Automatismos Eléctricos AUTOMATISMOS ELÉCTRICOS MÁQUINAS ELÉCTRICAS 2 O MOTOR ELÉCTRICO TRIFÁSICO 2 ESQUEMAS DE LIGAÇÃO COM COMUTADORES 12 AUTOMATIZAÇÃO 15 SISTEMAS DE COMANDO 15 RELÉS 26 DESENVOLVIMENTO DE CIRCUITOS DE COMANDO 35 Edição: 04/05 v01 1 de 42
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Automatismos Eléctricos
AUTOMATISMOS ELÉCTRICOS
MÁQUINAS ELÉCTRICAS 2
O MOTOR ELÉCTRICO TRIFÁSICO 2 ESQUEMAS DE LIGAÇÃO COM COMUTADORES 12
AUTOMATIZAÇÃO 15
SISTEMAS DE COMANDO 15 RELÉS 26 DESENVOLVIMENTO DE CIRCUITOS DE COMANDO 35
Edição: 04/05 v01 1 de 42
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MMÁÁQQUUIINNAASS EELLÉÉCCTTRRIICCAASS
O MOTOR ELÉCTRICO TRIFÁSICO
APLICAÇÃO
Entre as máquinas eléctricas, o motor de corrente alternada trifásica é a maquina mais utilizada em
sistemas de accionamento industrial, para o accionamento de diversos tipos de equipamentos, tais
como sistemas de transporte e manuseamento, máquinas ferramentas, bombas, máquinas de
embalar, sistemas de ventilação, etc.
Símbolo Exemplo
M
3 ~
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MOTOR DE ROTOR EM GAIOLA DE ESQUILO
Devido à sua robustez, baixo preço, número reduzido de peças em movimento e portanto sujeitas a
desgaste, e à sua fácil manutenção e longa duração, o motor de corrente alternada trifásica com rotor
em gaiola de esquilo é o motor eléctrico mais utilizado actualmente.
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MOTOR DE ROTOR EM GAIOLA DE ESQUILO – FUNCIONAMENTO
O estator do motor é constituído por um núcleo ferro magnético
laminado, nas cavas do qual são colocados os enrolamentos
alimentados pelas três fases da corrente alternada trifásica.
Os enrolamentos (bobinas), induzem no núcleo um campo
magnético girante.
O rotor em gaiola de esquilo é constituído por um núcleo
também de chapas ferro magnéticas isoladas entre si, sobre
o qual são colocadas barras de alumínio (condutores)
dispostos paralelamente entre si e unidas nas suas
extremidades por dois anéis condutores, também de
alumínio, que curto-circuitam os condutores.
As barras condutoras são colocadas geralmente com uma
certa inclinação, para evitar trepidações e ruídos que
resultam da acção electromagnética entre os dentes das cavas do estator e rotor.
O campo magnético girante do estator induz nos condutores (barras de alumínio) do rotor uma Força
Electromotriz (tensão), a qual por sua vez induz no núcleo do rotor um campo magnético, que
segundo a lei de Lenz, se opõe à causa que o provocou.
Assim, ao campo magnético girante do estator opõe-se o campo magnético do rotor, fazendo com
que o rotor seja arrastado pelo campo magnético do estator.
A velocidade do rotor é sempre inferior à velocidade do campo magnético do estator, devido ao efeito
do escorregamento (atrito, perdas magnéticas).
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MOTOR DE GAIOLA DE ESQUILO – ENROLAMENTOS E LIGAÇÕES
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LIGAÇÃO EM ESTRELA
Na ligação em estrela, os três enrolamentos estão ligados
entre si por um ponto comum, o ponto estrela.
A tensão a que cada enrolamento está submetido é:
Us = Uc/1,73 sendo
Us = Tensão simples
Uc = Tensão composta (entre fases)
Na placa de bornes do motor, os bornes de saída dos
enrolamentos (W2-U2V2) são ligados entre si por shunts
fornecidos com o motor.
Para a protecção do motor contra sobrecarga e protecção
dos condutores contra curto-circuitos, podem utilizar-se
fusíveis e disjuntores térmicos, ou como neste caso,
disjuntores magnético térmicos, os quais reúnem as duas
funções num só aparelho.
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LIGAÇÃO EM TRIÂNGULO
Na ligação em triângulo, os três enrolamentos estão ligados
entre si de modo que o fim de um enrolamento está ligado ao
princípio do próximo enrolamento.
A tensão a que cada enrolamento está submetido é:
Us = Uc sendo
Us = Tensão simples
Uc = Tensão completa (entre fases)
Na placa de bornes do motor, os bornes de entrada e os de
saída dos enrolamentos são ligados entre si por shunts
verticais fornecidos com o motor.
Para a protecção do motor contra sobrecargas e protecção
dos condutores contra curto-circuitos, podem utilizar-se
fusíveis e disjuntores térmicos.
