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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS Instituto Politécnico da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Engenharia Elétrica Hiago Adriano O. Santana Kelvin Vinicius S. Nunes Luiz Felipe Souza Morais Chaves e métodos de partidas de motores de indução trifásicos rotor em gaiola Belo Horizonte 2024 Hiago Adriano O. Santana Kelvin Vinicius S. Nunes Luiz Felipe Souza Morais Chaves e métodos de partidas de motores de indução trifásicos rotor em gaiola Relatório das práticas desenvolvidas acerca da partida de motores de indução trifásicos e os seus diferentes comportamentos a partir da aplicação de diferentes métodos. Prof. Marcio Jose da Silva Belo Horizonte 2024 Lista de tabelas Tabela 1 - Dados da partida direta. ......................................................................................................... 5 Tabela 2 - Dados da partida compensada por chave estrela-triângulo. ................................................... 6 Tabela 3 - Relação das grandezas nas 2 partidas. .................................................................................... 6 Tabela 4 - Dados da partida com a softstarter. ........................................................................................ 7 Tabela 5 - Comparação dos dados da softstarter e partida direta. ........................................................... 7 Lista de figuras Figura 1 - Forma de onda da corrente e da tensão para partida direta. .................................................... 5 Figura 2 - Forma de onda na partida com chave estrela-triângulo. ......................................................... 6 Figura 3 - Curva de partida com softstarter. ............................................................................................ 7 SUMÁRIO INTRODUÇÃO ........................................................................................................................ 5 DESENVOLVIMENTO ........................................................................................................... 5 CONCLUSÃO ........................................................................................................................... 8 5 INTRODUÇÃO A partida de motores elétricos representa um momento crítico na operação dessas máquinas, tanto para elas quanto para o sistema elétrico de potência. Compreender o comportamento dessas máquinas é essencial para mitigar os efeitos de seu acionamento, garantir um funcionamento uniforme, preservar a integridade da máquina e reduzir os impactos no sistema elétrico. DESENVOLVIMENTO Para compreender o funcionamento e o comportamento das máquinas, vamos acioná-las e observar as variações na corrente e na tensão. Para determinar o melhor método de partida, é necessário analisar o que acontece quando a máquina é acionada a plena tensão, conhecida como partida direta. A partida direta consiste em conectar os terminais do motor diretamente à rede elétrica na configuração em que ele operará em regime, ou seja, em triângulo. A tabela abaixo mostra as grandezas mensuradas para este tipo de acionamento. Tensão Corrente de partida na linha IP Corrente de linha em regime IN Tempo de aceleração 𝐼𝑃 𝐼𝑁 Valor rms VL Valor rms IP Valor rms IN ta Valor em P.U 222V 62 A 6 A 67 ms 10,3 Tabela 1 - Dados da partida direta. Figura 1 - Forma de onda da corrente e da tensão para partida direta. Para atenuar os efeitos da corrente de partida, utilizaremos a partida com chave estrela- triângulo. Inicialmente, o motor será alimentado na configuração estrela, onde a corrente de partida 6 é reduzida. Após o tempo necessário para a partida, a conexão do motor com a rede será alterada para a configuração em triângulo. A tabela abaixo mostra as grandezas mensuradas para este tipo de acionamento. Tensão Corrente de partida na linha IP Corrente de linha em regime IN Tempo de aceleração Valor rms VL Valor rms IP Valor rms IN ta 128 V 20 A 5 A 560 ms Tabela 2 - Dados da partida compensada por chave estrela-triângulo. 𝐼𝑃(𝑌) 𝐼𝑃 𝑉𝐹 𝑉𝐿 Tempo de aceleração tA 𝑡𝑎 (𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑑𝑎 𝑒𝑠𝑡. −𝑡𝑟𝑖. ) 𝑡𝑎(𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑖𝑟𝑒𝑡𝑎) Valor em P.U Valor em P.U Valor em P.U 3,05 0,571 8,344 Tabela 3 - Relação das grandezas nas 2 partidas. Figura 2 - Forma de onda na partida com chave estrela-triângulo. Podemos observar uma descontinuidade devido ao chaveamento na troca da configuração de estrela para triângulo. Também podemos acionar um motor a partir de uma chave sofstarter, que realiza o controle de diversas grandezas na máquina, como tensão, frequência, torque e corrente. Para a nossa análise, foi escolhida a partida com controle de tensão em rampa e limite de corrente. 7 A tabela abaixo mostra as grandezas mensuradas para este tipo de acionamento. Tensão Corrente Tempo de aceleração Valor da tensão nominal de linha VL Valor rms VR Corrente inicial eficaz IP.RT Corrente máx. na aceleração eficaz IPmax,RT - 220 V 140,4 V 5,16 A 17,54 A 3 s Tabela 4 - Dados da partida com a softstarter. 𝑉𝑅 𝑉𝐿 𝐼𝑃,𝑅𝑇 𝐼𝑃 𝐼𝑃𝑚𝑎𝑥,𝑅𝑇 𝐼𝑃 𝑡𝑎,𝑅𝑇 𝑡𝑎(𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑑𝑎 𝑑𝑖𝑟𝑒𝑡𝑎) 0,638 0,0825 0,280 44,464 Tabela 5 - Comparação dos dados da softstarter e partida direta. Figura 3 - Curva de partida com softstarter. Podemos observar o controle de corrente de partida, assim como na utilização da chave estrela-triângulo, mas que não apresenta nenhuma descontinuidade. 8 CONCLUSÃO Podemos observar que os diversos tipos de partida apresentam resultados operacionais distintos. Analisando o tempo de partida, concluímos que a partida direta é a mais vantajosa nesse aspecto, com o menor tempo de aceleração de 67,5 ms, seguida pela chave estrela-triângulo com 563 ms. O controle com softstarter, por ser focado em outra grandeza da máquina, apresenta um tempo significativamente maior, de 3 segundos. Comparando as partidas direta e estrela-triângulo (figuras 1 e 2) com a partida com softstarter (figura 3), observamos uma diferença nas formas de onda de tensão e corrente. A tensão na partida direta e na chave estrela-triângulo tem um comportamento similar a um degrau, com o valor saltando de 0 para o valor nominal quase instantaneamente. A forma de onda da corrente acompanha a da tensão, apresentando um salto em seu valor durante a partida. A diferença entre esses dois métodos está na interrupção presente na partida com chave estrela-triângulo, devido à troca da configuração de estrela para triângulo, causando uma descontinuidade nas formas de tensão e corrente. Na softstarter, há um controle mais refinado da forma de onda da tensão, resultando em uma forma de corrente diferente das partidas direta e estrela-triângulo. Como a forma de tensão nessa partida é em rampa, o aumento da corrente e da tensão é gradual, ajudando a mitigar picos de partida e intervalos transitórios. Os valores de regime são idênticos para todos os métodos, pois em regime, todos utilizam a ligação direta para a alimentação do motor.