Ficha 02 · Variadores, corrente contínua, terra e proteções, substituição, medições e diagnóstico

Exercício 1 · Variador num tapete de rolos

Um tapete de rolos tem rolos de 0,20 m de diâmetro, acionados por um motor de 4 polos, 1450 rpm a 50 Hz, através de um redutor 1:15. Pretende-se uma velocidade de 0,8 m/s, com um variador em V/f constante (400 V / 50 Hz) e rampa de aceleração de 8 s de 0 a 50 Hz.

a) Calcula a velocidade do rolo e a do motor. b) Calcula a frequência de saída do variador e a tensão correspondente. c) Quanto tempo leva a atingir essa frequência? d) Que velocidade teria o tapete a 50 Hz?

Exercício 2 · Variador monofásico para um motor de 4 kW

Um motor de 4 kW, 230/400 V Δ/Y, 14,6 / 8,4 A, 1430 rpm, 50 Hz vai ser alimentado por um variador com entrada monofásica de 230 V e saída trifásica de 230 V.

a) Em que ligação se faz a placa de terminais? Porquê? b) Que dados da placa se introduzem no variador? c) Qual deve ser, no mínimo, a corrente de saída do variador? d) Ordena os passos da colocação em serviço: (1) autotuning; (2) verificar cablagem sem tensão; (3) subir a frequência e medir a corrente; (4) introduzir os dados da placa; (5) definir rampas e limites; (6) teste a baixa frequência e verificar o sentido; (7) guardar os parâmetros; (8) definir a origem do comando e da referência.

Exercício 3 · Erros numa instalação com variador

Uma instalação nova com um variador de entrada trifásica (400 V) apresenta os seguintes pontos: (1) o motor, a 50 m do variador, é alimentado por um cabo de 3 × 1,5 mm² (três fases, sem condutor de proteção) e sem blindagem, na mesma calha que o cabo de uma sonda de 4-20 mA; (2) existe um contactor entre o variador e o motor, que comuta em serviço; (3) a blindagem do cabo do motor está ligada ao PE do variador por um fio comprido e não está ligada do lado do motor; (4) o diferencial à cabeça do circuito é de 30 mA tipo AC e dispara a cada arranque; (5) o variador está num armário sem ventilação, a 50 °C.

Identifica o problema de cada ponto e a correção.

Exercício 4 · Motor de corrente contínua num acionamento de bobinagem

Um motor de corrente contínua de excitação independente tem 300 V no induzido, R_a = 0,8 Ω, I_a nominal = 25 A e 1800 rpm a plena carga.

a) Calcula a força contraeletromotriz em carga. b) Qual a corrente de arranque direto e quantas vezes é a nominal? c) Que resistência de arranque limita a corrente a 2 × I_n? d) Qual a velocidade com 150 V no induzido, com a mesma corrente e o fluxo constante? e) Que acontece se a excitação for interrompida com o motor em marcha? Como se previne? f) Como se inverte o sentido?

Exercício 5 · A terra que mudou no verão

Numa oficina com regime TT, um motor está protegido por um diferencial de 300 mA. Na instalação, a resistência de terra medida foi de 95 Ω. Depois de um verão muito seco, uma nova medição deu 240 Ω.

a) A instalação cumpria a condição de proteção na primeira medição? E na segunda? b) Que soluções existem para a segunda situação? c) Os condutores de fase de um circuito têm 35 mm². Qual a secção mínima habitual do condutor de proteção? E se tivessem 10 mm²? E 50 mm²?

Exercício 6 · Proteger e cablar uma bomba de 5,5 kW

Uma bomba é acionada por um motor de 5,5 kW, 400 V, η 0,88, cos φ 0,83, em arranque direto, a 40 m do quadro, regime TT.

a) Calcula a corrente nominal. b) Escolhe a gama do relé térmico e a sua regulação. c) Escolhe a proteção contra curto-circuitos (fusíveis aM ou gG) e explica a diferença. d) Considerando que a tabela do modo de instalação dá 21 A para 2,5 mm² (valor dado pelo enunciado; na prática consulta-se o quadro do regulamento para o modo de instalação) e se aplica um fator de agrupamento de 0,8, verifica se 2,5 mm² serve e calcula a queda de tensão (ρ = 0,0225 Ω·mm²/m).

Exercício 7 · O ventilador que dispara o térmico

Um motor de ventilador (placa: 5,5 kW, 400 V, 10,9 A, 1450 rpm) dispara o térmico ao fim de três minutos. Medições: tensões entre fases 398 V, 400 V e 399 V; correntes 12,1 A, 12,3 A e 12,0 A; velocidade 1415 rpm; carcaça muito quente e um ruído irregular junto ao lado do acoplamento.

a) Os desequilíbrios de tensão e de corrente são relevantes? b) Em que percentagem a corrente excede a nominal? c) Qual é o diagnóstico mais provável e que verificações propões? d) Antes de repor em serviço um segundo ventilador igual, que esteve parado vários meses numa nave húmida, mediu-se o isolamento com o megaohmímetro a 500 V: 0,45 MΩ. O diferencial nunca chegou a disparar, porque o motor ainda não foi ligado. Que decisão tomas?

Exercício 8 · Substituir o motor de um transportador com variador

Um motor de 7,5 kW de um transportador, alimentado por um variador de frequência, vai ser substituído por um motor novo da mesma placa.

a) Ordena os passos: (A) instalar, alinhar e ligar o motor novo, com a blindagem do cabo ligada nas duas extremidades; (B) seccionar, bloquear com cadeado pessoal e verificar a ausência de tensão; (C) retirar os cadeados, informar a produção e arrancar com vigilância; (D) documentar com fotografias e etiquetas; (E) preparar o trabalho e avaliar os riscos; (F) esperar o tempo de descarga do barramento do variador indicado pelo fabricante; (G) desligar, libertar e içar o motor antigo; (H) medir o isolamento do motor novo, com o cabo desligado do variador; (I) confirmar no variador os dados da placa do motor novo e repetir o autotuning; (J) ensaiar o sentido de rotação a baixa frequência, com o motor desacoplado; (K) acoplar, subir a frequência medindo a corrente e registar. b) Que EPI usas e que regras segues? c) Para ganhar tempo, um colega propõe medir o isolamento do motor novo com o cabo ainda ligado ao variador. O que está errado? d) Qual o destino do motor antigo, do óleo e dos panos sujos?

Exercício 9 · O descarregador que não protege

Um variador suporta impulsos de 2,0 kV. Num quadro, protege-se com um descarregador de sobretensões (DST) de nível de proteção U_p = 1,2 kV. Considera uma corrente de descarga de 10 kA com frente de subida de 8 µs e, para o raciocínio, 1 µH por metro de cabo de ligação (dado do enunciado).

a) Que di/dt corresponde à descarga e que queda de tensão provoca cada metro de cabo de ligação? b) Com 0,5 m de cabo de ligação no total, qual é a tensão que chega ao variador? Fica protegido? c) Qual é o comprimento máximo da ligação para o variador ficar protegido? d) Que medidas tomas para corrigir uma instalação com 2 m de cabo? e) Para a bobine de 24 V CC de um relé, propõe um supressor e indica o inconveniente que traz.