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ÓRGÃOS DE PROTECÇÃO PARA MOTORES TRIFÁSICOS
Corta – Circuitos Fusíveis
Símbolo Corta – circuitos fusíveis tipo Diazed (fusível de cartucho
Monofásico
Trifásico
Corta – circuitos fusíveis tipo faca
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ÓRGÃOS DE PROTECÇÃO PARA MOTORES TRIFÁSICOS
Disjuntor Magneto térmico Trifásico
Símbolo
Os disjuntores magneto térmicos trifásicos são constituídos por três barras
bimetálicas aquecidas por filamentos percorridos pela corrente do motor,
cuja função é desligar o motor em caso de sobrecarga, e por três curto-
circuitos magnéticos para a protecção dos condutores contra curto-circuitos.
Em caso de sobrecarga do motor, as barras bimetálicas aquecidas pela
corrente do motor dilatam-se com retardamento dependente da corrente e
dobram-se, accionando um mecanismo de desengate.
Em caso de curto-circuito, três bobinas electromagnéticas atraem uma
armadura metálica que também acciona o mecanismo de desengate.
Para além do accionamento magnético e térmico, os disjuntores de
protecção para motores também podem possuir dispositivos de desengate
electromagnético de tensão mínima, que actuam quando a tensão de
serviço diminui a cerca de 50% do seu valor nominal.
Estes disjuntores podem ser equipados com contactos auxiliares, para
sinalização ou para comando de circuitos
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ÓRGÃOS DE PROTECÇÃO PARA MOTORES TRIFÁSICOS
Relé Térmico Trifásico
Símbolo
Para a protecção de motores trifásicos com comando por contactores,
utilizam-se geralmente Relés térmicos.
Os relés térmicos são constituídos por três lâminas bimetálicas aquecidas por
filamentos percorridos pela corrente de alimentação do motor.
Em caso de sobrecarga, estas lâminas aquecem e dobram-se accionando um
dispositivo de desengate, o qual actua sobre um bloco de contactos
auxiliares, permitindo assim desligar o circuito de comando do motor.
O rearmamento do relé pode ser feito automaticamente após o arrefecimento,
ou manualmente premindo uma tecla de RESET.
Geralmente, os relés térmicos possuem uma sinalização para a posição de
desengate, e um botão de teste.
NOTA : Os relés térmicos não têm contactos de potência, e por isso não
cortam a alimentação de corrente do motor, mas apenas a corrente de
comando por intermédio dos seus contactos auxiliares.
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ESQUEMAS DE LIGAÇÃO COM COMUTADORES
ARRANQUE DIRECTO
Para o arranque directo de um motor trifásico utiliza-se um interruptor tripolar.
Não é aconselhável só a utilização de disjuntores termomagnéticos tripolares, visto que estes não
são construídos para aguentar uma grande frequência de ligações.
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INVERSÃO DE MARCHA
Para a inversão do sentido de rotação de motores trifásicos utilizam-se comutadores, que segundo a
posição de actuação, invertem duas fases. Assim, na posição 1 eles permitem por exemplo um
sentido de rotação à direita e na posição 2 rotação à esquerda.
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LIGAÇÃO ESTRELA – TRIÂNGULO
Para o arranque de motores de corrente alternada trifásica com rotor de gaiola de esquilo, com
potência superiores a 4 KW, recomenda-se a utilização da ligação estrela – triângulo.
Neste tipo de ligação, o arranque do motor é feito em estrela, e só quando o motor atinge
aproximadamente a sua velocidade nominal é que se procede à ligação em triângulo.
As vantagens desta ligação residem por um lado na diminuição dos picos de corrente durante o
arranque (1/3 da potência máxima do motor), e por outro lado no reduzido binário de arranque, que
permite uma aceleração mais suave do motor.
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AAUUTTOOMMAATTIIZZAAÇÇÃÃOO
SISTEMAS DE COMANDO
INTRODUÇÃO
A complexidade das máquinas utilizadas actualmente em linhas de produção, sistemas de transporte
e manuseamento de produtos, assim como e sistemas de embalagem e armazenamento, exige um
elevado grau de automatização desses sistemas.
Sin
aliz
ação
Entrada de sinais/ parte de comando
Diálogo homem/máquina Sensores Elementos manuais de Elementos de comando comando - accionamento mecânico
- por aproximação - por fluidos
Processamento de sinais/ Parte de controlo Elementos de controlo - electromecânicos
- electrónicos
Elemento
Zon
a de
Alim
enta
ção/
Par
te d
e E
nerg
ia
Saída de Sinais/Parte de Potência
s de conversão - electromecânicos - electrónicos
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Motores
Cilindros
Etc.
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ELEMENTOS MANUAIS DE COMANDO
Elemento Símbolo Aplicação
Betoneira
Sinais de arranque e paragem,
comando manual, automático e
passo a passo, selecção de tipos de
operação.
Botão de paragem
de emergência
Paragem imediata de máquinas em
caso de perigo para a máquina ou
para o pessoal.
