza sem a necessidade de aplicar fatores multipli cativos e maior imped ncia interna da ordem de 10 MQ no modo volt metro e alguns disp em de fun es adicionais como medida de temperatura teste de transistores medida de capacitores teste de diodos etc 6 2 Amper metro alicate Esse instrumento mostrado na figura 1 48 foi projetado em princ pio para a medida de corrente com a vantagem de que para inseri lo no circuito n o preciso cortar os condutores conforme mostrado na figura 1 49 Essa caracter s tica muito importante em instala es industriais por onde circulam correntes elevadas em cabos de grande se o transversal nos quais a interrup o para a instala o do amper metro em s rie praticamente imposs vel O amper metro alicate faz a leit
41. manuten o preventiva Cerca de 90 dos motores el tricos instalados s o ass ncronos com rotor em curto circuito 2 7 Carregamento conveniente dos motores O dimensionamento de um motor el trico para trabalhar nas condi es nor mais de tens o e frequ ncia feito para que se tenha um conjugado nominal C a uma velocidade nominal N O conjugado resistente deve sempre ser menor que o conjugado nominal Se for igual ou superior o aquecimento resultante ser dado pelas perdas el tricas ou perdas t rmicas as quais variam com o quadrado do conjugado resistente carga Para outra situa o um motor subcarregado apresenta apreci vel redu o no rendimento O carregamento ideal deveria corresponder carga do trabalho a ser realizado Na tabela 2 7 mostrada a varia o com a diminui o do rendimento de um motor ass ncrono trif sico de 75 cv 4 polos em fun o do carregamento apre sentado em regime normal de opera o Carregamento Diminui o do rendimento 70 50 2 25 7 2 7 2 Ventila o adequada Aproveitando a rota o do eixo do motor um ventilador interno ou externo ligado a esse eixo para fazer seu resfriamento Como o ar que circula dentro do motor eventualmente cont m impurezas isso pode comprometer o sistema de res friamento e a dispers o de calor acarretando maior aquecimento Nas ind strias comum encontrar motores instalados em ambientes fechados que
42. motor trif sico Escolher um motor envolve muitos crit rios Alguns dos principais fatores de escolha s o e caracter sticas da rede de alimenta o tens o de alimenta o do motor fre qu ncia nominal Hz m todo empregado na partida e caracter sticas do ambiente altitude temperatura ambiente atmosfera am biente e caracter sticas construtivas forma pot ncia kW e velocidade rpm fator de servi o pot ncia t rmica sentido de rota o e caracter sticas da carga momento de in rcia e rota o da m quina acionada curva do conjugado resistente dados de transmiss o cargas axiais e radiais e seus sentidos quando existentes regime de funcionamento da carga n mero de partidas hora As caracter sticas das cargas s o fatores importantes para defini o e escolha do tipo de motor mais adequado E claro que para a mesma carga h a possibilidade de utilizar mais do que um tipo de motor Os motores de indu o trif sicos t m uma vasta aplica o em diversas reas e portanto importante escolher o motor correto para cada aplica o A ta bela 2 1 e a figura 2 10 trazem alguns exemplos de aplica es dos motores de indu o trif sicos gua e saneamento Esta es de bombeamento Refinadores batedores desfibradores bombas centr fugas e a v cuo compressores picadores moedores descascadores Papel e celulose Madeira Serras bombas compressores T xtil Bombas compressores
43. o ventilador acoplado ao eixo do motor ainda eficiente na refrigera o do motor e Trecho C regi o de enfraquecimento do campo Determina a perda efetiva de torque do motor Exemplo Primeiro exemplo pr tico para a escolha do motor a ser usado com o inversor de frequ ncia Uma esteira transportadora deve operar entre 180 e 900 rpm Considerando o conjugado resistente na rota o nominal igual a 2 kgf m rede de 380 V 60 Hz escolher o motor para opera o com inversor de frequ ncia Solu o _ C kgf m n rpm 120 f 120 60 dia 974 L p ao RMS 2 900 n2 P kW 2 184kW 974 em que p n mero de polos do motor N rota o m xima C conjugado do motor P pot ncia do motor f frequ ncia da rede 2 C lculo das frequ ncias m nima e m xima do motor f P 180 8 om 120 120 n 900 8 EL an 60 Hz 120 120 3 Com os valores das frequ ncias na curva torque versus frequ ncia figura 2 75 obtemos f gt K 0 56 fi gt K 0 9 4 C lculo do torque nominal do motor maior torque a baixa velocidade C carga 2 kgf m Cn motor K 0 56 3 6 kgf m 5 No cat logo de motores trif sicos WEG encontra se o motor trif sico IP55 com as seguintes caracter sticas que pode ser utilizado para a movimenta o da esteira transportadora e motor de carca a 132 M 380 V 60 Hz e 8 polos 900 rpm e pot ncia P 5 cv 3 7 kW e conjugado C
44. que cont m dois ou mais circuitos el tricos cada qual com sua fonte de tens o alternada Essas tens es t m a mesma frequ n cia e est o defasadas entre si de um ngulo definido Cada circuito do sistema constitui uma fase Dos sistemas polif sicos estudados os cientistas chegaram conclus o de que o sistema trif sico o mais econ mico O sistema trif sico criado em 1890 por Nikola Tesla 1856 1943 apresenta as seguintes vantagens em rela o ao sistema monof sico e entre motores e geradores do mesmo tamanho os trif sicos t m maior po t ncia que os monof sicos e as linhas de transmiss o trif sicas empregam cabos de menor se o trans versal e portanto menos material que as monof sicas para transportar a mesma pot ncia el trica e os motores trif sicos t m um conjugado uniforme enquanto os monof sicos comuns t m conjugado pulsante e os motores trif sicos podem partir sem meio auxiliar O que n o acontece com os motores monof sicos comuns e os circuitos trif sicos proporcionam flexibilidade na escolha das tens es e podem ser utilizados para alimentar cargas monof sicas Um sistema trif sico 3 uma combina o de tr s sistemas monof sicos 119 Em um sistema trif sico balanceado a pot ncia fornecida por um gerador CA que produz tr s tens es iguais mas separadas cada uma defasada das demais em 120 figura 1 51 1 7 1 O gerador trif sico Na figura 1 52 temos o
45. reat ncia indutiva por conven o designa da por jX Por efeito oposto ao da reat ncia indutiva a reat ncia capacitiva designada por JX resist ncia el trica sempre um n mero real e positivo Resist ncia reat ncia Q Exemplo Esses novos conceitos s o empregados em um exerc cio em que se quer calcular a corrente do circuito da figura 1 33 que alimentado por uma fonte senoidal com tens o de pico de 100 V e frequ ncia de 60 Hz CAP TULO 20 00 25 00 Figura 1 31 Tens o e corrente em um capacitor Figura 1 32 Diagrama fasorial com a corrente adiantada 90 com rela o tens o Tabela 1 2 Resumo da representa o da Imped ncia Figura 1 33 Circuito RLC em s rie R L 2 Ohm i t 10 6 mH O t C 100 1 32 mF Solu o e Passo 1 Calcular o fasor correspondente tens o v t obtendo se V 100 2 0 e Passo 2 Calcular as reat ncias X e Xo dos componentes R 2Q X j2760 10 6mH 40 X Jj 2jQ e Passo 3 Calcular a imped ncia equivalente do mesmo modo que se calcula resist ncia equivalente em circuitos CC Todas as ferramentas apresentadas associa o em s rie em paralelo transforma o estrela tri ngulo s o v li das com a diferen a de que agora se utilizam n meros complexos Portanto no exemplo temos a associa o em s rie de tr s imped ncias que resulta em Z R X X 2 4j 2j 2 2j 2 83 45 Q e Pass
46. resistores associados em paralelo DICA O circuito com a associa o de resistores em paralelo recebe o nome de divisor de corrente MEC NICA 3 Conclus o O circuito equivalente tanto para resist ncias em s rie como para resist ncias em paralelo representado da mesma forma figura 1 11 Figura I I Resist ncia equivalente Casos particulares na associa o em paralelo 1 Quando se trabalha com apenas dois resistores em paralelo podemos utilizar a equa o Er ao oito ERR RR gp gt EDS a TA R 5 R Ra RR RAR eq 2 Se todos os N resistores forem iguais e com valor R podemos considerar Req R n Assim se n 2 Req R 2 1 3 3 Associa o mista associa o mista significa que o circuito el trico cont m resistores associados em s rie e em paralelo Para tanto ser considerado o circuito mostrado na figu ra 1 12 como exemplo de procedimento para determinar a resist ncia equivalen te de uma associa o mista resolu o ser feita por etapas Figura 1 12 Circuito misto de resistores CAP TULO Etapa Associar todos os resistores que estejam em s rie No caso da figura 1 12 temos R e Rs que associados resultam em R4 R R5 mostrado na figura 1 13 Figura 1 13 Resultado da etapa Etapa 2 Agora temos R5 em paralelo com Ra que resulta no resistor equivalente R R 35 3 mostrado na figura 1 14 R R Figura 1 14 R Resultado
47. stria tranquilidade no desempenho das tarefas di rias Os crit rios para a sele o do m todo de partida adequado envolvem considera es quanto capacidade da instala o requisitos da carga a ser ligada al m da capacidade do sistema gerador 2 9 Partida direta o m todo de partida mais simples em que n o s o empregados dispositivos es peciais de acionamento do motor Apenas s o utilizados contatores disjuntores ou chaves interruptoras partida do motor considerada um momento cr tico visto que para sair de seu estado de in rcia o motor necessita de um pico de corrente em geral de seis a oito vezes o valor da corrente nominal do motor Se houver carga peso no eixo o pico pode chegar a dez vezes o valor nominal O excesso de corrente pode disparar os disjuntores e sobrecarregar a rede el trica Ent o por imposi o da fornecedora de energia a partida direta do motor s deve ser executada em motores de at 5 cv ou 10 cv em instala es industriais Na partida direta as tr s fases L1 L2 e L3 s o ligadas diretamente ao motor A partida direta apresenta as seguintes vantagens e projeto e montagem mais simples e alto conjugado de partida e tempo de partida menor menor custo do dispositivo de partida Entretanto possui desvantagens que precisam ser levadas em conta e maior corrente de partida e portanto maior queda de tens o na rede el tri ca o que causa interfer ncia em outros
48. tecnologia e ci ncia m dicas transportes entretenimento explora o espacial e assim por diante Quando se manipulam quantidades diversas importante saber representar seus valores de modo eficiente e preciso Existem basicamente duas formas de repre senta o a anal gica e a digital Na representa o anal gica uma quantidade representada por uma tens o uma corrente ou uma velocidade de movimento que seja proporcional ao valor da quantidade em quest o Essas quantidades t m a caracter stica de poder variar ao longo de uma faixa cont nua de valores J na representa o digital as quantidades n o s o representadas por quantidades pro porcionais mas sim por s mbolos denominados d gitos Assim a maior diferen a entre quantidades anal gicas e digitais pode ser determinada da seguinte forma anal gica continua digital discreta passo a passo Por causa dessa natureza discreta das representa es digitais n o h ambigui dade quando se faz a leitura de uma quantidade digital ao passo que o valor de uma quantidade anal gica apresenta muitas vezes interpreta o livre Sistema digital uma combina o de dispositivos projetados para manipular in forma o l gica ou quantidades f sicas representadas no formato digital ou seja as quantidades podem assumir apenas valores discretos Esses dispositivos s o na maioria das vezes eletr nicos mas podem tamb m ser mec nicos magn ticos ou pne
49. transistorizada VDC para VAC microprocessado da ponte de sistores CAP TULO 2 Figura 2 63 Princ pio b sico de funcionamento do inversor de frequ ncia alternada Figura 2 64 Ponte H e forma da tens o e da corrente no resistor carga MEC NICA 3 Figura 2 65 Conversor de frequ ncia usando ponte H transistorizada Figura 2 66 Inversor trif sico usando IGBT Fechando alternadamente as chaves S1 S4 e S2 S3 obtemos uma forma da ten s o alternada a partir de tens o cont nua Para chegar a essa forma de onda podem ser usados os princ pios mostrados na figura 2 65 primeiro a onda de tens o alternada da rede el trica retificada pela ponte de diodos e a seguir filtrada pelo circuito L e C tornando a cont nua Depois uma ponte de transis tores chaveada fornecendo carga uma tens o alternada com a frequ ncia usada no pr prio chaveamento dos transistores Ponte Filtro Inversor retificadora VDC Transistor bipolar Na figura 2 66 mostrada a mesma t cnica aplicada a um circuito trif sico sen do utilizada nesse caso uma ponte de IGBTs insulated gate bipolar transistors Na figura 2 67 pode ser vista uma ponte de IGBTs O controle dos IGBTs feito por microprocessador n o est evidenciado na figu ra Os diodos ligados reversamente em paralelo aos IGBTs atenuam a descar ga de energia magn tica armazenada pela carga induti
50. 0 1 77 3 3 rel s t rmicos que podem ser usados nesse exemplo 0 25 0 18 71 110 1 35 3 0 0 33 0 25 71 1 100 1 85 33 Na figura 2 39 est a parte do cat logo para a especifica o Pode ser escolhido rel Figura 2 39 0 50 0 37 80 LISO 25 43 RW671D 25 40 em que podem se ajustar correntes de 25 A a 40 A Como expli Ceon 0 75 0 55 80 150 3 49 49 cado no cat logo esse rel pode ser montado diretamente sobre o contator Tamb m Ao O 075 90s 140 3 77 53 pode ser fixado em trilho ou por parafuso com aux lio da base modelo BF 67D bean Sc 1 5 A 90S 130 5 48 5 3 2 0 1 5 100L 150 7 44 5 2 3 0 2 2 00L 150 10 5 5 5 Montagem direta ao contator Montagem em trilho com adaptado BF67 4 0 3 0 112M 140 13 0 5 8 Montagem direte a0 contator 5 0 3 7 132S 160 15 7 62 a com adaptador BF117D 6 0 4 5 1325 160 18 7 6 7 En TE 7 5 5 5 132M 160 21 9 7 0 10 7 5 132M 160 30 6 7 5 12 5 9 2 160M 160 33 6 6 0 TEETE TERENE I5 f 160M I 170 41 6 6 5 AE O aan a T 20 I5 160L 165 56 7 7 5 a Da tabela 2 10 Ip In 7 5 em que Ip a corrente de partida do motor Subs tituindo Base de Fixa o Individual i EEES BF67 1D Individual bar BF67 2D BF117D lp 7 5 In 380 V 7 5 32 74 246 A e Usando o cat logo de contatores da WEG figura 2 38 poss vel dimensio nar o contator K1 A corrente nominal do contator le deve ser maior que a e Os fus veis F1 F2 e F3 usados no motor devem suportar uma corrente corrente nom
51. 0 25 3 3 1 4 2 14 0 37 0 5 6 2 4 3 6 25 CAP TULO 2 Tabela 2 15 Tabela para escolha do Inversor Peso Refer ncia kg ATV IIHUOSM2ZA 0 900 ATV IIHU09M2A 1 000 1 O valor de corrente de linha dado para as condi es de medi o indicadas na tabela abaixo Calibre do inversor Icc presumida ATV II UFIA kA ATV II UM2A kA ATV II UM3A 5 kA 2 O valor da corrente dado por uma frequ ncia de chaveamento de 4 kHz 3 Para 60 segundos 4 Sa da trif sica para o motor Programa o dos inversores de frequ ncia A programa o dos inversores feita por meio de um pequeno conjunto de teclado e display usando c digos fornecidos pelo fabricante nos manuais Cada fabricante tem o pr prio conjunto de c digos O conjunto teclado display pode ser retirado da frente do inversor para evitar altera es da programa o por pessoas n o autorizadas e novamente recolocado quando for necess rio alterar a programa o programa o tamb m est ligada s conex es externas ao in versor seguir apresentamos alguns exemplos de programa o para diferentes marcas modelos de inversores Tens o de linha 100 V 200 V 200 V MEC NICA 3 Figura 2 76 a Esquema de liga es b apar ncia frontal do Altivar 18 Telemecanique Alimenta o Monof sica Potenci metro 4 20 mA de refer ncia gt Resist ncia de frenagem eventual Inversor Altivar 18 da Tel
52. 00 00 n 50 00 t L 5 305 mH 0 00 100 50 00 100 00 1000 00 1005 00 1010 00 1015 00 n Tempo ms CAP TULO Figura 1 27 S mbolo do indutor Figura 1 28 Tens o e corrente em um indutor 1020 00 1025 00 MEC NICA 3 Figura 1 29 Diagrama fasorial com a corrente atrasada em 90 com rela o tens o Figura 1 30 S mbolo do capacitor V na refer ncia na refer ncia O capacitor O capacitor um dispositivo el trico formado por duas placas condutoras met licas por exemplo filme de alum nio separadas por um material isolante cha mado diel trico poli ster polipropileno papel ar etc Os capacitores s o bas tante empregados em instala es industriais para a corre o do fator de pot n cia figura 1 30 ilustra o s mbolo gr fico do capacitor ts O capacitor caracterizado pela capacit ncia medida em faraday F armazena energia em seu campo el trico e oferece oposi o passagem de corrente alterna da Assim como foi definida a resist ncia para um resistor e a reat ncia indutiva para um indutor em um capacitor definida a reat ncia capacitiva X que tamb m possui a mesma unidade da resist ncia o ohm Q como 1 1 Name E gt 412 C aC 2rfC 2a Quanto maior a frequ ncia menor o valor de X e maior a corrente que passa pelo circuito Para a corrente cont nua com f O a reat ncia infinita ou seja temos um circuito aberto A fi
53. Contatores e rel s de sobrecarga Cat logo WEG Cat logo para fus veis WEG Temporizadores e protetores Cat logo WEG Manual da soft starter SSW 04 vers o V3 XX WEG M dulo 2 Varia o de velocidade SITES www schneider electric com br www feiradeciencias com br www dsee fee unicamp br sato E T 515 node68 html http www ufsm br desp luizcarlos aulaZof2 pdf Excel ncia no ensino profissional Administrador da maior rede estadual de educa o profissional do pa s o Centro Paula Souza tem papel de destaque entre as estrat gias do Governo de S o Paulo para promover o desenvolvimento econ mico e a inclus o social no Estado na medida em que capta as demandas das diferentes regi es paulistas Suas Escolas T cnicas Etecs e Faculdades de Tecnolo gia Fatecs formam profissionais capacitados para atuar na gest o ou na linha de frente de opera es nos diversos segmentos da economia Um indicador dessa compet ncia o ndice de inser o dos profissionais no mercado de trabalho Oito entre dez alunos formados pelas Etecs e Fatecs est o empregados um ano ap s conclu rem o curso Al m da ex cel ncia a institui o mant m o compromisso permanente de democra tizar a educa o gratuita e de qualidade O Sistema de Pontua o Acres cida beneficia candidatos afrodescendentes e oriundos da Rede P blica Mais de 70 dos aprovados nos processos seletivos das Etecs e Fatecs v m do ensino p
54. OS Q S Vil ef ef cosq 1 26 a b Se FP 1 ou seja q 0 ent o a pot ncia reativa zero Q 0 e S P medida que aumenta a contribui o da pot ncia reativa Q temos S gt P reduzindo o valor do fator de pot ncia e consequentemente aumentando a corrente na rede Por determina o legal as concession rias de energia obri gam os consumidores industriais e comerciais a manter o fator de pot ncia cos q de suas instala es com valor superior a 0 92 e o propriet rio incorre em multa caso isso n o ocorra 6 Instrumentos de medi o das grandezas el tricas seguir ser o apresentados instrumentos b sicos para medida de grandezas el tricas que fazem parte do dia a dia do t cnico mec nico 1 6 1 Mult metro um dos instrumentos de grande import ncia para utiliza o em laborat rios de qualquer especialidade O mult metro ou multiteste permite a medi o da tens o da corrente e da resist ncia de um circuito el trico A figura 1 37 mostra os dois tipos de mult metros o anal gico de ponteiro e o digital ZIRCONICUSSP SHUT TERSTOCK a VERSH SHUT TERSTOCK CAP TULO Figura 1 36 Representa o gr fica das pot ncias a carga Indutiva b carga capacitiva Figura 1 37 Mult metros a anal gico b digital MEC NICA 3 Figura 1 38 Galvan metro Figura 1 39 Escalas de um mult metro anal gico O mult metro anal gico utiliz
