Aula sobre contatores

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Como programar a frenagem de um inversor de frequência

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Como instalar um inversor de frequência parte1

          
     Este post descreve os procedimentos de  fixação e de instalações elétricas de potência e controle de um inversor de frequência, utilizando com exemplo um inversor da marca WEG CFW09.
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     Primeiramente devemos escolher o localização em que vai ser instalado o inversor, deve-se utilizar uma superfície plana na posição vertical,  livre de poeira e umidade.
     Quando instalado dentro de um painel  ou caixas metálicas fechadas, prover exaustão adequada para que a temperatura fique dentro da faixa permitida, a localização é um fator determinante para um bom funcionamento e assegurar a vida útil de seus componentes.

     Fixando o inversor:

     Para inversores de 6 A a 14 A colocar primeiramente os parafusos de baixo, apoiar o inversor e então os parafusos de cima como mostra a figura 1:

Figura 1

     Para modelos acima de 14 A colocar primeiro os parafusos na superfície na qual o inversor será instalado colocar o inversor e em seguida reapertar os parafusos como mostra a figura 2:

Figura 2

Ligando as conexões de potência:

     No inversor existem conexões de entrada de alimentação e saída para o motor. Nas conexões de entrada deve-se prever um seccionador ( como um contator, chave seccionadora, etc ), que deve seccionar a rede de alimentação quando necessário executar uma provável manutenção.
     Deve-se utilizar fusível ultra- rápido do tipo VR com a corrente igual ao indicado para cada modelo de inversor, para proteção correta de seus componentes eletrônicos.
     A tensão de rede deve ser compatível co  a tensão nominal do inversor. Não utilizar banco de capacitores para correção do fator de potência na entrada e nem na saída do inversor, isso também prejudica a vida útil de seus componentes.

Ligando as conexões de controle.

     As conexões de sinal (entradas/saídas analógicas) e controle (entradas/saídas digitais, saídas à relé) são feitas nos seguintes conectores:
     As DI são entradas digitais que funcionam com tensão de 24 Vdc gerada pelo próprio inversor que tem como opção de conectar um circuito de comando a distância como por exemplo uma botoeira ou um relé, como mostra a figura 3:

Figura 3

     As AI 1 e AI 2 são entradas analógicas de referencia de sinal, nelas podem ser conectadas como por exemplo um potenciômetro ou até mesmo o sinal de um controlador (sinal 0 a 10) Vcc ou (0 a 20) mA / (4 a 20) mA, como mostra a figura 4:

Figura 4

    As AO 1 e AO 2 são saídas analógicas de referência de sinal, na AO 1 é um sinal de referência de rotação já a AO 2 é uma referência de corrente do motor, onde em ambas você  pode estar conectando como por exemplo um indicador de velocidade ou mesmo de corrente. Figura 5:

Figura 5

     As RL são relé que podem ser utilizados como contatos auxiliares e são programáveis como mostra a figura 6:

Figura 6

  
       Agora você já conhece as conexões de um inversor e para que servem, no próximo post vou publicar quais os tipos de ligações e como proceder para configura- lo.    
  

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Dimensionamento de condutores

   
     Para se obter um dimensionamento correto dos condutores é necessário dois critérios importantes em circuitos trifásicos, que são a corrente e queda de tensão.
     O condutor deverá suportar uma corrente maior que a do equipamento. A corrente corrigida deve ser determinada para que se possa dimensionar os condutores.
      Ela é determinada levando-se em consideração a temperatura ambiente (instalação) e a disposição dos condutores dentro das tubulações, leitos e eletrocalhas.
     Calculando a corrente do motor:

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      Onde:

     Inm = corrente nominal do motor.
     Pmec = potência mecânica do motor;
     U = tensão nominal de alimentação do motor;
     fp = fator de potência do motor;
     η = rendimento do motor;

