INFORMÁTICA INDUSTRIAL Comandos Elétricos

Professor: Rodrigo Amaral Bonatti

1 – Dispositivos de Comando e Proteção

1.1 – Dispositivos de Proteção:

Fusíveis:

A NBR 5410 prescreve que todo circuito, incluindo circuito terminal de motor, deve ser protegido por

dispositivos que interrompam a corrente, quando pelo menos um dos condutores for percorrido por uma

corrente de curto-circuito.

Tipos: gG, gM, aM.

A primeira letra indica a faixa de interrupção:

• fusíveis tipo g - fusíveis de capacidade de interrupção em toda faixa;

• fusíveis tipo a - fusíveis de capacidade de interrupção em faixa parcial.

A segunda letra indica a categoria de utilização e define com precisão a característica tempo-corrente,

tempos e correntes convencionais, e regiões de atuação.

• gG indica fusíveis, com capacidade de interrupção em toda a faixa, para aplicação geral;

• gM indica fusíveis, com capacidade de interrupção em toda a faixa, para proteção de circuitos de

motores;

• aM indica fusíveis, com capacidade de interrupção em faixa parcial para proteção de circuitos de

motores.

Forma construtiva:

• Fusível tipo D: recomendado para uso residencial e industrial, uma vez que possui proteção contra

contatos acidentais, podendo ser manuseado por pessoal não qualificado;

• Fusível Tipo NH: devem ser manuseados por pessoas qualificadas, sendo recomendados para

ambientes industriais e similares.

Os fusíveis apresentam curvas características do tempo máximo, t(seg), de atuação em função da corrente

com a forma ilustrada na figura a seguir:

Curva Característica para fusíveis gG e gM

Para uma corrente I > In o fusível seguramente promoverá a interrupção do circuito após um tempo t.

Valores típicos de correntes nominais para fusíveis tipo D: 2,4, 6, 10, 16, 20,25, 35, 50, 63, 100A. Valores

típicos para correntes nominais para fusíveis tipo NH: 6, 10, 16, 20, 25, 35, 50, 63, 100, 125, 160, 200, 224,

250, 300, 315, 355, 400, 425, 500, 630, 1000A.

Disjuntores:

Representação de um disjuntor tripolar

O disjuntor deve possuir disparador térmico (que pode ser ajustável) e disparador magnético (que também

pode ser ajustável, regulado para suportar correntes de partida de motores elétricos). A utilização de

disjuntores pode substituir a solução fusíveis/contatores/relés térmicos, com várias vantagens, entre elas:

• O disjuntor funciona como chave geral (seccionadora);

• Desligamento simultâneo de todas as fases – evita o funcionamento bifásico, podendo substituir um

relé de falta de fase;

• Possibilidade da regulagem da proteção térmica e da proteção magnética;

• Larga faixa de utilização;

• Em caso de curto-circuito não é necessária sua substituição;

Relés de Sobrecarga (térmicos):

Principal função: detecção de sobrecarga de motores elétricos;

Operação: Baseado no princípio da dilatação de partes bimetálicas quando submetidos a uma variação de

temperatura desenergizando o circuito de força, se necessário.

Possíveis causas de sobrecarga:

• Sobrecarga mecânica na ponta do eixo;

• Tempo de partida muito alto;

• Rotor bloqueado;

• Falta de uma fase;

• Desvios de tensão e freqüência da rede.

Simbologia:

Os relés de sobrecorrente possuem os seguintes elementos:

• Botão de rearme;

• Contatos auxiliares;

• Botão de teste;

• Lâmina bimetálica auxiliar para compensação de temperatura;

• Cursor de arraste;

• Lâmina bimetálica principal;

• Ajuste de corrente

1.2 – Dispositivos de comando:

Contatores:

Na enorme linha de equipamentos e dispositivos utilizados no controle industrial podemos citar os painéis

de controle, os equipamentos de conversão de energia elétrica, os equipamentos de controles de processo, os

controladores lógicos programáveis (CLP’s), os relés, contatores, interruptores e controladores de motores.

Contatores são dispositivos de operação não manual, destinados a estabelecer e interromper freqüentemente

um circuito. Ou seja, são equipamentos de comutação acionados eletromagneticamente e que possuem

condições de suportar um grande número de operações, normalmente utilizados no comando de motores.

Princípio de funcionamento:

Uma bobina, operada por uma baixa tensão contínua ou alternada, move um conjunto de contactos

mecânicos que têm as características exigidas para o controle de correntes intensas. Os contatos podem ser

do tipo NA (normalmente abertos) e NF (normalmente fechados). Para os contactos NA, quando a bobina do

contator se encontra desenergizada, eles permanecem desligados. Quando a bobina é energizada, os

contactos são ligados. Para os contactos NF, o comportamento é inverso: quando a bobina se encontra

desenergizada, os contactos permanecem fechados. Ao ser energizada, os contactos abrem o circuito

externo. Uma mola interna garante que a ação de abertura dos contactos seja muito rápida quando a bobina é

desenergizada.

As bobinas dos contactos são especificadas para tensões alternadas de 12, 24, 110, 127, 220, 380 e 440 V.

Para as correntes contínuas, as tensões especificadas são de 12, 24, 48, 110, 125 e 220 V.

Um circuito elétrico é composto, no mínimo, por uma fonte ( por exemplo: a rede pública da concessionária,

um gerador ou mesmo uma bateria), por uma carga (por exemplo: um motor ou uma lâmpada), condutores

que conectam a fonte à carga e uma chave liga/desliga, que permite o acionamento da carga através da

energia proveniente da fonte.

