MAPA - ELETROTÉCNICA E ELETRÔNICA - 53 2023

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MAPA – Eletrotécnica e Eletrônica
	Acadêmico:
	R.A.
	Curso:
	 Disciplina: 
Determine para a configuração com a chave estrela-triângulo, qual a corrente máxima (corrente de pico) de partida para este motor.
	
Corrente nominal = 60,8 A
Corrente máxima (corrente de pico):
A corrente de partida é de 3 a 9 vezes o valor da corrente nominal do motor
Ness exemplo, a corrente de partida é 6 vezes a corrente nominal do motor, então:
Dados:
Chave de partida direta = estrela triângulo 
Corrente de partida = 6 In
Portanto, a corrente máxima de partida para esse motor, acionado com a chave de partida estrela-triângulo, é de 364,8 A.
Defina em que momento ocorre o pico de corrente na chave do tipo estrela-triângulo e o porquê deste efeito.
	O pico de corrente ocorre na chave de partida do tipo estrela-triângulo durante a transição do motor elétrico do modo de partida (configuração estrela) para o modo de funcionamento normal (configuração triângulo). Esse pico de corrente acontece no momento em que a chave é comutada da conexão em estrela para a conexão em triângulo.
A explicação para esse fenômeno está relacionada ao processo de partida utilizando a configuração estrela-triângulo, no qual o motor é inicialmente ligado em modo estrela durante o início. Na configuração estrela, cada fase do motor está ligada em série com um resistor, resultando em uma diminuição da voltagem aplicada aos enrolamentos e, consequentemente, em uma corrente menor durante o início. Isso permite que o motor comece a girar com uma corrente mais reduzida.
No entanto, quando a chave é alterada para a configuração triângulo, os enrolamentos são conectados em paralelo, reduzindo a impedância do circuito e aumentando a voltagem eficaz em cada enrolamento. Como resultado, a corrente do motor aumenta substancialmente para atender às necessidades de torque em velocidades mais altas.
O pico de corrente acontece durante o momento da mudança de configuração, pois o motor está transitando de uma configuração onde a corrente estava limitada (estrela) para uma configuração que requer uma corrente maior (triângulo) para manter o torque necessário para acelerar o motor. Essa alteração abrupta na impedância e voltagem resulta em um aumento temporário na corrente, conhecido como pico de corrente.
Esse pico de corrente pode ser um problema em sistemas com restrições de corrente, como redes elétricas com capacidade limitada ou dispositivos de proteção sensíveis. Portanto, técnicas como o uso de inversores de frequência ou outras estratégias de partida suave são frequentemente empregadas para minimizar esse pico de corrente e tornar o início do motor mais suave.
Onde I e C são, respectivamente, a corrente e o conjugado em triângulo, e IY e CY são, respectivamente, a corrente e o conjugado em estrela. Observe que a corrente em estrela é muito menor do que a corrente em triângulo, e que no tempo t1 ocorre a comutação de estrela para triângulo, onde há um pico de corrente (IY).
Quais seriam os benefícios em termos de:
Corrente de partida
	Eficiência Energética: A partida suave e controlada do inversor de frequência não apenas protege o motor, mas também otimiza o consumo de energia. Ao reduzir a corrente de partida, você evita desperdício de energia, já que não está exigindo uma corrente excessiva do sistema elétrico no momento da partida.
Redução Significativa da Corrente de Partida: Um dos principais benefícios do uso de um inversor de frequência é a capacidade de controlar a velocidade de partida do motor. Isso permite que o motor seja acionado a baixa velocidade e gradualmente acelerado. Como resultado, a corrente de partida é consideravelmente reduzida em comparação com o método estrela-triângulo. Isso é crucial para evitar picos de corrente e limitar o estresse no motor e nos componentes elétricos.
Proteção do Sistema Elétrico e Mecânico: A corrente de partida reduzida contribui para uma operação mais suave e protege o motor contra estresse excessivo. Isso resulta em menos desgaste mecânico e elétrico durante a partida, prolongando a vida útil do motor e dos componentes. Além disso, a partida suave evita impactos mecânicos que podem ocorrer quando a corrente de partida é alta.