     Agora devemos consultar uma tabela de algum determinado fabricante de cabos no qual será utilizado ou também poderá ser consultado a NBR 5410  lá você encontra o condutor necessário para a corrente calculada do seu projeto
     O fator de temperatura deve ser aplicado quando a temperatura da instalação for diferente de 30°C em instalações subterrâneas e 20°C em instalações aparente.
     Os valores de capacidade de condução de corrente fornecidos pelas tabelas 36 a 39 são válidos  para o número de condutores carregados que se encontra indicado em cada uma de suas colunas. Para linhas elétricas contendo um total de condutores superior às quantidades indicadas nas tabelas 36 a 39,  a capacidade de condução de corrente dos condutores de cada circuito deve ser determinada, usando-se as  tabelas 36 a 39, com a aplicação dos fatores de correção pertinentes dados nas tabelas 42 a 45 (fatores de  agrupamento).
     Feito isso devemos então calcular a queda de tensão:

     Onde:

     AV = Queda de tensão em %:
     I = corrente do projeto
     R = Resistividade do condutor:
     S = Secção do condutor:
     U = Tensão de linha:
     L = Comprimento do circuito:

    Os condutores deverão ser dimensionados para atender a queda de tensão máxima admissível.
     Instalações em BT = 5%
     Instalações em AT = 7%
     Instalações atendidas em geração própria = 7%.
 
     As prescrições desta publicação são destinadas a garantir uma vida satisfatória a condutores e  isolações submetidos aos efeitos térmicos produzidos pela circulação de correntes equivalentes às suas  capacidades de condução de corrente durante períodos prolongados em serviço normal. Outras  considerações intervêm na determinação da seção dos condutores, tais como a proteção contra choques  elétricos (ver 5.1 da NBR 5410), proteção contra efeitos térmicos (ver 5.2 da NBR 5410), proteção contra sobrecorrentes (ver 5.3), queda  de tensão (ver 6.2.75410), bem como as temperaturas máximas admissíveis pelos terminais dos componentes da  instalação aos quais os condutores são ligados.
   
    

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Eletricidade

Você sabe o que é Eletricidade? 

Eletricidade pode ser entendida como sendo o fenômeno resultante da interação das partículas que formam a matéria, em especial os elétrons. Para entender melhor o conceito de eletricidade elaborei um pequeno resumo neste post:

                                                                                           Saiba mais ...

Geração de energia elétrica

     A existência da tensão é condição fundamental para o funcionamento de todos os aparelhos elétricos. As fontes geradoras são os meios pelos quais se pode fornecer a tensão necessária ao funcionamento desses consumidores. Essa fontes geram energia de vários modos:

                                                                                           Saiba mais ...

Energia elétrica - introdução  

     A energia elétrica que alimenta as indústrias, comércio e nossos lares é gerada principalmente em usinas hidrelétricas, onde a passagem de água por turbina geradoras transformam a energia mecânica, originada pela queda dágua em energia elétrica. No Brasil a geração de energia elétrica é 80% produzida a partir de hidrelétricas, 11% por termoelétricas e o restante por outros processos. A partir da usina a energia é transformada, em subestações elétricas e elevadas a níveis de tensão (68/ 88/ 138/ 240/ 440/ KV) e transportada em correnta alternada 60hz, atravéz de ...

                                                                                          Saiba mais ...

Tomada para computador

     Computadores podem funcionar com tomadas residenciais. Entretanto podem funcionar melhor ainda e ficarem protegidos de possíveis problemas elétricos se for utilizada uma instalação apropriada para computadores. A instalação é baseada no uso da "tomada de 3 pinos", também conhecida como "tomada 2P+T". Possui três terminais: FASE, NEUTRO e TERRA. 
   
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Tiristores SCR

     O SCR (silicon controlled rectifier, retificador controlado de silício) é um dispositivo com função semelhante à de um diodo (conduz em um único sentido), com diversas aplicações em eletrônica industrial. Fisicamente, consiste da junção de quatro camadas P e N alternadas entre si, com três terminais: anodo (A), catodo (K) e porta ou gate (G).

