Guia de Aplicação de Soft-Starters WEG - 2ª Edição

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GUIA DE
APLICAÇÃO DE
SOFT-STARTERS
GUIA DE
APLICAÇÃO DE
SOFT-STARTERS
WEG AUTOMAÇÃO
www.weg.com.br
2ª EDIÇÃO
AUTORIA
AUTORIA
AUTORIA
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AUTORIA:
“Este ‘Guia de Soft-Starter’ foi
escrito pelo Tecnólogo Rogério Ferraz, a
quem coube a coordenação do trabalho e
a criação dos capítulos 1, 4, 5, 6, 7, 8 e
anexo II, e pelo Engº. Enivaldo C. do
Nascimento que atuou na criação do
capítulo 4.
Os capítulos 2 e 3 e os anexos I e
III foram revisados pelos autores a partir
do Guia do Inversores de Freqüência da
Weg.”
1.1 Métodos de partida de motores ______________ 12
1.2 Métodos tradicionais de partida de motores ____ 12
1.2.1 Partida de motores com embreagens ____ 13
1.2.2 Transmissão hidráulica ________________ 13
1.2.3 Acoplamento hidrálico ________________ 13
1.2.4 Motor de anéis _______________________ 15
1.2.5 Inversor de Freqüência como um
método de partida____________________ 16
2.1 Princípíos básicos de funcionamento __________ 21
2.2 Análise de funcionamento ___________________ 26
2.3 Curvas características de motor de indução ____ 28
2.3.1 Torque x Velocidade ___________________ 28
2.3.2 Corrente x Velocidade _________________ 29
2.4 Potência e perdas __________________________ 29
2.5 Características de temperatura - classes de
isolamento térmico _________________________ 30
2.6 Tempo de rotor bloqueado ___________________ 31
3.1 Categorias de partida _______________________ 35
3.2 Formas de partida__________________________ 36
. Partida direta ____________________________ 36
. Partida estrela-triângulo ___________________ 37
. Partida eletrônica (soft-starter)______________ 38
. Partida série-paralelo ______________________ 39
. Partida compensadora _____________________ 41
3.3 Frenagem _________________________________ 43
3.3.1 Frenagem por contra-corrente __________ 43
3.3.2 Frenagem por injeção de corrente
contínua (CC) ________________________ 44
3.4 Vantagens e desvantagens dos métodos de
partida ___________________________________ 45
. Partida direta ____________________________ 45
. Estrela-triângulo __________________________ 46
. Soft-starter ______________________________ 46
. Partida série-paralelo ______________________ 46
. Partida compensadora _____________________ 47
3.5 NBR-5410 referente a partida com corrente
reduzida __________________________________ 48
4.1 Introdução________________________________ 53
4.1.1 Semicondutores e componentes
eletrônicos __________________________ 53
4.1.2 A característica mais marcante dos
tiristores ____________________________ 54
4.1.3 Introdução às válvulas de descarga
a gás _______________________________ 54
ÍNDICEÍNDICE
1
INTRODUÇÃO
2
COMO FUNCIONA UM
MOTOR DE INDUÇÃO?
3
MÉTODOS DE COMANDO
DE UM MOTOR DE
INDUÇÃO
2ª EDIÇÃO
4
SOFT-STARTER
5
PARÂMETROS DA
SOFT-STARTER
4.1.4 Thyratron ____________________________ 56
4.1.5 SCR (Silicon Controlled Rectifier) ________57
4.1.6 Entendendo o disparo do SCR ___________59
4.2 Princípio de funcionamento da Soft-Starter _____65
. Circuito de potência ________________________ 66
. Circuito de controle ________________________ 68
4.3 Principais características _____________________68
4.3.1 Principais funções _____________________69
. Rampa de tensão na aceleração ________69
. Rampa de tensão na desaceleração _____70
. Kick Start ___________________________71
. Limitação de corrente _________________72
. Pump control ________________________ 73
. Economia de energia _________________74
4.3.2 Proteções ____________________________ 75
4.3.3 Acionamentos típicos __________________ 75
. Básico / Convencional_________________76
. Inversão de sentido de giro ____________77
. Frenagem por injeção de CC ___________78
. By-pass _____________________________79
. Multimotores / Cascata ________________80
5.1 Parâmetros de leitura ________________________ 84
5.2 Parâmetros de regulação _____________________86
5.3 Parâmetros de configuração __________________ 94
5.4 Parâmetros do motor ______________________ 102
5.5 Erros e possíveis causas ____________________ 105
6.1 Introdução _______________________________ 111
6.1.1 Definições__________________________ 111
6.1.2 Relações básicas ____________________ 112
6.2 Interação entre processo, máquina, motor e
acionamento _____________________________ 116
6.2.1 A importância do processo/máquina ___ 116
6.2.2 Aplicação de acionamentos elétricos -
problemas típicos ___________________ 118
6.3 O que a carga requer ______________________ 119
6.3.1 Tipos de cargas _____________________ 119
6.3.2 O pico da carga _____________________ 121
6.3.3 Estimando cargas ___________________ 122
6.4 Seleção de acionamentos (motor/Soft-Starter) _ 123
6.4.1 Categorias AC53a e AC53b ____________ 123
6.4.2 Capacidade térmica da Soft-Starter ____ 124
6.4.3 Corrente RMS num ciclo (IRMS) _________ 125
6.4.4 Casos especiais _____________________ 129
. Efeito da temperatura ambiente ______ 129
. Efeito da altitude___________________ 130
6.4.5 Tempo de rotor bloqueado do motor ____ 131
6.4.6 Tempo de aceleração_________________ 132
