Instalações Elétricas Industriais Comando de Motores

Mario A. Cantareira

SUMÁRIO INTRODUÇÃO ................................................................................. 4 Seção 1: TEORIA .............................................................................. 4 1.1 CHAVES SECCIONADORAS .................................................. 5 1.2 DISJUNTORES ........................................................................... 5 1.3 CONTATORES ........................................................................... 5 1.4 RELÉ AUXILIAR OU CONTATOR AUXILIAR ..................... 6 1.5 RELÉ TEMPORIZADO E RELÉ CÍCLICO .............................. 7 1.6 BOTOEIRAS ............................................................................... 7 1.7 CHAVES DE COMANDO ......................................................... 7 1.8 CHAVES SELETORAS ............................................................. 8 1.9 SENSORES ................................................................................. 8 1.10 FUSÍVEIS .................................................................................. 9 1.11 RELÉ TÉRMICO ...................................................................... 9 1.12 RELÉ DE FALTA DE FASE..................................................... 9 1.13 RELÉS DE SUB E SOBRETENSÃO........................................10 1.14 INSTRUMENTOS......................................................................10

Seção 2: PRÁTICA.............................................................................11 2.1 FILOSOFIAS DE COMANDO....................................................11 2.1.1 LIGAÇÃO BÁSICA DE UM MOTOR....................................11 2.1.2 LIGAÇÃO DE UMA BOMBA DE ÄGUA..............................12 2.1.3 SISTEMA DE BOMBEAMENTO DE ÁGUA.........................12 2.1.4 INVERÇÃO DE ROTAÇÃO....................................................12 2.1.5 PORTÃO ELÉTRICO...............................................................13 2.1.6 PARTIDA ESCALONADA DE DOIS MOTORES.................13 2.1.7 PARTIDA ESCALONADA DE TRÊS MOTORES.................13 2.1.8 PARTIDA ESTRELA / TRIÂNGULO.....................................13 2.2 DIAGRAMAS TRIFILARES E FUNCIONAIS..........................14 2.2.1 LIGAÇÃO BÁSICA DE UM MOTOR....................................15 2.2.2 LIGAÇÃO DE UMA BOMBA DE ÄGUA..............................16 2.2.3 SISTEMA DE BOMBEAMENTO DE ÁGUA.........................17 2.2.4 INVERÇÃO DE ROTAÇÃO....................................................18 2.2.5 PORTÃO ELÉTRICO...............................................................19 2.2.6 PARTIDA ESCALONADA DE DOIS MOTORES.................20 2.2.7 PARTIDA ESCALONADA DE TRÊS MOTORES.................21 2.2.8 PARTIDA ESTRELA / TRIÂNGULO......................................26 2.3 DESCRIÇÃO DE FUNCIONAMENTO......................................27 2.3.1 LIGAÇÃO BÁSICA DE UM MOTOR.....................................27 2.3.2 LIGAÇÃO DE UMA BOMBA DE ÄGUA...............................28 2.3.3 SISTEMA DE BOMBEAMENTO DE ÁGUA..........................30 2.3.4 INVERÇÃO DE ROTAÇÃO.....................................................31 2.3.5 PORTÃO ELÉTRICO................................................................32 2.3.6 PARTIDA ESCALONADA DE DOIS MOTORES..................34 2.3.7 PARTIDA ESCALONADA DE TRÊS MOTORES..................35 2.3.8 PARTIDA ESTRELA / TRIÂNGULO......................................36

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INTRODUÇÃO O presente trabalho tem por objetivo mostrar os fundamentos utilizados para partida e parada de motores, em situações semelhantes às encontradas nas indústrias. Pretende-se mostrar circuitos simples de força, de comando, de controle e de proteção, tendo em vista que outros mais sofisticados se derivam destes. Como estratégia de desenvolvimento o conteúdo está dividido em duas seções: Teoria e Prática. Na parte de Teoria estão as descrições dos principais dispositivos utilizados, com suas característica técnicas, vantagens e limitações. Na parte Prática são apresentadas algumas ligações simples, através de diagramas e descrições de funcionamento, que devem ser executadas no laboratório, para checar a sua veracidade e tornar mais fácil a sua compreensão. Seção 1: TEORIA Antes de se ver as características de cada dispositivo, é necessário que alguns conceitos fiquem bem esclarecidos e definidos. Contatos → São elementos que tem por objetivo dar continuidade ou não à passagem de corrente elétrica. São definidos no seu estado de repouso, sem atuação de agentes externos, como sendo normalmente abertos (NA) ou normalmente fechados (NF). Sendo que quando estão no estado aberto, não permitem a passagem da corrente elétrica e quando estão no estado fechado permitem. Acionamento em Carga → Um dos grandes problemas existentes em instalações elétricas é a abertura e o fechamento de circuitos em carga, ou seja, quando existe corrente elétrica. Se o acionamento for feito de forma incorreta, lenta, o faiscamento nos contatos que, é inevitável, terá proporções maiores, provocando danos ao equipamento. Para minimizar os efeitos da faísca, os dispositivos projetados para operarem em carga têm acionamento rápido e podem também ter seus contatos imersos em ambientes que fazem a extinção do arco mais rapidamente. Corrente Nominal → Todo equipamento elétrico tem por objetivo a condução de corrente, fazendo com que os seus componentes internos, nos quais circula a corrente, tenham seções adequadas. Isto faz com que, para um mesmo tipo de equipamento, haja variações nas dimensões das partes condutoras, em função da magnitude da corrente que o mesmo deve conduzir, ou seja, da sua corrente nominal.

