Acionamento de Motores Eletricos

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    26-Sep-2015

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Acionamento de Motores Eletricos

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<p>18</p> <p>UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAR - UFPA</p> <p>INSTITUTO DE TECNOLOGIA DO PAR ITEC</p> <p>FACULDADE DE ENGENHARIA MECNICA FEM</p> <p>INSTRUMENTACAO E CONTROLE EM PROCESSOS INDUSTRIAIS</p> <p>PESQUISA SOBRE ACIONAMENTO DE MOTRES ELTRICOS</p> <p>Bruno Rodrigues Saraiva/ 09188000001</p> <p>Daniel Lima de Lima/ 09188002901</p> <p>Diego da Silva Carvalho/ 09188001101</p> <p>Sileno Espindula Dias/ 09021000901</p> <p>Belm do Par</p> <p>2013</p> <p>ACIONAMENTO DE MOTRES ELTRICOS</p> <p>Motor eltrico uma mquina destinada a converter energia eltrica em energia mecnica. o mais utilizado de todos os motores eltricos, pois combina a facilidade de transporte, economia, baixo custo, limpeza e simplicidade de comando. So mquinas de fcil construo e fcil adaptao com qualquer tipo de carga. </p> <p>As mquinas que atualmente conhecemos no produzem energia, elas convertem outros tipos de energia em energia mecnica para que possam funcionar. Assim como j dizia Lavoisier: Na natureza nada se perde, nada se cria, tudo se transforma. Ou seja, nada pode ser criado do nada, apenas transformado de algo j existente. Um exemplo disso o nosso querido e velho liquidificador. Ele converte a energia eltrica em energia mecnica para que possa processar os alimentos. Hoje, em face da grande necessidade de se poupar a camada de oznio da emisso de gases poluentes, os motores eltricos esto sendo largamente utilizados em veculos automotores com o intuito de economizar energia e poupar o meio ambiente. Gases poluentes, como o dixido de carbono que liberado dos escapamentos de veculos automotores e das chamins das fbricas, tm um grande poder de destruio na camada de oznio.</p> <p>O funcionamento dos motores eltricos est baseado nos princpios do eletromagnetismo, mediante os quais, condutores situados num campo magntico e atravessados por corrente eltrica, sofrem a ao de uma fora mecnica, fora essa chamada de torque.</p> <p>Existem vrios tipos de motores eltricos, dos quais os principais so os de corrente contnua e de corrente alternada. Os motores de corrente contnua so mais caros, pois necessrio um dispositivo que converte a corrente alternada em corrente contnua. J os motores de corrente alternada so mais baratos e os mais utilizados, pois a energia eltrica distribuda em forma de corrente alternada, reduzindo assim seu custo.</p> <p>Corrente contnua: corrente na qual possui fluxo contnuo e ordenado de eltrons sempre na mesma direo.</p> <p>Corrente alternada: uma corrente cuja magnitude e direo varia ciclicamente. Ou seja, h variao de corrente eltrica, ao contrrio da corrente contnua.</p> <p>Acima est a figura de um esquema simplificado de um motor eltrico. Ele possui um im que produz um campo de induo magntica, um cilindro onde esto os condutores e fios que so ligados a um gerador.</p> <p>1) CONTROLE DOS MOTORES ELTRICOS</p> <p>1.1) Funes principais do controle</p> <p>As funes principais do controle de um motor so: partida, parada, direo de rotao, regulao da velocidade, limitao da corrente de partida, proteo mecnica, proteo Eltrica, etc. A figura 1.1 mostra um motor de induo trifsico tpico.</p> <p>1.2) Partida</p> <p>Um motor s comea a girar quando o momento de carga a ser vencido, quando parado, for menor do que seu conjugado de partida.</p> <p>1.3) Parada</p> <p>Em determinadas aplicaes h necessidade de uma rpida desacelerao do motor e da carga. Ao ser desligado o motor da linha de alimentao utiliza-se um dispositivo de inverso de rotao com o motor ainda rodando. A parada ou desligamento do motor da rede efetua-se atravs de um rel impedindo-o de partir na direo contrria. No caso de motores sncronos emprega-se frenagem dinmica.