6.5 Afundamento de tensão ou queda de tensão
momentânea (Voltage Sag / Voltage Dip) _____ 141
6.5.1 Conseqüências de uma queda de tensão
momentânea _______________________ 145
6.5.2 Comentários sobre soluções contra
queda de tensão momentânea_________ 146
6
DIMENSIONAMENTO DO
CONJUNTO MOTOR +
SOFT-STARTER
7
INSTALAÇÃO DA
SOFT-STARTER
8
LINHAS DE
SOFT-STARTER WEG
6.5.3 Capacidade relativa da rede de
alimentação ________________________ 148
6.5.4 Comentários sobre a queda de tensão e
a influência na partida do motor _______ 158
6.6 Aplicações típicas _________________________ 160
6.6.1 Máquinas com partidas leves__________ 161
6.6.2 Máquinas com partidas severas _______ 165
6.7 Regras práticas de dimensionamento ________ 173
7.1 Introdução_______________________________ 179
7.2 Ligação padrão, entre a rede e o motor _______ 180
7.2.1 Chave seccionadora _________________ 181
7.2.2 Fusíveis ou disjuntor _________________ 181
7.2.3 Contator ___________________________ 181
7.2.4 Fiações de controle e interface
Homem-Máquina (IHM) ______________ 181
7.2.5 Correção de fator de potência _________ 182
7.2.6 Aterramento ________________________ 182
7.3 Ligação dentro do delta do motor ___________ 183
7.3.1 Introdução _________________________ 183
7.3.2 Exemplo de ligação com SSW-03 Plus
dentro da ligação delta do motor ______ 185
7.3.3 Ligação de terminais de motores com
tensões múltiplas ____________________ 188
7.3.4 Possibilidades de ligação da SSW-03 Plus
em função do fechamento do motor ____ 191
7.4 SSW-05 (Micro Soft-Starter) ________________ 193
7.5 Ligação da SMV-01 (Soft-Starter para Média
Tensão) __________________________________ 196
8.1 Introdução_______________________________ 199
8.2 SSW-03 e SSW-04 _________________________ 199
. Benefícios ______________________________ 200
. Principais aplicações _____________________ 200
. Interface Homem-Máquina ________________ 201
. Tipo de ligação (Soft-Starter ––> motor) ____ 202
. Acionamentos típicos_____________________ 203
. Acessórios e periféricos ___________________ 204
. Funções principais _______________________ 206
. Dimensões e pesos _______________________ 207
. Tabela de especificação SSW-04 ____________ 208
. Tabela de especificação SSW-03 Plus ________ 209
. Especificação SSW-04 ____________________ 209
. Características técnicas SSW-03 e SSW-04 ___ 210
. Codificação _____________________________ 211
8.3 SSW-05 __________________________________ 212
. Benefícios ______________________________ 212
. Algumas aplicações ______________________ 213
. Esquema de ligação ______________________ 213
. Interface Homem-Máquina________________ 214
. Tabela de especificação SSW-05 ____________ 216
. Dimensões ______________________________ 217
. Características técnicas da SSW-05
. Codificação - exemplo de utilização ________ 218
ANEXO 3
CHECK-LIST PARA DETA-
LHAMENTO DA APLICAÇÃO
- SOFT-STARTER
8.4 SSW-06 __________________________________ 219
. Benefícios ______________________________ 219
. Principais aplicações _____________________ 220
. Interface Homem-máquina ________________ 221
. Interface inteligente ______________________ 221
. Idioma selecionável ______________________ 221
. Função “Copy” __________________________ 222
. Funções do teclado ______________________ 223
. Tipos de ligação _________________________ 224
. Funções principais _______________________ 225
. Acessórios e periféricos ___________________ 226
. Dimensões e peso ________________________ 227
. Tabela de especificação SSW-06 ____________ 228
. Características técnicas ___________________ 229
. Codificação _____________________________ 230
8.5 SMV-01 _________________________________ 231
. Características gerais _____________________ 232
. Modelos ________________________________ 233
. Características técnicas ___________________ 234
1. Momento de inércia de formas simples _______ 237
2. Teorema dos eixos paralelos ________________ 239
3. Momento de inércia de formas compostas ____ 240
4. Momento de inércia de corpos que se movem
linearmente ______________________________ 241
5. Transmissão mecânica _____________________ 241
6. Exemplos de cálculos de momento de inércia
de massa ________________________________ 242
6.1 Cálculo do momento de inércia de massa 242
6.2 Cálculo do momento de inércia total ___ 243
1. Introdução _______________________________ 247
2. Como acessar ____________________________ 248
3. Como usar _______________________________ 249
4. Limite de responsabilidade pelo uso do
software SDW ____________________________ 272
Soft-Starter
Folha de dados para dimensionamento ___________ 275
Referências Bibliográficas ______________________ 277
Comentários__________________________________ 279
ANEXO 1
CÁLCULO DO MOMENTO
DE INÉRCIA DE MASSA
ANEXO 2
SOFTWARE DE
DIMENSIONAMENTO
WEG - SDW
1
INTRODUÇÃO
1.1 Métodos de partida de motores
1.2 Métodos tradicionais de partida de
motores
1.2.1 Partida de motores com embreagens
1.2.2 Transmissão hidráulica
1.2.3 Acoplamento hidráulico
1.2.4 Motor de anéis
1.2.5 Inversor de Freqüência como um método de partida
11
INTRODUÇÃO1
É recorrente no desenvolvimento de nossa sociedade a
necessidade de acelerar, manter em movimento e
parar máquinas.
