AUTOMAÇÃO
(M323)
CAPÍTULO III
Si t
Sistemas
Elé
Eléctricos
t i
2013/2014
Sistemas eléctricos
„Bibliografia
„Bibli
fi
‹José Matias, Ludgero Leote,
Automatismos industriais - Comando e
regulação, Didáctica Editora
‹Dores Costa, Fé de Pinho, Comando de
motores em baixa tensão, ENIDH
‹Catálogos de equipamentos electromecânicos, Schneider Electric
‹Apresentações de curso TIM III, João
Emílio ENIDH/DEM
Emílio,
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
2
Sistemas eléctricos
„ÍNDICE
‹Esquemas eléctricos
‹Normalização e simbologia
‹Órgãos de protecção
‹Órgãos de comando
‹Ci
‹Circuitos
i
d
de comando
d e sinalização
i li
ã
‹Circuitos de comando de motores
eléctricos trifásicos
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
3
Sistemas eléctricos
„Esquemas
eléctricos
„E
lé t i
‹A representação de esquemas eléctricos
de comando é feita normalmente da
seguinte forma:
”Esquemas de execução de ligações
”Esquemas de percurso de corrente
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
4
Sistemas eléctricos
„Esquemas
de execução
de li
ligações
„E
d
ã d
õ
‹Os aparelhos são representados de forma
a que todos os elementos constituintes
(contactos principais e auxiliares, bobinas,
etc...) apareçam numa visão de conjunto
‹A representação é mais complexa, com
cruzamento de cabos de ligação
‹Dificulta a compreensão e leitura dos
esquemas
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
5
Sistemas eléctricos
„Esquemas
de percurso d
de corrente
„E
d
t
‹São mais claros e por esse motivo os mais
utilizados
‹Os circuitos de comando e potência são
representados em separado
‹Os esquemas não apresentam
cruzamentos de ligações
‹O esquema de montagem fica bastante
mais perceptível
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
6
Sistemas eléctricos
„Normalização
„N
li
ã e simbologia
i b l i
‹Na área electrotécnica, a normalização
internacional é efectuada pela Comissão
Electrotécnica Internacional (CEI ou IEC
em inglês)
‹Existem ainda as normas nacionais dos
respectivos países (VDE-DIN – Alemanha;
UTE – França;
U
a ça; NP – Portugal)
o tuga )
‹Normas comuns em Portugal: CE 117, DIN
40719 (parte III) e CENELEC EN 50 005
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
7
Sistemas eléctricos
„Normalização
„N
li
ã
e simbologia
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
8
Sistemas eléctricos
„Normalização
„N
li
ã
e simbologia
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
9
Sistemas eléctricos
„Normalização
„N
li
ã
e simbologia
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
10
Sistemas eléctricos
„Normalização
„N
li
ã
e simbologia
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
11
Sistemas eléctricos
„Normalização e simbologia
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
12
Sistemas eléctricos
„Principais
„P i i i funções
f
õ dos
d circuitos
i
it
eléctricos
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
13
Sistemas eléctricos
„Seccionamento
‹O seccionamento dos circuitos é efectuado
através
t
é de
d dispositivos
di
iti
denominados
d
i d
seccionadores
‹Estes dispositivos abrem ou fecham
dif
diferentes
t circuitos
i
it de
d uma instalação,
i t l ã de
d
forma bem visível, de forma a não
interromper o funcionamento do resto da
instalação
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
14
Sistemas eléctricos
„Seccionamento
‹A característica que mais distingue o
seccionador
i
d dos
d outros
t
órgãos
ó ã é o facto
f t
de as suas manobras deverem ser
efectuadas em vazio,
vazio ou seja com os
utilizadores desligados (bobinas, motores,
resistências, etc…)
‹Caso o seccionador seja manobrado em
carga, poderá sofrer danos graves
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
15
Sistemas eléctricos
„Protecção:
de
„P t
ã tipos
ti
d defeitos/anomalias
d f it /
li
‹Curto-circuitos: provocam aquecimentos
anormais rápidos e que obrigam a uma
interrupção rápida do circuito
‹Em geral, o curto-circuito representa o
mais grave defeito numa instalação
eléctrica
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
16
Sistemas eléctricos
„Protecção: tipos de defeitos/anomalias
‹Sobrecargas: Defeitos que provocam
aquecimentos
i
anormais
i lentos
l
e que
podem conduzir a curto-circuitos não
obrigando
b i
d no entanto
t t a corte
t imediato
i
di t
‹Exemplos: sobrecargas contínuas;
sobrecargas intermitentes; quebras de
tensão; arranque demasiado lento de
motores; obstáculos ao arrefecimento;
temperatura ambiente demasiado elevada
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
17
Sistemas eléctricos
„Órgãos de protecção
‹A protecção contra curto-circuitos é, em
regra, assegurada
d quer por fusíveis
f í i quer
por disjuntores do tipo magnético,
enquanto que a protecção contra
sobrecargas é assegurada por disjuntores
ou relés térmicos
‹Pelo facto de combinarem tecnologias
