ESCOLA SECUNDÁRIA PLURICURRICULAR PROFESSOR HERCULANO DE CARVALHO
Curso Profissional de Electrónica, Automação e Computadores Automação e Computadores
2008/2009 Ant. Henriques
Módulo 2 – Introdução aos Autómatos Programáveis Introdução aos automatismos eléctricos (1º Parte)
Adaptado da obra: Esquemateca – Tecnologias de controlo industrial, Editions CITEF – Colecção Técnica Telemecanique
Comando de potência: – Atribuições e constituição das saídas-motor - Seccionamento - Protecção - Comutação
António Henriques
Setembro de 2008, versão 2
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Atribuições e constituição das saídas-motor (saída de potência)
Uma saída-motor (saída de potência) engloba todos os componentes necessários ao comando e protecção de um motor eléctrico ou outro receptor de potência. A selecção dos componentes para constituir uma saída condiciona o desempenho da instalação: nível de protecção, funcionamento em velocidade fixa ou variável, etc .. As funções de uma saída-motor são: - seccionamento; - protecção contra curto-circuitos e contra sobrecargas; - comutação.
Seccionamento
Para intervir com toda a segurança nas instalações, ou nas máquinas e nos equipamentos eléctricos, é necessário dispor de meios para isolar electricamente os circuitos de potência e de comando da alimentação geral. Esta função, designada por seccionamento, é assegurada por:
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aparelhos específicos: seccionadores ou interruptores-seccionadores; funções de seccionamento integradas em aparelhos de funções múltiplas.
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Seccionador O seccionador para circuitos de alimentação trifásicos é constituído essencialmente por um
bloco tripolar ou tetrapolar, por um ou dois contactos auxiliares de pré-corte e por um dispositivo de comando lateral ou frontal. O fecho e a abertura dos pólos são efectuados manualmente, por meio deste comando.
A velocidade de fecho e de abertura depende da rapidez de acção do operador (manobra dependente manual). O seccionador é portanto um aparelho de "acção dependente" que não deve ser nunca manobrado em carga. A corrente deve ser interrompida previamente no circuito de utilização, por meio do aparelho de comutação previsto para esse efeito (geralmente um contactor). O contacto auxiliar de pré-corte liga-se em série com a bobina do contactor. Abre antes e
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fecha depois dos pólos do seccionador. Em caso de manobra acidental em carga, interrompe a alimentação da bobina do contactor antes dos pólos do seccionador abrirem. Mas o contacto de précorte não deve ser considerado um órgão de comando do contactor, o qual deve ter o seu próprio comando Marcha/Paragem. O estado dos contactos deve ser indicado claramente pela posição do dispositivo de comando, por um indicador mecânico independente (corte plenamente aparente) ou pela visibilidade dos contactos (corte visível). Não deve ser possível, de forma alguma, efectuar a consignação do seccionador na posição "fechado" ou quando os contactos ficarem acidentalmente soldados. Os seccionadores podem ser equipados com corta-circuitos fusíveis em vez de tubos ou barras de seccionamento, passando a designar-se por seccionadores fusíveis. É de notar que, num equipamento que inclua diversas saídas-motor, nem sempre é necessário equipar cada uma das saídas com um seccionador. Deve, no entanto, prever-se um órgão de isolamento geral, por forma a poder isolar-se a totalidade do equipamento. Interruptor e interruptor-seccionador O interruptor é um aparelho mecânico de ligação capaz de estabelecer, suportar e interromper correntes nas condições normais do circuito, inclusivamente nas condições especificadas de sobrecarga em serviço, e de suportar durante um tempo determinado correntes em condições anormais especificadas do circuito, tais como as de curto-circuito. Um mecanismo ligado ao dispositivo de comando manual assegura o fecho e a abertura bruscos dos contactos, independentemente da rapidez de manobra do operador. O interruptor é portanto um aparelho concebido para ser manobrado em carga com toda a segurança. As suas características são dadas em função de categorias de emprego normativas, que indicam os circuitos cuja alimentação é mais ou menos difícil de estabelecer e interromper, conforme a natureza dos receptores que alimentam. Se o interruptor obedecer às condições de isolamento especificadas pelas normas para um seccionador, é um interruptor-seccionador. Esta aptidão deve ser certificada pelo fabricante com um símbolo marcado no aparelho. Tal como o seccionador, o interruptor e o interruptor-seccionador podem ser equipados com um dispositivo de encravamento por cadeados para a consignação e, por vezes, com fusíveis.