Seja através de tração animal, sejam monjolos, moinhos
de vento ou vapor, foram várias as soluções de que
nossos precursores lançaram mão para obter maior
conforto, maior segurança. e para atingir melhores
resultados em suas atividades.
Figura 1.1 - Moinho de Vento
O atual estado de desenvolvimento dos acionamentos
elétricos concentra o resultado de um longo período de
tentativas e descobertas, em diversas áreas do
conhecimento, para movimentar nossas máquinas cada
vez mais sofisticadas e exigentes.
A Soft-Starter hoje já é uma alternativa plenamente
consolidada para partidas e paradas de motores
trifásicos de indução. A evolução dos processos e
máquinas criou um ambiente propício ao acionamento
suave, controlado e com múltiplos recursos
disponibilizados pelo controle digital.
Indo além, há uma maior consciência de que nossos
recursos exigem conservação cuidadosa, o que faz da
Soft-Starter um equipamento em sintonia com o
cenário energético atual, colaborando para o uso
racional de nossas instalações.
Temos a satisfação de reconhecer que o Brasil está
muito bem representado nesta área por uma empresa
nacional cujo nome já é sinônimo de qualidade nos
cinco continentes, a Weg.
Estamos certos de que este guia será de grande valia
para os técnicos, engenheiros e empreendedores que,
12
INTRODUÇÃO1
conosco, trabalham para construir um futuro à altura
das potencialidades do nosso país. Já é possível ver este
futuro.
Conforme veremos no capítulo 2 (Funcionamento do
motor de indução), picos de corrente e torque são
intrínsecos à partida com plena tensão do motor
trifásico.
Na prática, muitas vezes deseja-se limitar o valor da
corrente que será drenada da rede de alimentação a
fim de evitar:
1) distúrbios na rede ou
2) aumento da demanda de energia elétrica.
No caso dos distúrbios na rede, o objetivo é reduzir a
queda de tensão (ou mesmo a sua interrupção). No
caso do aumento da demanda, deseja-se atender
limites definidos junto às concessionárias de energia
elétrica, uma vez que o não atendimento destes limites
é punido com a cobrança tarifas elevadas.
Embora, invariavelmente a redução da corrente seja
acompanhada de uma redução do torque no motor,
nem sempre esta redução de torque é tida como
prejudicial. Na verdade este é um dos aspectos que
precisam ser cuidadosamente ponderados a fim de
obter-se o melhor dimensionamento do conjunto motor
+ sistema de partida.
Podemos agrupar os métodos de partida de motores
trifásicos conforme segue:
1) Aqueles em que a tensão aplicada ao motor é a
tensão plena da rede (partida direta)
2) Aqueles em que a tensão aplicada ao motor é a
tensão plena, entretanto a ligação das bobinas do
motor leva a uma tensão menor em cada bobina
(chaves estrela- triângulo e série- paralela)
3) Aqueles em que a tensão aplicada ao motor é
efetivamente reduzida (chaves compensadoras e
Soft-Starter)
Os itens acima são abordados em maior profundidade
nos capítulos seguintes.
1.1 MÉTODOS DE
PARTIDA DE
MOTORES
1.2 MÉTODOS
TRADICIONAIS DE
PARTIDA DE
MOTORES
13
INTRODUÇÃO1
O objetivo básico que leva a utilização de embreagens
é permitir que durante a aceleração de motores
assíncronos a partida se dê praticamente a vazio e a
corrente de partida tenha uma duração mínima, com
vantagens para a rede de alimentação e para o motor.
Por outro lado o motor poderá atingir seu conjugado
máximo em processo momentâneo de desaceleração
(durante o acoplamento da embreagem), enquanto nos
outros métodos este conjugado máximo será atingido
em plena aceleração.
A necessidade de manutenção e maior complexidade
de montagem do conjunto mecânico são algumas das
restrições do uso de embreagens.
Em um sistema de transmissão hidráulica, a energia é
transferida empregando-se um fluído para controlar
um movimento linear ou um eixo de saída.
Há dois tipos principais de transmissão hidráulica:
1) hidrocinéticos (como acoplamentos hidráulicos),
que utilizam a energia cinética de um fluído
2) hidrostáticos, que utilizam a energia de pressão do
fluído.
O princípio de funcionamento do acoplamento
hidráulico pode ser explicado por analogia com um
sistema de bombeamento. Neste sistema uma bomba
centrífuga de óleo (“parte motora”) é acionada por um
motor elétrico. Uma turbina (“parte movida”), cujo eixo
aciona a máquina, é acionada através do óleo
movimentado pela bomba.