diferentes, alguns órgãos de protecção
asseguram em simultâneo a protecção
contra ambas as situações
ç
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
18
Sistemas eléctricos
„Funções
dos ó
órgãos
de protecção
„F
õ d
ã d
t
ã
‹Detectar o defeito e, em função do seu
tipo, tomar uma decisão emitindo, ou não
um sinal – órgão de protecção
‹Interromper o circuito, de forma rápida e
segura, após receber a ordem de abertura
dada pelo órgão de protecção – órgão de
manobra
a ob a
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
19
Sistemas eléctricos
„Disjuntores magneto
magneto-térmicos
térmicos
Combinam
bi
duas
d
formas de actuação
di i
distintas,
permitindo proteger
os circuitos
i
i
tanto
contra curtocircuitos
i
i
como
contra sobrecargas
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
20
Sistemas eléctricos
„Disjuntores magnéticos ou de máxima
corrente
Destinam-se a
assegurar a
protecção contra
os efeitos das
correntes de
curto-circuito
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
21
Sistemas eléctricos
„Relé térmico
‹A corrente do circuito passa através de
enrolamentos que envolvem lâminas
bimetálicas constituídas por metais
com coeficientes de dilatação
diferentes
‹O aquecimento destas lâminas devido
ao efeito de Joule provoca a sua
dilatação
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
22
Sistemas eléctricos
„Relé térmico
‹Uma vez que os dois metais que
constituem as lâminas bimetálicas se
dilatam de forma diferente, as lâminas
sofrem um encurvamento
‹Este encurvamento é utilizado para
deslocar um mecanismo que actua os
contactos eléctricos
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
23
Sistemas eléctricos
„Relé térmico – esquema simplificado
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
24
Sistemas eléctricos
„Órgãos de comando
‹O contactor é um órgão de manobra
accionado
i
d por um electroíman
l
í
alimentado
li
d
por um circuito que pode ser totalmente
i d
independente
d t d
do circuito
i
it que o contactor
t t
vai manobrar
‹Quando a bobina do electroíman é
alimentada, o contactor fecha os seus
contactos de potência estabelecendo o
circuito
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
25
Sistemas eléctricos
„Órgãos
„Ó ã de
d comando
d
‹Para além dos contactos de potência, o
contactor pode possuir diversos contactos
auxiliares
‹Estes contactos permitem assegurar,
como veremos mais adiante, a sua auto
autoalimentação, bem como funções de
sinalização
s
a ação e comando
co a do de out
outros
os órgãos
ó gãos
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
26
Sistemas eléctricos
„Órgãos de comando
‹Os contactores são essenciais para o
comando
d d
de motores e outros
equipamentos, particularmente quando se
pretende
t d efectuar
f t
o comando
d d
desses
equipamentos à distância
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
27
Sistemas eléctricos
„Simbologia e numeração dos contactos
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
28
Sistemas eléctricos
„Contactor industrial (Schneider)
Bloco p
principal
p e bloco de contactos auxiliares
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
29
Sistemas eléctricos
Esquemas básicos
de
ç
comando e sinalização
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
30
Sistemas eléctricos
„Esquemas de comando e sinalização
Interruptor de posição
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
Interruptor de impulso com autoalimentação
31
Sistemas eléctricos
„Esquemas de comando e sinalização
Comando local e à distância com interruptor de impulso
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
32
Sistemas eléctricos
„Esquemas de comando e sinalização
Encravamento eléctrico simples entre contactores
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
33
Sistemas eléctricos
„Esquemas de comando e sinalização
Encravamento eléctrico duplo
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
34
Sistemas eléctricos
„Esquemas de comando e sinalização
‹O encravamento mecânico é utilizado em
casos em que se exige
i
máxima
á i
segurança,
nomeadamente nas inversões de marcha
d motores
de
t
e no arranque de
d motores
t
em
estrela-triângulo
Encravamento mecânico entre contactores
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
35
Sistemas eléctricos
„Esquemas de comando e sinalização
Circuitos sequenciais - ligação sucessiva de contactores
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
36
Sistemas eléctricos
„Esquemas de comando e sinalização
Exemplos de circuitos com sinalização de serviço
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
37
Sistemas eléctricos
„Esquemas de comando e sinalização
Sinalização de defeito
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
38
Sistemas eléctricos
„Esquemas de comando e sinalização
Sinalização luminosa através de contactor auxiliar KA