Betoneiras
iluminadas
Sinais de arranque e de selecção de
operação, com sinalização do tipo de
Betoneiras de
chave
Selectores de
operação
operação incluída.
Sinais de arranque e paragem,
comando manual, automático e
passo a passo, selecção de tipos de
operação. Actuação só possível com
a chave introduzida.
Selecção de tipo de operação, por
exemplo Manual/Automático
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EXEMPLO DE MONTAGEM DE BETONEIRAS MODULARES
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SENSORES DE ACCIONAMENTO MECÂNICO
Elemento Símbolo Exemplo Aplicação
Interruptor de
fim de curso
Para movimento rotativo
- de alavanca com rolete
- de came com rolete
- de vareta.
Detecção de partes ou peças móveis em
máquinas e aparelhos, por meio de
contacto mecânico entre a peça a
detectar e o sensor.
De acordo com o movimento a detectar,
os interruptores de fim de curso podem ter
variados tipos de cabeças de actuação
tais como:
Para movimento rectilíneo
- de haste vertical
- de rolete vertical
- de esfera
Micro-
interruptor de
fim de curso
Para detectar peças e partes de máquinas
onde se requer uma grande precisão, ou
onde o espaço disponível é muito
reduzido. Em geral, o material de que são
compostos os contactos permite a ligação
e o corte de intensidades de corrente
muito baixas, como por exemplo em
circuitos electrónicos de alta
sensibilidade.
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Interruptor de fim de curso mecânico
1 - Mola de retorno
2 - Caixa
3 - Braço de desconexão
4 - Contacto NA
5 - Contacto NF
6 - Mola
7 - Mola de pressão
8 - Barra de contacto
9 - Guia isolante
Micro-interruptor de fim de curso mecânico
1 - Furo de fixação
2 - Caixa de plástico
3 - Contacto móvel com mola de accionamento
4 - Actuador de material isolante
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SENSORES DE POSIÇÃO INDUTIVOS
Símbolo Figuras Descrição
O sensor de posição (ou aproximação)
indutivo, tem como elemento principal
um oscilador de alta-frequência, que
alimenta uma bobina com núcleo de
ferrite, a qual origina um campo
magnético igualmente de alta-frequência.
A aproximação de um objecto metálico
ao campo magnético, provoca no objecto
correntes parasitas (correntes de
Focault), que interferem no campo
magnético, alterando a amplitude de
oscilação. Esta alteração é detectada por
um circuito electrónico e transformada
num sinal eléctrico definido.
Os sensores podem ter várias formas,
dependendo da aplicação desejada.
Em geral utiliza-se sensores de forma
cilíndrica, de diâmetro 8, 12,18 e 30 mm,
mas também de forma rectangular.
As distâncias de actuação (sn) variam
entre 2mm e 15mm na maioria dos
casos, e atingem 30mm a 50mm em
aplicações especiais.
Em geral, as indicações de distâncias de
actuação referem-se a aço St37. Para
outros metais, as distâncias variam
negativamente.
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SENSORES DE POSIÇÃO CAPACITIVOS
Símbolo Figuras Descrição
Os sensores Capacitivos são
basicamente constituídos por
duas placas concêntricas, que
podem ser consideradas como
os dois eléctrodos de um
condensador. As duas placas
estão ligadas a um circuito de
oscilação que está
dimensionado para que em
caso de não haver obstrução
entre as placas do
condensador, não haja
oscilação.
Ao aproximar um objecto das
placas, alterando deste modo a
capacidade do condensador, o
circuito entra em oscilação e dá
origem a um sinal de comando.
Os sensores podem ter várias
formas, dependendo da
aplicação desejada.
Em geral utiliza-se sensores de
forma cilíndrica, de diâmetro 8,
12,18 e 30 mm, mas também
de forma rectangular.
As distâncias de actuação (sn)
variam entre 5mm e 20mm.
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SENSORES DE POSIÇÃO MAGNÉTICOS
Símbolo Figuras Descrição
Os sensores de posição magnéticos são utilizados
em primeira linha na detecção da posição do êmbolo
em cilindros pneumáticos.
A sua característica principal, é a reacção somente à
presença de campos magnéticos.
Existem basicamente dois tipos distintos de sensores
magnéticos:
- Tipo READ
- Tipo electrónico
Os sensores READ são compostos por duas lâminas
magnéticas instaladas dentro de uma ampola de vidro
contendo um gás enerte. Na proximidade de um
campo magnético, as duas lâminas atraem-se
originando um contacto entre elas. Têm a
desvantagem de serem pouco precisos e sensíveis a
vibrações.
Os sensores electrónicos baseiam-se no princípio de
funcionamento dos sensores indutivos. A diferença
principal entre ambos, reside no facto de os sensores
magnéticos terem um ajustamento electrónico que só
permite que o campo magnético do sensor seja
estorvado por um outro campo magnético exterior, e
não pela simples presença de uma peça metálica.
Diversos tipos de fixação permitem a sua utilização
com cilindros pneumáticos de várias marcas, embora