Tanto a “parte motora” quanto a “parte movida”
compartilham um mesmo invólucro, sem conexão
mecânica entre elas. A energia é transmitida pelo
fluído (óleo) entre as partes.
Desde o início do movimento do motor há uma
tendência de movimento da “parte movida“ (eixo que
aciona a máquina). Quando o conjugado transmitido ao
eixo que aciona a máquina se igualar ao conjugado
resistente inicia-se a aceleração da máquina.
1.2.1 Partida de motores
com embreagens
1.2.2 Transmissão
hidráulica
1.2.3 Acoplamento
Hidráulico
14
INTRODUÇÃO1
Este é um método de partida historicamente associado
a partida de cargas com inércia elevada, como moinhos
ou transportadores.
O gráfico a seguir ilustra a evolução do torque no eixo
de saída do acoplamento.
Figura 1.2 - O acoplamento hidráulico segue o princípio das máquinascentrífugas: o torque transmitido ao eixo de saída é proporcional ao
quadrado da velocidade
Fisicamente, instala-se o acoplamento hidráulico entre
o motor e a máquina
Figura 1.3 - Exemplo de acoplamento hidráulico com montagem por
polias
O acoplamento hidráulico necessita de manutenção
para checagem do nível e carga de óleo, o que pode se
tornar um procedimento mais ou menos difícil em
função da montagem (com polias, axial ao eixo do
motor, com redutores, etc).
15
INTRODUÇÃO1
Manutenção inadequada ou vazamento do óleo podem
causar danos no sistema.
Os motores de anéis caracterizam-se pela capacidade
de alteração das curvas de conjugado e corrente
através da inserção de resistências externas ao circuito
rotórico do motor.
Figura 1.4 - Exemplo de circuito de força de motor de anéis
1.2.4 Motor de Anéis
16
INTRODUÇÃO1
Esta alteração das curvas do motor tornaram o uso do
motor de anéis bastante conveniente para aceleração
de máquinas com alto conjugado resistente em baixas
rotações, como pode-se observar na figura abaixo.
Figura 1.5 - Partida com motor de anéis. A inserção dos devidos
resistores no circuito rotórico leva o torque máximo do motor ao instante
inicial de partida.
O motor de anéis também encontrou aplicação em
máquinas que necessitam de alguma variação de
velocidade e redução na corrente de partida.
Entretanto, o uso de Inversores de Freqüência tem
levado os motores de anéis a fazer parte apenas de
situações muito específicas.
Vale lembrar que o uso de Inversores para partidas de
cargas com alto conjugado de partida merece cuidado
particular de dimensionamento. Deve-se levar em
conta o ciclo de operação e a corrente solicitada com
Inversor no dimensionamento “térmico” do conjunto
motor + inversor.
Embora a principal função do Inversor de Freqüência
seja a variação de velocidade, não é possível deixar de
lado suas virtudes no que tange à aceleração e parada
de máquinas.
Em todos os métodos de partida, o que se procura são
maneiras de lidar com os “transitórios” de partida
1.2.5 Inversor de
Freqüência como um
Método de Partida
17
INTRODUÇÃO1
(elétricos e mecânicos), e, assim, alcançar com sucesso,
e com o mínimo de distúrbio, o funcionamento estável
do sistema.
Figura 1.6 - Curva torque versus rotação de um motor trifásico acionado
por Inversor Vetorial. Desde que provido de meio de ventilação
adequada, o motor trifásico acionado por Inversor de Freqüência pode
aplicar seu torque nominal mesmo em velocidades baixas durante
quanto tempo for necessário
Com o Inversor de Freqüência estes transitórios são
praticamente eliminados, ou, pelo menos, são bastante
reduzidos.
Por exemplo, em cargas com alta inércia, o torque e a
rampa de aceleração podem ser ajustados da maneira
que se consiga a aceleração mais suave possível. Isto
porque o Inversor de Freqüência “toma as rédeas” do
sistema desde os primeiros instantes da aceleração.
Quando se necessita de controle na desaceleração, com
ou sem frenagem, também através do Inversor
encontramos o maior número de alternativas: tanto
pode-se conseguir a parada e desaceleração suaves de
uma bomba, quanto torque de frenagem para a
descida de uma carga (ponte rolante, guindaste).
18
Figura 1.7 – Fundamental de uma fase na saída do inversor de
freqüência durante um processo de aceleração seguido de
desaceleração.
Com uma taxa de aumento de velocidade (rampa de aceleração)
adequada, aliada a novas tecnologias de controle vetorial como o
Vectrue, pode-se praticamente eliminar os transitórios de partida em
algumas aplicações.
Entretanto, convém frisar que cada máquina requer
seus devidos cuidados no dimensionamento do
Inversor e eventuais acessórios (resistor de frenagem,
tipo de retificador, etc).
Figura 1.8 - Inversores de Freqüência série CFW-09. A baixa exigência de
manutenção é um dos principais diferenciais dos Inversores de
Freqüência, assim como as Soft-Starters
INTRODUÇÃO1
2
COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO?