Seccionador Manobra em carga Encravamento na posição" A" não sim Interruptor sim não Interruptorseccionnador sim sim
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Seccionador com e sem fusíveis
Interruptor-seccionador
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Protecção
Todos os receptores estão sujeitos a incidentes :
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de origem eléctrica : - sobretensão, queda de tensão, desequilíbrio ou ausência de fases, que provocam um aumento da corrente absorvida; - curto-circuitos cuja intensidade pode ser superior ao poder de corte do contactor. de origem mecânica: - bloqueio do rotor, sobrecarga momentânea ou prolongada, que provoca um aumento da corrente absorvida pelo motor e um aquecimento perigoso dos enrolamentos. Para evitar que estes incidentes dêem origem a deteriorações dos componentes e a
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perturbações na rede de alimentação, cada saída-motor inclui obrigatoriamente:
- uma protecção contra curto-circuitos, para detectar e cortar o mais rapidamente possível
correntes anormais superiores a 10 ln, - uma protecção contra sobrecargas, para detectar aumentos da corrente até 10 ln e cortar a saída antes que o aquecimento do motor e dos condutores provoque a deterioração dos isolantes. Caso seja necessário, podem ser igualmente previstas protecções complementares, tais como controlo de defeito de isolamento, de inversão de fases, de temperatura dos enrolamentos etc .. As protecções são asseguradas por :
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aparelhos específicos: corta-circuitos fusíveis, disjuntores, relés de protecção, relés de medida; funções de protecção integradas em aparelhos de funções múltiplas.
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Protecção contra curto-circuitos Um curto-circuito é uma ligação directa entre dois pontos que se encontram a potenciais eléctricos diferentes: - em corrente alternada: ligação entre fases, entre fase e neutro ou entre fase e massa condutora, - em corrente contínua: ligação entre as duas polaridades ou entre a massa e a polaridade isolada. Pode ter causas diversas: desaperto, ruptura ou desnudamento de condutores ou cabos, presença de corpos metálicos estranhos, depósitos condutores (poeiras, humidade, etc.), penetração de água ou outros líquidos condutores, deterioração do receptor, erro de cablagem na colocação em serviço ou aquando de uma intervenção. Um curto-circuito traduz-se por um aumento brutal da corrente, que pode atingir em alguns milisegundos um valor igual a várias centenas de vezes a corrente de emprego. Esta corrente gera efeitos electrodinâmicos e térmicos, .que podem provocar danos importantes nos aparelhos, nos cabos e nos barramentos situados a montante do ponto de curto-circuito. Os dispositivos de protecção devem pois detectar o defeito e interromper rapidamente o circuito, se possível antes da corrente atingir o seu valor máximo.
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Estes dispositivos podem ser: - corta-circuitos fusíveis que interrompem o circuito após fusão, o que obriga à sua substituição;
- disjuntores que interrompem o circuito por abertura dos respectivos pólos e que são colocados novamente em serviço após uma manobra de rearme. A protecção contra curto-circuitos pode ser integrada em aparelhos de funções múltiplas tais como os disjuntores-motor e os contactores-disjuntores.