55. Piratininga 3 2 Associa o em paralelo 22 61 Cap tulo 2 1 3 3 Associa o mista 24 Motores el tricos 1 3 4 Transforma o de resist ncias 2 1 Classifica o dos motores el tricos 62 estrela tri ngulo cccciic 26 2 2 Caracter sticas gerais dos motores el tricos 63 1 4 Energia e pot ncia el tricas 29 2 3 Princ pios de funcionamento dos 7 1 4 1 Pot ncia em resistores comerciais 30 motores el tricos de corrente alternada 63 1 4 2 Conven o de sinais 3 2 4 Princ pios de funcionamento do 1 4 3 Rendimento energ tico RD a a 32 motor de indu o trif sico e o o o o o o o o o o o o o o o o o 63 I 5 Corrente cont nua versus corrente alternada 32 2 4 1 Partes constituintes de um 1 5 1 O fasor uma ferramenta til 34 motor de indu o trif sico 65 1 5 2 Comportamento de resistores indutores 2 5 Princ pios de funcionamento do E e capacitores em corrente alternada 36 motor monof sico ccccc o 66 1 5 3 Imped ncia uma extens o da 2 5 1 Liga o dos enrolamentos dos motores lei de Ohm oL LL LL LLL 39 monof sicos ccccccccccc 69 1 5 4 Pot ncia em corrente alternada 4 VIACHESLAV A ZOTOV SHUT TERSTOCK VERESHCHAGIN DMITRY SHUTTERSTOCK TREKANDSHOOT SHUT TERSTOCK ANDREW LAMBERT PHOTOGRAPHY SCIENCE PHOTO LIBRARY SPL DC LATINS
56. SCRs s o sens veis a surtos de tens o e o dispositivo sofre interfer ncia eletromagn tica dos equipamentos pr ximos e o dispositivo produz harm nicas sujando a rede el trica o que pode exigir o emprego de filtros e fus veis ultrarr pidos e contatores auxiliares devem ser utilizados e o dispositivo possui pouca resist ncia a curto circuito da carga e o custo de uso desses dispositivos maior no caso de pequenos motores Um novo algoritmo criado em l gica Fuzzy para a tecnologia TCS torque con trol system foi desenvolvido para fazer com que o conjugado de acelera o e o de desacelera o do soft starter seja linear Com essa nova tecnologia TCS podemos obter respostas mais r pidas e precisas para o controle do conjugado do motor 2 9 7 Uso de inversores de frequ ncia para comandos de partida e revers o At pouco tempo atr s o controle da velocidade dos processos de manufatura de diversos tipos de ind stria como j mostrado na tabela 2 12 era consegui do com a utiliza o de motores de corrente cont nua As pesquisas na rea da eletr nica de pot ncia desenvolveram equipamentos denominados inversores de frequ ncia que associados microeletr nica permitem o uso de motores de indu o em substitui o aos motores de corrente cont nua Os motores de in du o quando comparados aos motores de corrente cont nua s o de f cil ma nuten o e de custo bem mais reduzido Com a equa o 2 29 p
57. TOCK Sum rio IAKOV FILIMONOV SHUTTERSTOCK 2 6 2 7 Escolha e especifica o do motor trif sico 70 2 6 1 Especifica es de motores el tricos 72 2 6 2 Tempo De Rotor Bloqueado E Temperatura Limite 83 2 6 3 Tempo de acelera o t 83 2 6 4 Carca a como inv lucro de prote o 84 Opera o e manuten o de motores el tricos 86 2 7 1 Carregamento conveniente dos motores 86 2 7 2 Ventila o adequada 87 2 7 3 Controle da temperatura ambiente 87 2 7 4 Cuidado com as varia es de tens o 87 2 7 5 Degrada o dos isolantes t rmicos 88 2 7 6 Fixa o correta dos motores e elimina o de vibra es 88 2 7 7 Lubrifica o correta dos mancais 89 2 7 8 Valores de placa de um motor 90 2 8 Dispositivos el tricos de manobra e prote o 92 26 FUSIVEIS copneprs sda pras eds dcanD 93 AB A CON Ore istpedditarra nad pd aa 99 28 3 BoloCldsptressiasiiei En etenari 100 2 8 4 Rel s de sobrecarga ou t rmicos IOI 2 8 5 Disjuntores cccccc cl 102 2 9 Acionamentos de motores 104 29 1 Partida direta cccccc 104 2 9 2 Partida por meio da chave estrela tri ngulo 109 2 9 3 Partida por meio de chave compensadora ccc 113 2 9 4 Outros tipos de liga es ou partidas 113 2 9 5 Comandos de partida e rev
58. a es bruscas de velocidade O conjugado m xi mo deve ser o mais alto poss vel de acordo com as condi es a seguir a O motor deve ser capaz de vencer eventuais picos de carga que podem aconte cer em certas aplica es como britadores misturadores calandras e outras b O motor n o deve perder velocidade de modo brusco quando ocorrerem quedas de tens o excessivamente r pidas O conjugado m ximo em geral expresso em porcentagem do conjugado nominal como demonstrado na equa o 2 5 Cna Sa 100 2 5 n e Conjugado m nimo Cmi o menor conjugado na faixa de velocidade com preendida entre o conjugado nominal e o conjugado m ximo perante ten s o e frequ ncia nominais Esse valor n o deve ser muito baixo isto a curva n o deve apresentar uma depress o acentuada na acelera o a fim de que a partida n o seja muito demorada ocasionando um superaquecimento do motor especialmente nos casos de a carga ter uma in rcia elevada ou a partida se der com tens o reduzida e Conjugado de acelera o o conjugado desenvolvido na partida do motor desde o estado de repouso at a velocidade de regime Observando as curvas da figura 2 11 podemos concluir que durante a fase de acelera o a curva do conjugado CAP TULO 2 MEC NICA 3 motor Cm sempre superior curva representativa do conjugado de carga C A diferen a entre as curvas C e C fornece o conjugado de acelera o F
59. a a lubrifica o inicial na montagem prevista de modo a assegurar um n mero elevado de horas de funcionamento s vezes a reserva de graxa suficiente para toda a vida til do equipamento Nos motores maiores h a necessidade de lubrifica o externa Recomenda es para prolongar a vida til dos rolamentos respeitar os intervalos de lubrifica o n o engraxar excessivamente os rolamentos e limp los com gasolina antes de colocar a graxa nova salvo se houver evacuador autom tico de graxa utilizar as graxas recomendadas pelo fabricante em fun o do servi o e da temperatura THEUNIS JACOBUS BOTHA SHUTTERSTOCK Figura 2 19 Rolamento CAP TULO 2 MEC NICA 3 Figura 2 20 Valores de placa de um motor trif sico do tipo gaiola de esquilo e para os mancais lubrificados a leo verificar os an is de reten o e utilizar o leo recomendado e observar a temperatura dos mancais em opera o e cuidar para que a temperatura ambiente permane a dentro dos limites normais e se o motor precisa funcionar em um ambiente anormal assinalar esse fato ao fabricante no momento do pedido e durante a limpeza evitar dep sitos de poeira nas caixas de rolamentos 2 7 8 Valores de placa de um motor Os valores de placa s o t picos de funcionamento do motor S o de grande re lev ncia tanto na escolha do motor como em sua manuten o ou troca Auxi liam tamb m na escolha do controle a s
60. a auxiliar 5 Cursor de arraste 6 L mina bimet lica principal 7 Ajuste de corrente Para rearme manual T i 960 L1 T1 L2 T2 L3 T3 CAP TULO 2 Figura 2 32 Estrutura de uma botoeira comercial Figura 2 33 Detalhe construtivo do rel de sobrecarga MEC NICA 3 Figura 2 34 Curvas caracter sticas 10 do rel de sobrecarga l min o o 1 e 10 5 a 5 10 2 4 6 10 M ltiplo da corrente de ajuste gt 1 Carga trif sica equilibrada 2 Carga bif sica falta de uma fase Atualmente os rel s de sobrecarga eletr nicos figura 2 35 t m uma vantagem sobre os tradicionais que a possibilidade de acompanhar a temperatura no motor por meio de seus sensores de temperatura Figura 2 35 Rel de sobrecarga 1 Sinaliza o pronto para operar LED verde 2 Sinaliza o de disparo por corrente de fuga LED vermelho 3 Sinaliza o disparo por sobrecarga ou pelos termistores LED vermelho 4 Rearme e teste 5 Liga o para tens o de comando 6 Liga o para os termistores eletr nico E A as A T of T T A1 A2 T1 T2 C1 C2 Y1 Y2 EINE SIEMENS msx 3RBI2 7 Liga o para corrente de fuga pelo transformador de corrente 3UL22 8 Liga o para rearme a dist ncia ou autom tico 9 Contatos auxiliares 1NA 1NF para sobrecarga ou termistores 10 Contatos auxiliares 1NA 1NF para corrente de fuga 11 Ajuste da corrente do moto
61. a compara o visto na figura 1 2 Diz se tamb m que o deslocamento ocorre naturalmente porque o corpo possui energia potencial de posi o maior na posi o mais alta h4 Assim o corpo se desloca da posi o Na de maior energia potencial Epa para a posi o hp de menor energia potencial Epp Da mesma forma a carga el trica positiva se desloca da posi o de maior potencial el trico para a de menor potencial el trico ph F gravidade Taen a b Nos dois casos gravitacional e el trico necess ria uma diferen a de potencial para haver o deslocamento natural do corpo e da carga Em rela o carga el trica temos uma diferen a de potencial ddp com maior potencial em A e menor em B A ddp tamb m chamada tens o el trica U a diferen a entre os dois potenciais como mostrado na equa o 1 2 U Vas Va Ve 1 2 A unidade de medida da tens o el trica ou ddp no SI o volt V 1 1 2 A corrente el trica No ano de 1796 Alessandro Volta 1745 1827 professor e cientista italiano construiu a primeira pilha bateria utilizando discos de cobre e zinco separados por um material que continha uma solu o cida Com isso produziu o primei ro fluxo de cargas el tricas em laborat rio Considerando a pilha da figura 1 3 em cujos terminais foi ligado um fio condutor cobre alum nio ouro prata ou outros metais que possuem el trons livres seu polo positivo e
62. a um galvan metro que um instrumento com um ponteiro montado sobre uma bobina m vel imersa no campo magn tico produzido por um m permanente figura 1 38 Quando uma corrente el trica percorre o enrolamento da bobina m vel surge um campo magn tico na bobina que interage com o campo magn tico do m Dependendo do sentido da corrente el trica o ponteiro poder se movimentar para a direita ou para a esquerda na escala do instrumento escala N bobina pato E Ima N EST o ea permanente Cm 7 n cleo mola de ferro Com corrente nula o torque aplicado bobina nulo e o ponteiro fica em seu ponto de descanso totalmente esquerda da escala Com corrente positiva o pon teiro se movimenta no sentido hor rio Se a movimenta o do ponteiro for para a esquerda entende se que a polaridade das pontas em rela o ao ponto de medi o est invertida Assim podemos afirmar que o mult metro anal gico polarizado e deve se tomar o cuidado para sempre utilizar a ponta vermelha no positivo e a ponta preta no negativo dos pontos medidos O mult metro possui escalas distintas para cada grandeza a ser medida como mostrado na figura 1 39 SERDAR TIBET SHUT TERSTOCK O instrumento possui uma chave seletora para selecionar a grandeza a ser me dida pelo aparelho Descrevem se a seguir os procedimentos de medida de cada grandeza Medidas de tens o com mult metro anal gico Para efet
63. acionada Solu o O primeiro passo a montagem da tabela verdade figura 3 19 Figura 3 19 Tabela verdade A 0 0 0 0 O 0 O 0 1 1 1 1 1 1 1 1 a cna O OOOnmJe meanmna nmn O OOOD S S OO aOO oO OO OUV O O a a OO a O O ma OOA O O O O O s O s O OJ Assim chegamos express o n o simplificada S ABCD ABCD ABCD ABCD ABCD Colocamos ent o os valores 1 da sa da S no mapa de Karnaugh figura 3 20 e marcamos os grupos de dois 1s nesse caso Figura 3 20 Mapa de Karnaugh Com o mapa de Karnaugh chegamos seguinte express o j simplificada S ABD BCD ABC Note que essa express o possui um termo a menos que a express o n o simplifi cada e cada termo tem uma vari vel a menos que na express o anterior MEC NICA 3 ALBUQUERQUE R mulo Oliveira An lise de circuitos em corrente cont nua S o Paulo Editora rica COTRIM Ademaro A M B Justala es el tricas 52 ed S o Paulo Pearson Prentice Hall 2009 FONSECA Celso Suckow da Acionamentos el tricos Apostila Rio de Janeiro CEFET FOWLER Richard J Eletricidade Princ pios e aplica es Tradu o Jos Ma riano Gon alves Lana Revis o t cnica Antonio Pertence Jr S o Paulo Makron McGraw Hill 1992 FRANCHI Cleiton Moro Acionamentos el tricos 12 ed S o Paulo Editora ri ca 2007 GUSSOW Milton Eletricidade b sica
64. ama de blocos simplificado de um Inversor Figura 2 70 Tens o versus frequ ncia em um Inversor escalar Na figura 2 69 mostrado o diagrama de blocos do inversor de frequ ncia seria 0 10 Vcc r Anal gico ido F g lide Rs485 4 3 Fe O I O Digital BN gt Tipos b sicos de inversores de frequ ncia H dois tipos b sicos de inversores de frequ ncia escalar e de controle vetorial Inversor escalar A tens o varia proporcionalmente com a frequ ncia U F constante at a frequ ncia nominal por exemplo 60 Hz Acima de 60 Hz como mostrado na figura 2 70 a tens o permanece constante o que enfraquece a corrente o fluxo e o torque do motor g E qu e U S E 380V 3 l RA I I 20 Hz 40Hz 60Hz 80Hz Frequ ncia A pot ncia de sa da desse tipo de conversor segue o mesmo gr fico de tens o ver sus frequ ncia A sa da tamb m apresenta distor es harm nicas pois a tens o de sa da n o perfeitamente senoidal o que acrescenta harm nicas de ordem superior e aumenta as perdas no motor Os inversores escalares s o mais baratos e usados em aplica es que n o requerem grandes acelera es frenagens e con trole de torque Inversor de controle vetorial O inversor de controle vetorial usado em aplica es que precisam de respos ta r pida alta precis o de regula o de velocidade e controle preciso do t
65. ama fasorial com tens o e corrente em fase O indutor O indutor basicamente um condutor enrolado sobre um carretel podendo ter n cleo de ferro ou de ar figura 1 27 ilustra o s mbolo gr fico do indutor UU Caracterizado pela indut ncia medida em henry H armazena energia sob a forma de campo magn tico e oferece oposi o passagem de corrente alternada Assim da mesma forma que foi definida a resist ncia em um resistor no indutor define se a reat ncia indutiva X que tem a mesma unidade da resist ncia ou seja o ohm Q como X oL 27fL 1 21 Quanto maior a frequ ncia maior o valor de X e menor a corrente que passa pelo circuito No caso da corrente cont nua em que a frequ ncia f O a rea t ncia nula ou seja temos um curto circuito A figura 1 28 mostra a tens o e a corrente em um indutor de indut ncia L 5 305 10 H 5 305 mH alimentado por uma tens o senoidal com valor de pico de 100 V e frequ ncia de 60 Hz Uma vez que X L 2rfL o valor de pico da corrente dado por lp 100 X 100 21760 5 305 107 50 A A corrente estar atrasada 90 com rela o tens o Para verificar se a corrente est atrasada basta localizar o instante em que a tens o come a a ficar positiva A corrente come a a ficar positiva ap s 1 4 de ciclo 90 A figura 1 29 represen ta o diagrama fasorial com a corrente atrasada com rela o tens o i t 1
66. antes t rmicos Para evitar a degrada o dos isolantes t rmicos recomendam se as medidas seguintes e equipar os quadros de alimenta o com aparelhos de prote o e comandos apropriados e proceder a verifica es peri dicas de seu funcionamento e nos per odos de parada dos motores limpar as bobinas dos enrolamentos e instalar filtros nos sistemas de ventila o dos motores proporcionando lhes manuten o adequada e deixar os motores em lugares salubres e observar se h desprendimento de fuma a e verificar periodicamente as condi es de isolamento equipar os motores com dispositivos de alarme e prote o contra curtos circuitos e observar ru dos e vibra es intempestivas e observar sinais de superaquecimento e anotar periodicamente as temperatu ras durante a opera o e observar o equil brio das correntes nas tr s fases verificar se a frequ ncia prevista para o motor realmente igual frequ ncia da rede de alimenta o 2 7 6 Fixa o correta dos motores e elimina o de vibra es Um motor nunca deve ser fixado em uma inclina o sem que se tenha certeza de suas caracter sticas Vibra es anormais reduzem o rendimento do motor As vibra es podem ser consequ ncia de uma falha no alinhamento de uma fixa o insuficiente ou defeituosa do motor em sua base de folgas excessivas dos mancais ou ainda de um balanceamento inadequado nas partes girat rias Medidas para prevenir
67. apa 3 Associam se em paralelo os resistores de 7 8 e 6 9 Q da figura 1 20c obtendo a figura 1 20d Etapa 4 Finalmente associam se em s rie os resistores da figura 1 20d resul tando na figura 1 20e 4 Energia e pot ncia el tricas Embora energia seja um conceito primitivo da mesma forma que mat ria costuma se defini la como a capacidade de realizar trabalho Ambas as gran dezas trabalho T e energia E t m a mesma unidade que no SI o joule J Para a realiza o de um trabalho preciso que haja a transforma o da energia de uma forma em outra Por exemplo em um motor ocorre a trans forma o da energia el trica em mec nica em uma bateria a energia qu mica convertida em el trica em uma l mpada se d a transforma o de energia el trica em luminosa A pot ncia P definida como a quantidade de trabalho realizado T ou energia convertida AE por unidade de tempo A pot ncia pode ent o ser calculada dividindo se a quantidade de trabalho realizado T ou a varia o da energia AE pelo intervalo de tempo considerado At conforme a equa o 1 13 A unidade empregada no SI para pot ncia o watt W e como vimos para energia ou trabalho o joule J Pela equa o 1 13 acima temos 1W 1J s Em termos de energia mec nica 1 J corresponde ao trabalho realizado por uma for a constante de 1 N aplicada sobre um ponto para desloc lo no espa o de 1 m na dire o da for a A pot ncia d
68. as letras IP seguidas por dois algaris 2 6 4 Carca a como inv lucro de prote o mos O primeiro algarismo indica o grau de prote o contra a penetra o de corpos s lidos estranhos e contato acidental O segundo algarismo indica o grau A carca a al m de acondicionar tamb m serve de prote o do motor ou mais de prote o contra a penetra o de gua no interior do motor tabela 2 6 precisamente do conjunto estator rotor exig ncia do grau de prote o IP fa PN l Tabela 2 6 depende diretamente do ambiente no qual o motor instalado Um motor ins algarismo 2 algarismo i talado ao tempo sujeito a sol e chuva exige um grau de prote o superior a um Graus de prote o 0 0 motor instalado no interior de uma sala limpa e seca sem prote o sem prote o do motor i gt corpos estranhos l 3 Os ambientes considerados agressivos para motores s o aqueles com presen a de pos I pingos de gua na e l com dimens es l p poeira fibras part culas etc ou ainda molhados ou sujeitos a jato de gua vertical acima de 50 mm Motores operando completamente imersos s o casos especiais corpos estranhos pingos de gua at Figura 2 17 2 com dimens es 2 a inclina o de 15 Carca as acima de 12 mm com a vertical corpos estranhos pingos de gua at 3 com dimens es 3 a inclina o de 60 acima de 2 5 mm com a vertical corpos estranhos 4 com dimens es 4 acima de 1 0 mm respingo
69. as mec nicas bombas de leo para po os Em certos casos precisa se de parte do conjugado nominal em outros casos de vez o conjugado Ventiladores m quinas ferramentas nominal misturadores transportadores Valores m ximos entre 200 e 250 do nominal N o maior que 2 vezes o conjugado nominal Requer 2 a 3 vezes o conjugado nominal S o consideradas perdas durante os picos de carga ou 2 vezes o conjugado nominal em cada velocidade Condi es de partidas f ceis tais como engrenagens intermedi rias baixa in rcia ou uso de acoplamentos especiais simplificam a partida M quinas centr fugas tais como bombas em que o conjugado aumenta em fun o do quadrado da velocidade at um m ximo conseguindo na velocidade nominal Na velocidade nominal pode estar sujeita a pequenas sobrecargas Conjugado de partida alto para vencer a elevada in rcia contra press o atrito de partida rigidez nos processos de materiais ou condi es mec nicas similares Durante a acelera o o conjunto exigido cai para o valor do conjugado nominal desaconselh vel sujeitar o motor a sobrecargas durante a velocidade nominal Cargas intermitentes as quais requerem conjugado de partida alto ou baixo Requerem partidas frequentes paradas e revers es M quinas acionadoras tais como prensas puncionadoras que podem usar volante para suportar os picos de pot ncia Pequena regulagem