     Na figura, podemos observar que a corrente principal (IA) entra pelo terminal do anodo (A) e segue até o catodo (K), como ocorre em um diodo comum.
     A porta (G) permite que se aplique uma corrente (com intensidade menor que a aplicada no anodo), que controla a condução do SCR.
     As principais aplicações do SCR são:
     Retificador – Atua como um diodo comum, com a diferença de que é possível controlar a tensão retificada.
     Interruptor – Atua como chave de estado sólido.
     Controle de potência – Atua na variação da potência entregue a um dispositivo (motor, resistência, lâmpada etc.), por meio do ajuste do disparo.
     Amplificador – Atua como amplificador “tudo ou nada”, por meio da diferença das correntes de porta e de anodo.
     O funcionamento do SCR depende dos valores de corrente e tensão a que está submetido. Vamos analisar uma situação em que a porta aberta (IG) está com corrente igual a zero e com tensões aplicadas. O SCR pode, então, operar de três modos:
     1. Se a tensão aplicada no anodo for negativa em relação à tensão aplicada no catodo, dizemos que o SCR está no bloqueio reverso. Nessa condição, ele se comporta de maneira idêntica a um diodo normal, cortado. Assim como no diodo comum, quando a tensão reversa excede a tensão de breakdown (UBR), o dispositivo é destruído.
     2. Se a tensão aplicada no anodo for positiva em relação à tensão aplicada no catodo e menor que a tensão de breakover (UBO), dizemos que o SCR está no bloqueio direto, isto é, continua cortado.
     3. Se a tensão na bateria continuar aumentando, ao atingir um valor maior ou igual à tensão UBO, o SCR passa a conduzir bruscamente, entrando em estado de condução. Quando isso acontece, dizemos que o SCR disparou. Nessa condição, o dispositivo se comporta como chave fechada, porém com queda de tensão elevada em seus terminais. Essa diferença de tensão aumenta a potência a ser dissipada pelo SCR, que necessita, então, de um dissipador – sua principal desvantagem em comparação com uma chave mecânica.
     O termo “disparo” é utilizado em analogia ao que acontece a um projétil deflagrado por arma de fogo, ou seja, uma mudança brusca de condição, pois o projétil parte do repouso para o movimento em frações de segundo.
     No caso do SCR, o disparo (ou condução) ocorre quando algum mecanismo externo provoca pequena variação em suas correntes internas. Para compreender melhor, observe a figura. Nessa configuração, a estrutura do SCR utiliza dois transistores, um PNP e outro NPN, ligados entre si por uma realimentação
 positiva (regeneração). Em tal modelo, ao ocorrer variação em qualquer uma das correntes internas, por menor que seja, haverá amplificação do sinal, fazendo com que as correntes aumentem até os dois transistores saturarem. A passagem do corte para a condução é extremamente rápida, por causa da realimentação positiva interna, motivo pelo qual se emprega o termo “disparo”.

     Podemos identificar pontos do circuito nos quais alguns dos fatores citados estão atuando, por exemplo: a tensão aplicada; a tensão de breakover (UBO): o mecanismo que causa esse início de processo (surgimento de uma corrente inicial) se a corrente de porta for nula e o valor da tensão (em geral varia de 30 a 1 000 V e depende do SCR e de sua aplicação).
     Depois que o SCR atinge o estado de condução, para fazer o dispositivo cortar novamente é necessário que a tensão de anodo, ou seja, a corrente (IA), fique abaixo de um valor chamado de tensão de manutenção (UH), também conhecido por corrente de manutenção (IH). Para conhecer o valor dessa corrente, é preciso consultar o manual do fabricante, pois varia para cada tipo de SCR, por exemplo: no TIC106 é da ordem de 2 mA e no TIC126, de 40 mA.
     Vimos que a porta (G) é o terminal no qual se aplica a corrente que inicia o processo de disparo quando a tensão de anodo ainda é bem menor que UBO. Quanto maior a corrente aplicada, menor será o valor da tensão de anodo necessária para disparar o SCR. Após o disparo, a porta pode ser desligada (aberta ou colocada em curto com o catodo), pois o SCR continuará a conduzir. O desligamento (reset ou corte) do dispositivo é feito quando a corrente de anodo diminuir abaixo da corrente de manutenção (IH) ou quando a tensão de anodo cair abaixo da tensão de manutenção (UH). Em determinadas aplicações, uma tensão reversa de anodo pode acelerar a mudança de estado de um SCR.