</p> <p>1.4) Sentido de rotao</p> <p>A maior parte dos motores (exceto alguns, por exemplo: motores monofsicos, como o de plo sombreado e o de repulso) podem ser empregados nos dois sentidos de rotao dependendo apenas de um controle adequado.</p> <p>1.5) Regulao da velocidade</p> <p>Os motores de C.A., exceto os universais, so mquinas de velocidade constante. H, entretanto, possibilidade de serem religadas as bobinas do estator de um motor de induo, de tal maneira a duplicar o nmero de plos e, desta forma, reduzir a velocidade metade, onde os estatores podem ser construdos com dois enrolamentos independentes, calculados para o nmero de plos que se deseja, conseguindo-se por meio de plos reversveis (variao de plos) e com reduzido nmero de conexes variar a velocidade sncrona do motor.</p> <p>Cada um destes bobinados pode ento ser ligado de forma a possibilitar duas velocidades, na razo de 2:1, obtendo-se assim quatro velocidades sncronas independentes; contudo, no podero proporcionar quaisquer velocidades intermedirias.</p> <p>Com motores de induo de rotor bobinado possvel obter-se qualquer velocidade desde zero at aproximadamente a velocidade de sincronismo, mediante a variao de uma simples resistncia ligada ao bobinado do rotor, e que no implica em aquecimento do mesmo, pois, as perdas na resistncia so externas ao motor.</p> <p>Um outro mtodo de regulao da velocidade dos motores de C.A., que permite obter no eixo uma velocidade que pode ir desde zero at o dobro da velocidade sncrona, pelo conhecido sistema do rotor com comutador, atravs de decalagem das escovas.</p> <p>Outra possibilidade de alterao de velocidade nos motores de induo atravs do inversor de freqncia, o qual possibilita o controle do motor CA variando a freqncia, mas tambm realiza a variao da tenso de sada para que seja respeitada a caracterstica V/F ( Tenso / Freqncia) do motor.</p> <p>Nos motores de corrente contnua, a velocidade pode ser regulada pela insero de um reostato no circuito de campo, para proporcionar ajustes no fluxo. </p> <p>1.6) Limitao da corrente de partida</p> <p>A ligao dos motores a uma rede eltrica pblica deve observar as prescries para este fim, estabelecido por norma. </p> <p>Normalmente, procura-se arrancar um motor a plena tenso a fim de se aproveitar ao mximo o binrio de partida. Quando o arranque a plena tenso de um motor eltrico provoca uma queda de tenso superior mxima admissvel, deve-se recorrer a um artifcio de partida com tenso reduzida, tendo porm o cuidado de verificar se o torque suficiente para acionar a carga.</p> <p>H dois mtodos para reduzir a tenso na partida:</p> <p>a) Fornecer corrente tenso normal, fazendo-se com que o motor, temporariamente, seja conectado rede, com o enrolamento para uma tenso superior, empregando-se o sistema de partida em estrela-tringulo;</p> <p>b) Fornecer corrente em tenso abaixo da normal por meio de resistncias, indutncias ou autotransformador. Todos os sistemas de partida com tenso reduzida apresentam (em oposio vantagem da reduo da corrente) a desvantagem de que o momento ou conjugado de arranque reduz-se na proporo do quadrado da reduo da tenso fornecida ao motor. </p> <p>1.7) Proteo Mecnica</p> <p>Os motores devem ser protegidos tanto para a proteo do pessoal de servio como contra influncias prejudiciais externas para o prprio motor, devendo satisfazer aos requisitos de segurana, preveno de acidentes e incndios. A carcaa do motor serve para fix-lo no local de trabalho e proteg-lo conforme o ambiente onde ser instalado. construda de maneira a englobar as diversas modalidades de proteo mecnica para satisfazer s exigncias das normas, referentes s instalaes e mquinas para as quais sero destinados os motores. </p> <p>Basicamente, entretanto, as protees mecnicas classificam-se em trs categorias: prova de pingos e respingos, totalmente fechados e prova de exploso. </p> <p>Motor prova de pingos e respingos todas as partes rotativas, ou sob tenso, so protegidas contra gua gotejante de todas as direes, no permitindo a entrada direta ou indireta de gotas ou partculas de lquidos ou objetos slidos que se derramem ou incidam sobre o motor.