70. as nos geradores a estrela ou Y b tri ngulo ou A a b Podemos utilizar os conceitos j vistos de circuitos el tricos para fazer a transforma o do sistema estrela em tri ngulo e vice versa como mostram as figuras 1 56 e 1 57 Figura 1 56 Transforma o de tri ngulo para estrela CAP TULO Figura 1 57 Transforma o de estrela para tri ngulo Z Zt t44 Figura 1 58 Como o sistema trif sico composto por tr s circuitos monof sicos a represen Gerador e carga ta o pode ser feita como mostra a figura 1 58 ligados em estrela Zj imped ncia do enrolamento Z imped ncia da linha de transmiss o Z imped ncia do neutro Z imped ncia da carga MEC NICA 3 CAP TULO Podemos fazer o estudo considerando um sistema monof sico simples figuras Figura 1 61 1 59 e 1 60 Tens es de fase e de linha de um sistema trif sico Figura 1 59 Circuito monof sico equivalente V y V 0 Vag V 3 V 30 V py V 120 Vac V 3 V 90 Ven V 120 Vea V 3 V 150 l A corrente na linha corrente na fase la V Z Figura 1 62 Gerdor em estrela e loB gt Vpn Z Z l ERES carga em tri ngulo pg Kaif Figura 1 60 la pp lec corrente na linha A figura 1 63 mostra o diagrama fasorial para a situa o em que o gerador est configurado em estrela e a carga em tri ngulo Van Vens Von tens o de fase v
71. aste vibra o aquecimento do motor e impacto na rede el trica Al m dos problemas de partida em si muitos processos na ind stria trabalham com varia o de velo cidade do motor como os que se encontram na tabela 2 12 CAP TULO 2 Figura 2 58 Comando para partida estrela tri ngulo com revers o de giro MEC NICA 3 Tabela 2 12 Varia o de velocidade em alguns tipos de acionamento Figura 2 59 Comparativo de correntes SCRs em antiparalelo e forma de onda da tens o fornecida a cada fase do motor CORRENTE Partida direta Estrela tri ngulo Bombas Varia o de vaz o de l quidos Ventiladores Varia o de vaz o de ar Sistemas de transportes Varia o da velocidade de transporte Tornos Varia o da velocidade de corte Bobinadeiras Compensa o da varia o de di metro da bobina At algum tempo atr s essa varia o de velocidade era realizada por motores de corrente cont nua ou ainda componentes mec nicos hidr ulicos e eletro magn ticos O maior desenvolvimento de semicondutores de pot ncia SCRs IGBTs etc e dos microprocessadores nas ltimas d cadas tornou vi vel a pro du o de sistemas de varia o de velocidade eletr nicos No m todo de partida estrela tri ngulo conseguimos uma redu o na tens o no torque e na corrente de partida mas a partida feita em degraus de tens o o que causa muitos danos ao motor e instala o el trica No soft star
72. aterial condutor como mostrado na figura 1 5 Figura 1 5 Efeito da resist ncia na corrente de um el tron I 2 As leis de Ohm 1 2 1 Primeira lei de Ohm Em 1827 Georg Simon Ohm 1789 1854 f sico e matem tico alem o ve rificou por meio de experimentos que se determinada tens o U fosse aplicada aos terminais de um condutor obtinha se uma corrente e que um aumento da tens o U causava um aumento no valor da corrente Observou tamb m que o quociente entre os pares de valores de tens o e de corrente resultavam em uma constante a resist ncia do material R Essa proporcionalidade conhe cida como 12 lei de Ohm equa o 1 4 e tamb m pode ser escrita na forma das equa es 1 5 1 6 e 1 7 l l R 15 U A dl E A 1 7 Os componentes que obedecem a essas equa es s o chamados resistores hmicos 2 2 Segunda lei de Ohm Ohm moldou fios de diferentes se es transversais S e diferentes comprimentos L e mediu os valores de suas resist ncias R figura 1 6 Com esses par metros MEC NICA 3 Figura 1 6 Formato do fio para a 2 lei de Ohm demonstrou que em determinado fio condutor mantendo se a tens o e a tem peratura constantes a intensidade da corrente el trica depende de seu compri mento e de sua se o transversal Portanto para fios de mesma espessura se o transversal S o aumento do comprimento L leva a um aumento proporcional na resist ncia R
73. booleana da sa da Figura 3 12 Exemplo de circuito l gico MEC NICA 3 Figura 3 13 Tabela verdade e express o booleana correspondente E poss vel determinar a express o booleana com base na tabela verdade Para tanto os seguintes passos devem ser seguidos marcar as sa das que est o com n vel l gico igual a 1 escrever a combina o das vari veis de entrada para essa sa da ou e escrever a outra combina o que possui n vel l gico igual a 1 Lembrar que essas situa es s o somas pois pode haver v rias condi es com n vel l gico igual a 1 como mostra o exemplo da figura 3 13 A tabela 3 1 traz um resumo pr tico com os s mbolos empregados a tabela ver dade a express o booleana e o comando el trico correspondente INVERSOR A B CAP TULO 3 Tabela 3 1 Resumo de s mbolos tabela verdade express o booleana e comando el trico correspondente MEC NICA 3 Figura 3 14 Mapa de Karnaugh de duas e de quatro vari veis 3 9 Minimiza o de express es booleanas pelo uso dos mapas de Karnaugh O mapa Veitch Karnaugh ou mapa de Karnaugh como mais conhecido um m todo gr fico usado para simplificar uma equa o l gica ou converter uma tabela verdade em seu circuito l gico correspondente de forma simples e met dica Embora o mapa de Karnaugh possa ser usado em problemas que envolvam qualquer n mero de vari veis de entrada sua utilidade pr
74. ca para o motor e apar ncia frontal Monofase DB 230V MCCB oppure DISPLAY Trifase 230 460 V O O C 7 segmentos 50 60 H O LED SET LED FWD a LED RUN LED REV Marcia AvantilStop OFX FM Frequenzimetro 3 5 it ara s ORX CMO uscita Disabilita wener OBX Ripristino guasti ORST a ES OJOG lemt is Er P1 Impostazione di Ingr multi funzione 2 Op2 fabbrica Ingr multi funzione 3 Sp Velocita l 3 Velocit m Ie el usdi Tecla FUNC Tecla Morseito comune Velocit H i Re uscita guasto OCM o minore di AC250V 1A STOP RESET oio minore di DC30V 1A E Potenziometro T o 1 Kohm 1 2W chermo Alimentazione O minore di AC24V 50mA O Ovr segnal e velocit Q MG Impostazione di fabbrica o O Ingresso segnale Io png S Porta comunicazione Q Ingresso segnale velocit Ram 4 20mA 2500hm S C MODBUS RTU CM Comune per Tecla RUN Ingresso segnale VR V1 velocita Tecla UP DOWN 1 Para alterar o valor do tempo de acelera o ACC de 60 s para 40 s digita se no teclado e observa se no display a sequ ncia da figura 2 78 b Exemplos de programa o Figura 2 78 Mudan a de par metro de acelera o ido pi gt RUNO Li LiLI OREV RUNO ILLI gt RUNO TIL CAP TULO 2 2 Para medir a corrente de sa da do inversor corrente fornecida ao motor digita se no teclado e o display mostra o seguinte V SET 0 CUr FUNC SET 5 OA FUNC SET
75. cidade de interrup o o valor m ximo eficaz da corrente de curto circuito que o fus vel capaz de interromper dentro das condi es de tens o nominal e do fator de pot ncia estabelecido Podem ser classificados como ul trarr pidos e retardados Os fus veis do tipo NH e Diazed tipo D devem operar satisfatoriamente nas condi es de temperatura ambiente para as quais foram projetados A figura 2 23 apresenta alguns fus veis NH e Diazed e suas bases WEG BRASIL stair 1 Ri Ba O h A A q J ie da FOR F 6 A o ma j CAP TULO 2 O fus vel NH figura 2 24 utilizado em instala es el tricas industriais Pos sui seis tamanhos diferentes apresenta apenas o tipo retardado e sua corrente nominal varia de 6 A a 1250 A Figura 2 24 Fus vel NH aai mg oo R z 229 IORA j E AA ENHOO NHOO Ce E J os fus veis Diazed figura 2 25 s o utilizados nas instala es el tricas residen ciais e industriais Sua capacidade varia de 2 A a 63 apresentam os tipos ul trarr pido e retardado e trabalham com uma tens o m xima de 500 kV Figura 2 25 Base com fus vel Diazed ER 09 SHUTTERSTOCK Os fus veis atuam dentro de determinadas caracter sticas de tempo de fus o ver sus corrente fornecidas em curvas espec ficas Para correntes elevadas de curto circuito os fus veis NH e Diazed atuam em um tempo extremamente r pido como pode s
76. co Ao ser acionado o bot o Sl a bobina do contator K1 Al A2 energizada e seu contato NF 21 22 se abre evitando que o contator K2 seja acionado os contatos 21 22 s o usados para o intertravamento de contatores permitindo que apenas um dos contatores K1 ou K2 seja ligado Em seguida em quest o de 100 ms os contatos principais de K1 1 2 3 4 5 6 se fecham acionando o motor que vai girar seu eixo no sentido hor rio e fecha se tamb m o contato NA de K1 13 14 mantendo o contator K1 selado acionado Ao ser acionado o bot o SO a passagem de corrente el trica interrompida K1 desligado e o motor para Ao acionar o bot o S2 o contator K2 1 2 3 4 5 6 aciona o motor no sentido anti hor rio invertendo duas de suas fases E importante perceber que ao acionar a chave de fim de curso 3 o contator K1 desligado e o motor para Nesse caso deve ser acionado o bot o S2 para ligar o motor no sentido contr rio ao que estava girando Ao ser acionada a chave S4 o contator K2 desligado e o motor para novamente at ser acio nado o bot o S1 MEC NICA 3 Figura 2 57 Diagrama de pot ncia da partida estrela tri ngulo com revers o de giro Partida estrela tri ngulo com revers o de giro utilizando contatores A partida estrela tri ngulo usada para motores de maior pot ncia Nesse caso s o precisos quatro contatores dois para a revers o de giro e mais dois para a liga
77. corrente de partida Ip maior que a corrente nominal In do motor com o rotor bloqueado por exemplo IP ndice de prote o do motor uma classifica o segundo a norma NBR IEC 60529 em que se leva em conta o fator de prote o das pessoas quanto isola o el trica do motor em rela o a p l quidos e outras con di es ambientais de trabalho do motor Nesse exemplo o primeiro d gito 5 indica prote o do motor contra poeira e o segundo d gito 5 prote o contra jatos de gua Tens o de trabalho indica a s tens o 6es nominal ais ou de trabalho do motor Nesse exemplo o motor trabalha na tens o nominal de 220 V na liga o em tri ngulo 220 V em cada bobina ou enrolamento do motor Para a partida na liga o em estrela o motor ligado em 380 V Corrente de trabalho a corrente nominal ou de trabalho do motor Quando ligado tens o de 220 V o motor consome 4 78 A quando ligado tens o de 380 V consome 2 77 A Esquema de liga o especifica a configura o dos bornes para as liga es em tri ngulo 220 V ou estrela 380 V ou seja mostra como conectar os bornes do motor em cada tipo de liga o Nesse exemplo como se trata de um motor de seis pontas temos apenas esses dois tipos de conex o e Peso o motor do exemplo pesa 16 kg MEC NICA 3 e Rend mostra o rendimento do motor N em porcentagem ou a rela o entre a pot ncia no eixo e a pot ncia ativa
78. ctivamente Para calcular o torque de carga ao eixo do motor usamos a rela o de engrena gens expressa na equa o 2 20 Tu h a al 2 20 M em que Tim conjugado da carga referido ao eixo do motor Pelo princ pio da conserva o da energia a energia cin tica de uma transmiss o invari vel equa es 2 21 e 2 22 2 2 J q h U gt 22 ou Me ea 2 27 2 L Oy CAP TULO 2 Figura 2 14 Carga e motor ligados por transmiss o ocasionando velocidades diferentes MEC NICA 3 Figura 2 15 Carga e motor em velocidades diferentes Figura 2 16 Acionamento com uso de caixa de redu o Para calcular o momento de in rcia da carga ao eixo do motor usamos a rela o de engrenagens ao quadrado expressa na equa o 2 23 J a J 2 23 Pode haver mais de um n vel de acoplamento como mostrado na figura 2 15 Nesse caso como existem tr s n veis de acoplamento o c lculo do momento de in rcia total em rela o ao eixo do motor expresso na equa o 2 24 2 2 2 2 oL 0 0 Ds Ju d th tdo tds 2 24 M M M Om O momento de in rcia como visto na equa o 2 25 dado por J Jut Jy 2 25 Na figura 2 16 mostrado um motor acionando um conjunto de cargas por meio de um redutor caixa de engrenagens que tem por finalidade a redu o de velocidade de tal forma que a velocidade da carga seja diferente da velocidade do motor Nesse caso podem ser feitas as seguintes observa
79. da de resist ncia o instrumento precisa estar ca librado e para tanto deve se fazer o ajuste de zero do ponteiro Para isso necess rio juntar as duas pontas vermelha e preta e verificar se o ponteiro est indicando O Q Caso contr rio deve se fazer o ajuste por meio do bot o locali zado no painel do instrumento Esse ajuste precisa ser feito para cada mudan a de escala na chave seletora Uma vez conseguido o ajuste as pontas de prova devem ser conectadas ao componente a ser medido importante que o componente esteja desconecta do do circuito para e evitar que tens es presentes no circuito sejam aplicadas ao ohm metro po dendo danificar ou dar falsos resultados de medida evitar que em vez da medida da resist ncia do componente seja obtida a re sist ncia da associa o do componente com os demais existentes no circuito o que certamente resultar em resist ncia menor que a real Erro comum que pode danificar o instrumento Muitas vezes o instrumento deixado em cima da bancada na posi o corrente ou resist ncia e ao voltar a utiliz lo tenta se medir tens es sem alterar a chave seletora para tens o Mult metros de menor custo so frer o danos Os de melhor qualidade e portanto mais caros s o dotados de prote o que evita ou minimiza os danos E conveniente colocar a chave seletora na maior escala da posi o tens o sempre que terminar de usar o instrumento Se o
80. da etapa 2 a R Ro b Etapa 3 Novamente temos uma associa o em s rie entre R e Rg que ser chamada Re R Rp mostrada na figura 1 15 Figura 1 15 a Resultado da etapa 3 Etapa 4 Agora temos uma associa o em paralelo entre R e Rc que ser chamada RR po Ye D R Ro MEC NICA 3 CAP TULO Aqui Ro j a resist ncia equivalente Req entre os pontos a e b figura 1 16 Exemplos Figura 16 1 Transformar o circuito abaixo figura 1 18 de estrela para tri ngulo Resist ncia equivalente a Figura 1 18 R 1 Transforma o da liga o estrela para tri ngulo b 10 gt l l l Rs 12 Conhecendo o valor da resist ncia equivalente Roa e o valor da tens o U pode mos aplicar a lei de Ohm para determinar o valor da corrente total do circuito 21 15 3 4 Transforma o de resist ncias estrela tri ngulo R Na pr tica podem existir situa es em que haja associa es de resist ncias que n o se enquadram nos casos estudados at agora ou seja as associa es em s rie paralelo e mista Em tal situa o ser necess rio utilizar a t cnica da transforma o estrela tri ngulo ou vice versa para a solu o do problema conforme mostra a figura 1 17 Solu o Aplicando as f rmulas da transforma o estrela tri ngulo obtemos Figura 1 17 Circuitos em estrela 10 15 10 27 15 27 e tri ngulo R 27 30 06 Q R R 10 15 10 27 15 27 13 12 R Es
81. do constante e Carga de conjugado linear h m quinas nas quais o expoente X igual a 1 X 1 Nesses casos a equa o do conjugado varia linearmente com a rota o N do motor O conjugado cresce com a velocidade como mostrado na equa o 2 11 C C k n linear 2 11 A pot ncia do motor no entanto varia com o quadrado da rota o equa o 2 12 P C n k n 2 12 Sistemas de acoplamento hidr ulico ou eletromagn ticos e geradores ligados em carga de alto fator de pot ncia s o exemplos de carga de conjugado linear e Carga de conjugado quadr tico ou parab lico em alguns casos temos cargas com X 2 Nesses casos o conjugado varia com o quadrado da rota o equa o 2 13 C C k n 2 13 Enquanto o conjugado da carga parab lico quadr tico verifica se que a po t ncia do motor varia com o cubo da rota o equa o 2 14 P C k n 2 14 Bombas centr fugas ventiladores e misturadores centr fugos s o exemplos de cargas com conjugado quadr tico e Carga de conjugado hiperb lico se o expoente da rota o X 1 o conjugado varia com o inverso da rota o equa o 2 15 C 2 15 n Nesse caso a pot ncia do motor permanece constante ou seja n o varia com a rota o N equa o 2 16 P k constante 2 16 Bobinadeiras desbobinadeiras m quinas de sonda e perfura o de petr leo s o exemplos de cargas com conjugado hip
82. do de partida n rota o nominal N rota o s ncrona Escolha do motor a ser usado com o inversor de frequ ncia Para determinar o tipo de motor a ser utilizado com um inversor de frequ ncia preciso realizar um estudo da curva torque versus frequ ncia figura 2 75 Essa curva ajuda no c lculo da carca a do motor levando em considera o o torque necess rio para a carga em fun o da faixa de frequ ncia de trabalho do motor Figura 2 75 Curva caracter stica torque conjugado dispon vel versus frequ ncia rota o para uso de motores autoventilados com Inversor 6 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 F Hz MEC NICA 3 E importante notar que K o fator de redu o de torque derating factor est entre 0 7 e 1 0 e depende do conte do de harm nicas do inversor valores t picos s o de 0 8 a 0 9 Tabela 2 14 Efici ncia energ tica e acionamento de motores A 0 lt f fn lt 0 5 K 0 45 0 4 f fn 0 5 0 9 B 0 5 lt f fn lt Torque constante K 0 9 C f fn gt 1 0 K 0 9 f fn A an lise da tabela 2 14 resulta em melhor entendimento da figura 2 75 e Trecho A utilizado para determinar a carca a do motor sem sistema de ven tila o Na regi o abaixo de 50 da rota o nominal necess rio usar um motor de carca a maior para garantir a refrigera o do motor e Trecho B regi o tima de utiliza o Operando na faixa entre 50 e 100 da rota o nominal
83. do em 220 V Solu o e Na tabela 2 11 v se que o motor WEG IP55 de 100 cv e carca a tipo 250 S M atende a essas especifica es Outro dado dispon vel na tabela 2 11 o valor da corrente nominal In In 232A para 220V In In 380V 77 134A Da tabela 2 11 Ip In 9 3 em que Ip a corrente de partida do motor Subs tituindo Ip 9 3 In 380 V 9 3 134 1246 A CAP TULO 2 Tabela 2 11 Corrente Corrente Fante VEDRAS CH nominal com rotor em 220 V bloqueado o ii 2 polos 60 Hz 0 16 0 12 63 3380 0 77 59 0 25 0 18 63 3380 1 02 4 7 0 33 0 25 63 3390 1 34 5 0 0 50 0 37 63 3380 1 7 5 9 0 75 0 55 7I 3430 2 39 6 2 1 0 0 75 7 3450 3 18 Vl 1 5 80 3420 4 38 7 0 2 0 1 5 80 3400 5 49 6 6 3 0 2 2 90S 3465 8 43 7 0 4 0 3 0 90L 3460 10 9 7 5 5 0 3 7 100L 3485 13 1 8 0 6 0 4 5 I 12M 3480 16 1 7 7 5 5 5 12M 3500 19 2 8 0 10 7 5 132S 3510 25 7 7 0 12 5 92 132M 3510 31 0 8 6 I5 E 132M 3525 36 2 8 5 20 I5 160M 3540 50 3 7 5 25 18 5 160M 3525 61 0 8 0 30 22 60L 3530 72 1 8 0 40 30 200M 3560 98 3 7 8 50 37 200L 3560 121 7 6 60 45 225S M 3560 143 7 5 75 55 225S M 3555 173 8 100 75 250S M 3560 232 9 3 e Para dimensionar os contatores preciso observar que K1 e K2 acionam o motor em tri ngulo e que K3 usado na liga o em estrela figura 2 44 Figura 2 44 L1 L2 L3 Esquema de liga o F1 2 3 estrela tri ngulo MEC NICA 3 Figura 2 45 Curva
84. do fus vel NH Sabendo que a corrente de linha igual corrente nominal do motor I e que a corrente em E e considerando ly para os contatores K1 e K2 ent o le gt In V3 gt le gt 134 3oule gt 77A Assim pode ser escolhido o modelo CWM80 para os contatores K1 e K2 O contator K3 ser usado na liga o estrela e nesse caso a corrente em estrela ser IY In 3 134 3 45A Dessa forma le gt 45 A Portanto escolhe se no cat logo o contator CWM50 para K3 e Quanto ao rel de sobrecarga dever suportar a mesma corrente que o con tator K1 le gt 77 A Assim escolhe se o rel RW67 2D 63 80 e Os fus veis F1 F2 e F3 usados devem suportar uma corrente 20 maior que a nominal do motor em tri ngulo IA ou seja IF gt 1 2 IA gt IF 1 2 775IF gt 92 4A Tamb m devem suportar a corrente de pico na partida Mas na partida estrela tri ngulo o pico 1 3 da corrente de pico nominal lp 1246 3 415A Ent o os fus veis devem suportar 415 A durante Tp 10s Na figura 2 45 curva do fus vel NH entramos com os valores 10 s e 415 A 100 A 125 A 105 415 A Selecionando a corrente cuja curva est direita de 92 4 A IF 125 A temos o fus vel FOONH125 Para a base do fus vel usada BOONH e Quanto ao rel de tempo utilizando o cat logo da WEG escolhe se o mo delo RTW 03 220YD importante observar que a utiliza o desse tipo de chave e