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1.1 CHAVES SECCIONADORAS Também chamadas de chaves faca, são aquelas que através de um movimento de rotação de uma lâmina condutora, abrem ou fecham os seus contatos. Apesar de existirem alguns tipos para acionamento em carga, a grande maioria das chaves seccionadoras são para abrirem ou fecharem circuitos sem corrente, apenas com tensão, portanto não devem ser usadas para ligar ou desligar equipamentos. Servem apenas para dar continuidade aos circuitos ou isolá-los para manutenção. 1.2 DISJUNTORES

São dispositivos de manobra que permitem o acionamento em

carga por possuírem um disparo por molas fazendo com que o movimento dos contatos seja rápido. Além do acionamento rápido, a abertura e o fechamento dos contatos também se dá dentro de uma câmara de extinção de arco especialmente projetada para isto. Os disjuntores não são apenas dispositivos de comando, pois possuem também elementos de proteção, térmico para sobrecorrente e magnético para curto-circuito. Para conhecimento do relé térmico, ver item 1.11. O relé magnético, utilizado como proteção de curto circuito, consiste de uma bobina em série com a alimentação, que ao ser

percorrida por uma corrente da ordem de 10 vezes a nominal, (valor este que varia com o fabricante e o tipo do disjuntor), cria uma força magnética que vence a ação de uma mola fazendo com que se abra o contato. Instantaneamente interrompendo o circuito. Hoje em dia deve se tomar cuidado na especificação de disjuntores em circuito de motores, pois existe alguns tipos de disjuntores com relé magnético que opera com 3 vezes a corrente nominal, fazendo com que o mesmo atue indevidamente na partida dos motores, os quais consomem uma corrente da ordem de 8 vezes a nominal neste instante.

monofásico

Os disjuntores são dispositivos de comando que devem ser usados para operações com baixa freqüência. Para acionamentos mais freqüentes devem ser usados contatores, que serão vistos a seguir. Os disjuntores podem também possuir dispositivos de motorização possibilitando o comando remoto.

1.3 CONTATORES Contatores são dispositivos que se utilizam de princípios eleacionar contatos, da seguinte forma:

• Uma bobina ao ser percorrida por uma corrente elétrica produz uque atrai um núcleo móvel.

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Trifásico

tromagnéticos para

m fluxo magnético,

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• Ao ser aberto o circuito elétrico desta bobina o fluxo magnético é interrompido, fazendo com que cesse a força de atração, e o núcleo móvel volta a sua posição de repouso, pela ação de uma mola.

• Junto com este movimento são “arrastados” os contatos, fazendo com que se abram ou se fechem.

(5 A), chamados de contatos auxiliares, que são destinquantidade destes contatos varia de acordo com o modeque em muitos casos se pode colocar blocos adicionais de

Contatos principais

Contatos auxiliares

contatprincipfecharalimenSabenmotorda reespecicorrencontatnominmotorcontatacionacapaci

A maioria dos fabricantes utiliza a seguinte numer • Contatos Principais: L1/T1; L2 /T2; L3/T3, ou 1/2, 3 • Contatos Auxiliares: NA com finais 3 e 4 e NF com fi

e 43/44 e NF 21/22 e 31/32. 1.4 RELÉS AUXILIARES OU CONTAT São dispositivos com acionamento idêntico aos cocontatos principais de força, NA, com capacidade de corPossuem apenas os contatos auxiliares. Não são utilizadfazer o automatismo.

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Os contatores possuem trêsos NA, chamados de contatosais ou de força, destinados a

e a abrir as três fases detação de um motor trifásico.

do-se que para cada potência de é solicitada uma corrente diferentede, os contatores devem serficados de acordo com estate nominal. Além destes trêsos, que têm que ter a correnteal coerente com a corrente do, os contatores possuem outrosos auxiliares (NA) ou (NF),dos pelo mesmo núcleo, comdade de corrente fixa normalmente

ados para fazer o automatismo. A lo e o fabricante do contator, sendo stes contatos.

ação dos contatos:

/4, 5/6

nais 1 e 2. Ex.: contatos NA 13/14

ORES AUXILIARES

ntatores só que não possuem os três rente variando em função do motor. os para ligar motores, mas sim para

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1.5 RELÉS TEMPORIZADOS E RELÉS CÍCLICOS

Relés temporizados são aqueles que quando têm que comutar seus

contatos eles contam um tempo antes de o fazê-lo. Eles podem ser temporizados na energização ou na desenergização. Temporizados na energização são aqueles que quando as bobinas recebem tensão, contam um tempo para comutar os seus contatos, sendo que, ao se retirar a tensão, o retorno às condições iniciais se faz de forma instantânea. Temporizados na desenergização é o caso inverso ou seja : quando a sua bobina é energizada comuta seus contatos instantaneamente e quando é desenergizada, conta um tempo para retornar à sua posição de repouso. Relés Cíclicos são aqueles que comutam os seus contatos em uma seqüência pré-determinada no tempo, e ao terminá-la, recomeçam novamente. São usadas por exemplo para repetir operações todos os dias ou à cada intervalo de horas pré ajustadas.

1.6 BOTOEIRAS

São elementos de comando que servem para energizar ou desenergizar contatores, sendo que comutam seus contatos NA ou NF através de acionamento manual. Podem variar quanto às cores, formato e proteção do acionador, quantidade e tipos de contatos, e reação ao acionamento.

Quanto ao formato e proteção do acionador temos desde as botoeiras tipo soco, que têm o acionador grande na forma de “cogumelo”, sendo de fácil acionamento, destinadas à situações de emergência; até as botoeiras com acionador protegido por tampa, que evitam o acionamento por toque

acidental e somente devem ser operadas conscientemente.