Estabilidade da Rede Elétrica: A corrente de partida reduzida em sistemas com inversores de frequência ajuda a manter a estabilidade da rede elétrica. Isso ocorre porque a corrente de partida controlada resulta em menos flutuações e picos de corrente na rede. Isso minimiza os efeitos indesejados em outros equipamentos conectados à mesma rede.
Ajuste à Carga Variável: Em sistemas convencionais, o método estrela-triângulo oferece um único nível de corrente de partida, independentemente da carga. Com um inversor de frequência, você pode ajustar a corrente de partida de acordo com a carga real do motor e os requisitos de torque. Isso é especialmente útil em aplicações onde a carga varia frequentemente.
Menos Impacto nos Componentes de Proteção: A redução da corrente de partida resulta em menos impacto nos disjuntores e fusíveis durante a partida. Isso contribui para a vida útil mais longa desses componentes de proteção e reduz a necessidade de manutenção e substituições frequentes.
Tempo de partida
	Menos Estresse no Motor: A partida estrela-triângulo pode causar picos de corrente e tensão durante a transição entre as configurações. Com um inversor de frequência, a partida é suave e controlada, reduzindo o estresse mecânico e elétrico no motor. Isso ajuda a prolongar a vida útil do motor e dos componentes, contribuindo para uma operação mais confiável.
Adaptação a Diferentes Cargas: Os inversores de frequência permitem ajustar o tempo de partida com base na carga real do motor. Isso é particularmente útil em sistemas onde a carga varia. Em vez de ter um tempo de partida fixo, você pode adaptar o tempo para garantir uma partida eficaz, independentemente da carga.
Partida Personalizada: Os inversores de frequência permitem ajustar a rampa de aceleração de acordo com as necessidades específicas da aplicação. Isso significa que você pode adaptar o tempo de partida com base na carga do motor e nas características do processo. Isso é especialmente benéfico quando diferentes cargas exigem diferentes tempos de partida.
Controle Preciso: Com um inversor de frequência, você tem controle total sobre o tempo de partida. Isso é crucial em processos que requerem uma sequência específica de eventos ou tempos precisos de início e parada. Você pode programar o inversor para garantir que o motor atinja a velocidade desejada dentro de um intervalo de tempo específico.
Partida Rápida: Com um inversor de frequência, é possível controlar a rampa de aceleração do motor. Isso significa que você pode ajustar o tempo que o motor leva para atingir a velocidade nominal. Comparado ao método estrela-triângulo, onde o motor precisa ser acelerado gradualmente, o inversor de frequência permite uma partida mais rápida. Isso é particularmente útil em situações em que é necessário alcançar a velocidade nominal o mais rápido possível.
Tensão aplicada no motor
	Partida Suave e Controlada: O inversor de frequência permite programar a rampa de aceleração, garantindo uma partida suave e controlada. Isso é crucial para proteger o motor contra choques elétricos e mecânicos que podem ocorrer quando a tensão é aplicada abruptamente, como acontece na partida estrela-triângulo. A partida suave ajuda a prolongar a vida útil do motor e dos componentes elétricos.
Adaptação à Carga e ao Processo: Com um inversor de frequência, você pode ajustar a tensão de partida de acordo com as necessidades específicas da aplicação e da carga do motor. Isso é particularmente útil quando a carga varia ou quando você precisa adaptar a partida a diferentes processos. A capacidade de ajustar a tensão inicial ajuda a otimizar o desempenho do motor em várias condições de operação.
Tensão Controlada na Partida: Com o método estrela-triângulo, a tensão aplicada ao motor durante a partida pode ser bastante alta, o que poderesultar em picos de corrente e desgaste do motor. Ao usar um inversor de frequência, a tensão é controlada e ajustada gradualmente. Isso evita tensões excessivas que podem ocorrer com a partida direta ou estrela-triângulo, proporcionando uma partida mais suave e reduzindo a probabilidade de estresse mecânico e elétrico no motor.