</p> <p>Motor totalmente fechado Este tipo de motor de tal forma encerrado que no h troca do meio refrigerante entre o exterior e o interior do invlucro, no sendo necessariamente estanque. Dependendo das caractersticas requeridas, tais motores podem dispor ou no de ventilador para refrigerao. </p> <p>Motor prova de exploso So motores construdos para servio em ambientes saturados de gases e poeira, suscetveis ao perigo de inflamao rpida, no podendo provocar a mesma, quer por meio de fasca ou pelo alto aquecimento. Seu invlucro resiste a exploses de gases ou misturas explosivas especificadas no seu interior, e impede que uma atmosfera inflamvel circundante sofra ignio por isso.</p> <p>1.8) Proteo eltrica</p> <p>Como todo motor est sujeito a sofrer variaes do ponto de vista eltrico, h, portanto, convenincia em proteg-lo. Em geral, as protees principais necessrias so contra: curto-circuito, sobrecargas, baixa tenso, fase aberta, reverso de fase, defeitos internos etc.</p> <p>Os dispositivos de proteo fazem operar os mecanismos de desligamento no caso de existir uma predeterminada condio.</p> <p>2) Elementos de um circuito de acionamento e proteo de motores eltricos.</p> <p>Um dos pontos fundamentais para o entendimento dos comandos eltricos a noo de que os objetivos principais dos elementos em um painel eltrico so:</p> <p>a) proteger o operador e</p> <p>b) propiciar uma lgica de comando. </p> <p>Partindo do princpio da proteo do operador, uma seqncia genrica dos elementos necessrios partida e manobra de motores mostrada na figura 2.1. Nela podem-se distinguir os seguintes elementos:</p> <p>A) Seccionamento: S pode ser operado sem carga. Usado durante a manuteno e verificao do circuito.</p> <p>B) Proteo contra correntes de curto-circuito: Destina-se a proteo dos condutores do circuito terminal.</p> <p>C) Proteo contra correntes de sobrecarga: para proteger as bobinas do enrolamento do motor.</p> <p>D) Dispositivos de manobra: destina-se a ligar e desligar o motor de forma segura, ou seja, sem que haja o contato do operador no circuito de potncia, onde circula a maior corrente.</p> <p>Fig. 2.1 Seqncia genrica para o acionamento de um motor</p> <p> importante repetir que no estudo de comandos eltricos importante ter a seqncia mostrada na figura 2.1 em mente, pois ela consiste na orientao bsica para o projeto de qualquer circuito. </p> <p>Ainda falando em proteo, as manobras (ou partidas de motores) convencionais, so dividas em dois tipos, segundo a norma IEC 60947:</p> <p>I. Coordenao do tipo 1: Sem risco para as pessoas e instalaes, ou seja, desligamento seguro da corrente de curto-circuito. Porm, pode ocorrer dano no contator e no rel de sobrecarga.</p> <p>II. Coordenao do tipo 2: Sem risco para as pessoas e instalaes. No pode haver dano ao rel de sobrecarga ou em outras partes, com exceo de leve fuso dos contatos do contator e estes permitam uma fcil separao sem deformaes significativas.</p> <p>Em comandos eltricos trabalhar-se- bastante com um elemento simples que o contato. A partir do mesmo que se forma toda lgica de um circuito e tambm ele quem d ou no a conduo de corrente. Basicamente existem dois tipos de contatos, listados a seguir:</p> <p>i. Contato Normalmente Aberto (NA): no h passagem de corrente eltrica na posio de repouso. Desta forma, a carga no estar acionada.</p> <p>ii. Contato Normalmente Fechado (NF): h passagem de corrente eltrica na posio de repouso. Desta forma, a carga estar acionada.