A variação quanto à reação ao acionamento consiste de dois tipos: as de posição mantida que trocam a condição do contado NA ou NF toda vez que são operadas e permanecem na nova posição até o próximo acionamento; e as pulsantes, que trocam a condição do contato somente enquanto existir a pressão externa, voltando às condições iniciais assim que cesse a mesma. 1.7 CHAVES DE COMANDO São aquelas destinadas a comandar uma ação, e podem ser desde as menores, monopolares, que ligam cargas através da energização das bobinas dos Contatores, até aquelas que ligam ou desligam diretamente a alimentação trifásica dos motores. As chaves

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que comandam diretamente os motores têm variações quanto a forma de partida dos mesmos, podendo ser para partida direta, ou estrela/triângulo, ou com inversão de rotação. 1.8 CHAVES SELETORAS São chaves de baixa corrente, inseridas nos circuitos do automatismo, que servem para selecionar os tipos de comando, elas podem variar quanto ao número de posições e o número de contatos, bem como a programação dos mesmos, para atender as necessidades exigidas pelo projeto. Como exemplo podemos citar as chaves que selecionam os tipos de comandos (manual/automático), que selecionam as prioridades de entrada de bombas (B1/B2/B3), chaves de transferência voltimétrica que seleciona qual das tensões será indicada no voltímetro (RS/ST/TR), chaves de transferência amperimétrica, que selecionam qual das correntes de fase vai ser indicada no amperímetro (R/S/T), etc. 1.9 SENSORES São dispositivos que indicam, através de contatos, o estado ou a posição de alguma variável. Exemplos:

- chaves fim de curso → possuem contatos que são comutados por uma haste, que é acionada por uma parte móvel do objeto sob estudo, indicando assim a sua posição. - chaves bóia → comutam os contatos através do acionamento de uma bóia sobre um líquido. Existem também outros tipos de acionamento, (capacitivo, indutivo) e que servem para detectar altura de sólidos (grãos). - células foto elétricas → detectam a presença de luz, claridade. - - sensores de aproximação → detectam através de raio infravermelho a

aproximação de seres vivos.

- detetores de pressão, vazão, umidade, calor ... 1.10 FUSÍVEIS

São elementos de proteção contra curto-circuito que operam pela fusão de seu elo, que é o elemento especialmente projetado para se fundir com o aquecimento provocado pela passagem de corrente elétrica acima de determinado valor. Existem vários tipos, sendo os mais simples e baratos os dos tipos rolha e cartucho. O rolha é como um soquete de lâmpada, feito em porcelana, com o

seu elo visível, sem proteção, feito de chumbo. O cartucho é

aquele em que o elo é uma fita também de chumbo, envolta em um

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cartucho

rolha

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canudo de papelão.

Os mais sofisticados, caros, melhores e mais precisos são os Diazed e os NH, cujas características em comum são do elo ser feito de cobre e a fusão se dar em um ambiente cheio de areia, o que propicia fácil extinção do arco, fazendo com que cortem correntes de até 100 kA com segurança. Possuem também a sinalização de queima e são feitos nas versões rápido e retardado, sendo este último utilizado em circuitos de motores, não atuando indevidamente durante a partida, dos mesmos, instante no qual é solicitada uma corrente de 8 vezes a corrente nominal do motor. O NH se assemelha ao cartucho sendo que a sua ligação com o resto da instalação é feita por lâminas, o que permite, se for ser instalado em caixa, fazer também a função de uma chave seccionadora. O diazed se assemelha ao rolha porém, para ser utilizado necessita de base, tampa, anel e parafuso de ajuste. O parafuso de ajuste é composto de um parafuso metálico que faz o contato elétrico e uma arruela de porcelana que tem o seu

diâmetro variável de acordo com a corrente nominal do fusível, não permitindo que se coloque um de maior amperagem no lugar de um de menor amperagem (o fusível possui o seu terminal de contato com o parafuso de ajuste, com diâmetro variável de acordo com a sua corrente nominal). 1.11 RELÉ TÉRMICO

O relé térmico é um relé de sobrecorrente de atuação temporizada efetuada por um bimetal. O bimetal consiste de duas lâminas, de dois matérias com coeficientes de dilatação diferentes, coladas longitudinalmente, e sendo enrolado sobre elas um condutor, no qual passa a corrente da carga . Com a passagem desta corrente, o calor dissipado faz com que estas duas lâminas se dilatem de forma desigual, fazendo uma deflexão, responsável pela abertura/fechamento de contatos auxiliares, localizados na sua

extremidade livre. A atuação da proteção, com consequente parada do motor, se dá através da bobina do contator. Esta proteção é usada como sobrecarga e é normalmente regulada para um aumento de corrente da ordem de 20 a 60%. É temporizada por ser realizada através de efeito térmico, o qual leva um tempo para se propagar/estabilizar. Construtivamente o relé térmico já vem com seus terminais próprios para serem ligados diretamente no contator.

1.12 RELÉ DE FALTA DE FASE

Para um motor a falta de uma fase leva-o à queima, pois o mesmo pode não girar, ficando travado, puxando muita corrente da rede. Para proteger o sistema da falta de fase, que pode ocorrer pela queima de um fusível, existe um relé que sente esta falta e manda desligar o contator, impedindo a energização do motor.

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1.13 RELÉS DE SUB E DE SOBRETENSÃO

Como o próprio nome diz, eles operam com baixa tensão e com alta tensão

respectivamente, fazendo com que se desenergize a rede nestas condições. O relé de subtensão pode entrar no automatismo fazendo com que, na inexistência de tensão na alimentação principal, providencie a entrada de outra como segurança, por exemplo um grupo gerador-diesel. 1.14 INSTRUMENTOS

Instrumentos são dispositivos que indicam o valor de uma variável, por exemplo: corrente, tensão, potência, temperatura, etc; sendo chamado em cada caso de amperímetro, voltímetro, watímetro, termômetro, etc, respectivamente.

Existem dois tipos de instrumentos, os analógicos que fazem as suas indicações através de ponteiros e os digitais que as fazem através de números.