85. e 1 W fornecida a um corpo por uma for a de 1 N que o desloca com uma velocidade de 1 m s Em termos de energia el trica obt m se P pela equa o 1 14 P UI 1 14 Assim fornecer 1 W a uma carga corresponde a aplicar uma tens o de 1 V com uma corrente de 1 A Se essa carga ficar ligada por 1 s receber uma energia AE PAt 1W 15 1J Com base na equa o 1 14 acima e na 12 lei de Ohm equa o 1 6 obtemos mais duas rela es teis como as equa es 1 15 e 1 16 dadas a seguir P UI R I RIS 1 15 P Ul 5 i 1 16 R R CAP TULO Outras unidades de pot ncia empregadas para representar o que se chama de pot ncia mec nica as pot ncias de motores s o o HP horsepower e o cv ca valo vapor 1 HP 145 7 W 1 cv 135 5 W As outras unidades de energia trabalho usadas na pr tica s o e caloria cal utilizada em processos t rmicos e quilowatt hora kWh usada para a medida de consumo de energia el trica 1 cal 4 18J 1 kWh 3 6 x 10 J Exemplo Calcular a quantidade de energia consumida em um banho de 20 minutos usando um chuveiro de pot ncia 7 500 W Apresentar o resultado em J e em kWh Solu o Sabendo que 20 minutos 20 60 s 1200 s da equa o 1 13 obtemos AE PAt 7500 W 1200 s 9000000 J 9 10 J Calculando em kWh Primeiro transforma se a pot ncia em kW P 7500 W 7 5 10 kW Sabendo que At 20 min 1 3 h obtemos AE 7 5 1 3 2 5 kWh
86. efine sua senoide de origem CAP TULO O fasor representado por um n mero complexo na forma polar O compri men imboliza em um diagrama indi m dul ns ento da seta que o simboliza em um diagrama indica o m dulo da tens o ou Figura 1 24 corrente alternada ou seja seu valor eficaz O ngulo que a seta faz com o eixo o ade asc E horizontal corresponde ao ngulo de fase seu fasor correspondente Q o 9 V 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180N495 210 225 240 255 270 285 300315 330 33 Geralmente o fasor de refer ncia horizontal e corresponde a 0 Adota se o sentido anti hor rio a partir do fasor de refer ncia para a marca o de ngulos positivos V v D V cos wt q amp V Ela 1 20 t V cos ot a Fle Para evitar confus o com o simbolo usado esquerda a forma de onda senoidal real que pode ser vista com o uso do osci para corrente el trica losc pio A da direita o fasor V n mero complexo associado a v t E uma i costuma se nota o mais compacta que facilita os c lculos de correntes e tens es representar o O que mostrado na equa o 1 20 n o uma igualdade A express o dada n mero imagin rio A seguir exemplo de c lculo para demonstrar a utilidade do uso dos fasores 1 com a letra j Ou seja j V 1 Exemplo Se conectarmos dois geradores em s rie um com tens o V4 t 10 cos 377 t V e o segundo definido por V 10 cos 3
87. ele n o seja utilizado deve se ligar a entrada de erro DI3 ao Vcc da fonte Para que a prote o t rmica do motor atue durante o by pass do contator K1 figura 2 6la necess rio que se coloquem os TCs de medi o de corrente ap s os contatos principais de K1 Na figura 2 61b os contatos principais de K1 e K2 auxiliam o soft starter na revers o de giro do motor Nota se que o contato NF de K1 funciona como intertravamento para impedir curto circuito entre as fases Tamb m recomendado um contator na entrada do sofi starter caso se queira proteger o motor contra falta de fase por causa de danos no circuito de pot ncia do SSW 04 Tamb m n o se deve esquecer a parametriza o por software do SSW 04 antes de seu acionamento em cada caso Na figura 2 62 mostrada a compara o entre a partida direta a estrela tri n gulo e a partida suave Tens o no motor Corrente no motor Partida Estrela Partida E direta tri ngulo suave direita 100 58 Rota o n Tempo AN Entre as vantagens no uso do dispositivo soft starter podem ser destacadas sua longa vida til sem pe as eletromec nicas o torque de partida pr ximo ao no minal e a possibilidade de ser utilizado na desacelera o do motor As desvantagens e cuidados ao usar esse tipo de chave s o por causa do aquecimento nos SCRs por efeito Joule preciso colocar ven tila o for ada O emprego de contator de by pass tamb m auxilia e os
88. emecanique inversor para motores ass ncronos da Schneider Eletric a Esquema de liga es externas necess rio conhecer a liga o do inversor antes de executar sua programa o Na figura 2 76 mostrado o esquema de liga es para a regulagem de f brica a e a apar ncia frontal do inversor b Em a lado esquerdo da figura mostrado o esquema de liga es rede inversor motor e em b lado direito o teclado display do inversor Outras informa es s o detalhadas a seguir No esquema de liga es rede inversor motor a 1 liga o rede monof sica ou trif sica 2 contatos do rel para sinalizar estado do inversor 3 entrada para rel ou CLP 24 Vbo 4 liga o fonte de 24 Vb interna se externa ligar o O V da fonte ao borne COM e n o usar o borne 24 V do inversor No teclado display do inversor b 1 led que indica tens o no bus DC 2 displays de sete segmentos 3 e 5 setas para trocar de par metro ou aumentar diminuir um valor 4 lt enter gt memoriza par metro ou valor do display 6 troca par metro por seu valor num rico Nessas liga es devem ser seguidas as recomenda es de instala o dos itens anteriores e do manual do fabricante Outras liga es fonte 24 V externa Fonte 24 V b Exemplos de programa o 1 Para alterar o valor de f brica da rampa de acelera o linear ACC de 3 s para 5 8 s deve ser digitada a
89. er observado nas curvas caracter sticas mostradas nas figuras 2 26 e 2 27 em que o tempo de fus o colocado no eixo vertical e a corrente de pico no eixo horizontal As tabelas 2 8 e 2 9 fornecem as correntes nominais padronizadas dos fus veis Diazed e NH e a figura 2 28 traz o cat logo com o c digo para a escolha do fus vel Diazed e das pe as que comp em o conjunto MEC NICA 3 CAP TULO 2 Figura 2 26 Fam lia de curvas do Curvas caracter sticas NH Tamanho Correntes Tamanho fus vel tipo NH Tabela 2 8 Correntes nominais dos Correntes nominais nominais fus veis NH Siemens Curva tempo x corrente lt lt 2 X SAS N MANAS LL lt lt lt aj lt a lt lt 3 Ss gs sagssfssaass el e 10 000 6 63 1000 DII 10 80 16 100 DIVH 100 20 25 E z E E e l Tabela 2 9 Tamanho Correntes Tamanho Correntes Correntes nominais dos D 0 1 nominais nominais a a l l fus veis Diazed Siemens 6 125 0 01 IO 160 0 001 16 l 200 1 10 100 1 000 10 000 Toler ncia 5 da corrente Corrente em A valor efizaz 20 224 Curvas tempo corrente m dias para fus veis NH partindo de um estado n o preaq
90. er usado por exemplo o de um inver sor de frequ ncia Na figura 2 20 mostrado um exemplo de placa de identi fica o de um motor trif sico do tipo gaiola de esquilo de 4 polos de baixa tens o descrito a seguir o significado de cada um dos campos da placa NOME DO FABRICANTE NBR 7094 mn 3 MOTOR INDU O GAIOLA Hz60 CAT N kW cv 1 1 1 5 RPM 1700 FS 1 15 ISOL B Ip in 5 4 IP55 220 380 V 4 78 2 77 A oloa L1 L2 L3 380 V q REND 72 7 coso 0 83 NS J INMETRO Na figura e Nome do fabricante possui o nome marca do fabricante do motor e 3 esse s mbolo indica ser um motor trif sico e portanto deve ser ligado a uma rede trif sica e Motor indu o gaiola indica o tipo do motor e Frequ ncia do motor indica qual a frequ ncia de trabalho do motor ou o tipo de rede el trica ideal para seu funcionamento 50 Hz ou 60 Hz depen dendo da rede el trica do local ou pa s No Brasil a rede el trica trabalha com 60 Hz Usar o motor em uma frequ ncia de trabalho diferente dessa altera seu tempo de vida til Isso ocorre por exemplo no caso do uso de inversores de frequ ncia Cat nesse exemplo o motor pertence categoria N Trata se de uma classi fica o dos motores de acordo com a norma NBR 7094 que indica qual tipo de curva torque X velocidade o motor segue categoria N refere se a um motor muito usado em bombas ventiladores e m quinas operatrizes Pot ncia do motor
91. erb lico Momento de in rcia da carga Em primeiro lugar deve se conhecer o conceito de carga De modo geral pode mos definir carga de um motor como o conjunto de massa formado pelos com ponentes da m quina em movimento e firmemente preso ao eixo do motor As cargas acionadas pelos motores el tricos podem ser classificadas de duas formas diferentes como visto anteriormente a Carga com conjugado constante aquela que apresenta o mesmo valor de conjugado durante toda a faixa de varia o da velocidade a que submetido o motor Nesse caso a demanda de pot ncia cresce linearmente com a varia o da velocidade Como exemplos podem ser citados os laminadores os elevadores de carga e a esteira transportadora CAP TULO 2 MEC NICA 3 Figura 2 13 Elevador de carga b Carga com pot ncia constante aquela em que o conjugado inicial elevado reduzindo se de forma exponencial durante toda a faixa de varia o da veloci dade Como exemplos podem ser citadas as bobinadeiras de fios ou de chapas cujo di metro da bobina varia ao longo do processo necessitando maior con jugado motor para maiores di metros e menor conjugado motor para menores di metros Agora podemos conhecer o conceito de momento de in rcia das massas O rotor dos motores el tricos apresenta massa que resiste mudan a de seu estado de movimento Logo o rotor reage quando submetido a determinada ro ta o obrigado a acelerar E
92. ers o de giro 117 2 9 6 Uso da chave soft starter para comando de partida e revers o 121 2 9 7 Uso de inversores de frequ ncia para comandos de partida e revers o 125 149 Cap tulo 3 L gica digital para aplica o em eletropneum tica 3 1 3 2 3 3 3 4 3 5 3 6 3 7 3 8 3 9 Constantes e vari veis booleanas I5 Tabela verdade nnnnnnnaann ann I5 Porta E ou AND cccc 152 Porta OU ou OR ccccc cc 153 Inversor ou opera o N O ou NOT 154 Porta NAND N O E ou NE 155 Porta NOR N O OU ou NOU 156 Implementando circuitos e tabela resumo 157 Minimiza o de express es booleanas pelo uso dos mapas de Karnaugh 160 3 9 1 Regras para a simplifica o de mapas K de Karnaugh 6 165 Refer ncias bibliogr ficas EVGENY KORSHENKOV SHUTTERSTOCK MAREK PAWLUCZUK SHUTTERSTOCK MYCOLA SHUT TERSTOCK AE dia MEC NICA 3 Grandezas el tricas fundamentais Ao enunciar o conceito de campo el trico E o cientista ingl s Michael Fa raday 1791 1867 demonstrou que ao redor de uma carga el trica existe um campo el trico O campo el trico E representado por um vetor um segmento de reta orientado que sai das cargas positivas e entra nas cargas negativas Uma carga q colocada nesse campo el trico fica sujeita a uma for a el trica F Se a carga for posit
93. es ou adicion los na sa da do inversor e no cabo coaxial Isso atenua os picos de tens o colocar os cabos do inversor longe de equipamentos sens veis a esses ru dos utilizar frequ ncia de chaveamento mais baixa Isso reduz a corrente de fuga dos inversores usar quatro condutores em cabos shieldados blindados colocados em eletrodutos met licos Os cabos de liga o ao inversor devem ter o menor comprimento poss vel e o motor tamb m deve ser mantido o mais pr ximo poss vel do inversor empregar reator de linha de sa da ajuda a reduzir a corrente de fuga dos inversores Quanto melhoria da rede de entrada e se em raz o do uso do inversor ou outros a rede tiver chaveamentos fre quentes de capacitores para corre o de fator de pot ncia altos picos e estreita mentos de tens o ou afundamentos frequentes de tens o acima de 200 V recomend vel o uso de um reator de entrada para melhorar o fator de pot ncia total e aumentar a vida til do equipamento por causa do chaveamento de frequ ncia alta do inversor se a imped ncia do cabo inversor motor n o estiver casada ocorrer a reflex o de onda que pode gerar picos de duas a tr s vezes a tens o do barramento de tens o con t nua 675 Vcc 2 1350 V Geralmente motores menores t m pouca isola o Um reator de sa da ou mesmo um terminador pode atenuar essa forma de onda destrutiva O reator no entanto pode causar redu o de torque
94. estrela tri ngulo Pressionando o bot o S1 as bobinas A1 A2 do rel de tempo KT1 e do contator K3 s o alimentadas O conta to de K3 13 14 se fecha alimentando a bobina Al A2 de K1 Fecham se tamb m o selo de K1 23 24 e o selo de K3 K1 13 14 Ao soltar o bot o S1 o rel de tempo inicia a contagem do valor ajustado 10 s Ao mesmo tempo no diagrama de pot ncia os contatos K1 e K3 NA s o fechados e o motor parte em estrela Passados os 10 s o rel de tempo KT 15 16 se abre desligando o contator K3 abrindo K3 13 14 e fechando K3 21 22 Passados mais 30 a 100 ms o rel KT1 fecha KT1 25 28 acionando K2 Al A2 e seu selo K2 13 14 No dia grama de pot ncia abre K3 e fecha K2 o motor passa para a conex o tri ngulo Acionando o bot o SO NE s o desligadas as bobinas de K1 e K2 e o motor CAP TULO 2 Figura 2 42 Conex es estrela e tri ngulo no motor trif sico MEC NICA 3 Figura 2 43 Diagrama de controle e desligado Note que os contatos K2 21 22 e K3 21 22 formam um intertrava mento de contatos para evitar curto circuito caso sejam ligados simultaneamen te K2 e K3 de pot ncia da partida estrela tri ngulo Dimensionamento dos dispositivos para acionamento em partida tipo estrela tri ngulo Exemplo Dimensionar o comando de partida estrela tri ngulo de um motor trif sico tipo gaiola de esquilo 100 cv 2 polos 380 V 660 V 60 Hz Tp 10 s com coman
95. eta no lado do circuito a ser medido DMITRI ELIUSEEV SHUTTERSTOCK CAP TULO Tamb m poss vel realizar as medi es no lado negativo da linha de alimenta o Para isso liga se a ponta preta no lado do gerador e a ponta vermelha do mult metro no lado do circuito a ser medido Quando n o se conhece a esca la de valor da corrente a ser medida deve se inicialmente selecionar a chave de fun es no maior valor e reduzir seu valor at obter uma leitura adequada O s mbolo usado para representar o amper metro mostrado na figura 1 45 Figura 1 45 S mbolo gr fico do amper metro A figura 1 46a mostra um circuito no qual se deseja medir a corrente A figura 1 46b mostra duas maneiras de conectar o amper metro ao circuito para medir a corrente O amper metro instalado em s rie e portanto o circuito deve ser necessariamente interrompido para se conectar o instrumento Figura 1 46 a Circuito a ser medido b conex o do amper metro a Medidas de resist ncia com mult metro anal gico O ohm metro um instrumento usado para medidas de resist ncia el trica Na figura 1 47 s o mostradas as escalas do ohm metro Deve se multiplicar o valor lido pelo fator multiplicativo indicado na escala utilizada Figura 1 47 Escalas da chave seletora do mult metro utilizado como ohm metro DMITRI ELIUSEEV SHUTTERSTOCK MEC NICA 3 Para a realiza o de uma medi
96. ga o da chave compensadora CAP TULO 2 MEC NICA 3 Figura 2 47 Diagrama de controle e pot ncia da partida de motor monof sico usando contator Figura 2 48 Diagrama de controle para acionamento do motor de v rios pontos Outro detalhe o fato de que como o contator est ligado entre as duas fases s o usados dois fus veis para o controle A parte de comando igual da partida direta do motor trif sico O o EB 1 D PE l FT1 F1 2 i I l 3 l RES K1 l l 4 l l I FT1 s1EN K l l l l l I l K1 E b Acionamento de motor de v rios pontos figura 2 48 No diagrama da figura 2 48 foi mostrada a parte de controle O diagrama da parte de pot ncia igual ao da partida direta de motor As chaves em paralelo S3 S4 e S5 ligam o motor de tr s pontos diferentes basta levar um par de fios at cada chave As chaves em s rie NF desligam o motor de tr s pontos dife rentes O contato K1 em paralelo com as chaves o selo que mant m a liga o ap s o toque no bot o pulsador c Acionamento de motor com prote o contra falta de fase figura 2 49 No diagrama de pot ncia vemos o dispositivo KFF que protege o motor contra falta de fase Se ocorrer a falta de fase o contato NF de KFF no diagrama de controle se abrir e desligar todo o circuito No diagrama de pot ncia h tamb m o disjuntor Q1 termomagn tico para prote o da instala o cont
97. gulo V V e 1 31 S Substituindo temos L A Paiva 3 V COS Q ou seja V3 P 3 V l Cosq 1 30 para a carga trif sica em tri ngulo ATIVA Lot P 8 8 Portanto chega se conclus o de que a equa o a mesma para os dois casos carga em estrela e em tri ngulo por m importante lembrar que os valores calculados s o diferentes nos dois casos Caso as cargas estejam desbalanceadas a pot ncia total dissipada tamb m calculada pela soma das pot ncias dissipadas em cada carga Medida de pot ncia em circuitos trif sicos Assim como nos sistemas monof sicos no sistema trif sico o aparelho usado para a medida de pot ncia o watt metro O m todo espec fico para essa medi da descrito a seguir M todo dos tr s wattimetros A figura 1 64 demonstra um m todo para a medida instant nea de pot ncia em uma carga trif sica Tanto para a carga em estrela como para a carga em tri n Figura 1 64 gulo s o usados tr s watt metros e o mesmo conceito citado a pot ncia total Medida de pot ncia consumida a soma das pot ncias consumidas em cada carga Desse modo n o em carga trif sica importa se as cargas est o balanceadas ou n o Neutral MEC NICA 3 Figura 2 1 Classifica o dos motores el tricos Im s Excita o rmanente s rie inde convers o eletromagn tica de energia relaciona as for as el tricas e magn ticas do tomo com a for
98. gura 1 31 mostra a tens o e a corrente em um capacitor de C 1 32 mF alimentado por uma tens o senoidal com valor de pico de 100 V e frequ ncia de 60 Hz O valor de pico da corrente dado por lp 100 Xc 100 2760 1 32 10 50 A A corrente estar adiantada 90 com rela o tens o Para verificar se a corrente est adiantada basta localizar o instante em que a tens o come a a ficar positiva corrente come a a ficar positiva 1 4 de ciclo 90 antes da tens o A figura 1 32 mostra o diagrama fasorial com a corrente adiantada em rela o tens o i t O v t me 100 00 F 50 00 dt r c 0 00 100 1 32 mF 50 00 100 00 0 00 5 00 10 00 15 00 Tempo ms V na refer ncia na refer ncia 1 5 3 Imped ncia uma extens o da lei de Ohm Todos os circuitos el tricos de corrente alternada CA cont m alguma quanti dade de resist ncia indut ncia e capacit ncia Para o estudo do circuito devem ser calculadas as respectivas reat ncias indutiva X e capacitiva Xo A resist ncia com as reat ncias limita a corrente nos circuitos de corrente alter nada A oposi o total causada por esses tr s elementos limitadores de corrente denominada imped ncia Z cuja unidade o ohm Q A imped ncia associada a um n mero complexo que se exibido na forma cartesiana ou retangular tem a parte real representada pela resist ncia e a parte imagin ria pelas reat ncias Uma
99. igura 2 11 Curva conjugado A versus velocidade Conjugado motor Cp Cmi Conjugado de carga 7 4 ri Cp PEA r Ch Tae E an Velocidade angular 100 Na tabela 2 2 temos a compara o de algumas caracter sticas dos motores de indu o de gaiola e de an is e na tabela 2 3 s o apresentados os conjugados requeridos para determinados tipos de carga Tabela 2 2 Comparativo dos modelos de motores de indu o e algumas caracter sticas Projeto Rotor n o bobinado Corrente de partida Alta Conjugado de partida Baixo Corrente de partida Alta corrente nominal Ed gt 160 do conjugado Conjugado m ximo nominal Rendimento Alto Equipamento de partida Simples para partida direta Equipamento de prote o Simples Espa o requerido Pequeno Manuten o Pequena Custo Baixo Rotor bobinado Baixa Alto Baixa gt 160 do conjugado Alto Relativamente simples Simples Reostato requer espa o grande Nos an is Alto Tabela 2 3 Tipos de carga e suas caracter sticas relacionadas a um tipo de motor Entre e 1 5 vez O conjugado nominal Bombas centr fugas ventiladores furadeiras compressores retificadoras trituradoras Entre 2 e 3 vezes O conjugado nominal Bombas alternativas compressores carregadores alimentadores laminadores de barras 3 vezes O conjugado nominal Prensas puncionadoras guindastes pontes rolantes elevadores de talha tesour
100. inal do motor 20 maior que a nominal do motor In 32 74 A le gt In 380 V gt le gt 32 74 A IF gt 1 2 32 74 gt IF 2 39 3 A MEC NICA 3 Tempo de fus o virtual min N a Figura 2 40 Fus vel e pe as da base Figura 2 41 Curva do fus vel tipo D Fonte WEG BRASIL 2 Curvas tempo corrente m dias para fus veis D partindo de um estado n o preaquecido por carga 3 2A 4 Tamb m devem suportar a corrente de pico na partida lp 246 A durante o tempo de partida do motor Tp 2 s Com o aux lio do cat logo de fus veis WEG figura 2 40 e das curvas tempo versus corrente para fus veis tipo D figura 2 41 poss vel dimensionar os fus veis como segue Na figura 2 41 com os valores 2 s e 246 escolhemos a corrente cuja curva est direita de 39 3 IF 50 A Na figura 2 40 com o fus vel escolhido tipo D retardado para 50 A FDW50 escolhemos as pe as para o porta fus vel bom lembrar que s o precisos tr s conjuntos desses um para cada fase do motor Tampa Fus vel Anel de Parafuso Base prote o de ajuste B E Ear APR E ur 9 gt TFW 63 FDW 50 APW 63 PAW 50 BAW 63 q lt E a a S F Curva tempo x corrente ES AN E s aa 5 10 20 30 40 50 100 200 300 400 500 gt Corrente em A valor efizaz 2 9 2 Partida por meio da chave estrela tri ngulo Em instala es el tricas industriais principalmente a