Menor Impacto na Rede Elétrica: O método estrela-triângulo pode causar picos de corrente e flutuações de tensão na rede elétrica devido à alta corrente de partida. O uso de um inversor de frequência contribui para um impacto reduzido na rede elétrica, pois a corrente de partida é controlada e suavizada. Isso ajuda a melhorar a qualidade de energia da rede e a estabilidade operacional.
Proteção de Componentes Elétricos: Tensões excessivas durante a partida podem causar desgaste prematuro em componentes elétricos, como contatos e isolamentos. O uso de um inversor de frequência minimiza esses riscos, contribuindo para a vida útil prolongada dos componentes e para a confiabilidade do sistema.
Se o motor da questão estiver sendo acionado por inversor de frequência, quando a rotação do motor for de 1200 rpm, qual é o valor do escorregamento? Demonstre qual a influência do uso de inversores de frequência com a eficiência energética utilizando como exemplo esta questão.
	Escorregamento:
Calculando a velocidade síncrona Ns:
Número de polos = 2
Frequência = 60 Hz
 = Velocidade nominal = 1200 rpm
Calculando o escorregamento
Então, o valor do escorregamento é aproximadamente 66.67%. Isso significa que o motor está operando com um escorregamento de 66.67% quando sua rotação é de 1200 rpm sob acionamento por inversor de frequência.
No exemplo dado, temos um motor elétrico de indução trifásico acionado por uma chave de partida estrela-triângulo. 
Analisando o Método de Partida Estrela-Triângulo:
Nesse método, o motor é inicialmente acionado com uma configuração de estrela para reduzir a tensão aplicada durante a partida. Após um certo período de tempo, a configuração é alterada para triângulo, aplicando a tensão nominal ao motor. Isso ajuda a reduzir a corrente de partida, mas ainda pode resultar em picos de corrente e estresse no motor.
Menos Perdas de Energia: Nos métodos tradicionais de inicialização, as perdas de energia devido à corrente de partida elevada podem ser consideráveis. No caso de um inversor de frequência, a corrente de partida reduzida resulta em menores perdas energéticas no momento da partida. Além disso, a capacidade de adaptar a velocidade do motor de acordo com a demanda assegura uma utilização mais eficaz da energia.
Partida Suave e Menos Desgaste: A inicialização suave proporcionada pelo inversor de frequência minimiza o desgaste mecânico e elétrico no motor. Isso implica que o motor opera com maior eficiência ao longo do tempo, demandando menos manutenção e prolongando sua vida útil.
Analisando o uso de Inversor de Frequência:
Com um inversor de frequência, a partida é suave e controlada. A frequência e a tensão são aumentadas gradualmente, permitindo que o motor seja acelerado de forma controlada. Isso resulta em uma corrente de partida significativamente reduzida e evita picos de corrente. Além disso, a velocidade do motor pode ser ajustada de acordo com a carga, economizando energia quando a carga é menor.
Eficiência energética
Redução da Corrente de Início: A técnica estrela-triângulo, em comparação com a partida direta, de fato diminui a corrente de início, porém ainda pode ocasionar picos de corrente. Contrapostamente, o inversor de frequência oferece uma partida extremamente suave, reduzindo ao mínimo o estresse sobre as bobinas do motor e diminuindo a probabilidade de danos elétricos.
Aprimoramento na Qualidade da Energia: A utilização do inversor de frequência contribui para melhorar a qualidade da energia na rede elétrica, reduzindo oscilações na tensão e corrente. Isso, por sua vez, resulta em uma operação mais estável e confiável de outros equipamentos conectados à mesma rede.
Ao substituir o método de partida estrela-triângulo pelo uso de um inversor de frequência, a eficiência energética é aprimorada de diversas maneiras, incluindo a diminuição da corrente de partida, a minimização das perdas energéticas e o funcionamento do motor de maneira suave e controlada. O resultado é uma utilização mais eficaz da eletricidade, economia de despesas e um menor impacto ambiental.
Referência:
GENTILIN, F. A. Eletrotécnica e Eletrônica. Maringá UniCesumar, 2019.