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Seção 2: PRÁTICA Antes de começarmos a montagem dos experimentos, vamos ver quais são os tipos de desenhos elétricos mais significativos: Unifilar → É um desenho que mostra a parte de força, ou seja, a parte de potência de um sistema elétrico, com todas as ligações e equipamentos através de um único fio, sabendo-se que os outros são análogos. Desta forma, o diagrama se apresenta mais simples, sendo ideal para se entender a filosofia do conjunto, do sistema como um todo, não se prestando para manutenção, pois não mostra todas as ligações com detalhes de bornes. Trifilar ( Bifilar, Multifilar ) → Também é um desenho que mostra a parte de força porém com todos os fios existentes, (no caso um sistema trifásico), com todos os seus equipamentos e bornes de ligação. É um desenho muito carregado, não sendo fácil a visualização do todo, porém excelente para manutenção por mostrar todas as ligações detalhadas. Funcional → É um desenho que mostra a parte de comando, controle e proteção. Indica as formas de se operar o sistema, bem como as grandezas que estão sendo controladas, e as proteções existentes. É o desenho que mostra todas as possibilidades e limitações de comando, controle e proteção do sistema. Cablagem → São os desenhos que mostram as interfaces, as fiações existentes entre os vários equipamentos de um sistema. Físicos → São aqueles que mostram os arranjos em salas de equipamentos, mostram as vistas frontais dos quadros, as furações necessárias para se montar os painéis, etc. 2.1 FILOSOFIAS DE COMANDO Nesta parte são dadas as filosofias de comando para partida e parada de motores em várias situações. Deverão ser elaborados diagramas trifilares e funcionais que atendam estas filosofias. Mais adiante serão mostrados estes desenhos juntamente com uma descrição de funcionamento dos mesmos, (itens 2.2 e 2.3 respectivamente). Nota: Os diagramas, principalmente os funcionais, podem desenvolver a mesma filosofia, porém se apresentando de forma diferente uns dos outros. Isto se deve ao fato da filosofia não estar bem definida ou delimitada, ou por mostrarem os contatos com posições relativas trocadas, porém dentro de um mesmo objetivo (ex.: em uma seqüência de contatos em série, pode aparecer um antes do outro, a posição relativa não muda a filosofia). 2.1.1 LIGAÇÃO BÁSICA DE UM MOTOR

Fazer o diagrama trifilar e o funcional para a ligação básica de um motor, a qual deverá atender os seguintes requisitos: • Ligar e desligar um motor através de um contator e botoeiras pulsantes. • Utilizar fusíveis para proteção de curto-circuito e relé térmico para sobrecarga.

• A atuação do térmico deverá parar o motor através do contator e sinalizar a sua atuação. •Sinalizar também as condições de motor ligado e desligado.

• Medir a corrente da fase V, e as tensões entre as fases utilizando uma chave de transferência voltimétrica.

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2.1.2 LIGAÇÃO DE UMA BOMBA DE ÁGUA

Fazer os esquemas para uma bomba que capta água de um nível inferior e joga em um nível superior, sendo que para esta situação deseja-se: • Operação separada, de manual e automático, através de chave de posição mantida (Man/Desl/Aut). • Comando manual de liga e desliga através de contator e botoeiras pulsantes, e o automático através de bóia diferencial da caixa superior. • Tanto o comando manual como o automático, deverão ser bloqueados se não tiver nível de água suficiente na caixa inferior, não havendo assim resfriamento do selo da bomba, o que acarretaria em sobre-aquecimento e queima da mesma (parte mecânica). O nível mínimo requerido para operação é chamado de submergência mínima. • Medições de tensão e de corrente idênticas às do item anterior. • Proteção por fusíveis e térmico. • Sinalizações de ligada, desligada, térmico atuado e submergência mínima. 2.1.3 SISTEMA DE BOMBEAMENTO DE ÁGUA É o sistema utilizado em prédios, composto de uma caixa inferior (térreo) e outra superior (no topo do edifício). A inferior é abastecida com água da rua controlada por bóia mecânica, e existem duas bombas (uma é reserva), para elevarem esta água até a caixa superior. Projetar um esquema que atenda estas necessidades e possua as seguintes características: • Chaves Man/Desl/Aut e Bomba1/Bomba2 • Demais itens idênticos ao caso anterior, sendo que as sinalizações são agrupadas para o sistema: sistema ligado, sistema desligado, sistema com térmico atuado e submergência mínima. 2.1.4 INVERSÃO DE ROTAÇÃO Para se inverter a rotação de um motor trifásico basta invertermos a ligação de duas das suas três fases. O sistema descrito abaixo permite a inversão antes do motor parar de girar (inércia), o que provoca um “tranco” na rede elétrica. Para se evitar esta situação seria necessário colocar um sensor de motor parado, rotação zero. Projete um esquema que permita a inversão de rotação com as seguintes características: • Um único botão de parada e dois botões de partida, um para cada sentido de rotação. • Dois contatores, um para cada sentido de rotação, intertravados eletricamente para evitar curto-circuito na rede. • Proteção com um único jogo de fusíveis e um único relé térmico. • Medição de corrente e de tensão. • Sinalização do sentido de rotação, horário e anti-horário, parado e térmico atuado.

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2.1.5 PORTÃO ELÉTRICO

Baseado no esquema de inversão de rotação anterior é possível se fazer o acionamento de um portão com comando elétrico, sendo que a rotação para um lado abre o portão e para o outro fecha. Os itens do esquema anterior que deverão ser modificados são os seguintes: • Parada automática do portão, nas posições aberto e fechado, detectadas através de fins de curso que param o motor e impedem que seja religado no mesmo sentido. • Sinalização em uma mesma lâmpada para portão aberto e abrindo, sendo que para a condição aberto a lâmpada fica acesa de forma contínua e para a condição abrindo ela fica piscando. A mesma filosofia de sinalização deve ser usada para fechado e fechando. • Eliminar a sinalização “parado”. 2.1.6 PARTIDA ESCALONADA DE DOIS MOTORES Esta condição bloqueia a partida simultânea de dois motores. Normalmente é utilizada para evitar sobrecarga em uma rede, na qual o automatismo mantém uma ordem de ligar os motores e ocorrendo uma queda de tensão, no retorno da mesma, os motores partiriam simultaneamente provocando perturbações no sistema. No caso atual deseja-se projetar um sistema de partida de dois motores, através de um único conjunto de botoeiras, sendo que dado um comando de ligar, parte primeiro um, e depois de um tempo parte o outro, sendo que o desligamento é simultâneo. • Utilizar fusíveis e térmicos individuais para cada motor; um único jogo de botoeiras; e um relé temporizado. • A atuação de um térmico provoca a parada do sistema. • Sinalizar o sistema ligado, desligado e térmico atuado. Sinalizar na mesma lâmpada de ligado a condição ligando, porém de forma pulsante. 2.1.7 PARTIDA ESCALONADA DE TRÊS MOTORES Idem ao anterior, porém para três motores. 2.1.8 PARTIDA ESTRELA / TRIÂNGULO Durante a partida de um motor, o fato dele estar com o rotor parado, se assemelhando à condição de rotor bloqueado, faz com que o mesmo solicite uma corrente maior para vencer a inércia, a qual normalmente é oito vezes a sua corrente nominal. Este pico de corrente provoca perturbações na rede. Para minimizar esta condição existem vários artifícios para diminuir a corrente de partida, sendo um deles a partida com tensão reduzida, provocada por um fechamento temporário em estrela do motor. Primeiro o motor parte em estrela, com tensão reduzida em ♦3 vezes, e após algum tempo, quando a rotação se estabiliza, o fechamento é mudado para triângulo, fazendo com que o motor funcione normalmente, na tensão para a qual foi projetado. O objetivo é montar um esquema no qual pressionando-se um único botão de partida, o motor liga com fechamento em estrela e após um tempo pré-determinado, um temporizador provoca a mudança do fechamento para triângulo através dos