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Módulos de entrada e saída analógica de um CLP

     A alta escala de fabricação, o baixo custo e a disponibilidade de circuitos integrados possibilitaram que na estrutura do CLP fosse incluída grande capacidade de processamento de dados. Isso também propiciou a expansão da capacidade de E/S e a implementação de módulos analógicos e digitais no CLP. Os módulos de E/S analógicas permitem controlar e monitorar correntes e tensões compatíveis com muitos sensores, válvulas, acionadores de motores e instrumentos de processo. 
     Apresentam-se a seguir os dispositivos típicos que são interfaceados com os módulos de E/S analógicas.
     a) Dispositivos com módulos de entrada analógica:
• transdutores diversos;
• transmissores eletrônicos;
• instrumentos analíticos;
• potenciômetros.
     b) Dispositivos com módulos de saída analógica:
• indicadores analógicos;
• drives de motores;
• registradores;
• transdutores I/P;
• válvulas elétricas.
     As interfaces analógicas normalmente estão disponíveis para diversos tipos de padrão, como operação unipolar e diferencial de corrente ou de tensão.

Módulos de entrada analógica

     Os dispositivos de campo fornecem sinais (de tensão ou corrente elétrica) para os módulos de entrada analógica, que, por meio de circuito (conversor analógico- -digital – A/D), converte esses sinais analógicos em uma informação digital.
     Esses sinais analógicos de entrada são inseridos no CLP na forma binária e armazenados em uma posição de memória para uso posterior. Os módulos de entrada possuem alta impedância, possibilitando a interface com os dispositivos de campo sem causar sobrecarga ou afetar sua operação. A interligação com os dispositivos de campo é feita por cabos blindados, que reduzem os ruídos elétricos de fontes externas, além de possuírem filtro e isolação elétrica para proteger os módulos.

     Os padrões usuais para os módulos de entrada analógica são apresentados na
tabela a seguir:

     Os módulos são projetados para receber quatro, oito ou dezesseis entradas analógicas.
A conversão analógico-digital é feita em 12 ou 14 bits codificados em binário. A configuração de entrada e a operação bipolar ou unipolar podem ser selecionadas por jumpers ou por software.

Módulos de saída analógica

     Os módulos de saída analógica possuem um conversor digital-analógico (D/A) que recebe os valores numéricos na forma binária alocados nos registros do CLP e os converte em grandezas analógicas de tensão ou corrente proporcionais à informação digital e as envia para a saída. A resolução do conversor é de 12 ou 14 bits. Uma saída analógica tem como função fornecer sinal analógico para comandar atuadores analógicos. Todas as outras características são semelhantes às do módulo de entrada analógica.

     