101. ionada ou movimentada pelo motor que deve ter um conjugado suficiente para seu acionamento O conjugado resistente aquele exigido pela carga e depende do tipo de motor A equa o 2 8 uma lei de for ma o geral para todos os conjugados C C k n 2 8 em que C conjugado resistente da carga Nm C conjugado da carga para rota o zero Nm k constante que varia com a carga X par metro dependente da carga Pode assumir os valores 1 0 1 2 Na equa o 2 8 o conjugado da carga varia com o expoente X da rota o Desse modo poss vel classificar as cargas em quatro grupos de acordo com o expoen te X conjugado constante conjugado linear conjugado quadr tico e conjugado hiperb lico MEC NICA 3 Figura 2 12 Carga de conjugado constante e Carga de conjugado constante se para uma carga o expoente X zero x 0 ent o o conjugado dessa carga n o varia com a velocidade Para essas m quinas o conjugado representado pela equa o 2 9 C C tk constante 2 9 Para essas m quinas a pot ncia aumenta linearmente com a velocidade e segue a equa o 2 10 o que pode ser visto no gr fico da figura 2 12 P C t k n 2 10 em que k constante que depende da carga P pot ncia da carga ACP Compressores a pist o talhas guindastes bombas a pist o britadores e trans portadores cont nuos s o alguns exemplos de cargas que possuem conjuga
102. itua o pr tica Escolher um inversor de frequ ncia para uso em uma cancela de estaciona mento s vantagens dessa escolha s o a elimina o do freio hidr ulico o atendimento a altas velocidades o uso em temperatura ambiente o inversor do tipo a ser escolhido trabalha em temperaturas de 10 C a 50 C o con trole da oscila o do bra o da cancela e a facilidade de instala o do dispo sitivo Nesse caso o bra o deve levar 3 s no ciclo de subida e 1 s no ciclo de descida O motor usado possui as seguintes caracter sticas 220 V trif sico 50 Hz pot ncia de 0 18 kW 0 25 HP corrente nominal de 1 4 A e fator de pot ncia 0 64 Solu o Para o inversor basta alimenta o monof sica de 220 V Sabe se que suporta 150 de sobrecarga durante 60 s suficiente para os poucos segundos do fun cionamento intermitente do bra o Assim a corrente m xima fornecida pelo inversor ao motor pode chegar a la 1 4 A 1 50 2 2 Com base na tabela do inversor Altivar 11 da Telemecanique Schneider Elec tric tabela 2 15 foi escolhido o inversor ATV 11HUOSM2A que suporta a corrente de 2 2 A tem pot ncia de 0 18 kW e trabalha com alimenta o monof sica de 220 V Corrente Corrente Corrente Pot ncia Pot ncia indicada de linha de saida transit ria dissipada na placa m xima permanente m xima com carga 1 2 3 nominal kW HP A A A W Tens o de alimenta o monof sica 200 240 V 50 60 Hz 4 0 18
103. itura mais precisa da grandeza Evita se assim queimar o instru mento quando temos d vida quanto polaridade e magnitude da tens o a ser medida A figura 1 42 indica as diversas escalas da chave seletora CAP TULO Figura 1 40 S mbolo utilizado para representar um volt metro Figura 1 41 Medindo a tens o entre os pontos a e b MEC NICA 3 Figura 1 42 Chave seletora mostrando os valores de fim de escala para o modo de medida de tens o DC Figura 1 43 Escala para medida de tens es alternadas Figura 1 44 Escala para medida de correntes CC DMITRI ELIUSEEV SHUTTERSTOCK Analogamente podemos medir valores eficazes de tens es CA passando a chave seletora para a posi o VAC tens o em corrente alternada escolhendo a escala adequada conforme mostra a figura 1 43 DMITRI ELIUSEEV SHUTTERSTOCK Medidas de corrente com mult metro anal gico Com a chave seletora na posi o DCmA figura 1 44 o mult metro utilizado para medi es de corrente el trica CC valor m dio que percorre o circuito Esse tipo de medi o feito em circuitos alimentados com tens o em corrente cont nua DC Para fazer a leitura da corrente el trica que percorre um circuito deve se introduzir o mult metro em s rie com o circuito a ser medido Geral mente s o realizadas as medi es na linha positiva do circuito Para isso ligamos a ponta vermelha no lado do gerador e a ponta pr
104. iva a for a F tem a mesma dire o do campo el trico E Se for negativa a for a tem dire o contr ria do campo de acordo com a f rmula expressa na equa o 1 1 e representada na figura 1 1 F q E 1 1 Figura I I Campo el trico e for a sobre uma carga positiva Unidade que corresponde for a que faz um objeto de 1 kg ser No Sistema Internacional de Unidades SI a for a F medida em newton N acelerado a 1 m s e a carga Q medida em coulomb C Portanto a unidade do campo el trico E dada em N C 1 O potencial el trico e a tens o el trica Quantidade de carga que atravessa a se o Para o entendimento do significado de potencial el trico fazemos uma analogia transversal de um com a for a da gravidade e o campo gravitacional Um corpo qualquer ao ser condutor durante abandonado no ar levado pela for a da gravidade de um ponto mais alto h4 1s produzindo uma de maior energia potencial para um ponto mais baixo Ng de menor energia corrente el trica de potencial 1 A ampere Tamb m dizemos que Do mesmo modo uma carga el trica positiva ao ser abandonada em um cam 1C 6 28 101 el trons s po el trico fica sujeita a o de uma for a el trica que a leva de um ponto de potencial el trico mais alto e positivo Va para um de potencial el trico mais baixo e negativo Vp Se a carga negativa o deslocamento se d em sentido contr rio O exemplo dess
105. limitam a cir cula o do ar provocando aquecimentos excessivos Assim para assegurar o bom funcionamento das instala es tomam se as seguintes precau es e limpar os orif cios de ventila o e as aletas a fim de retirar a poeira e os ma teriais fibrosos e providenciar a livre circula o do ar no local de instala o do motor e verificar o funcionamento do sistema de ventila o auxiliar e os dutos de passagem de ar 2 7 3 Controle da temperatura ambiente Os motores foram projetados para operar em 40 C considerada temperatura ambiente em raz o do fato de os materiais que comp em a parte interna do motor suportarem essa temperatura 2 7 4 Cuidado com as varia es de tens o As varia es de tens o para cima ou para baixo ocasionam um superaque cimento do motor por n o estarem de acordo com seus valores nominais de funcionamento MAREK PAWLUCZUK SHUT TERSTOCK Figura 2 18 Sistema de ventila o CAP TULO 2 MEC NICA 3 2 7 5 Degrada o dos isolantes t rmicos Com a varia o de temperatura para cima ou para baixo h uma sens vel dimi nui o da vida til dos isolantes t rmicos que fazem parte do motor As causas principais para essa ocorr ncia s o sobretens o de linha corrente excessiva nas partidas dep sito de poeira que podem formar pontes condutoras ataque por vapores cidos ou gases arrastados pela ventila o Procedimentos para manuten o dos isol
106. motor 85 calcular a a pot ncia el trica do motor PE b a pot ncia mec nica Py obtida no eixo do motor em cv c a energia consumida em kWh em 3 horas de funcionamento Solu o a Da equa o 1 16 calculamos a pot ncia el trica do motor P UI 220 V 5 A 1100 W 1 1 kW b Da equa o 1 18 calculamos a pot ncia mec nica do motor Pu nP 0 85 1100 935 W Se 1 cv 735 5 W e Pu 935 W ent o Py 935 735 5 1 27 cv o E P At 1 1 kW 3 h 3 3 kWh 5 Corrente cont nua versus corrente alternada A maior parte da energia el trica gerada e transmitida em tens o e corrente alternadas A maioria das cargas residenciais e industriais utiliza diretamente a tens o alternada como por exemplo motores CA estufas l mpadas de diver sos tipos m quinas de solda a arco e fornos a arco Outras cargas necessitam de tens es cont nuas como cubas eletrol ticas para o refino do alum nio sistemas de galvanoplastia sistemas de solda a arco em CC e motores CC trens elevado res equipamentos industriais Uma tens o ou corrente cont nua como mostrado nos itens a e b da figura 1 22 n o altera sua polaridade ao longo do tempo ao contr rio da tens o ou corrente alternada mostrada nos itens C e d na qual essa altera o ocorre As formas de onda mostradas em a e b s o cont nuas e a tens o da figura 1 22b de grande interesse pr tico por ser constante Ela obtida quando se faz u
107. motor No entanto se a velocidade tiver de ser redu zida o conjugado necess rio para a carga deve ser ajustado ao eixo do motor como se v na equa o 2 7 C C 2 7 Nac AN Nos motores a unidade de pot ncia el trica no Sl watt W mas muito comum o emprego da unidade de pot ncia mec nica cavalo vapor cv A convers o dessas unidades 1cv 0 736W A tabela 2 4 faz um paralelo entre o tipo de acoplamento e a faixa de rendimento em que Nc rota o da carga rps C n conjugado de carga nominal Nm Nac rendimento do acoplamento Mas Pe Ph Ny rota o nominal do motor rps P pot ncia transmitida carga W P pot ncia nominal do motor W do acoplamento Tabela 2 4 Tipos de acoplamentos e seus rendimentos Direto 100 Embreagem eletromagn tica 87 98 Polia com correia plana 95 98 Polia com correia em V 97 99 Engrenagem 96 99 Roda dentada correia 97 98 Card 25 100 Acoplamento hidr ulico 100 CAP TULO 2 Exemplo Calcular a pot ncia que um motor de 4 polos na frequ ncia de 60 Hz deve ter para acionar uma carga com conjugado de 6 Nm na rota o de 1200 rpm usando acoplamento por correia dentada Solu o Dados C n 6 Nm N 1 200 rpm Ny 1 800 rpm Nna 97 98 c Lo e P 2 7 n C Nac Ny 1 1200 4 0 97 1800 C 4 13Nm P 2 n 80 413 n P 778 49W 1 06cv Conjugado resistente da carga A carga como se sabe ac
108. mpleto Iconografia Capa Fotografia Eduardo Pozella Carlos Piratininga Tratamento de imagens Sidnei Testa Abertura cap tulos O James King Holmes Science Photo Library SPL DC Latinstock O Projeto Manual T cnico Centro Paula Souza Cole o T cnica Interativa oferece aos alunos da institui o conte do relevante forma o t cnica educa o e cultura nacional sendo tamb m sua finalidade a preserva o e a divulga o desse conte do respeitados os direitos de terceiros O material apresentado de autoria de professores do Centro Paula Souza e resulta de experi ncia na doc ncia e da pesquisa em fontes como livros artigos jornais internet bancos de dados entre outras com a devida autoriza o dos detentores dos direitos desses materiais ou contando com a per missibilidade legal apresentando sempre que poss vel a indica o da autoria cr dito e ou reserva de direitos de cada um deles Todas as obras e imagens expostas nesse trabalho s o protegidas pela legisla o brasileira e n o podem ser reproduzidas ou utilizadas por terceiros por qualquer meio ou processo sem expressa autoriza o de seus titulares Agradecemos as pessoas retratadas ou que tiveram trechos de obras reproduzidas neste trabalho bem como a seus herdeiros e representantes legais pela colabora o e compreens o da finalidade desse projeto contribuindo para que essa iniciativa se tornasse realidade Adicionalmente colocamo
109. n 4 17 kgf m o qual deve ser maior que o Cn motor cal culado de 3 6 kgf m Como resposta pode ser usado um motor com caracter sticas superiores a esse Em resumo ao se utilizar o motor de 5 cv e 8 polos laom 10 A em 380 V carca a 132 M que desenvolve uma rota o de 900 rpm conjugado nominal no eixo de 4 17 kgf m conjugado resistente 3 6 kgf m e pode ser alimentado diretamente a uma rede de 60 Hz ser necess rio aplicar um inversor de fre qu ncia operando de O a 60 Hz Com isso pode se ter um controle de partida e opera o estabelecendo o tempo de acelera o ou rampa de acelera o que consequentemente limita a corrente de partida do motor Entretanto o motor de 8 polos tem um custo elevado quando comparado ao de 4 polos que standard de mercado Comparativamente um motor de 5 cv e 8 polos com carca a 132 M corres ponde a um motor de 10 cv e 4 polos lhom 15 2 A em 380 V com o mesmo padr o de carca a Assim para ter o mesmo desempenho de aplica o usando um motor de 4 polos ser necess rio efetuar novo c lculo considerando um motor de 10 cv e 4 polos CAP TULO 2 MEC NICA 3 60 Hz operando em 30 Hz de forma que venha a desenvolver nessa frequ ncia menor uma pot ncia m xima de 5 cv equivalente ao motor de 8 polos Entretanto ao utilizarmos um motor projetado para operar com 1 800 rpm ope rando em 900 rpm podemos ter defici ncia de refrigera o natural
110. nos disposi o e solicitamos a comunica o para a devida corre o de quaisquer equ vocos nessa rea porventura cometidos em livros desse projeto O Projeto Manual T cnico Centro Paula Souza Cole o T cnica Interativa uma iniciativa do Governo do Estado de S o Paulo resulta de um esfor o colaborativo que envolve diversas frentes de trabalho coordenadas pelo Centro Paula Souza e editado pela Funda o Padre Anchieta A responsabilidade pelos conte dos de cada um dos trabalhos textos inseridos nesse projeto exclusiva do autor Respeitam se assim os diferen tes enfoques pontos de vista e ideologias bem como o conhecimento t cnico de cada colaborador de forma que o conte do exposto pode n o refletir as posi es do Centro Paula Souza e da Funda o Padre Anchieta Dados Internacionais de Cataloga o na Publica o CIP Bibliotec ria Silvia Marques CRB 8 7377 Accetto Egmar Mec nica eletroeletr nica para mec nica Egmar Accetto Warney Fernando Testa autores Vera Regina Gomes Luduvice Antunes coautora Marcos Paulo Marin Plez revisor Meire Satiko Fukusawa Yokota coordenadora S o Paulo Funda o Padre Anchieta 2011 Cole o T cnica Interativa S rie Mec nica v 3 Manual t cnico Centro Paula Souza ISBN 978 85 8028 04 8 Mec nica 2 Eletroeletr nica Testa Warney Fernando Il Antunes Vera Regina Gomes Luduvice Ill Plez Marcos Paulo Marin IV Y
111. ns o el trica se divide entre todos os resistores proporcionalmente aos seus valores e o resistor equivalente associa o a soma alg brica de todos os resistores envolvidos na associa o equa o 1 10 Conclus o A resist ncia equivalente em uma associa o em s rie a soma das resist ncias individuais figura 1 9 3 2 Associa o em paralelo Em uma associa o em paralelo a tens o em todos os resistores a mesma figu ra 1 10 A soma das correntes que atravessam os resistores igual corrente total do circuito e a mesma que atravessa o resistor equivalente No caso dos resisto res em paralelo somam se as correntes enquanto nos circuitos com resist ncias em s rie as tens es que s o somadas A resist ncia equivalente de uma associa o em paralelo sempre ser menor que a do resistor de menor valor da associa o Como todas as resist ncias est o submetidas mesma tens o figura 1 10 temos U U U U U A corrente total igual soma das correntes individuais ou seja l4 Podemos calcular a corrente nas re sist ncias por q C 4 R R 3 sucessivamente Chega se ent o equa o 1 11 U UV UU U 1 11 Roo 1 R R R Como todas as tens es s o iguais podemos elimin las de todos os termos da equa o resultando na equa o 1 12 II Ea Es Rs 1 R CAP TULO Figura 1 10 Circuito el trico contendo
112. nsionar o comando de partida direta de um motor trif sico tipo gaiola de esquilo de 20 cv 6 polos 380 V 60 Hz Tp 2s com comando em 220 V CAP TULO 2 Figura 2 37 Diagramas de controle e de pot ncia da partida direta MEC NICA 3 CAP TULO 2 Figura 2 38 Solu o Do cat logo da figura 2 38 em regime AC 3 e 220 V 60 Hz o contator CW M40 Cat logo parcial de suporta essa corrente le m x 40 A contatores da WEG e Na tabela 2 10 v se que o motor WEG IP55 de 20 cv e carca a tipo 160 L atende a essas especifica es Outro dado dispon vel na tabela 2 10 o valor da corrente nominal In Contatos auxiliares NANF 3 p los 10 01 11 22 4 p los 00 Contatos auxiliares NANF 3 p los 00 10 01 11 22 In 56 7A para 220V Pela equa o 2 28 para 380 V In AC 3 220 V Servi Id In 380V Eg l 32 74A 2 28 epad EE DE a aa T a com rotor gaiola na O O O U com desligamento AB 168 20 Pai mv 6 oo om o es o Tabela 2 10 nominal com rotor Carca a CV kWV Cat logo de motores WEG em 220 V bloqueado A Ip In e O rel de sobrecarga FT ou rel t rmico deve ser escolhido de acordo com o contator e deve suportar a corrente nominal do motor In 380 32 74 A 6 polos 60 Hz No mesmo cat logo usado para a escolha do contator encontra se o grupo de 0 16 0 12 63 114
113. ntrole de velocidade do elevador de elevador por inversor tamb m controlado por uma placa de computador ligada a um inversor que aciona um motor trif sico No esquema nota se que e al m do motor trif sico que movimenta o elevador o inversor controla mais tr s motores de corrente cont nua s o usados cabos blindados nos cabos de controle uso de reator no barramento de entrada para melhorar o fator de pot ncia e diminuir picos e afundamentos de tens o prote o por rel t rmico externo e outros itens que podem ser discutidos Na figura 2 82 temos o esquema de liga o de um inversor Toshiba modelo VF P7 usado no controle de volume de ar e temperatura em estufas venti ladores etc No esquema o ajuste de temperatura feito de modo manual ou automaticamente Podemos observar tamb m a liga o de frequenc metro e amper metro para verificar a velocidade de rota o e carga no ventilador Uma das importantes fun es dessa montagem a economia de energia na opera o MATAVA 51 52 for FCLx x 12c 41 42 for FCLx x 19c FEN U _MVEBRI N1 d1 43 1547 41151 OOOO TTTT IN H BCMCI3O a 12 1 O G 14 n 3 14 _KTBHBR Jude T Nm DE pe NG24 a voa lilo 102 2 vo 3 1 23 are 1 l q P 1 2 S N 1 2 34V_VF 8 0VF D 24V_VF VVFVEBR f IP24V f N_5F f 24V_VF N tt l J l EI
114. o 4 Calcular a corrente pela extens o da lei de Ohm utilizando a im ped ncia equivalente no lugar da resist ncia Obt m se V _ 100 N2 0 V gt s wr cosas A Z 28345 Q O resultado apresenta uma corrente eficaz de 25 A atrasada 45 com rela o tens o Apesar do capacitor o circuito tem caracter stica indutiva pois a reat ncia indutiva maior que a capacitiva e Passo 5 Podemos obter a equa o da forma de onda da corrente i t 25 2 cos 377t 1 4 A 1 5 4 Pot ncia em corrente alternada Pot ncia instant nea em um resistor Em corrente cont nua a pot ncia calculada simplesmente por P UI Em cor rente alternada a tens o e a corrente variam no tempo resultando uma pot ncia tamb m vari vel no tempo conforme ilustrado na figura 1 34 que mostra a tens o com valor de pico de 100 V e a corrente com valor de pico de 50 A em um resistor pot ncia o produto v t i t calculado instantaneamente Nota se que a pot ncia varia de 0 a 5000 W ao longo do tempo mas sempre positiva Segundo a conven o discutida anteriormente a pot ncia sempre vai da fonte para a carga Levando em conta a simetria do gr fico da pot ncia ve rifica se que o valor m dio da pot ncia 2 500 W que justamente o produto dos valores eficazes da tens o e da corrente Figura 1 34 Gr fico superior tens o P Val 100 V2 50 V2 2500 W ef ef e corrente instant neas em que P
115. o caso mais geral 14 2 3 5 5 Legenda 1 elemento fus vel 2 corpo 3 indicador de interrup o 4 meio extintor 5 terminal Segundo a IEC 269 os fus veis para aplica es industriais apresentam a seguinte classifica o e gl s o fus veis limitadores de corrente t m a capacidade de interromper desde a corrente m nima de fus o at o valor nominal de interrup o CAP TULO 2 Figura 2 22 Componentes t picos de um fus vel International Electrotechnical Commission MEC NICA 3 Figura 2 23 Fus veis NH e Diazed e suas bases e gll obedecem s mesmas caracter sticas anteriores diferindo no entanto daquelas nos seguintes aspectos at 90 os fus veis gll s o mais r pidos do que os fus veis gl entre 100 A l lt 1000 A os fus veis gl e gll t m as mesmas caracte r sticas e nas aplica es dom sticas as capacidades de interrup o dos fus veis gl e gll s o divergentes As principais caracter sticas el tricas dos fus veis s o a Corrente nominal Aquela que pode percorrer o fus vel por tempo indef nido sem que ele apresente aquecimento excessivo O valor da corrente de fus o de um fus vel normalmente estabelecido em 60 superior ao valor indicado como corrente nominal b Tens o nominal Aquela que define a tens o m xima de exerc cio do circui to em que o fus vel deve operar regularmente alta ou baixa tens o c Capa