2.1 Princípios básicos de funcionamento
2.2 Análise de funcionamento
2.3 Curvas características do motor de
indução
2.3.1 Torque x Velocidade
2.3.2 Corrente x Velocidade
2.4 Potência e perdas
2.5 Características de temperatura - Classes
de isolamento térmico
2.6 Tempo de rotor bloqueado
21
COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO?2
Para compreender o funcionamento da Soft-Starter e
de um Inversor de Freqüência é de fundamental
importância entender primeiro como funciona um
motor de indução. Para começar enunciaremos os
princípios físicos básicos da conversão de energia
elétrica em energia mecânica.
1. Uma corrente circulando por um condutor produz
um campo magnético, representado na figura 2.1
pelas linhas circulares chamadas de linhas de
indução magnética. No centro da figura se encontra
o condutor e as linhas circulares em volta são uma
representação gráfica do campo magnético gerado
pela corrente.
Figura 2.1
2. Se um condutor é movimentado dentro de um
campo magnético, aparecerá uma tensão induzida
entre os terminais do condutor, proporcional ao
número de linhas de indução cortadas por segundo
(figura 2.2). Se o dito condutor forma um circuito
fechado, circulará por ele uma corrente elétrica.
Figura 2.2
2.1 PRINCÍPIOS BÁSICOS
DE FUNCIONAMENTO
22
COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO?2
3. Dois condutores adjacentes (a e b) pelos quais está
circulando uma corrente elétrica (ia e ib) produzem
cada um deles um campo magnético (Item 1). A
interação entre estes dois campos magnéticos
produzirá uma força (F) de atração ou repulsão
entre os condutores (figura 2.3), proporcional à
corrente que circula por ambos condutores e à
distância (d) entre eles.
Figura. 2.3
4. Um bobinado polifásico, igual ao mostrado na figura
2.4, alimentado por um sistema de tensões trifásico
(figura 2.5) produzirá um campo magnético girante
(figura 2.6). Este princípio é similar ao visto na
figura 2.1, com a diferença que neste o campo
magnético é estático.
Figura 2.4
23
Figura 2.5
Na figura 2.6, os pontos identificados com os
números... correspondem aos momentos em
que a tensão de uma das três fases é igual a zero.
Desta maneira é mais fácil fazer a composição dos
vetores de indução magnética para cada instante.
Na figura pode-se ver que a resultante destes
vetores está girando (campo girante) com uma
velocidade proporcional a freqüência e ao número
de pólos do motor.
Figura 2.6
COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO?2
24
5. A velocidade do campo girante descrito
anteriormente, chamada de velocidade síncrona, é
proporcional à freqüência do sistema de tensões
trifásico e ao número de pólos do bobinado.
Velocidade do campo girante [rpm]= (freqüência [1/
s] x 120 ) / n° de pólos
6. Conjugado: O conjugado (também chamado de
torque, momento ou binário) é a medida do esforço
necessário para girar um eixo. É sabido, pela
experiência prática, que para levantar um peso por
um processo semelhante ao usado em poços de
água – ver figura 2.7 – a força F que é preciso
aplicar à manivela depende do comprimento da
manivela.
Quanto maior a manivela, menor será a força
necessária.
Se dobrarmos o tamanho da manivela, a força F
necessária será diminuída a metade. No exemplo da
figura 2.7, se o balde pesa 20kgf e o diâmetro do
tambor é 20 cm, a corda transmitirá uma força de
20 kgf na superfície do tambor, isto é, a 0,1m
(10cm) do centro do eixo.
Para contrabalançar esta força, precisamos de 10
kgf na manivela, se o comprimento “a” for 0,2 m
(20cm).
Se “a” for o dobro, isto é 0,4 m, a força F será a
metade, ou seja, 5kgf.
Como se vê, para medir o “esforço” necessário para
fazer girar o eixo não basta definir a força
empregada: é preciso também dizer a que distância
do eixo a força é aplicada. O “esforço” é medido pelo
conjugado, que é o produto F x a , da “força”pela “distância”.
No exemplo citado, o conjugado vale:
C = 20 kgf x 0,1 m = 10 kgf x 0,2 m = 5 kgf x 0,4
= 2mkgf
COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO?2
25
Figura 2.7
Os motores de indução mais utilizados na indústria
são os chamados motores de gaiola trifásicos
(figura 2.8 - rotor e estator).
COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO?2
Figura 2.8
1
23
4
5
6
7
8
9
10
11
12
NÚCLEODE
CHAPAS
BARRAS DE
ANÉIS DE
CURTO-CIRCUITO
NÚCLEODE
CHAPAS
VENTILADOR
PROTEÇÃO DO
VENTILADOR
CAIXADE
LIGAÇÃO
TERMINAIS
EIXO
TAMPAS
CARCAÇA
ENTROLAMENTO
TRIFÁSICO
ROLAMENTOS
26
COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO?2
Estator: Carcaça (1), Núcleo de Chapas (2),
Enrolamento trifásico (8)
Rotor: Eixo (7), Núcleo de chapas (3), Barras e anéis
de curto-circuito (12)
Outras partes: Tampas (4), Ventilador (5), Proteção
do ventilador (6), Caixa de ligação (9), Terminais
(10), Rolamentos (11).