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contatores. • Montar um esquema semelhante aos casos anteriores, com fusíveis, relé térmico, três contatores, duas botoeiras (liga e desliga), medição de tensão e de corrente. • Fazer as sinalizações idênticas às anteriores, porém sinalizar ligando com a lâmpada de ligado piscando, desde o momento da ordem de ligar até o seu funcionamento normal em triângulo. 2.2 DIAGRAMAS TRIFILARES E FUNCIONAIS

A seguir são apresentados os diagramas trifilares e funcionais que atendem às filosofias exigidas anteriormente, para as várias maneiras de se ligar os motores.

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2.3 DESCRIÇÕES DE FUNCIONAMENTO. A seguir são feitas as descrições de funcionamento dos diagramas apresentados anteriormente, visando tornar mais claro a sua compreensão. Os números apresentados entre parêntesis se referem às coordenadas onde estão os contatos. 2.3.1 LIGAÇÃO BÁSICA DE UM MOTOR Nas colunas 0, 2 e 5 está apresentado o diagrama trifilar da ligação de um motor elétrico trifásico, alimentado em 220V. Primeiro a corrente elétrica passa pelos fusíveis, depois pelo contator e finalmente pelo relé térmico antes de chegar ao motor. Na derivação temos a medição da tensão entre as três fases através de uma chave de transferência voltimétrica (9), e a medição de corrente da fase V (10).

Tendo como tensão de comando 220VCA através das fases A e B protegidas por fusíveis, encontramos nas colunas 25 a 35 a parte de comando propriamente dito do motor. Para ligar o motor é necessário que se energize o contator C1 (27) pressionando-se a botoeira de liga BL-1 (27), fazendo com que a corrente passe pelos contatos NF do relé térmico 49-1 (27) e da botoeira de desliga BD-1 (27). Com a energização de C1 seus contatos principais (0, 2 e 5) se fecham, alimentando o motor, e fechando também seu contato auxiliar (31), permitindo uma auto-alimentação da sua bobina quando a botoeira BL-1 (27) voltar ao seu normal NA. Este contato é chamado de “selo”. Desta forma o motor está ligado através do contator que está “selado”. Para desligá-lo é necessário que se pressione a botoeira BD-1 (27), fazendo com que se interrompa o circuito de alimentação da bobina do contator C1 (27), provocando a sua desenergização e conseqüentemente a volta às condições iniciais, ou seja: abertura dos contatos principais (0, 2 e 5) levando à parada do motor, e a abertura do contato de selo (31), fazendo com que não cesse a auto-alimentação. Desta forma quando a botoeira BD-1 (27) voltar ao seu normal NF, o circuito ficará aberto, no contato da botoeira BL-1 (27) e no contato de selo de C1 (31), permanecendo assim o motor desligado. A proteção de curto-circuito do motor é feita diretamente através de fusíveis (0, 2 e 5), pois a fusão interrompe a corrente de alimentação. Para a proteção de sobrecarga é utilizado um relé térmico 49-1 (6), que quando acionado abre o seu contato NF (27), provocando a desenergização do contator C1 (27) e conseqüentemente a parada do motor. A sinalização é feita para as condições de motor ligado, desligado e térmico atuado. Para motor ligado, utiliza-se um sinaleiro vermelho VM1 (44) que é acionado por um contato auxiliar NA do contator C1 (44), o qual se fecha simultaneamente com os contatos principais (0, 2 e 5) que alimentam o motor. Para a situação de motor desligado, um sinaleiro verde VD1 (52) é energizado através de um contato auxiliar NF do contator C1 (52). A sinalização de térmico atuado, é feita em um sinaleiro de cor amarela AM1 (58) que é energizado por um contato NA do relé térmico 49-1 (58) que se fecha quando há sobrecarga.