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
39
Sistemas eléctricos
„Esquemas de comando e sinalização
Sinalização de defeito através de contactor auxiliar KA1
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
40
Sistemas eléctricos
„Esquemas de comando e sinalização
Circuito de teste de lâmpadas
41
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
Sistemas eléctricos
„Relés electromecânicos de comando
‹Relé monoestável industrial
Relé
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
Esquema dos contactos e bobina
42
Sistemas eléctricos
„Relés electromecânicos de comando
‹Relé monoestável didáctico (BOSCH)
43
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
Sistemas eléctricos
„Relés electromecânicos de comando
‹Relés industriais e de circuito impresso
Relés industriais
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
Relé de circuito impresso
44
Sistemas eléctricos
„Relé
„R lé industrial
i d t i l de
d estado
t d sólido
ólid (SSR Solid State Relay)
45
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
Sistemas eléctricos
„Relé electromecânico de comando
(biestável)
Xo
x (x0) (NF)
b bi
bobinas
x ((x1)) ((NA))
X1
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
46
Sistemas eléctricos
„Relé electromecânico biestável
‹Exemplo de relé biestável (OMRON)
existente no laboratório
ó
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
47
Sistemas eléctricos
Esquemas básicos
de
comando de cilindros
pneumáticos
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
48
Si t
Sistemas
eléctricos
lé t i
„Bloco de botoneiras NA/NF utilizadas
no laboratório (BOSCH)
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
49
Si t
Sistemas
eléctricos
lé t i
„Bloco de botoneiras de encravamento
NA/NF utilizadas no laboratório
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
50
Si t
Sistemas
eléctricos
lé t i
„Sensor de fim de curso NA/NF (BOSCH)
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
51
Si t
Sistemas
eléctricos
lé t i
„Electroválvula biestável 5/2 utilizada
no laboratório (BOSCH)
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
52
Si t
Sistemas
eléctricos
lé t i
„Electroválvula biestável 5/3 utilizada
no laboratório (BOSCH)
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
53
Si t
Sistemas
eléctricos
lé t i
„Circuito de arranque/paragem/Emerg.
arranque/paragem/Emerg
Ci c ito eléct
Circuito
eléctrico
ico com relé
elé monoestável
monoestá el
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
54
Si t
Sistemas
eléctricos
lé t i
„Circuito de start /stop/ emergência
com relé ou memória biestável
Vcc
Stop
Start
M+
a0
Emerg
a1
m
M-
A+
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
A-
55
Sistemas eléctricos
Esquemas básicos
de
comando de motores
eléctricos trifásicos
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
56
Sistemas eléctricos
„Circuitos
„Ci
it de
d comando
d d
de arranque d
de
motores eléctricos trifásicos
‹Arranque directo: o comando do motor é
efectuado p
por uma botoneira de impulso,
p
,o
que obriga a estabelecer um circuito de
auto-alimentação
ç
da bobina do contactor
‹Esta auto-alimentação é efectuada
através do contacto 13
13-14
14 do contactor
KM1
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
57
Sistemas eléctricos
„Arranque directo de motor trifásico
á
‹S2 é o botão de arranque
q
e S1 o botão de
paragem
‹Na situação ilustrada na figura seguinte, o
contacto 97-98 (normalmente aberto) do
relé térmico é intercalado no circuito para
comando de uma lâmpada avisadora de
disparo do térmico
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
58
Sistemas eléctricos
„Arranque directo de motor trifásico
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
59
Sistemas eléctricos
„Arranque directo de motor trifásico
com inversão de marcha
‹A figura seguinte mostra os esquemas de
potência e comando de um motor trifásico
com inversão de marcha
Q
o contactor KM2 é accionado
‹Quando
verifica-se a troca de duas fases de
alimentação
ç
do motor,, fazendo com que
q
este rode em sentido contrário
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
60
Sistemas eléctricos
„Arranque directo de motor trifásico
com inversão de marcha
‹Os dois contactores são montados com um
dispositivo de encravamento mecânico
que assegura que estes não possam, em
caso algum, atracar em simultâneo
‹Utiliza-se igualmente encravamento
eléctrico p
para obtenção
ç
de uma dupla
p
protecção (KM1, KM2 ; contactos 31-32)
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
61
Sistemas eléctricos
„Arranque directo com inversão de
marcha
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
62
Sistemas eléctricos
„ Arranque estrela-triângulo
1. O motor arranca com um pico de
corrente
t e binário
bi á i reduzidos
d id
a 1/3 dos
d
valores de arranque directo
2. Após