Nestes motores o rotor é fabricado com espiras em
curto-circuito formando uma verdadeira gaiola. O
estator é formado por três bobinas (bobinado trifásico),
com pares de pólos em cada fase.
Para análise de funcionamento pode-se considerar o
motor de indução como um transformador, onde o
enrolamento primário deste transformador é formado
pelo estator e o enrolamento secundário pelo rotor. O
próprio nome “motor de indução” se deve ao fato de
que toda a energia requerida pelo rotor para a geração
de torque é “induzida” pelo primário do transformador
(estator) no secundário (rotor).
Como existem dois campos magnéticos, um no estator e
outro no rotor, e como descrito no item 3, aparecerá
uma força entre o rotor e o estator que fará com que o
rotor gire, já que é o único que pode se movimentar
pois está montado sobre rolamentos, disponibilizando
assim energia mecânica (torque) no seu eixo.
Para facilitar o entendimento do funcionamento do
motor de indução dividiremos o estudo em três casos
hipotéticos:
CASO 1
Primeiramente consideraremos um motor de dois pólos
com o “rotor bloqueado”, isto significa que através de
algum dispositivo mecânico impediremos que o eixo do
motor (rotor) gire. Nesta condição, se aplicarmos
tensão trifásica com freqüência de 60Hz nos terminais
do bobinado do estator, este produzirá um campo
magnético girante com velocidade de 3600 rpm (item
5). As linhas de indução deste campo magnético
“cortarão” as espiras do rotor com velocidade máxima
induzindo assim a máxima tensão nas espiras do rotor,
e como estas estão em curto-circuito, circulará também
a máxima corrente por elas. Como toda a energia
produzida no rotor tem de ser “induzida” pelo estator,
2.2 ANÁLISE DE
FUNCIONAMENTO
27
COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO?2
circulará no bobinado do estator uma corrente elevada
(6 a 8 vezes maior que a corrente nominal do motor).
Se esta condição for mantida por mais que alguns
segundos os fios do bobinado do estator irão esquentar
de forma indevida, podendo até danificar (queimar) o
bobinado, pois não foram projetados para suportar esta
corrente por um período de tempo grande.
CASO 2
Agora vamos para o outro extremo. Vamos supor que o
rotor do motor possa girar exatamente à velocidade de
3600 rpm. Neste caso as linhas de indução do campo
magnético girante produzido pelo estator “não
cortarão” as espiras do rotor pois os dois estão girando
com mesma velocidade. Sendo assim não haverá
tensão induzida, nem corrente, nem geração de campo
magnético.
Para a produção de energia mecânica (torque) no
motor é necessária a existência de dois campos
magnéticos, sendo assim, não haverá torque no eixo do
motor.
CASO 3
Vamos supor agora que, nas mesmas condições do Caso
2, baixamos a velocidade do rotor do motor para 3550
rpm. O campo magnético girante tem uma velocidade
de 3600 rpm, é assim que as linhas de indução do
campo magnético girante do estator “cortarão” as
espiras do rotor com uma velocidade de 50 rpm (3600
rpm – 3550 rpm = 50 rpm), produzindo uma tensão e
uma corrente induzida no rotor. A interação entre os
dois campos magnéticos, o do estator e o do rotor,
produzirão uma força, que pela sua vez produzirá
torque no eixo do motor.
A diferença entre a velocidade síncrona (3600 rpm) e a
velocidade do rotor é conhecida como
“escorregamento”.
Escorregamento = velocidade síncrona – velocidade
do rotor
(Ns – N)
S = ––––––––––––
Ns
28
COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO?2
Descritas estas três condições, podemos agora imaginar
o que acontece na prática com nosso motor de indução.
Na partida acontece algo similar ao descrito no caso 1,
mas na prática a diferença do rotor bloqueado do caso
1 nosso motor pode girar livremente. Sendo assim
circulará no bobinado do estator uma corrente elevada
(6 a 8 vezes maior que a corrente nominal do motor)
que diminuirá a medida que a velocidade do motor
aumenta.
Quando a velocidade do rotor se aproxima da
velocidade síncrona (caso 2) o torque produzido
diminuirá, fazendo diminuir também a velocidade do
rotor. Existirá então um ponto de equilíbrio entre a
carga do motor e a velocidade do rotor (caso 3).
Se a carga no eixo do motor aumenta, a velocidade do
rotor tenderá a diminuir, e o escorregamento
aumentará. Se o escorregamento aumenta a
velocidade com que as linhas de indução do campo
magnético do rotor “cortam” o estator aumentará,
aumentando também a tensão e corrente induzida no
rotor. Se a corrente é maior, o campo magnético gerado
por esta também será maior, aumentando assim o
torque disponível no eixo do motor, chegando
novamente numa condição de equilíbrio. Se o torque
requerido pela carga é maior que o nominal do motor,
e se esta condição é mantida por muito tempo, a
corrente do motor será maior que a nominal e o motor
será danificado.
É a curva que mostra a relação entre o torque
desenvolvido pelo motor e a sua rotação. Na partida,
quando o motor é ligado diretamente à rede, o torque
(torque de partida) será de aproximadamente 2 a 2,5
vezes o torque nominal, diminuindo a medida que a
velocidade aumenta até atingir um valor de 1,5 a 1,7
do torque nominal a aproximadamente 30% da
velocidade nominal. A medida que a velocidade
aumenta o torque aumenta novamente até atingir o
seu valor máximo (80% da velocidade nominal)
chegando a seu valor nominal na velocidade nominal.