</p> <p>Fig. 2.2 Representao dos contatos NA e NF</p> <p>Os citados contatos podem ser associados para atingir uma determinada finalidade, como por exemplo, fazer com que uma carga seja acionada somente quando dois deles estiverem ligados. As principais associaes entre contatos so descritas a seguir.</p> <p>Associao de contatos normalmente abertos</p> <p>Basicamente existem dois tipos, a associao em srie e a associao em paralelo. Quando se fala em associao de contatos comum montar uma tabela contendo todas as combinaes possveis entre os contatos, esta denominada de Tabela Verdade. As tabelas 1.1 e 1.2 referem-se as associaes em srie e paralelo. Nota-se que na combinao em srie a carga estar acionada somente quando os dois contatos estiverem acionados e por isso denominada de funo E. J na combinao em paralelo qualquer um dos contatos ligados aciona a carga e por isso denominada de funo OU.</p> <p>Fig. 2.3 Associao de contatos NA</p> <p>Associao de contatos normalmente fechados</p> <p>Os contatos NF da mesma forma podem ser associados em srie (figura 2.7a) e paralelo (figura 2.7b), as respectivas tabelas verdade so 1.3 e 1.4. Nota-se que a tabela 1.3 exatamente inversa a tabela 1.2 e, portanto, a associao em srie de contatos NF denominada funo no OU. Da mesma forma a associao em paralelo chamada de funo no E.</p> <p>Fig. 2.4 Associao de contatos NF</p> <p>Nos prximo captulo sero mostrados alguns dos elementos fundamentais em um painel eltrico, todos contendo contatos NA e NF. Posteriormente descrever-se- como estes elementos podem ser associados para formar uma manobra de cargas.</p> <p>3) Principais elementos e dispositivos em circuitos de comandos eltricos</p> <p>Neste captulo o objetivo o de conhecer os dispositivos utilizados nos painis de comandos eltricos. Assim como para trocar uma simples roda de carro, quando o pneu fura, necessita-se conhecer as ferramentas prprias, em comandos eltricos, para entender o funcionamento de um circuito e posteriormente para desenhar o mesmo, necessita-se conhecer os elementos apropriados. A diferena est no fato de que em grandes painis existem barramentos de elevada capacidade que podem submeter as pessoas a situaes de riscos.</p> <p>Um comentrio importante neste ponto que por via de regra os circuitos de manobra so divididos em comando e potncia, possibilitando em primeiro lugar a segurana do operador e em segundo a automao do circuito. Embora no parea clara esta diviso no presente momento, ela tornar-se- comum a medida em que os circuitos forem sendo estudados.</p> <p>3.1) Botoeira ou Boto de comando</p> <p>Quando se fala em ligar um motor, o primeiro elemento que vem a mente o de uma chave para lig-lo. S que no caso de comandos eltricos a chave que liga os motores diferente de uma chave usual, destas que se tem em casa para comandar lmpadas, por exemplo.</p> <p>A diferena principal est no fato de que ao movimentar a chave residencial ela vai para uma posio e permanece nela, mesmo quando se retira a presso do dedo. Na chave industrial ou botoeira h o retorno para a posio de repouso atravs de uma mola, como pode ser observado na figura 3.1a. O entendimento deste conceito fundamental para compreender o porque da existncia de um selo no circuito de comando.</p> <p>Fig.3.1 (a) Esquema de uma botoeira (b) Exemplos de botoeiras comerciais</p> <p>A botoeira faz parte da classe de componentes denominada elementos de sinais. Estes so dispositivos pilotos e nunca so aplicados no acionamento direto de motores. A figura 3.1a mostra o caso de uma botoeira para comutao de 4 plos. O contato NA (Normalmente Aberto) pode ser utilizado como boto LIGA e o NF (Normalmente Fechado) como boto DESLIGA. Esta uma forma elementar de intertravamento. Note que o retorno feito de forma automtica atravs de mola. Existem botoeiras com apenas um contato. Estas ltimas podem ser do tipo NA ou NF. Os botes de comando so identificados segundo normas, conforme a tabela abaixo quanto s aplicaes e tipos.</p> <p>Ao substituir o boto manual por um ro...</p>