ó
um curto período
í
inicial é
estabelecida a comutação para triângulo
3. O motor retoma as características
normais com um curto mas forte p
pico de
corrente acompanhado de fenómenos
transitórios complexos
p
que dependem
q
p
da
velocidade do motor no final da 1ª fase
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
63
Sistemas eléctricos
„ Diagramas de corrente (I) e binário
(B)
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
64
Sistemas eléctricos
„Circuito de arranque estrela
estrela-triângulo
triângulo
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
65
Sistemas eléctricos
„Circuito de
arranque
estrela-triângulo
t l t iâ
l
suave (softstarter)
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
66
Sistemas eléctricos
„Modelo de arrancador suave de
motores eléctricos trifásicos (Catálogo
d S
da
Schneider
h id El
Electric)
t i )
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
67
Sistemas eléctricos
Temporizadores
e
Contadores
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
68
Sistemas eléctricos
„Temporizador com atraso à acção (on
delay)
X
t
x
Símbolo da bobina e
do contacto
p
((CEI))
temporizado
t
T1
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
69
Sistemas eléctricos
„Temporizador
T
i d com atraso
t
à acção
ã
‹Modo de operação:
p
ç
Ao activar a bobine do
relé é iniciada a contagem do tempo
previamente ajustado
p
j
((T1))
‹Ao atingir o final do tempo pré-definido
(T1), os contactos irão comutar
‹Ao desligar o relé, os contactos regressam
imediatamente ao estado de repouso
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
70
Sistemas eléctricos
„Temporizador
„T
i d com atraso
t
à acção
ã
‹Relé temporizador à acção (industrial)
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
71
Sistemas eléctricos
„Temporizador
„T
i d com atraso
t
à acção
ã
‹Relé temporizador à acção (didáctico)
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
72
Sistemas eléctricos
„T
„Temporizador
i d com atraso
t
ao repouso
(off delay)
‹Ao ligar o relé temporizador, os contactos
são manobrados imediatamente,, tal como
num relé normal
‹Ao desligar o relé temporizador,
temporizador este
mantém os contactos comutados durante
um determinado tempo,
tempo regulável através
de ajustamento, após a desactivação da
bobina do relé
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
73
Sistemas eléctricos
„Temporizador com atraso ao repouso
‹Na figura seguinte, podemos observar:
‹Diagrama temporal da variável de
comando ((X)) e da variável comandada ((x))
‹Símbolo CEI – Comissão Electrotécnica
Internacional, de um relé deste tipo
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
74
Sistemas eléctricos
T
Temporizador
i d com atraso
t
ao repouso
X
t
x
Símbolo da bobina e
do contacto
p
((CEI))
temporizado
t
T1
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
75
Sistemas eléctricos
„Temporizador com atraso ao repouso
‹Temporizador didáctico (BOSCH)
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
76
Sistemas eléctricos
„Temporizadores electrónicos
‹Exemplos de temporizadores da gama Schneider
El t i
Electric
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
77
Sistemas eléctricos
„Circuito de alarme com contactos
temporizados
Após a activação do
contacto de defeito
13-14,
13
14, o circuito vai
alternando entre a
lâmpada ligada ou a
buzina activada
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
78
Sistemas eléctricos
„Contador de impulsos
‹O contador de impulsos eléctricos, realiza
a contagem progressiva, mediante a acção
de impulsos eléctricos, na bobina de
contagem
p
podem ser p
p
provenientes de
‹Estes impulsos
botoneiras, microswitches, contadores,
relés,, etc.
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
79
Sistemas eléctricos
„Contador de impulsos
‹A programação é realizada pelo utilizador
através de interruptores de impulso
localizados no painel do dispositivo
‹O accionamento dos contactos do
contador,, ocorre quando
q
o número de
impulsos eléctricos na bobina de
contagem
g
for igual
g
ao valor p
programado
g
pelo utilizador
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
80
Sistemas eléctricos
„Contador
de iimpulsos
„C t d d
l
‹A reposição do estado inicial do contador
faz-se através da activação do “Reset” do
contador (Exemplo: através de uma
botoneira)
‹Actuando o Reset, o contador inicia nova
sequência de contagem de impulsos
81
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
Sistemas eléctricos
„Diagrama temporal do contador de
impulsos
X
Reset
t
L
t
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
82
Sistemas eléctricos
„Contadores de impulsos didáctico
existente no laboratório (Bosch)
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
83
Sistemas eléctricos
„Exemplo de aplicação do contador
© Luis Filipe Baptista – ENIDH/DEM
84