Como mostra a curva (linha cheia) da figura 2.9.
2.3 CURVAS
CARACTERÍSTICAS
DO MOTOR DE
INDUÇÃO
2.3.1 Torque x Velocidade
29
COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO?2
2.4 POTÊNCIA E PERDAS
2.3.2 Corrente x Velocidade É a curva (linha tracejada da figura 2.9) que mostra a
relação entre a corrente consumida pelo motor em
função da sua velocidade. A figura mostra que na
partida, quando o motor é ligado diretamente à rede, a
corrente que circula por ele será 5 a 6 vezes maior que
a corrente nominal, diminuindo a medida que a
velocidade aumenta até atingir um valor estacionário
determinado pela carga acoplada ao motor. Se a carga
for a nominal a corrente será também a corrente
nominal.
Figura 2.9 - Curva Torque x Velocidade e Corrente x Velocidade para
motores de indução de rotor em gaiola alimentados com tensão e
freqüência constantes
Na placa de identificação do motor existe um
parâmetro chamado de rendimento e identificado pela
letra grega. Este parâmetro é uma medida da
quantidade de potência elétrica transformada pelo
motor em potência mecânica. A potência transmitida à
carga pelo eixo do motor é menor que a potência
elétrica absorvida da rede, devido às perdas no motor.
Essas perdas podem ser classificadas em:
30
COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO?2
2.5 CARACTERÍSTICAS
DE TEMPERATURA –
CLASSES DE
ISOLAMENTO
TÉRMICO
perdas no enrolamento estatórico (perdas no cobre);
perdas no rotor;
perdas por atrito e ventilação;
perdas magnéticas no núcleo (perdas no ferro);
Sendo o motor de indução uma máquinarobusta e de
construção simples, a sua vida útil depende quase
exclusivamente da vida útil da isolação do bobinado e
da vida mecânica dos rolamentos. Vida útil da isolação
refere-se ao envelhecimento gradual do isolante, não
suportando mais a tensão aplicada e produzindo
curto-circuito entre as espiras do bobinado.
Para fins de normalização, os materiais isolantes e os
sistemas de isolamento (cada um formado pela
combinação de vários materiais) são agrupados em
CLASSES DE ISOLAMENTO, cada qual definida pelo
respectivo limite de temperatura, ou seja, pela maior
temperatura que o material pode suportar
continuamente sem que seja afetada sua vida útil. As
classes de isolamento utilizadas em máquinas elétricas
e os respectivos limites de temperatura conforme
norma NBR-7094, são mostradas na tabela a seguir:
Tabela 2.1 - Classes de isolamento
CLASSE TEMPERATURA (°C)
A 105
E 120
B 130
F 155
H 180
As classes B e F são as freqüentemente utilizadas.
O sistema de isolamento convencional dos motores, que
tem sido utilizado com sucesso em todos os casos de
alimentação com fontes senoidais tradicionais (50/
60Hz) pode não atender os requisitos necessários se os
mesmos forem alimentados por outro tipo de fonte. É o
caso dos motores alimentados por inversores de
freqüência. Atualmente, com a utilização generalizada
destes equipamentos, o problema do rompimento da
isolação provocado pelos altos picos de tensão
decorrentes da rapidez de crescimento dos pulsos
31
COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO?2
gerados pelo inversor, bem como a alta freqüência com
que estes são produzidos, obrigou a implementar
melhorias no isolamento dos fios e no sistema de
impregnação, afim de garantir a vida dos motores.
Estes motores com isolamento especial são chamados
de ”Inverter Duty Motors”.
Tempo de rotor bloqueado é o tempo necessário para
que o enrolamento da máquina, quando percorrido
pela sua corrente de partida, atinja a sua temperatura
limite, partindo da temperatura em condições nominais
de serviço e considerando a temperatura ambiente no
seu valor máximo.
Este tempo é um parâmetro que depende do projeto
da máquina. Encontra-se normalmente no catálogo ou
na folha de dados do fabricante. A tabela abaixo
mostra os valores limites da temperatura de rotor
bloqueado, de acordo com as normas NEMA e IEC.
2.6 TEMPO DE ROTOR
BLOQUEADO
Tabela 2.2 - Temperatura limite de rotor bloqueado
CLASSE TEMPERATURA MÁXIMA (°C)
DE Tmáx(°C)
ISOLAMENTO NEMA MG1.12.53 IEC 79.7
B 175 185 80
F 200 210 100
H 225 235 125
32
COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO?2
Para partidas com tensão reduzida o tempo de rotor
bloqueado pode ser redefinido como segue:
trb = tb x ( Un / Ur )
2
Onde:
trb = Tempo de rotor bloqueado com tensão
reduzida
t
b
= Tempo de rotor bloqueado à tensão
nominal
Un = Tensão nominal
Ur = Tensão reduzida
Outra forma de se redefinir o tempo de rotor
bloqueado é através da utilização da corrente aplicada
ao motor, como segue:
Ipn
trb = tb . ( –––––– )²
Ipc
Onde:
trb = Tempo de rotor bloqueado com corrente
reduzida
tb = Tempo de rotor bloqueado à corrente
nominal
Ipn = Corrente de partida direta do motor
Ipc = Corrente de partida do motor com
corrente reduzida
Geralmente, Ipn é obtido de catálogos e possui o valor
em torno de 6 a 8 vezes a corrente nominal do motor, e
Ipc depende do método de partida do motor. Se por
exemplo esta partida for do tipo estrela-triângulo o
valor da corrente será de aproximadamente 1/3 da
corrente de partida.