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Protecção contra sobrecargas A sobrecarga é o defeito que se produz mais frequentemente nas máquinas. Manifesta-se por
um aumento da corrente absorvida pelo motor e por efeitos térmicos. O aquecimento normal de um motor eléctrico a uma temperatura ambiente de 40°C é definido pela sua classe de isolamento. Sempre que a temperatura limite de funcionamento é ultrapassada, o tempo de vida é reduzido por envelhecimento prematuro dos isolantes. Por exemplo, o tempo de vida de um motor é reduzido de 50% se a temperatura de funcionamento for superior em 10°C, em regime permanente, à temperatura definida pela classe de isolamento. É de notar, todavia, que uma sobrecarga que provoque um aquecimento superior ao normal não terá efeitos nefastos imediatos se for limitada no tempo e pouco frequente. Portanto, não obriga necessariamente a uma paragem do motor. Mas é importante restabelecer rapidamente as condições de funcionamento normais. Assim, a importância de uma protecção correcta contra as sobrecargas torna-se evidente para: - optimizar o tempo de vida dos motores, impedindo o funcionamento em condições anormais de aquecimento; - assegurar a continuidade de exploração das máquinas ou das instalações, evitando paragens intempestivas; - poder arrancar de novo o mais rapidamente possível após um disparo, nas melhores condições de segurança para os equipamentos e para as pessoas.
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Conforme o nível de protecção desejado, a protecção contra as sobrecargas pode ser realizada por: - relés térmicos com bimetálicos;
- relés para sondas com termistores PTC;
- relés de máxima intensidade; - relés electrónicos com protecções complementares em opção ou integradas.
Comutação
A comutação consiste em estabelecer, cortar e, no caso da variação de velocidade, regular o valor da corrente absorvida por um motor. Conforme as necessidades, esta função é assegurada por meio de componentes:
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electromecânicos : contactores, contactores-disjuntores, disjuntores-motor; electrónicos : relés e contactores estáticos, arrancadores progressivos, variadores e reguladores de velocidade.
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Comutação tudo ou nada A função comutação "tudo ou nada" tem por finalidade estabelecer e interromper a
alimentação dos receptores. Na maior parte das vezes é o contactar electromagnético que assegura esta função. Recorre-se frequentemente ao comando à distância para facilitar a exploração, bem como o trabalho do operador, que muitas vezes se encontra afastado dos órgãos de comando de potência, o que implica geralmente uma informação sobre a acção em curso, quer por visualização, através de sinalizadores luminosos, quer por dependência de um segundo aparelho. Estes circuitos eléctricos complementares, designados por "circuitos de dependência e de sinalização" , são realizados com contactos auxiliares incorporados nos contactares, nos contactares auxiliares ou nos relés de automatismo, ou através de blocos aditivos que se montam nos contactares e nos contactares auxiliares.
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Contactor de potência
Bloco aditivo com contactos auxiliares
Bloco aditivo com contactos auxiliares temporizados
A comutação "tudo ou nada" pode também ser realizada por relés e contactares estáticos. Pode igualmente ser integrada em aparelhos de funções múltiplas, tais como os disjuntares-motor ou os contactares-disjuntares.
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Arrancadores e variadores de velocidade electrónicos O comando de motores eléctricos por aparelhos do tipo “tudo ou nada” é uma solução
apropriada para o funcionamento de uma grande variedade de sistemas. Tem, no entanto, algumas limitações que os podem tornar inconvenientes para certas aplicações: - chamada de corrente no arranque que pode perturbar o funcionamento de outros aparelhos ligados à rede; - solavancos no momento de arranque e paragem prejudiciais para a máquina, ou para o conforto e segurança dos utilizadores; - funcionamento a velocidade constante. Os arrancadores e os variadores de velocidade electrónicos eliminam estes inconvenientes. Destinados ao comando de motores de corrente contínua e corrente alternada, asseguram a aceleração e a desaceleração progressivas e permitem a adaptação rigorosa da velocidade às condições de exploração.
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Aparelhos de funções múltiplas Os aparelhos de funções múltiplas reúnem
num mesmo produto a totalidade ou uma parte das funções básicas de uma saída-motor. Esta disposição apresenta inúmeras vantagens: - simplificação ou mesmo eliminação dos problemas de coordenação; - redução de volume dos equipamentos; - simplificação da cablagem; - facilidade de reparação e de manutenção; - redução do stock de peças de reserva.
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