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CLP versus computador

Detalhe da ventilação forçada

     Uma das principais dúvidas no tema automação industrial é se um computador pode ser utilizado para controlar tais tarefas.
     Os computadores atuais possuem grande capacidade de processamento e armazenamento de dados e vasta possibilidade de interfaceamento com dispositivos externos.
     No entanto, existem pontos fracos que devem ser levados em consideração. A princípio, os sistemas operacionais projetados para trabalharem com várias funções, muitas delas não testadas previamente, podem gerar estragos em programas dedicados e específicos, concebidos para controles. Outro problema é o fato de serem plataformas abertas, pois, caso não sejam tomados os devidos cuidados, pode ocorrer invasão de softwares mal-intencionados. A instabilidade de alguns sistemas operacionais também pode ser um item decisório à não utilização de computadores coordenando processos de alta segurança. Um fato importante é que alguns fabricantes têm se especializado na produção de computadores para o trabalho na indústria, os chamados computadores industriais.
     Aos olhos de um operador, por trás do monitor, essas máquinas são similares aos computadores (possuem teclado e mouse), mas tecnicamente existem grandes diferenças construtivas entre ambos.
     Para compatibilizar seus computadores aos ambientes industriais, alguns fabricantes utilizam recursos mecânicos, o que torna os equipamentos mais robustos e resistentes a vibrações e choques, evitando que as placas internas saiam dos slots em que foram encaixadas, bem como coxins de borracha que absorvem parte dessas interferências mecânicas, protegendo o conjunto disco rígido e unidades de CD e outras mídias.
     Além desses cuidados, aplicam o chassi metálico com pintura condutiva e antiestática, que garante níveis de aterramento em todos os pontos do gabinete e forma também uma gaiola de Faraday, proporcionando grande redução de interferências eletromagnéticas nos componentes internos do gabinete. Dessa maneira, completam as características físicas e técnicas desse equipamento os componentes eletrônicos industriais, que toleram altas temperaturas e o posicionamento das placas, que facilita o fluxo de ar filtrado e forçado para dentro do gabinete, criando uma bolsa de ar que impede a entrada de pequenas partículas prejudiciais ao funcionamento do computador.
     Os CLPs possuem um sistema operacional dedicado ao gerenciamento do equipamento, prevendo quais os tipos de periféricos que serão utilizados. Esses periféricos, como os cartões de entrada e saída, digitais e analógicos, são fabricados pela mesma empresa que desenvolveu a unidade de processamento e o respectivo sistema operacional. Normalmente, não aceitam cartões de outros fabricantes, reduzindo, assim, a probabilidade de falhas por incompatibilidades de CLPs.
      Os computadores possuem barramentos universais que permitem que outros fabricantes de outras marcas compatibilizem seus produtos. Isso requer processos de homologação que nem sempre são rápidos e completos, pois tais homologações são executadas com softwares e versões de sistemas operacionais específicos.
     Qualquer variação nessa configuração pode exigir nova homologação. Os computadores possuem capacidade de processamento para equacionamentos matemáticos superiores à boa parte dos CLPs de mercado. Esse detalhe, em alguns processos, é um diferencial importante, como no caso de equipamentos de medição em massa e aferição de produtos acabados. A possibilidade de geração de relatórios locais e a totalização desses resultados já formatados para análises posteriores acabam flexibilizando a solução de automação em células de aferição de produtos.
     Já nas aplicações lógicas e sequenciais, o CLP se destaca pela velocidade de resposta, pela facilidade de implementação de projetos e por sua robustez. Mesmo com todas as características apresentadas sobre computadores industriais, ainda assim os CLPs superam os computadores industriais no que se refere à velocidade de programação e à tolerância a ruídos externos nos canais de comunicação e na entrada de dados, além de suas interfaces já estarem dimensionadas para os diversos padrões elétricos industriais utilizados.
     O tempo reduzido de manutenção e substituição de interfaces dos CLPs também é um ponto muito forte na utilização dessa tecnologia em processos e controles industriais, o que motiva os projetistas a adotá-los. No entanto, ainda resta um papel muito importante do computador na indústria: o monitoramento do processo. Exercendo a função de interface homem-máquina no monitoramento e interação com os processos industriais, o computador tem ganhado espaço importante nessa aplicação. 