116. o dis positivo podem ser visualizados ou alterados em uma interface homem m quina IHM A corrente da alimenta o monitorada por transformadores de corrente TCs Sa das a rel controlam dispositivos externos auxiliares como contatores e l mpadas Para proteger a instala o necess rio o uso de fus veis ou disjuntores no circui to de entrada e para a prote o dos SCRs recomenda se que esses fus veis sejam do tipo ultrarr pido H ainda entradas digitais nas quais podem ser ligados bot es de partida de parada de emerg ncia ou ainda sensores de temperatura conectados ao motor Na parte de pot ncia a chave possui snubbers circuitos R C para a prote o dos SCRs contra r pidas varia es de tens o e disparos acidentais CAP TULO 2 Figura 2 60 Diagrama de blocos simplificado do soft starter linha SSWW 04 da WEG MEC NICA 3 Figura 2 61 Liga o direta do motor a e com revers o de giro b usando soft starter SSW 04 da WEG Figura 2 62 Tens o e corrente no motor para cada tipo de partida Na figura 2 61 s o mostrados os modos de liga o do soft starter a um motor para partida direta e com revers o de giro Em ambas as liga es o transformador T utilizado apenas se houver diferen a entre a tens o de alimenta o do motor e da eletr nica interna do aparelho e dos ventiladores O uso do termostato termopar recomendado para a prote o do mo tor Caso
117. o harm nica de tens o n o ultrapasse 5 Para minorar esse problema alguns modelos de inversores possuem como itens j inclusos filtro RFI reator no barramento de corrente cont nua capacitores em modo comum toroide de modo comum Na figura 2 73 essas recomenda es est o indicadas no TOROIDE ra a Filtro Rei di ae i Rockwell Reator Cabo Sa da Shieldado a ARO Y I 1101 Als So ma 1 Malha e RIO DH Capacitores modo comum PE N cleo modo comum p computador no terra TE A pot ncia consumida pela carga e o tipo de torque conjugado s o outros fato res importantes para a escolha dos inversores A t tulo de recorda o e conjugado nominal exigido para manter a carga na velocidade nominal e conjugado de partida usado para vencer a in rcia da m quina parada Para tirar a carga da in rcia preciso que o conjugado do motor seja maior que o da carga CAP TULO 2 e conjugado de acelera o empregado para acelerar a carga at a velocidade nominal O conjugado do motor superior ao da carga acelerando o motor at chegar velocidade nominal quando os dois conjugados se igualam Na figura 2 74 mostrado o modo correto de escolher o motor de acordo com o conjugado resistente da carga Figura 2 74 Escolha correta do Errado motor com conjugado resistente da carga Na figura C m x conjugado m ximo C C conjugado resistente conjuga
118. o que desaconselha seu uso sem necessidade ANDREW LAMBERT PHOTOGRAPHY SCIENCE PHOTO LIBRARY SPL DC LATINSTOCK CAP TULO 2 Figura 2 72 Ru do produzido na rede el trica pelo chaveamento dos IGBTs MEC NICA 3 Figura 2 73 Itens recomendados para a Instala o de um inversor de frequ ncia Cabos 4 Fios PE Haste Terra O inversor assim como todo dispositivo de chaveamento retificadores rea tores de l mpadas fluorescentes fontes chaveadas etc causa o aparecimento de harm nicas na tens o e na corrente el trica e elas tens o e corrente dei xam de ser proporcionais Essas harm nicas s o correntes parasit rias que se N P A E somam corrente fundamental do sistema de pot ncia Alguns dos efeitos que as harm nicas causam s o sobreaquecimento de com ponentes motores transformadores etc falhas em sistemas telef nicos falhas em rel s de prote o e medidas incorretas Esse excesso de corrente aumenta o consumo de energia mas n o produz pot ncia til Assim os transformadores e os condutores t m de ser superdimensionados para suport lo A fim de reduzir os efeitos das harm nicas podem ser usados filtros passivos filtros ativos PWM na entrada do inversor inversores com retificadores de 12 ou 18 pulsos e pode se aumentar o n mero de cargas lineares n o chaveadas em rela o s cargas n o lineares dispositivos chaveados A Norma IEEE 519 recomenda que a distor
119. o uso dos inversores s o descritas a Torque de partida 250 no m ximo Torque m ximo 250 seguir Principais vantagens usam motores de indu o comuns mais baratos e de simples manuten o possuem alta precis o de velocidade e geram movimentos suaves podemos controlar o torque e a varia o larga da velocidade do motor possuem fator de pot ncia 1 possuem freio regenerativo mais barato o uso do inversor de maior pot ncia aliado a um motor em lugar de um motor maior Principais desvantagens causam distor o harm nica causam ru dos na rede a produ o de harm nicas em grande quantidade pode aumentar as perdas e diminuir o rendimento T cnicas para a melhoria do uso de inversores Com a finalidade de reduzir os efeitos negativos do uso dos inversores preciso conhecer suas caracter sticas t cnicas e instalar corretamente esse dispositivo Como foi citado os inversores utilizam IGBTs para chavear uma tens o con t nua e torn la alternada Esse chaveamento junto carga indutiva que o motor produz picos de tens o figura 2 72 FARNELL OSCILLOSCOPE DTI2 5 A seguir s o listadas algumas recomenda es para a correta utiliza o dos inver sores de frequ ncia a fim de reduzir o efeito do ru do fazer um bom aterramento eliminando ops de terra e melhorando a disposi o dos equipamentos no painel do inversor escolher um inversor que venha equipado com toroid
120. okota Meire Satiko Fukusawa V T tulo CDD 607 GOVERNO DE NES O PAULO GOVERNADOR Geraldo Alckmin VICE GOVERNADOR Guilherme Afif Domingos SECRET RIO DE DESENVOLVIMENTO ECON MICO CI NCIA E TECNOLOGIA Paulo Alexandre Barbosa GOVERNO DE Centro Pauta Souza NES O PAULO Presidente do Conselho Deliberativo Yolanda Silvestre Diretora Superintendente Laura Lagan Vice Diretor Superintendente C sar Silva Chefe de Gabinete da Superintend ncia Elenice Belmonte R de Castro Coordenadora da P s Gradua o Extens o e Pesquisa Helena Gemignani Peterossi Coordenador do Ensino Superior de Gradua o Angelo Luiz Cortelazzo Coordenador de Ensino M dio e T cnico Alm rio Melqu ades de Ara jo Coordenadora de Forma o Inicial e Educa o Continuada Clara Maria de Souza Magalh es Coordenador de Desenvolvimento e Planejamento Jo o Carlos Paschoal Freitas Coordenador de Infraestrutura Rubens Goldman Coordenador de Gest o Administrativa e Financeira Armando Natal Maur cio Coordenador de Recursos Humanos Elio Louren o Bolzani Assessora de Comunica o Gleise Santa Clara Procurador Jur dico Chefe Benedito Lib rio Bergamo Desde que passou a conhecer as propriedades el tricas e magn ticas a humani dade vem progredindo por meio de estudos e pesquisas rumo a descobertas que visam aplica es cada vez mais avan adas Dos el trons livres ao armazenamento das cargas el tricas
121. onsumi da pelo chuveiro seria de P V R Como nesse caso a tens o alternada senoidal e portanto v t no m ximo igual a V fica evidente que a pot ncia consumida ser bem menor Consegue se provar e demonstrar experimentalmente que para tens o senoidal a pot ncia realmente consu mida definida por FR V 12 R E como se aplic ssemos uma tens o cont nua de valor Voll2 resist ncia Esse valor que colocado na f rmula fornece a pot ncia consumida real chamado valor eficaz Ao dizermos que a tomada da sala tem tens o de 110 V estamos afirmando que seu valor eficaz de 110 V e seu valor de pico de 11042 155 6 V No dia a dia praticamente s usamos o valor eficaz o valor que se obt m nos instrumentos de medi o e que utilizamos para o c lculo da pot ncia consumida Resumindo para tens es alternadas senoidais o valor eficaz calculado por Va V N2 Observa o Tudo o que foi discutido e demonstrado at aqui v lido tamb m para correntes alternadas 1 5 1 O fasor uma ferramenta til Lidar com equa es trigonom tricas como a equa o senoidal razoavelmente trabalhoso Em eletricidade costuma se associar a equa o senoidal a um n me ro complexo conforme indicado na figura 1 24 O fasor assim como o vetor um segmento de reta orientado Por m dife rentemente do vetor um segmento de reta orientado que gira com a mesma velocidade angular que d
122. onvencional o fato de que na lgebra booleana as constantes e vari veis podem ter apenas dois valores poss veis O ou 1 As vari veis booleanas s o muitas vezes usadas para representar o n vel de tens o presente em uma conex o ou em terminais de entrada sa da de um circuito Por exemplo em determinado sistema digital o valor booleano 0 pode representar qualquer tens o dentro da faixa de O a 0 8 V enquanto o valor booleano 1 pode representar qualquer tens o dentro da faixa de 2a 5 V Voltagens entre 0 8 e 2 V s o indefinidas nem O nem 1 e n o devem ocorrer em circunst ncias normais Desse modo as vari veis booleanas 0 e 1 n o representam efetivamente n meros mas sim o estado do n vel de tens o de uma vari vel denominado n vel l gico Como os valores poss veis de uma vari vel s o apenas dois a lgebra booleana mais f cil de ser manipulada se comparada com a lgebra convencional A lgebra booleana tem de fato tr s opera es b sicas OR OU AND E e NOT N O Essas opera es b sicas s o denominadas opera es l gicas e os circuitos digitais chamados portas l gicas podem ser constru dos com diodos transistores e resistores interconectados de modo que a sa da do cir cuito seja o resultado de uma opera o l gica OR AND ou NOT realizada sobre as entradas 3 2 Tabela verdade Tabela verdade uma t cnica empregada para determinar como a sa da de um circuito l gico depende dos n
123. or que Possui malha de controle que permite a monitora o da velocidade e do torque de modo independente No inversor vetorial existe a facilidade de con trole de um motor de corrente cont nua aliada s vantagens de um motor de corrente alternada PPPE Os inversores de controle vetorial s o fabricados em duas vers es a Inversores de frequ ncia sem sensor sensorless nos quais a realimenta o da velocidade feita sem a utiliza o de um gerador de pulsos conhecido como en coder Esses inversores s o mais simples n o apresentam regula o de conjugado e possuem desempenho inferior opera o com realimenta o b Inversores de frequ ncia com realimenta o controlada pelo campo magn tico encoders nos quais poss vel o controle da velocidade e do conjugado do motor tomando como refer ncia a corrente do pr prio motor EVGENY KORSHENKOV SHUT TERSTOCK Figura 2 71 Inversores de frequ ncia CAP TULO 2 MEC NICA 3 Tabela 2 13 Comparativo de Inversores vetoriais A tabela 2 13 mostra dados comparativos dos dois tipos de inversores vetoriais Regula o de velocidade de 0 01 Regul o de torque de 5 Faixa de varia o de velocidade de Regula o de velocidade de 0 1 Regula o de torque n o tem Faixa de varia o de velocidade de 1 000 1 000 Torque de partida 400 no m ximo Torque m ximo 400 As principais vantagens e desvantagens n
124. oss vel realizar o c lculo da rota o de um motor trif sico de indu o em rpm pese em que N rota o do motor em rpm f frequ ncia da rede el trica S escorregamento do motor p n mero de polos do motor Pela equa o 2 29 podemos fazer algumas considera es para identificar a me lhor forma de alterar a velocidade do motor CAP TULO 2 MEC NICA 3 e mudar o n mero de polos n o vantajoso pois o motor trif sico possui a carca a muito maior que o normal e a varia o de velocidade discreta feita em degraus o que causa solavancos na carga e a varia o do escorregamento tamb m n o interessante pois gera perdas no rotor e causa pouca varia o na velocidade e a varia o da frequ ncia aparece como a forma mais eficaz de alterar a velo cidade do motor Como exemplos s o apresentados os c lculos da rota o N para um motor de p 4 polos e escorregamento S 0 03 com a respectiva varia o da fre qu ncia f Se f 60Hz gt n EESC 1746 rom 120 30 1 0 03 Se f 30Hz gt n 7 8 3rpm Se f 90Hz gt n STADS L 2619rpm A conclus o dessa compara o que o ideal obter a varia o de frequ ncia da tens o aplicada ao estator do motor mantendo o torque ou conjugado C constante O conjugado do motor pode ser calculado pela equa o 2 30 U C d T 2 30 em que D fluxo magn tico l corrente no estator do motor U tens o no e
125. ostrado na figura 3 6 temos o seguinte funcionamento quando a chave A est aberta a l mpada permanece acesa e quando a chave A fechada a l mpada apaga Desse modo a tabela verdade ser a representada na figura 3 7 Figura 3 7 Tabela verdade fun o e s mbolos do Inversor De INVERSOR S A 3 6 Porta NAND N O E ou NE A opera o da porta NAND semelhante da porta AND seguida de um INVER SOR figura 3 8 A tabela verdade figura 3 9 mostra que a sa da da porta NAND exatamente o inverso da porta AND para todas as condi es poss veis de entrada Figura 3 8 Circurto para exemplificar a porta NAND MEC NICA 3 Figura 3 9 Tabela verdade fun o s mbolo e alternativa para a porta NAND Figura 3 10 Circuito para exemplificar a porta NOR 3 7 Porta NOR N O OU ou NOU A opera o da porta NOR semelhante da porta OR seguida de um INVER SOR figura 3 10 A tabela verdade figura 3 11 mostra que a sa da da porta NOR exatamente o inverso da sa da da porta OR para todas as condi es poss veis de entrada CAP TULO 3 Figura 3 11 Tabela verdade fun o s mbolo e alternativa para a porta NOR 3 8 Implementando circuitos e tabela resumo Com o conhecimento desses blocos ou portas l gicas poss vel implementar circui tos l gicos e obter a express o booleana da sa da como no exemplo da figura 3 12 S A B A C express o
126. para lelo Tamb m n o poss vel inverter o sentido de rota o desse motor L1 E N N N N 1 2 3 4 a b CAP TULO 2 Enrolamento auxiliar Enrolamento auxiliar e Figura 2 7 Esquemas para liga o de motores monof sicos Figura 2 8 Liga o de motor com quatro terminals a liga o em s rie b liga o em paralelo MEC NICA 3 Figura 2 9 a Liga es no motor de seis terminais em 220 V b liga es no motor de seis terminais em TIO V e Motor com seis terminais pode ser ligado a duas tens es diferentes e ter seu sentido de rota o invertido Para inverter o sentido de rota o devemos inverter os terminais 5 e 6 Na figura 2 9a s o mostradas as liga es do mo tor para 220 V e na figura 2 9b as liga es do motor para 110 V b Vale ainda lembrar que os motores de fase auxiliar s o os mais usados Caso as bobinas desses motores n o venham identificadas por motivo de manuten o no motor por exemplo utilizamos o mult metro para encontrar a marca o correta Inicialmente feita a medi o da resist ncia das tr s bobinas com o ohm metro Aquela com maior valor de resist ncia ser a bobina auxiliar pois tem o capacitor e a chave centr fuga em s rie com ela Ligam se ent o as bobi nas em s rie fase e ao neutro da rede A sequ ncia de menor corrente deve ser numerada nessa ordem 1 3 2 4 2 6 Escolha e especifica o do
127. para efeito de c lculos pode ser simplificada pelo resistor equivalente Rea que representa a resist ncia total dos resistores associados Outra situa o que pode ocorrer dispor de um equipamento com diversos resistores e ter de calcular sua resist ncia equivalente para avaliar a corrente consumida pela associa o Os resistores podem ser associados em s rie em paralelo e no modo misto que contempla os dois casos 1 3 1 Associa o em s rie Em uma associa o em s rie a corrente el trica que percorre um resistor a mesma em todo o circuito conforme mostrado na figura 1 8 isto l L L 1 1 19 U 2 ss l R R l R R CAP TULO Figura 1 7 C digo de cores para resistores Figura 1 8 Circuito el trico contendo resistores associados em s rie MEC NICA 3 IMPORTANTE O circuito com associa o em s rie recebe o nome de divisor de tens o Figura 1 9 Resist ncia equivalente Aplicando se a lei de Ohm que estabelece que U R a tens o do gerador da figura 1 8 pode ser escrita assim U Rih Rol R R Como U U U U U e considerando a equa o 1 9 temos como resultado U RII RI R I R Colocando se em evid ncia chega se a U R R R R3 Se U I Req podemos concluir Rea R R R R 1 10 Da associa o em s rie chegamos s seguintes conclus es e a corrente el trica a mesma em todos os resistores e a te
128. partida tais como m quinas de escrit rio ventiladores exaustores pequenos polidores compres sores herm ticos pequenas bombas centr fugas esmeris lavadoras de pratos Motor monof sico com capacitor permanente permanent split capacitor Nesse tipo de motor o enrolamento auxiliar e o capacitor est o sempre ligados Assim o motor menor e isento de manuten o pois n o tem contatos e partes m veis Tamb m permite revers o instant nea fabricado com pot ncias que variam de 1 50 cv a 1 5 cv Seu torque de partida menor que o do motor de fase dividida e seu uso limitado a m quinas de escrit rio ventiladores exaustores sopradores bombas centr fugas esmeris pequenas serras furadeiras condicio nadores de ar pulverizadores e m quinas de lavar roupa Esse tipo de motor tem tido demanda cada vez maior Motor monof sico com capacitor de partida Esse tipo de motor possui capacitor em s rie com o enrolamento auxiliar e chave centr fuga O capacitor usado para proporcionar maiores torques de partida por causa da maior defasagem entre as correntes dos enrolamentos fabricado com po t ncias que variam de 1 4 cv a 15 cv poss vel fazer a invers o do sentido de rota o como no motor de fase dividida por m nesse caso a invers o pode ser feita com o motor em funcionamento Pelo elevado torque de partida pode ser utilizado em muitas aplica es tais como compressores bombas para piscinas eq
129. quelas sobrecarregadas podem ser usadas chaves estrela tri ngulo como forma de suavizar os efeitos de partida dos motores el tricos O acionamento por meio desse tipo de chave s poss vel se o motor possuir seis terminais acess veis e dispuser de dupla tens o nominal tal como 220 380 V ou 380 660 V ou 440 760 V Esse m todo reduz picos de corrente de partida em motores de maior pot ncia Liga se por exemplo um motor 380 V A inicialmente na configura o estrela Dessa forma cada conjunto de enrolamentos recebe apenas 220 V e a corrente de partida reduzida a aproximadamente 33 de seu valor Esse tipo de partida deve ser aplicado a uma carga que exija apenas 33 do torque de partida total preci so considerar tamb m que se o motor n o atingir 90 de sua velocidade antes da comuta o para estrela o pico de corrente equivalente ao da partida direta Na figura 2 42 vemos como s o feitas essas conex es s bobinas do motor trif sico p gt p L1 220 V 380 V 220 V Q AN L2 L3 Liga o estrela Liga o tri ngulo Essa chave de partida possui a vantagem de ter custo mais baixo com rela o ao de uma chave sofi starter partida suave por exemplo Mas preciso que o motor escolhido tenha tens o de liga o em tri ngulo coincidente com a tens o de linha entre duas fases da rede el trica Na figura 2 43 s o apresentados os diagramas de comando ou controle e de pot ncia da liga o