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2.3.2 LIGAÇÃO DE UMA BOMBA D'ÁGUA Este sistema tem como base o anterior, com pequenas alterações. A parte de força, o diagrama trifilar (0 a 10), não tem alteração, permanecendo como o esquema anterior. A parte de comando e sinalização, apresenta duas modificações: a chave Manual/Automático 43-1 (22) e as bóias das caixas d'água superior e inferior BS e BI (34 e 39), respectivamente. Para a condição de submergência mínima foi colocada uma bóia (BI), com apenas um contato NA (39). Como havia necessidade de dois contatos, esta condição foi multiplicada através de um relé auxiliar A1 (39), sendo que, um de seus contatos NA (25) foi utilizado para bloquear o acionamento do motor com a condição de nível baixo, e outro NF para sinalização (57). No funcionamento deste esquema foi colocada uma chave para a escolha do modo de operação desejado: Manual, Desligado ou Automático. Foi colocado um contato desta chave Man/Des/Aut (25), que é fechado na posição manual entre o contato do relé térmico NF (25) e o contato da botoeira BD-1 NF (25), fazendo com que as botoeiras e o "selo" somente fiquem operantes para a condição manual. Foi colocado um outro contato da chave Man/Des/Aut, fechado na posição automático (34), fazendo com que o contator fique comandado por uma bóia diferencial BS (34), que liga e desliga a bomba, dependendo do nível da caixa superior. Após o "reencontro" destas duas condições, manual e automático, foi colocado um contato NA do relé auxiliar A1 (25), que se abre para a condição de nível baixo da caixa inferior, bloqueando assim o acionamento do contator C1, tanto para a condição manual como para a automática. A mesma coisa acontece com a condição de atuação do térmico, que por ter o seu contato NF (25) em uma posição antes da chave manual/automático, faz com que, se houver sobrecarga, o motor seja desligado, tanto para a condição de operação manual, como para a condição de automático. Permanecem inalteradas as sinalizações de ligado, desligado e térmico atuado. 2.3.3 SISTEMA DE BOMBEAMENTO DE ÁGUA Similar ao esquema anterior, sendo acrescentado mais uma bomba (10), conseqüentemente mais um contator C2 (15), mais um relé térmico 49-2 (14) e uma chave de seleção de prioridade de entrada das bombas, Bomba 1 ou Bomba 2, B1/B2, 43-2 (20). No trifilar se mantém a alimentação através de fusíveis (0, 2 e 5) e as medições de tensão e corrente (10), sendo que após a medição se faz uma derivação para ligar outra bomba, através dos contatos principais do contator C2 (9, 11 e 13) e do relé térmico 49-2 (14). No funcional do comando, para a bomba 1, foi trocada a posição do contato NA do relé auxiliar A1 que indica submergência mínima (24), com o contato NF do relé térmico 49-1 (24). Esta alteração foi necessária devido a inclusão de outra bomba, conseqüentemente outro contator C2 (32), e havia necessidade da condição de submergência mínima bloquear ambos os contatores, e o térmico bloquear apenas o contator da bomba 1. O comando básico de manual/automático anterior permanece com

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a mesma filosofia, sendo acrescentado na condição de "selo" um contato NA do contator C2 (32), para manter o funcionamento se a bomba escolhida for a 2. Após o "reencontro" das condições manual e automática, se colocou contatos da chave seletora B1/B2, sendo um fechado para a posição bomba 1 (24) e outro fechado na posição bomba 2 (31), seguidos dos contatos NF dos respectivos térmicos das bombas 49-1 (24) e 49-2 (32), para energizar os contatores C1 (24) e C2 (32). Desta forma a "ordem de comando do sistema" passa pela condição de submergência mínima A1 (24), abre-se para separar as condições de manual e automático, voltando a se unir para novamente se separar devido a escolha de bomba 1 ou bomba 2. As sinalizações de sistema ligado, e de sistema com térmico atuado devem levar em consideração as duas bombas; sendo indicado nas lâmpadas a atuação de qualquer uma delas, por isso foram acrescentados contatos em paralelo com os existentes no esquema anterior, NA de C2 (42) e NA 49-2 (53). Para a condição de sistema desligado, os dois motores têm que estar parados, portanto contatos NF em série dos contatores C1 e C2 (50). 2.3.4 MOTOR COM INVERSÃO DE ROTAÇÃO Para se inverter a rotação de um motor deve-se inverter duas de suas fases, o que é conseguido com dois contatores C1 e C2 (07 e 17). A corrente que flui através de C1 alimenta os bornes u, v e w do motor com as fases A, B e V, respectivamente. Se acionado C2 a fase A vai para o borne w, a fase B permanece no borne v e a fase V vai para o borne u, invertendo-se assim as fases A e V, fazendo com que o motor gire em sentido contrário. As demais ligações do trifilar (01 a 15) ficam como descritas anteriormente para outros tipos de ligações. Para a parte de comando a ligação do contator C1 fica conforme feito para outros casos: relé térmico, botoeira de parada, botoeira de liga e selo, contato de intertravamento (será visto mais na frente) e bobina do contator (25 a 30). Para inverter a rotação, energizar-se o contator C2 (34 a 40), retirando-se a alimentação da botoeira de liga e do selo após os contatos do térmico e da botoeira de desliga (25), fazendo com que os mesmos fiquem operantes também para a condição de rotação inversa, energização de C2. Se olharmos o diagrama trifilar (01 a 15), percebemos que se os dois contatores C1 e C2 fossem energizados simultaneamente haveria curto-circuito entre as fases A e V; a fase A que passa pelo C1 (01) encontra a fase V que passa pelo C2 (10) e a fase V que passa por C1 (07) encontra a fase A que passa por C2 (15). Para evitar esta condição é feito o intertravamento entre os contatores C1 e C2, ou seja, um contato NF de C1 (34) colocado no ramo da bobina de C2, faz com que a mesma somente seja energizada se C1 estiver desenergizado e vice-versa, um contato NF de C2 (25) não deixa o contator C1 fechar se o contator C2 estiver fechado, fazendo-se assim o intertravamento elétrico entre suas bobinas. A sinalização é feita através de um contato NA de C1 (45) para sinalizar motor ligado e girando em um sentido (horário), e de um contator NA de C2 (49) para indicar motor ligado e girando no outro sentido (anti-horário). Para a condição de desligado/ parado, é necessário que haja as duas condições C1 e C2 desenergizados, portanto contatos NF deles em série (54). Para térmico atuado a sinalização é normal como já vista para outros casos.

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2.3.5 PORTÃO ELÉTRICO Com o esquema básico descrito anteriormente, para motor com inversão de rotação, podemos imaginá-lo aplicado a um portão com acionamento elétrico, sendo que quando girar em um sentido, faz com que o portão se desloque para um lado, por exemplo abrindo, e quando o motor girar no outro sentido faz com que o portão vá para o outro lado, fechando. Para esta nova situação a parte de força, o trifilar, permanece como descrito anteriormente (01 a 15).