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Eletromagnetismo teoria dos domínios

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Comandos elétricos e eletropneumáticos com CLP

     A eletropneumática engloba o controle e a detecção dos movimentos realizados por válvulas de comando e atuadores pneumáticos por meio de dispositivos e sensores elétricos. As lógicas de acionamento utilizadas em comandos elétricos também são empregadas para o acionamento de solenoides, que, por sua vez, servem como pilotos em válvulas eletropneumáticas, assim como os sensores de fim de curso detectam o movimento dos atuadores. Entre os dispositivos e sensores elétricos, pode-se destacar o uso de controladores eletrônicos “inteligentes” (CLPs e computadores).
     Para que o CLP possa interagir com sistemas de comandos eletropneumáticos, é necessário realizar uma simples adequação das grandezas manipuladas no painel elétrico com os padrões utilizados em suas interfaces. As botoeiras e chaves usadas em painéis de comandos elétricos convencionais continuam servindo a necessidade das entradas digitais do CLP, assim como os contatores continuam servindo como atuadores no acionamento de motores e carga de maior potência, uma vez que o CLP não tem por função o “chaveamento” de cargas de potência diretamente em suas interfaces.
     Já para a substituição da lógica em sistemas pneumáticos, é necessária a adequação dos elementos utilizados nesse sistema. Para o acionamento dos atuadores, o CLP assume o controle das válvulas eletropneumáticas, fazendo com que os solenoides executem o acionamento mecânico dos pilotos dos mais diversos tipos de válvulas, independentemente do número de vias e mecanismos de retorno.
     Desse modo, a corrente elétrica que o CLP pode chavear é utilizada no acionamento das válvulas eletropneumáticas, que, por sua vez, podem controlar oavanço e o retorno de atuadores pneumáticos. Já a detecção dos movimentos dos atuadores, se realmente ocorreram ou não, é possibilitada por chaves chamadas sensores de fim de curso. O acionamento das chaves fim de curso é mecânico e possibilita a passagem de corrente elétrica por seus terminais quando o movimento esperado é executado.
     Outra forma muito comum de detectar se o acionamento dos atuadores foi executado é por meio de sensores magnéticos instalados em posições estratégicas no corpo do cilindro. O êmbolo do cilindro possui características magnéticas que acionam pequenas microchaves magnéticas instaladas em suas extremidades.
     Na figura abaixo, podem-se observar detalhes de um atuador pneumático. 

     Comandos eletropneumáticos são dispositivos que utilizam energia elétrica para acionar dispositivos pneumáticos, assim como para detectar eletricamente o posicionamento de seus elementos controlados. A figura 2 exemplifica uma simples automação em comando eletropneumático. 

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Atuadores

     Os atuadores pneumáticos são os dispositivos que realizam o trabalho quando recebem a energia do ar comprimido por meio das válvulas de distribuição e controle. Em sua grande maioria, são cilindros ou atuadores pneumáticos que propiciam o deslocamento de um eixo de acordo com suas características de construção interna. São basicamente classificados como atuadores de simples ação e atuadores de dupla ação.
     A figura 1 ilustra o atuador de simples ação. Apesar de ser compressível, quando o ar comprimido enche uma das câmaras do cilindro, passa a exercer força na parede do êmbolo que isola uma câmara da outra. Dessa maneira, a força contrária que a mola exerce é vencida e ocorre o deslocamento axial de acordo com o modelo do cilindro. Esse avanço é representado pelas situações A e B da figura 1.
     Ao ser acionado, o eixo permanecerá avançado enquanto a pressão interna da câmara for superior à pressão atmosférica, mais a força que a mola exerce no sentido  contrário. Assim, uma vez interrompido o fluxo de ar, a pressão em ambos os lados passa a ser a mesma. A mola devidamente instalada faz sua função, ou seja, garantir que o eixo do cilindro recue, até que seja novamente requisitado seu avanço com uma nova “injeção” de ar comprimido. Esse recuo é representado pelas situações C e D da figura 1.

     O atuador de dupla ação possui avanço igual ao atuador de simples ação, porém, não utiliza mola interna. Depois de se movimentar, o eixo desse atuador permanecerá na mesma posição e imóvel, até que receba uma força mecânica externa ou que a câmara oposta receba ar comprimido. O esquema de funcionamento é apresentado na figura 2.

 

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