Em instalações com contatores, estão presentes 3 tipos de circuitos, que são classificados conforme a função

que exercem, a saber:

• circuito de potência ou principal, geralmente trifásico, alimenta a carga principal, a qual requer

corrente elevada, exigindo portanto condutores com grandes bitolas e chave liga/desliga capaz de

interromper essa alta corrente;

• circuito de comando, que apresenta baixo nível de corrente, portanto requerendo condutores finos e

chave liga/desliga para interrupção de pequenas correntes. A carga do circuito de comando é a

bobina que aciona o mecanismo que permite que chaves (contatos) do contator mudem de estado

(abrir/fechar);

• circuito de sinalização que fornece indicações e informações (usualmente luminosas ou sonoras)

sobre o estado do circuito principal como por exemplo, se está operando ou não, se há sobrecarga ou

não, etc. As cargas dos circuitos de sinalização são, usualmente, lâmpadas ou alarmes sonoros,

requerendo condutores finos e chave liga/desliga para interrupção de baixas correntes.

Os contatores são constituídos por um conjunto de contatos fixos e outro de contatos móveis, cujo

movimento de abrir/fechar é comandado pela parte móvel de um núcleo de ferro, que por sua vez é

envolvido por uma bobina que ao ser energizada cria um campo magnético que movimenta essa parte móvel

desse núcleo. Usualmente, os contatores possuem um conjunto de contatos normalmente fechados (NF) que

se "abrem" quando a bobina é energizada e um conjunto de contatos normalmente abertos (NA) que se

"fecham" quando a bobina é energizada.

A título de exemplo, um CONTATOR utilizado para comandar um motor trifásico possui pelo menos:

• 3 contatos principais NA, que pertencem ao circuito principal (trifásico);

• 1 contato auxiliar NA, que pertence ao circuito de comando;

• 1 contato auxiliar NF, que pertence ao circuito de sinalização.

Os 3 contatos NA de "potência" são dimensionados para ligar/desligar cargas com correntes relativamente

altas, enquanto os contatos auxiliares são dimensionados para ligar/desligar correntes bem menores. Outros

contatos auxiliares podem ser integrados no contator, conforme a necessidade ou conveniência.

O núcleo de ferro é composto por uma parte fixa, envolvida pela bobina e uma parte móvel que é mantida

distante (aberto) da parte fixa pela ação de uma mola. Quando a bobina é energizada, a força de atração

resultante do campo magnético no núcleo supera a força da mola e fecha o núcleo, justapondo a parte móvel

à fixa. Assim, o comando para atuação do contator é realizado pela energização da bobina, cujo campo

magnético provoca a atração do núcleo de ferro. Os contatos NF são mantidos abertos ou NA mantidos

fechados enquanto circula corrente pela bobina. Note que a corrente que circula pela bobina é a corrente do

circuito de comando, sendo, portanto, muito menor de que aquela que circula pelo circuito principal. Com

isso, consegue-se ligar/desligar correntes de intensidades relativamente grandes através de comando, o qual

lida com corrente de pequena intensidade.

Princípio de funcionamento de um contator

Simbologia:

Temporizadores:

Temporizador ON DELAY: relé de tempo com retardo na energização.

Este relé comuta seus contatos após um determinado tempo, regulável em escala própria. O início da

temporização ocorre quando energizamos os terminais de alimentação do relé de tempo. A figura a seguir

mostra um exemplo que explicita o seu funcionamento.

• a – instante da comutação;

• b – retorno ao repouso;

• T – temporização selecionada.

Temporizador OFF DELAY: relé de tempo com retardo na desenergização.

Este relé mantém os contatos comutados por um determinado tempo, regulável em escala própria, após a

desenergização dos terminais de alimentação. A figura a seguir ilustra o seu funcionamento.

Relé de tempo Estrela-Triângulo: fabricado para utilização em chaves de partida estrela-triângulo. Possui

dois circuitos de temporização separados. Um de tempo variável para o controle de tempo do contator

estrela (menor tensão e corrente) e outro para disparar o contator triângulo (tensão e corrente nominais) após

a desenergização do circuito estrela (padrão: 100 ms).

• a – instante da comutação;

• b – retorno ao repouso;

• T1 – temporização ajustável para ligação em estrela;

• T2 – tempo para conexão em triângulo (fixo, 100 ms após desenergizado o circuito estrela).

Contatores associados a temporizadores

A associação de temporizadores a contatores permite, por exemplo, ligar um circuito depois de um certo

tempo que um primeiro circuito foi acionado. Para tanto, é necessário que a energização do temporizador

seja feita por um contato auxiliar do contator que aciona o primeiro circuito e, um contato NA do

temporizador energiza a bobina do contator do segundo circuito, depois de decorrido o tempo

preestabelecido.

Usualmente os temporizadores são desenergizados, através de contatos auxiliares de contatores, depois de

cumprirem suas funções. A figura a seguir apresenta o circuito de comando de uma aplicação de

temporizador em um dado processo, quando é imposto uma espera de T minutos entre o comando para o

acionamento da esteira e sua efetiva operação.

Observa-se nesse diagrama que a sequência de eventos é a seguinte:

• o operador pressiona B1, que energiza C1 e fecha o contato de selo NA/C1 acionando o

temporizador T através de um segundo contato NA/C1 (estes contatos auxiliares são sempre

distintos);

• o temporizador T, após o período de tempo preestabelecido, fecha o contato NA/T, energizando C2

que, por sua vez, fecha o contato NA/C2, selando-o;

• ao ser energizado C2, abre o contato NF/C2 desativando T que, se assim não fosse, permaneceria

energizado sem função consumindo energia e vida útil;

• o desligamento do sistema se faz através do acionamento da botoeira B2.