Na parte de comando entram as condições de aberto e fechado, captadas pelos fins de curso f.c.aberto e f.c.fechado (37 e 40), os quais por possuírem apenas um contato e necessitar de mais, os mesmos devem ser multiplicados em relés auxiliares A1 e A2, respectivamente. A atuação destes contatos é de interromper o movimento do portão quando chega na posição aberto ou fechado, sendo um contato NF de A1 (23) portão aberto, em série com a bobina do contator C1, que faz o movimento de abertura do portão, e um contato NF de A2 (31), portão fechado em série com a bobina de C2, que faz o movimento de fechamento do portão. Portanto após um comando em qualquer uma das botoeiras de liga, o respectivo contator é energizado, fazendo com que o motor gire, e o portão se desloque em um determinado sentido até que seja dado um comando de parada, botoeira BD1 (23), ou até que o mesmo atinja a sua posição máxima de abertura ou de fechamento, quando é parado automaticamente pelos fins de curso. Nota: - A situação mais comum de acionamento de portões elétricos é por controle remoto, onde um sistema eletrônico, operado por ondas eletromagnéticas captam um sinal e fazem a função das botoeiras BL1 e BL2 (23 e 31). A sinalização foi um pouco alterada para que se tivesse as condições de abrindo e fechando no mesmo sinaleiro de aberto e fechado. Em condições normais é sinalizado: aberto e fechado através de contatos NA dos relés auxiliares A1 e A2 que representam as condições de aberto e fechado (48 e 56) respectivamente. Para a condição de motor ligado, portão em movimento, antes de chegar na sua posição final, faz-se a sinalização através da lâmpada na qual é sinalizada posição que vai chegar, mas de forma pulsante. Por exemplo, com o portão fechado a lâmpada VD1 fica acesa continuamente através do contato NA de A2 que capta a condição de fechado. Quando o portão recebe um comando de abrir e sai da posição fechado, esta sinalização desaparece. Com o motor girando na condição de abrir, contator C1 energizado, um contato dele NA (48) faz com que a sinalização VM1 (44) de portão aberto seja acionada, porém de forma pulsante por ser energizada através do pisca (48). Quando o portão chega na posição aberta A1 (44) a sinalização passa a ser de forma contínua e o contator C1 é desenergizado. A mesma situação acontece para a condição de portão fechando e fechado. 2.3.6 PARTIDA ESCALONADA DE DOIS MOTORES Nesta situação o automatismo faz com que se ligue dois motores, que tenham sua parte de força, o trifilar, totalmente independente, mas o seu comando vinculado. Portanto o diagrama trifilar (00 a 15) apresenta a ligação de dois motores de forma independente, cada um com os seus fusíveis, contator e relé térmico, sendo representado o motor M1 nas coordenadas 01 a 05, e o motor M2 nas coordenadas 10 a 15.

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No comando parte-se de um acionamento normal de um motor (27 e 32), com o contato do térmico, botoeira de desliga, botoeira de liga, selo e bobina do contator C1. Como se trata da operação em conjunto de dois motores, o funcionamento fica condicionado à boa operação dos dois motores e, se o térmico de um deles atuar, derruba o sistema, os dois motores, por isso estão em série os contados dos relés térmicos dos dois motores, 49-1 e 49-2 (27). Neste sistema, juntamente com a energização do contator C1 (27), há a energização do relé temporizado T1 (32), fazendo com que o mesmo comece a contar tempo para operar seus contatos. Decorrido o tempo pré-determinado, um contato NA do temporizador T1 (36) faz com que se energize o contator C2 (36), ligando assim o segundo motor e permanecendo ligado através do contato do temporizador. A operação do segundo motor, contator C2, fica também condicionada aos mesmos contatos de atuação do térmico e da botoeira de desliga (27). Para a sinalização leva-se em consideração o sistema desligado quando não foi acionado o primeiro motor, contato NF do contator C1 (50). Para a condição de sistema ligado é feita somente quando o segundo motor foi acionado, contato NA de C2 (45). No intervalo de tempo com C1 ligado e C2 desligado, é feita a sinalização de sistema ligando através do pisca, ficando a lâmpada da condição ligado piscando e, com a entrada de C2 prevalece a condição de lâmpada acesa de forma contínua, sinalizando sistema ligado (45). Para a condição de térmico atuado são colocados em paralelo os contatos de 49-1 e 49-2 (55 e 60), acionando assim a sinaleira AM1 (55) quando qualquer um deles operar. 2.3.7 PARTIDA ESCALONADA DE TRÊS MOTORES Tendo como base o caso anterior, para esta nova condição apenas acrescenta-se mais um motor. No unifilar aparece o motor M3 (10) idêntico aos demais. No comando acrescenta-se mais um térmico 49-3 (19), no ramo de comando comum. Poderia se ter, como no caso anterior, colocado mais um temporizador T2 que seria energizado junto com C2 e, este energizando C3 após decorrido um tempo, e segurando o seu acionamento. Porém este novo esquema foi feito de forma que os motores permanecessem ligados através de selo, e os temporizadores T1 e T2 fossem desenergizados, ficando da seguinte maneira: a entrada de C1 normal energiza T1 (23), após um tempo pré-determinado seu contato NA (27) energiza C2 que fecha seu selo (32) e abre o temporizador T1 (23). Com a entrada de C2 entra também o temporizador T2 (32), que após um tempo o seu contato NA (36) energiza o contator C3, que se sela (40) e desenergiza o temporizador T2 (32). Para as sinalizações ficou sendo, sistema desligado, a não entrada do 1º motor, contato NF de C1 (46), idêntica à anterior. Para sistema ligado/ ligando checa-se agora o último motor C3 (43), e para térmico atuado a ligação em paralelo dos três térmicos, sendo que a sinaleira AM1 (51) acende quando qualquer um deles é atuado. 2.3.8 PARTIDA ESTRELA / TRIÂNGULO O esquema básico de ligação consiste de um contator principal C1 (06), que permite a passagem de energia para o motor e dois outros contatores, cada um responsável por um tipo de ligação. O contator C2 (13) fecha o motor em triângulo e o