130. r 12 Ajuste da classe 2 8 5 Disjuntores O disjuntor um equipamento de comando e de prote o de circuitos cuja fina lidade conduzir continuamente a corrente de carga sob condi es nominais e interromper correntes anormais de sobrecarga e de curto circuito Est presente tanto nas instala es residenciais como nas industriais Os disjuntores termomagn ticos s o dotados de disparadores t rmicos de sobre carga e eletromagn ticos de curto circuito detalhados a seguir a Disparador t rmico constitu do de um elemento bimet lico que consiste em duas l minas de metal soldadas com diferentes coeficientes de dilata o t rmica Elas se curvam quando a corrente que atravessa o disjuntor produz quantidade de calor superior ao estabelecido para a unidade O metal de maior dilata o t rmi ca adquire a posi o que corresponde ao maior arqueamento da l mina e provoca o deslocamento da barra de disparo Esta destrava o mecanismo que mant m a continuidade do circuito Assim a alavanca do disjuntor assume a posi o dispa rado intermedi ria entre as posi es ON ligado e OFF desligado E A Botoeira NA E Botoeira NF Botoeira NA com Potosia INF E lt Eeoa com retorno retorno por mola por mola Fus vel Iia Contatos tripolares SN NA ex contador de pot ncia Contato normalmente aberto NA Acionamento eletromagn tico ex bobina do contator Contato normalmente fechado
131. ra comando a dist ncia de chaves de partida direta para acionamento de motores Na figura 2 32 mostrada a estrutura interna de uma botoeira Acionamento Mola de retorno NF desliga NA liga 2 8 4 Rel s de sobrecarga ou t rmicos S o dispositivos dotados de um par de l minas constru das com metais de diferen tes coeficientes de dilata o linear que quando sensibilizados pelo efeito t rmico produzido por uma corrente de intensidade ajustada aquecendo o bimetal pro vocam pela dilata o t rmica de suas l minas a opera o de um contato m vel Normalmente os rel s de sobrecarga s o acoplados a contatores de largo emprego no acionamento de motores el tricos e podem tamb m manobrar circuitos em geral Os rel s de sobrecarga s o constitu dos de modo a permitir ajustes de corren te nominal dentro de determinadas faixas que podem ser escolhidas conforme o valor da corrente e a natureza da carga Quanto maior o valor da corrente de sobre carga menor o tempo decorrido para a atua o do rel t rmico As sobrecargas s o aumentos de corrente por um intervalo de tempo prolongado que pode ultrapassar a corrente nominal do motor Nas figuras 2 33 e 2 34 s o apresentados respectiva mente o detalhe construtivo e as curvas caracter sticas do rel de sobrecarga Para rearme 1 Bot o de rearme automatico e 9897 2 Contatos auxiliares IN 3 Bot o de teste y fa 4 L mina bimet lic
132. ra curto circuito e sobrecarga d Acionamento de motor com prote o contra sequ ncia de fase invertida A figura 2 50 mostra no diagrama de pot ncia o dispositivo KSF que protege o motor contra sequ ncia de fase invertida Se ao acionar o motor ocorre a invers o de fase o contato de KSF no circuito de controle se abre desativando todo o circuito e protegendo o motor Se as fases estiverem na sequ ncia correta ao acionar o bot o S1 o motor liga e a l mpada H1 fica acesa O bot o SO desliga o circuito Conv m ainda lembrar que os motores trif sicos podem ser acionados em liga es diferentes dependendo do n mero de terminais A seguir s o mostrados os principais tipos de liga es para funcionamento de motores em mais de uma tens o ou seja em redes el tricas com mais de uma tens o CAP TULO 2 Figura 2 49 Diagramas para acionamento contra falta de fase MEC NICA 3 Figura 2 50 Diagramas para acionamento de motor com prote o contra sequ ncia de fase invertida e Liga o s rie paralela estrela figura 2 51 o enrolamento de cada fase divi dido em duas partes Ligando as duas metades em s rie cada bobina ficar com a metade da tens o de fase nominal do motor Se as duas metades estiverem li gadas em paralelo poss vel alimentar o motor com metade da tens o Figura 2 51 Conex o das bobinas do motor na liga o s rie paralela estrela 254V 4 E as RE
133. ri pela ajuda com os inversores de frequ ncia Tera Miho S Parede Renato T Koganezawa e Gelson J Colli pelo aux lio com a bibliografia ao pes soal da Funda o Padre Anchieta e por fim aos nossos Mestres em mais de um plano por nos guiarem at aqui Bons estudos Os autores Sum rio I5 Cap tulo 6 Instrumentos de medi o das Princ pios de eletricidade grandezas el tricas uuuuueseeeseeses 43 v Grandezas el tricas fundamentais l6 LG MUIME O sopesspeines nienean qdo 43 am 1 O potencial el trico e a tens o el trica 16 1 6 2 Amper metro alicate 49 UU Q 2 A corrente el trica 7 6 VIM O sapos dd ads e s 50 RA 1 3 Resist ncia el trica 18 7 Sistema trif sico de energia 5 s I 2 As leis de OhM ooonnnnnnnnnnnnnnn nenn 19 7 1 O gerador aE ee spas capta poses ias gt 3 Eletroeletr nica m ya na para Mec nica 1 2 1 Primeira lei de Ohm 19 1 7 2 Conex es t picas de um gerador trif sico 52 UR UU Cris 2 2 Segunda lei de Ohm I9 7 3 Sistema trif sico equilibrado 53 Capa Mayara Barbosa Silva e O ado Pierre Diniz Bellotti alunos 3 Associa o de resistores cc 21 7 4 Pot ncia em sistemas trif sicos 59 do Centro Paula Souza S a Foto Eduardo Pozella e Carlos 1 3 1 Associa o em s rie 2l
134. s am o SOTO 1 1 0 0 0 Oo 1 O 0 1 0 1T 6 SE O 0 1 Oo 1 O 1 1 1 0 0 Oo 1 1 0 0 O IA 1 1 O 1 Lez 1 1 0 O0 O 0 b Ec O 0 0 A 1 O 1 0 0 Oo Bo ox 11000 1 1 O 1 0 a 1 1 1 0 0 1 1 ES 1 c 3 3 Porta E ou AND Considerando o circuito da figura 3 2 para que a l mpada acenda necess rio que a chave e a chave B estejam fechadas Para qualquer outra condi o a l mpada permanece apagada Figura 3 2 Circuito para exemplificar a porta E ou AND V1 CAP TULO 3 Na figura 3 3 est o representadas a tabela verdade a fun o e os s mbolos S mbolo segundo Norma ISO S mbolo segundo ABNT AND Figura 3 3 Tabela verdade fun o e 3 4 Porta OU ou OR s mbolos para a porta E No circuito esquematizado na figura 3 4 para que a l mpada acenda necess rio que a chave ou a chave B esteja fechada Figura 3 4 Circurto para exemplificar a porta OU ou OR MEC NICA 3 A l mpada S acende se pelo menos uma das chaves est fechada logo na figura 3 5 a tabela verdade ser S A B Figura 3 5 Tabela verdade fun o 3 5 Inversor ou opera o NAO ou NOT e s mbolos para a porta OU ou OR A opera o NOT tamb m denominada INVERSOR diferente das opera es OR e AND pelo fato de ser poss vel realiz la sobre uma nica vari vel de entrada Figura 3 6 Circuito para exemplificar o Inversor CAP TULO 3 Para o circuito m
135. s o em uma nica pe a outras partes tampa 4 ventilador 5 tampa defletora 6 caixa de liga o 9 terminais 10 e rolamentos 11 2 5 Princ pios de funcionamento do motor monof sico O uso de motores monof sicos com pot ncia maior que 3 cv n o recomen dado para que n o cause consumo excessivo de uma nica fase da rede e con sequentemente seu desbalanceamento Isso n o impede o uso de motores de pot ncias maiores basta apenas que as fases estejam balanceadas A fun o do capacitor empregado em alguns motores monof sicos a princ pio armazenar cargas el tricas O do tipo eletrol tico armazena maior quan tidade de carga Ao se aplicar uma tens o alternada senoidal a um capacitor sabe se que a corrente el trica fica adiantada em 90 em rela o tens o As sim um capacitor colocado em s rie com o enrolamento auxiliar em v rios tipos de motor monof sico causando o aparecimento de correntes defasadas como se cada um dos dois enrolamentos fosse ligado a uma fase diferente Isso eleva o torque de partida do motor monof sico No motor com capacitor de partida ap s sua liga o e alcan ada a velocidade em torno de 75 a 80 da velocidade s ncrona podemos abrir a chave centr fuga e desligar o circuito auxiliar de partida A chave centr fuga colocada em s rie com o capacitor e o enrolamento auxiliar Partes constituintes de um motor monof sico Tamb m nos motores monof
136. s de todas as dire es prote o contra jatos d gua em todas 5 ac mulo de poeiras 5 l 8 RE as dire es prejudiciais ao motor totalmente protegido s E 6 Es 6 gua de vagalh es contra poeira 7 imers o tempor ria 8 imers o permanente IAKOV FILIMONOV SHUTTERSTOCK Os motores trif sicos totalmente fechados para aplica o normal s o fabricados com os seguintes graus de prote o MEC NICA 3 Tabela 2 7 Rendimento versus carregamento do motor e IP54 Prote o completa contra toque e ac mulo de poeiras nocivas 5 Prote o contra respingos de todas as dire es 4 S o utilizados em ambien tes empoeirados e IP55 Prote o completa contra toque e ac mulo de poeiras nocivas 5 Prote o contra jatos d gua em todas as dire es 5 S o utilizados nos casos em que os equipamentos s o lavados periodicamente com mangueiras e IP W 55 Id nticos ao IP55 por m s o protegidos contra intemp ries chuva e maresia S o utilizados ao ar livre Tamb m s o chamados motores de uso naval 2 7 Opera o e manuten o de motores el tricos Nas ind strias os motores s o os que mais consomem energia el trica S o res pons veis por cerca de 50 de toda a energia el trica consumida e por isso necessitam de monitoramento constante Para que um motor tenha a vida til aumentada e diminua o consumo de energia el trica preciso adotar algumas a es para a realiza o de
137. s sujeitas a desgastes e quebras Operation Variadores mec nicos e Baixo custo de aquisi o Aae omand e Fator de pot ncia menor que e Utiliza o em baixas pot ncias e Baixo rendimento Warm water Variadores hidr ulicos Alto torque em baixas rota es e Pequena faixa de varia o A Baixo rendimento y i Coolin Temperature sensor g Coann Sie P j TE e Dimens es e peso elevados e Baixo custo de aquisi o Rae Variadores j Ee e Fator de pot ncia menor que e e Opera o autom tica ga eletromagn ticos da e Lubrifica o frequente e Permite sincronismo as 3 e Dif cil manuten o Figura 2 83 e Velocidade m xima velocidade motor Controle de temperatura Na figura 2 84 observamos o uso de um inversor para o controle de n vel de de gua em uma torre gua e press o tamb m por meio de PID O inversor sinaliza para o motor da e Baixo rendimento deves am nio bomba em caso de sobrecarga Al m disso controla o limite mais baixo de ro y Alto torque de partida e Perdas plo plelielleiBi is aro eee yae l M nao f Motores de an is i e Fator de pot ncia menor que 0 8 ta o para evitar o fluxo do l quido na dire o reversa Tamb m assegura o e Controle simples E l l e Exist ncia de an is e escovas funcionamento est vel se ocorrer flutua o na tens o na fonte de alimenta o e Pequena faixa de varia o e permite economia de energia Todas as fun es citadas fazem parte da progra ma o
138. seguinte sequ ncia no teclado bFr V ACC DATA 3 0 A 5 8 ENT 1 piscada 5 8 DATA ACC V dEC Resultado Ao se acionar a chave LIl o motor d partida no sentido direto e leva 5 8 s at alcan ar a rota o m xima para a frequ ncia de 50 Hz desde que se tenha deixado o potenci metro da entrada anal gica no valor m ximo 2 Para alterar o valor de f brica da rampa de desacelera o linear dEC de 3 s para 4 s deve ser digitada a seguinte sequ ncia no teclado ACC V dEC DATA 3 0 A 4 O ENT 1 piscada 4 O DATA dEC V LSP Resultado Ao se desligar a chave LI1 o motor leva 4 s para chegar rota o m nima parado na frequ ncia de O Hz Ao se fechar a chave LII o motor parte no sentido direto ao passo que fechando a chave LI2 o motor parte em sentido reverso Se as duas chaves s o acionadas dada prioridade chave acionada primeiro poss vel tamb m usar o inversor como escravo de um CLP controlador l gico program vel ao se acionar por exemplo o contato de LII ou de LI2 usando um rel de sa da do CLP e assim controlar seu sentido de giro pelo CLP 3 Alguns par metros do inversor pertencem a um segundo n vel Por exemplo a rota o m xima do motor est associada frequ ncia m xima de 50 Hz regu lagem de f brica Para alterar essa frequ ncia m xima preciso primeiro entrar no segundo n vel Para tanto necess rio digitar FLt V L2A DATA no V yes ENT 1 piscada yes DATA L2A V
139. sicos os tipos gaiola de esquilo se destacam pela constru o simples f cil manuten o maior robustez e confiabilidade No entanto por serem alimentados em circuito monof sico n o possuem campo girante e sim campo pulsante Para resolver o problema do torque de partida s o usados enrolamentos auxiliares para criar uma segunda fase fict cia no motor Desse modo os componentes do motor monof sico s o um pouco diferentes dos do motor trif sico enrolamento principal ligado rede el trica en rolamento auxiliar ligado rede por um capacitor de partida chave cen tr fuga e outras partes dependendo do tipo de motor monof sico Na figura 2 5 s o mostrados alguns modelos de motores monof sicos que ser o tratados separadamente Motor monof sico de fase dividida split fase Possui um enrolamento principal e um auxiliar defasados em 90 O auxiliar usado para o torque de partida e quando o motor atinge certa rota o desligado por uma chave centr fuga ou disjuntor centr fugo ou rel de corrente que pressionada por molas com o motor parado Tem torque de partida praticamente igual ao nominal Em geral constru do com pot ncias de at cv Para inverter seu sentido de rota o inverte se a polaridade dos terminais de liga o da rede em rela o a um dos enrolamentos A invers o do sentido deve ser feita sempre com o motor desligado usado em cargas que exigem pouco torque de
140. so por exemplo de pilhas baterias retificadores fontes reguladas e geradores CC A tens o mostrada no item d da figura 1 22 que tem formato senoidal a gerada e distribu da aos consumidores residenciais comerciais e industriais a b tens o e a corrente alternadas e seus par metros s o mostrados na figura 1 23 CAP TULO Figura 1 22 Formas de onda de tens es e Correntes a cont nua b cont nua constante c alternada d alternada senoidal A tens o alternada senoidal da figura 1 23 definida matematicamente pela equa o 1 19 v t Vp cos wt o 1 19 em que Vp a amplitude ou valor de pico ou valor m ximo da senoide Figura 1 23 Tens o alternada senoidal e par metros caracter sticos a tens o em fun o do tempo t b tens o em fun o do ngulo 6 MEC NICA 3 2 t f a velocidade angular em rad s f 1 T a frequ ncia do sinal em hertz Hz ou ciclos por segundo T o per odo da tens o em segundos s ou seja a cada per odo T a forma de onda se repete ver figura 1 22d o o ngulo de fase em radianos rad indica o deslocamento horizontal da forma de onda Um problema pr tico qual a pot ncia consumida por uma resist ncia de chuveiro de valor conectada a uma fonte com tens o alternada definida pela equa o acima figura 1 22d Solu o Se a tens o V t fosse constante e de valor Vp a pot ncia c
141. ssas considera es b sicas permitem perceber que a in rcia do rotor um obst culo sua acelera o Da mesma forma podemos considerar o movimento das massas que est o ligadas ao eixo do motor no caso a carga que como o rotor resiste mudan a de movimentos O momento de in rcia uma caracter stica fundamental das massas girantes Pode ser definida como a resist ncia que os corpos oferecem mudan a de seu movimento de rota o em torno do eixo considerado que no caso do rotor sua pr pria massa cuja unidade de medida o kg m A in rcia a ser vencida pelo motor dada pela equa o 2 17 Jy Jm Ja kg m 2 17 em que J momento de in rcia do rotor do motor J momento de in rcia da carga J momento de in rcia total TREKANDSHOOT SHUT TERSTOCK Na figura 2 14 mostrada uma m quina que tem sua velocidade de rota o di ferente da velocidade do motor e essa velocidade pode estar sendo acoplada por engrenagens ou polias Note que o momento de in rcia deve ser em rela o rota o do motor Para o sistema mostrado na figura 2 14 com um acoplamento sem perdas e considerando que o rendimento da transmiss o do sistema 100 temos as equa es 2 18 e 2 19 Ty w Tow 2 18 W esa 2 19 L Oy em que a rela o de engrenagens Tye T conjugado do motor e da carga respectivamente Wyp W velocidade de rota o do motor e da carga respe
142. sse tempo permite observar se o motor ope rando sob condi es de tens o e frequ ncia normais consegue acionar a carga obedecendo s condi es de estabilidade t rmica do material isolante O ideal que o tempo de acelera o seja bem menor que o tempo de rotor blo queado obedecendo rela o da equa o 2 26 t lt t 0 8 2 26 CAP TULO 2 Tabela 2 5 Temperatura m xima para cada classe MEC NICA 3 CAP TULO 2 em que Para que os motores possam trabalhar de modo adequado nesses ambientes devem possuir algumas caracter sticas construtivas especiais tais como t tempo m ximo de rotor bloqueado enrolamento com camadas duplas de impregna o As principais causas que contribuem para o sobreaquecimento dos motores s o e pintura alqu dica interna e externa anticorrosiva e placa de identifica o de a o inoxid vel e obstru o da ventila o e elementos de montagem zincados temperatura ambiente elevada e ventilador de material antifaiscante varia o excessiva da tens o e da frequ ncia da rede retentores de veda o entre o eixo e as tampas e bloqueio do rotor caixa de liga o vedada por juntas de borracha e excesso de partidas invers es de rota o e frenagens e calafetagem na passagem dos cabos pela carca a e falta de fase caixa de liga o em ferro fundido e sobrecarga excessiva e regime de trabalho muito vari vel Os graus de prote o s o especificados pel
143. stabelece um campo el trico capaz de atrair el trons livres da extremidade do fio a que est ligado ao mesmo tempo que o polo negativo gera um campo el trico que repele el trons na outra extremidade do fio No interior do condutor o campo el trico for a os el trons a se movimentarem Os el trons se movimentam de tomo para tomo e ao avan arem para o tomo CAP TULO Figura 1 2 Analogia entre potencial gravitacional a e potencial el trico b Figura 1 3 El trons movimentando se no condutor ligado aos polos de uma pilha MEC NICA 3 vizinho repelem e substituem outro el tron Os el trons substitu dos repetem o processo em outros tomos pr ximos estabelecendo um fluxo por todo o con dutor na dire o do polo positivo da pilha A esse fluxo orientado de el trons livres sob a a o de um campo el trico d se o nome de corrente el trica Quando o sentido da corrente el trica o do movimento dos el trons diz se que a corrente eletr nica ou real Existe tamb m uma conven o que adota o sen Figura 1 4 na tido da corrente como das cargas positivas ou seja o deslocamento das cargas Sentido real eletr nico Nesse caso acontece do potencial maior para o potencial menor A essa e convencional da corrente dado o nome de convencional conforme ilustrado na figura 1 4 corrente el trica fluxo dos el trons corrente eletr nica fio condutor
144. stator Mas para que o conjugado C seja constante preciso que a parcela F tamb m seja Funcionamento do inversor de frequ ncia O funcionamento do inversor de frequ ncia pode ser melhor compreendido atra v s das figuras 2 63 a 2 69 Na figura 2 63 vemos um diagrama de blocos que nos mostra de modo simplificado a sequ ncia de opera es e circuitos que fazem parte de um sistema inversor de frequ ncia b sico Como se v no exemplo da figura 2 63 o inversor promove a varia o da velocidade do eixo do um motor trif sico principalmente gerando uma rede trif sica de frequ ncia vari vel Filtro capacitc Ponte e indutor DC com Circuito retificador Rede el trica 220V AC frequ ncia fi a f 60 Hz gu lar Controle O conversor formado por um circuito retificador ligado rede trif sica com a fun o de transformar a tens o alternada em tens o cont nua pulsada numa opera o chamada retifica o de onda completa Um capacitor filtro usado para limpar o sinal que se converte em tens o cont nua pura Atrav s dos cir cuitos de comando formados por dispositivos semicondutores o inversor trans forma a tens o cont nua novamente em tens o pulsada A tens o de sa da escolhida de forma que a rela o tens o frequ ncia seja constante Na figura 2 64 temos um circuito chamado ponte H com carga resistiva e o gr fico com suas formas de onda _