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C3 (13) fecha em estrela. Estas ligações, juntamente com os fusíveis e o térmico, estão representadas no diagrama trifilar (00 - 19). No esquema de comando parte-se de um esquema normal de partida de motores (4 e 27), sendo composta de relé térmico, botoeira de desliga, botoeira de liga, selo e bobina do contator C1. Junto com a energização de C1 energiza-se C3 (27) através dos contatos NF de C2 e T1 (27), fazendo o fechamento do motor em estrela, e energiza também T1 (31), temporizador que após decorrido seu tempo pré-selecionado desenergiza C3 (27), e energiza C2 (35) após checar a abertura de C3 (35). O contator C2, responsável pelo fechamento em triângulo, se sela (39) e derruba o temporizador T1, não permitindo a sua energização e nem do contator C3 enquanto ele, C2, estiver energizado. As sinalizações de térmico atuado e motor desligado são as normais. A condição de motor ligado é feita através do contator C2 (40) de forma contínua, e a condição de motor ligando é feita através do contator C3 (37) através do pisca, no mesmo sinalizador VMI (40) de motor ligado.

NUMERAÇÃO ANSI.

NÚMEROS DE IDENTIFICAÇÃO DOS DISPOSITIVOS ELÉTRICOS DE PROTEÇÃO, REGULAÇÃO E CONTROLE, PARA SEREM UTILIZADOS EM

DIAGRAMAS E ESPECIFICAÇÕES. 1. Elemento Mestre. 2. Relé de Partida ou Fechamento Temporizado. 3. Relé de Verificação ou de Intertravamento. 4. Contator ou Relé Mestre. 5. Dispositivo de Interrupção. 6. Disjuntor, Contator ou Chave de Partida. 7. Disjuntor de Circuito Anódico(ou de Circuito

de Placa). 8. Chave de Controle de Força. 9. Dispositivo de Reversão. 10. Chave de Seqüência das Unidades. 11. Transformador de Controle. 12. Dispositivo de Sobre Velocidade. 13. Dispositivo de Velocidade Síncrona. 14. Dispositivo de Sub Velocidade. 15. Dispositivo Igualador de Frequência ou

Velocidade. 16. Dispositivo para Carga Controlada da

Bateria. 17. Chave de Derivação ou Descarga. 18. Dispositivo para Aceleração ou

Desaceleração. 19. Relé ou Contator para Transição da Partida

para a Velocidade normal. 20. Válvula Operada Eletricamente. 21. Relé de Distância. 22. Contator ou Disjuntor Equalizador. 23. Dispositivo de Controle de Temperatura. 24. Disjuntor, Contator ou Chave de Interligação

de Barramento. 25. Sincronizador ou Dispositivo de Teste de

Sincronismo. 26. Dispositivo Térmico. 27. Relé de Sub Tensão. 28. Detetor de Chama. 29. Disjuntor, Contator ou Chave de Isolamento. 30. Relé Anunciador. 31. Dispositivo de Excitação em Separado. 32. Relé Direcional de Potência. 33. Chave de Posição. 34. Dispositivo Mestre de Sequência. 35. Dispositivo de Operação de Escovas ou de

Curto-circuito dos Anéis Coletores. 36. Dispositivo de Polaridade ou Dispositivo de

Tensão Polarizada. 37. Relé de Sub Corrente ou de Sub Potência. 38. Dispositivo de Proteção de Mancal. 39. Controlador de Condições Mecânicas. 40. Relé de Campo. 41. Chave, Contator ou Disjuntor de Campo. 42. Contator ou Disjuntor de Serviço. 43. Dispositivo Manual de Transferência ou de

Seleção. 44. Relé ou Contator para Sequência de Partida. 45. Controlador de Condições Atmosféricas.

46. Relé de Reversão de Fase ou de Equilíbrio de Corrente.

47. Relé de Sequência das Tensões de Fase. 48. Relé de Sequência Incompleta. 49. Relé Térmico para Máquina ou

Transformador. 50. Relé Instantâneo de Sobrecorrente. 51. Relé Temporizado de Sobrecorrente C.A. 52. Disjuntor C.A. 53. Relé da Excitatriz ou de Gerador C.C. 54. Disjuntor C.C. de Alta Velocidade. 55. Relé de Fator de Potência. 56. Dispositivo ou Relé de Aplicação de Campo. 57. Dispositivo de Curto Circuito ou de

Aterramento. 58. Relé de Falha de Retificação. 59. Relé de Sobre Tensão. 60. Relé de Equilíbrio de Tensão. 61. Relé de Equilíbrio de Corrente. 62. Relé Temporizado de Abertura ou Parada. 63. Relé de pressão de Líquido ou Gás ou Relé

de Vácuo. 64. Relé de Proteção de Terra. 65. Regulador. 66. Dispositivo de Estágios ou Memória. 67. Relé Direcional de Sobre Corrente C.A. 68. Relé de Bloqueio. 69. Dispositivo de Permissão de Controle. 70. Reostato. 71. Relé de Nível. 72. Disjuntor C.C. 73. Contator para Resistor de Carga. 74. Relé de Alarme. 75. Mecanismo para Troca de Posição. 76. Relé de Sobre Corrente C.C. 77. Transmissor de Impulsos. 78. Relé de Ângulo de Fase. 79. Relé de Religamento C.A. 80. Relé de Fluxo. 81. Dispositivo de Frequência. 82. Relé de Religamento em C.C. 83. Contator de Tranferência ou Relé de Controle

Seletivo. 84. Mecanismo de Operação. 85. Relé Receptor de Carrier ou do Fio Piloto. 86. Relé de Bloqueio. 87. Relé de Proteção Diferencial. 88. Motor Auxiliar ou Motor-gerador. 89. Chave de Secionadora. 90. Dispositivo de Regulação. 91. Relé Direcional de Tensão. 92. Relé Direcional de Potência e de Tensão. 93. Contator Variação de Campo. 94. Relé de Desligamento ou de Permissão de

Desligamento.