145. stator Na figura 2 2b temos um enrolamento trif sico formado por tr s en rolamentos monof sicos separados por 120 Alimentando esses enrolamentos com tens o trif sica senoidal defasadas em 120 surgem os campos H H e Hs devidos a cada enrolamento CAP TULO 2 Nos motores sincronos a velocidade sincrona Ns do rotor fixa e sincronizada com o campo girante do estator 120 1 p em que f frequ ncia da rede el trica que alimenta o motor p n mero de polos do motor Ns MEC NICA 3 Figura 2 2 Enrolamentos de um motor de Indu o Figura 2 3 Campos magn ticos resultantes dA Assim cria se um campo girante como se houvesse um nico par de polos giran tes No motor com rotor tipo gaiola de esquilo onde a parte girante do motor formada por um n cleo de chapas ferromagn ticas temos barras condutoras curto circuitadas que funcionam como enrolamento induzido Nos motores com rotor bobinado h tamb m enrolamentos Nos motores com rotor tipo gaiola de esquilo h um conjunto de condutores paralelos Ao receber o campo girante do estator surge no rotor um conjugado que um bin rio de for as Portanto o campo do rotor tende a acompanhar o campo girante do estator que a parte est tica do motor formada por chapas ferromagn ticas empilhadas e isoladas entre si Uma das vantagens no motor com rotor tipo gaiola de esquilo a aus ncia de esco
146. strela tri ngulo pode ser melhorada com o emprego de dispositivos mais modernos tais como os disjun tores que possuem a prote o eletromagn tica contra curto circuito e a prote o t rmica do rel bimet lico no mesmo dispositivo simplificando a montagem 2 9 3 Partida por meio de chave compensadora A chave compensadora composta basicamente de um autotransformador com v rias deriva es destinadas a regular o processo de partida Esse tipo de partida costuma ser empregado em motores de pot ncia elevada para acionar cargas com alto ndice de atrito por exemplo britadores m quinas acionadas por cor reias transportadoras e calandras As desvantagens que essa chave apresenta s o e custo superior ao da chave estrela tri ngulo e dimens es normalmente superiores s chaves estrela tri ngulo A figura 2 46 representa de modo esquem tico uma chave compensadora cons tru da a partir de tr s autotransformadores monof sicos Circuito de alimenta o Chave de comando Reator de partida 1 1 28 Comando de comuta o de tape 2 9 4 Outros tipos de liga es ou partidas Podem ocorrer outros tipos de liga es ou de partidas que s o a seguir descritos a Partida de motor monof sico usando contator figura 2 47 Observa se que pelo fato de o motor ser ligado a duas fases uma das fases passada por dois contatos do rel t rmico para usar os tr s contatos desse rel Figura 2 46 Li
147. ter a alimenta o do motor reali zada por um aumento progressivo de tens o Esse dispositivo cria uma rampa de tens o ou uma curva que leva a uma partida sem golpes e sem picos de corrente figura 2 59 Esse controle da tens o feito por um par de SCRs ligados em antiparalelo a cada fase de alimenta o do motor Controlando o ngulo de disparo dos SCRs controla se a parcela de tens o fornecida a cada fase do motor e be eeooo Paa SCRs em antiparalelo Na chave soft starter um circuito eletr nico microprocessado ajusta o ngulo de disparo dos SCRs controlando a tens o a ser enviada ao motor medida que a tens o no motor aumenta a corrente tamb m aumenta e o motor acelerado de maneira suave sem degraus e sem choques mec nicos para a carga Na figura 2 60 mostrado o diagrama de blocos de um soft starter da s rie SSW 04 da WEG Essa s rie possui modelos de 16 A a 85 A que podem ser alimentados em redes trif sicas de 220 V 230 V 240 V 380 V 400 V 415 V 440 V 460 V 480 V ou 575 V Os modelos de corrente de 16 A 30 A e 45 A t m ventila o natural enquanto os de 60 A e 85 A possuem ventila o for ada CART O ELETR NICO Para a alimenta o do controle eletr nico interno usa se uma fonte chaveada O cart o de controle monitora a corrente e controla o circuito dotado tamb m de um circuito de comando e sinaliza o como rel s de sa da Os par metros d
148. to de comando que diferente do principal e comanda a opera o de fechamento de abertura ou ambas c o circuito auxiliar que diferente do principal e do circuito de comando usado tamb m para outras finalidades tais como sinaliza o intertravamento etc 2 8 1 Fus veis Os dispositivos fus veis ou apenas fus veis constituem a prote o mais tradicional dos circuitos e dos sistemas el tricos Sua opera o consiste na fus o do elemento fus vel tamb m chamado elo fus vel contido em seu interior O elemento fus vel isto o ponto fraco do circuito um condutor de pequena se o transversal que por sua alta resist ncia sofre um aquecimento maior que o dos outros condu tores passagem da corrente Para uma rela o adequada entre a se o do elemen to fus vel e a do condutor protegido ocorre a fus o do metal do elemento quando o condutor atinge uma temperatura pr xima da m xima admiss vel O elemento fus vel um fio ou uma l mina geralmente de cobre prata es tanho chumbo ou liga colocado no interior do corpo do fus vel em geral de porcelana esteatite ou papel o hermeticamente fechado Alguns fus veis possuem um indicador que permite verificar se o dispositivo fus vel operou ou n o em sua maioria apresentam em seu interior um material granulado extintor de areia de quartzo que envolve por completo o elemento fus vel A figura 2 22 mostra a composi o de um fus vel n
149. uar as medidas de tens o deve se primeiramente saber se a tens o a ser lida cont nua VDC ou alternada VAC Com a chave seletora na posi o VDC mede se o valor m dio da tens o Com a chave seletora no modo VAC mede se o valor eficaz das tens es alternadas senoidais Para tens es alternadas n o senoidais o mult metro apresenta erro de medida Alguns mult metros di gitais conseguem medir o valor eficaz verdadeiro da tens o mostrando em sua caixa a inscri o TRUE RMS valor m dio quadr tico verdadeiro ou valor eficaz verdadeiro A inser o do mult metro utilizado como medidor de tens o deve ser em para lelo com a carga a ser medida Volt metros t m resist ncia interna muito elevada e drenam pouca corrente do circuito que est sendo medido o que afeta muito pouco o valor da tens o que se quer medir A figura 1 40 mostra o s mbolo gr fico de um volt metro e a figura 1 41 como ele conectado aos pontos de medi o No caso deseja se medir a tens o entre os pontos a e b circuito sob medida O terminal positivo do instrumento deve estar no ponto e o negativo no ponto b para que se tenha uma deflex o do ponteiro para a direita ao contr rio teremos uma deflex o para a esquerda o que uma indica o de troca de polaridade Uma sugest o pr tica importante sempre colocar ou posicionar inicialmente a chave seletora na maior escala poss vel e ir reduzindo a escala at obter uma le
150. uecido por carga 000 25 250 E 32 224 Figura 2 27 Fam lia de curvas Curvas caracter sticas D 40 250 do fus vel tipo D Curva tempo x corrente 50 gt 315 10 000 63 355 ova 80 400 100 400 e 00 E 125 3 500 e 10 E 160 630 E E l 40 800 E 50 000 l 63 4 1250 0 01 0 004 80 1 10 100 1 000 Toler ncia 5 da corrente Corrente em A valor efizaz Curvas tempo corrente m dias para fus veis D partindo de um estado n o preaquecido por carga H 100 F MEC NICA 3 Figura 2 28 Cat logo para escolha do fus vel Diazed WEG Tampa ae uL s Fus vel Anel de prote o E Parafuso de ajuste Base BAW Com base para fixa o r pida em trilho DIN 35 mm 2 BSW Sem base para fixa o r pida em trilho DIN 35 mm No caso dos fus veis retardados recomenda se que sejam observados no m ni mo os seguintes pontos DII DIII DII DIII DII DIII DII DIII DII DIII 2a25 35 a 63 IO 16 20 25 35 50 63 24 25 35 a 63 10 l6 20 25 35 50 63 2a25 35 a 63 TPW25 TPW63 FDW 2S FDW 4S FDVV 6S FDW 10S FDW 16S FDW 20S FDW 255S FDW 355S FDW 50S FDW 63S APW25 APW63 PAVV2 PAVV4 PAVV6 PAWIO PAWI6 PAVV20 PAWV25 PAVV35 PAVV50 PAVV63 BAW25 BSW25 BAVV63 BSW63 8 4 2 7 32 3 6 5 6 6 2 6 4 3 6 2 1 9 1 7 8 9 14 5 13 e devem ser dimensionados para uma corrente l no m nimo 20
151. uipamentos rurais condicionadores de ar industriais e ferramentas em geral FOTOS O WEG BRASIL Figura 2 5 Motores monof sicos de capacitor permanente e tipo split fase CAP TULO 2 MEC NICA 3 Figura 2 6 Rendimento de motor monof sico Rendimento 12 71 70 69 68 67 66 65 80 Motor monof sico com polos sombreados shaded pole o mais simples e econ mico dos motores monof sicos Dos v rios tipos existentes o mais comum o de polos salientes em que cada polo dividido em dois e um deles envolvido por uma espira em curto circuito um anel Por ter valores baixos de torque de partida de rendimento e de fator de pot n cia fabricado com mil simos de cv at 1 4 cv Pela simplicidade e baixo cus to o motor ideal para aplica es como movimenta o de ar ventiladores exaustores purificadores de ambiente unidades de refrigera o secadores de roupa e de cabelo pequenas bombas e compressores projetores de slides e aplica es dom sticas Deve se lembrar que o rendimento de um motor monof sico varia com a tens o da rede el trica que o alimenta como pode ser visto no gr fico da figura 2 6 Rendimento x Tens o 90 100 110 120 130 140 Tens o V Motor monof sico com dois capacitores two value capacitor Esse motor na partida funciona como o motor de capacitor de partida e du rante seu funcionamento trabalha como o motor de capacitor permanente Por ca
152. um ticos Nos sistemas digitais a informa o normalmente apresentada na forma bin ria nas representa es O ou 1 As quantidades bin rias podem ser reproduzidas por qualquer dispositivo que tenha apenas dois estados de opera o ou duas condi es poss veis sendo o 1 usado para o dispositivo em funcionamento e o O para o dispositivo desligado Exemplo l mpada acesa ou apagada diodo em condu o ou em corte rel energizado ou n o transistor em corte ou em satura o fotoc lula iluminada ou no escuro termostato aberto ou fechado engate me c nico engatado ou desengatado chave de circuito aberta ou fechada Em sistemas eletr nicos digitais a informa o bin ria representada por tens es presentes nas entradas e sa das de diversos circuitos Tipicamente os n meros bin rios O e 1 s o traduzidos por dois n veis de tens es nominais e n vel l gico zero 0 que em termos anal gicos significa potencial de terra O volt e n vel l gico um 1 que em termos anal gicos significa potencial de alimen ta o 5 V Vec 3 1 Constantes e vari veis booleanas Essas caracter sticas dos circuitos l gicos permitem o uso da lgebra booleana como ferramenta de an lise e projeto de sistemas digitais que permite descrever as rela es entre as sa das dos circuitos l gicos e suas entradas como uma equa o alg brica A principal diferen a entre a lgebra booleana e a lgebra c
153. uma nica va ria o de estado em uma nica vari vel do termo ou seja saindo de A para o complemento de e vice versa Isso ocorre com todas as vari veis envolvidas obtendo se a combina o total Para facilitar a metodologia de simplifica o do mapa K seguem algumas etapas representa se a fun o no mapa inserindo o n mero 1 nas c lulas que repre sentem algum termo da express o booleana obtida da sa da desejada as c lulas iguais a 1 desde que adjacentes devem ser agrupadas seguindo a pot ncia de base 2 1 2 4 8 os grupos de c lulas devem ter a forma quadrada ou retangular uma c lula pode fazer parte de mais de um grupo por m um grupo n o deve ter todas as suas c lulas utilizadas em outros grupos pois nesse caso haveria redund ncia e descaracterizaria a capacidade de simplifica o do mapa K sempre devem ser procurados inicialmente grupos com 2N c lulas e pos teriormente 2N 2 at 2 sendo N o n mero de vari veis na tabela verdade A seguir nas figuras 3 16 3 17 e 3 18 s o apresentados exemplos de mapa K de duas tr s e quatro vari veis Figura 3 16 Mapa K de duas vari veis CAP TULO 3 Figura 3 17 Mapa K de tr s vari veis 00 C 11 C A A Figura 3 18 Mapa K de quatro vari veis AB B B B C C A A MEC NICA 3 Problema resolvido Montar um dispositivo l gico de quatro chaves que s deve ser acionado quando a maioria das chaves for
154. uma carga em torno de seu eixo a pot ncia desenvolvida depende do conjugado oferecido e da velocidade com que se movimenta a carga O conjugado mec nico pode ser definido em diferentes fases do acionamento do motor ou seja e Conjugado nominal C ou de plena carga aquele que o motor desenvolve pot ncia nominal quando submetido tens o e frequ ncia nominais E obtido pela equa o 2 1 C om Nm 2 1 2 T N em que Ny a rota o nominal em rota es por segundo rps e Conjugado de partida Cp tamb m conhecido como conjugado com rotor bloqueado ou conjugado de arranque aquele desenvolvido pelo motor sob condi es de tens o e frequ ncia nominais durante a partida e normal mente expresso em kgf m ou em porcentagem do conjugado nominal O conjugado de partida deve ser de valor elevado a fim de o motor ter condi es de acionar a carga desde a posi o de in rcia at a velocidade de regime em tempo reduzido obtido pela equa o 2 2 C 2 100 2 2 O O e Conjugado base C determinado de acordo com a pot ncia nominal Cm e velocidade s ncrona W do motor Normalmente obtido pelas equa es 2 3 e 2 4 116 P S P C Nm 2 4 b e S em que N a rota o s ncrona rps e Conjugado m ximo Cma o maior conjugado produzido pelo motor quando submetido s condi es de tens o e frequ ncia nominais sem no entanto ficar sujeito a vari
155. ura com suas pin as envolvendo o condutor como em um abra o figura 1 49 Com base na lei de indu o de Faraday a corrente alternada no condutor produz um campo magn tico alternado no n cleo de ferro que comp e as pin as do alicate Em uma segunda espira en rolada no n cleo induzida uma tens o proporcional corrente no cabo que medida por um volt metro e indicada no display Os instrumentos mais sofisticados e portanto mais caros tamb m medem corrente cont nua atrav s do efeito Hall GREEN EMPOWERMENT EKIPAJ SHUT TERSTOCK CAP TULO Figura 1 48 Amper metro alicate Figura 1 49 Medida com o amper metro alicate MEC NICA 3 Figura 1 50 a Bobinas de corrente BC e de potencial BP de um watt metro b esquema de liga o de um watt metro para medir a pot ncia de uma carga R Apresentamos alguns cuidados espec ficos para a utiliza o de amper metros alicate e o amper metro alicate n o deve ser aplicado em circuitos que possuam ten s o superior a 750 VAC e n o se deve medir corrente AC com as pontas de prova conectadas ao am per metro alicate e as pin as do alicate devem envolver um nico fio condutor Nunca introdu zir mais do que um fio fase simultaneamente no alicate para n o haver erro de leitura e para fazer a leitura com exatid o necess rio que a pin a esteja completa mente fechada e que o fio fique no centro do espa o livre entre as pin
156. usa do alto custo fabricado com pot ncias acima de 1 cv Permite a inver s o do sentido de rota o com o motor em funcionamento invertendo se a polaridade dos terminais ligados rede em rela o a um dos enrolamentos No entanto se forem necess rias invers es frequentes prefer vel o uso do motor de capacitor permanente Os esquemas de liga o dos v rios tipos de motores monof sicos mostrados na figura 2 7 est o assim distribu dos a motor com polos sombreados b motor de fase dividida c motor com capacitor de partida d motor com capacitor permanente e motor com dois capacitores Chave centr fuga o T D A EJ S c O S coe LLJ Chave centr fuga Enrolamento principal Enrolamento auxiliar a b Enrolamento principal Enrolamento principal Enrolamento principal Enrolamento auxiliar Enrolamento auxiliar c d 2 5 1 Liga o dos enrolamentos dos motores monof sicos De acordo com a quantidade de terminais dispon veis nos motores monof sicos podem ser feitos diversos tipos de liga o como os apresentados a seguir e Motor com dois terminais deve ser ligado a apenas um valor de tens o e n o poss vel inverter seu sentido de rota o e Motor com quatro terminais seu enrolamento dividido em duas partes figura 2 8 Se as duas bobinas forem ligadas em s rie o motor pode ser li gado em 220 V Para ligar o motor em 110 V ligam se as bobinas em
157. va motor no momento em que cada IGBT desligado protegendo os O uso de IGBTs leva a benef cios como menor ru do e menor aquecimento do motor Tamb m propicia melhor controle do chaveamento redu o no tamanho do inversor entrada de alta im ped ncia e redu o do consumo de energia do inversor Rede trif sica Retificador Filtro Inversor com diodos controlado com IGBTs ARS NIUREDEGALLIUM MITSUBISHI Os IGBTs re nem as caracter sticas de comuta o dos transistores bipolares de pot ncia e a elevada imped ncia de entrada dos transistores de efeito de campo metal xido semicondutor MOSFET das iniciais de metal oxide semiconductor field effect transistor S o utilizados para a comuta o de carga de alta corrente em regime de alta velocidade 1200 V 400 A com frequ ncias de comuta o superiores a 15 kHz Na etapa de pot ncia os IGBTs s o chaveados com o uso de modula o PWM pulse width modulation ou modula o por largura de pulso e reproduzem o equivalente onda senoidal da rede el trica com uma frequ ncia diferente Na figura 2 68 s o mostradas as formas de onda da tens o senoidal obtida por PWM e da corrente aproximada no motor CAP TULO 2 Figura 2 67 Ponte de IGBTs e diodos e s mbolo de esquema el trico do IGBT e diodo Figura 2 68 Formas de onda da tens o e da corrente no motor com o uso de Inversor MEC NICA 3 Figura 2 69 Diagr
158. vas no rotor O motor se torna mais simples e n o h necessidade da troca de escovas na manuten o CAP TULO 2 A carca a do motor em ferro fundido a o ou alum nio e tem aletas para auxi liar na dissipa o de calor do motor 2 4 1 Partes constituintes de um motor de indu o trif sico Dist ncia que separa Al m do j descrito anteriormente um motor trif sico deve conter bobinas ou o rotor do estator enrolamentos alimentadas pela tens o da rede el trica no estator Essas bobinas ficam encaixadas em cavas do estator Seu entreferro bem estreito A figura 2 4 acompanhada da descri o de outras partes de um motor tipo gaiola de esquilo da WEG Anel vring Carca a Chaveta Tampa dianteira Anel vring Rolamento Anel de fixa o FOTOS O WEG BRASIL Tampa defletora Ventilador Dreno Rolamento Estator bobinado Caixa de liga o Tampa da Caixa de liga o Figura 2 4 Na figura Partes construtivas de um motor tipo Partes do estator gaiola de esquilo e carca a 1 e n cleo de chapas 2 e e enrolamento trif sico 8 MEC NICA 3 Partes do rotor e eixo 7 tratado termicamente para evitar empenamento e fadiga de forma a poder transmitir a pot ncia mec nica do motor e n cleo de chapas 3 tratadas termicamente para reduzir perdas no ferro como as do estator e barras e an is de curto circuito 12 gt s o de alum nio injetado sob pres
159. vibra es A fim de controlar as vibra es algumas medidas preventivas podem ser toma das como e observar o estado dos mancais e observar a vida til m dia dos mancais informa o fornecida pelos fabri cantes controlar e analisar as vibra es de forma muito simples basta colocar uma ferramenta sobre o mancal aproximando o ouvido e detectando as falhas pelos ru dos produzidos e tomar cuidado ao substituir um rolamento por outro e nas paradas de longa dura o trocar periodicamente a posi o de repouso dos rotores dos motores el tricos assim como das partes m veis das m quinas 2 7 7 Lubrifica o correta dos mancais Como visto anteriormente a temperatura ambiente considerada para um motor de 40 C A essa temperatura est o submetidos todos os componentes do mo tor incluindo o rolamento de esferas que em funcionamento integral tem vida til em torno de tr s a quatro anos dependendo das condi es de trabalho De tempos em tempos deve se fazer a lubrifica o dos rolamentos Essa medida prolongar sua vida til e elevar seu rendimento e o do motor A lubrifica o dos rolamentos feita em geral com graxa mineral Quando as temperaturas de opera o s o elevadas de 120 C a 150 C ou as velocida des de rota o superam 1500 rpm usa se leo mineral Esses leos devem ter caracter sticas lubrificantes adequadas s condi es de trabalho Nos motores de pequena pot nci

eletroeletrônica para mecânica

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