3
MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE
INDUÇÃO
3.1 Categorias de partida
3.2 Formas de partida
3.3 Frenagem
3.4 Vantagens e desvantagens dos métodos
de partida
3.5 NBR-5410 referente a partida com
corrente reduzida
35
MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO3
Os métodos de comando de um motor de indução, são
implementados com equipamentos eletromecânicos,
elétricos e eletrônicos. Estes equipamentos permitem
acelerar (partir) e desacelerar (frenar) o motor de
acordo com requisitos impostos pela carga, segurança,
concessionárias de energia elétrica, etc.
Conforme as suas características de torque em relação
à velocidade e corrente de partida, os motores de
indução trifásicos com rotor de gaiola, são classificados
em categorias, cada uma adequada a um tipo de
carga. Estas categorias são definidas em norma (NBR
7094), e são as seguintes:
a) CATEGORIA N
Constituem a maioria dos motores encontrados no
mercado e prestam-se ao acionamento de cargas
normais, como bombas, máquinas operatrizes, e
ventiladores.
b) CATEGORIA H
Usados para cargas que exigem maior torque na
partida, como peneiras, transportadores carregadores,
cargas de alta inércia, britadores, etc.
c) CATEGORIA D
Usados em prensas excêntricas e máquinas
semelhantes, onde a carga apresenta picos periódicos.
Usados também em elevadores e cargas que
necessitam de torques de partida muito altos e
corrente de partida limitada.
3.1 CATEGORIAS DE
PARTIDA
Tabela 3.1 - Características das categorias de partida direta
Categorias Torque Corrente Escorregamento
de partida de partida de partida
N Normal Normal Baixo
H Alto Normal Baixo
D Alto Normal Alto
As curvas torque x velocidade das diferentes categorias estão mostradas na figura 3.1.
36
MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO3
Figura 3.1 - Curvas características de torque em função da categoria do
motor (partida direta)
PARTIDA DIRETA
A maneira mais simples de partir um motor de indução
é a chamada partida direta, aqui o motor é ligado à
rede diretamente através de um contator (ver figura
3.2). Porém, deve-se observar que para este tipo de
partida existem restrições de utilização. Como já foi
visto anteriormente, a corrente de partida de um motor
de indução quando ligado diretamente à tensão da
rede é 5 a 8 vezes maior que a corrente nominal. Por
este motivo, e fundamentalmente para motores de
grande porte, a partida direta não é utilizada.
3.2 FORMAS DE
PARTIDAS
Figura 3.2 - Partida direta
37
MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO3
 PARTIDA ESTRELA-TRIÂNGULO
(Y- )
Este tipo de partida só pode ser utilizado em motores
que possuam ligação em dupla tensão (por exemplo 3 x
380 V e 3 x 220 V). A menor tensão deverá ser igual à
tensão de rede e a outra 1,73 vezes maior. (Ex.: 220/
380V, 380/660V). Esta partida é implementada com
dois contatores como mostra a figura 3.3. Na partida o
motor é ligado na conexão de maior tensão, isto
possibilita uma redução de até 1/3 da corrente de partida
do motor, como mostra a figura 3.4.
A partida estrela-triângulo poderá ser usada quando a
curva de torque do motor for suficientemente elevada
para que possa garantir a aceleração da máquina com
a corrente reduzida, ou seja, o torque resistente da
carga não deverá ser superior ao torque do motor
quando o motor estiver em estrela.
Figura 3.3 - Partida estrela-triângulo
38
MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO3
Figura 3.4 - Curva característica de torque e corrente, motor com partida
estrela-triângulo
 PARTIDA ELETRÔNICA
(SOFT-STARTER)
Será abordada em profundidade no capítulo a seguir.
Figura 3.5 - Curva característica de torque e corrente, motor com partida
suave (soft-starter)
39
MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO3
Além da vantagem do controle da corrente durante a
partida, a chave eletrônica apresenta, também, a
vantagem de não possuir partes móveis.
Ainda, como um recurso adicional, a soft-starter
apresenta a possibilidade de efetuar a desaceleração
suave das cargas de baixa inércia.
PARTIDA SÉRIE-PARALELO
Este tipo de partida só pode ser utilizado em motores
que possibilitam a ligação em dupla tensão.
A menor das duas tensões deve ser igual a tensão da
rede e a outra deve ser o dobro.
Por exemplo: 220V- 440V e 380V-760V(mais comuns),
ou outros valores de tensão de rede, seguindo a mesma
regra: 230V-460V, etc.
Para tanto, o motor deve dispor de 9 ou 12 terminais
de ligação, para permitir as ligações triângulo série-
paralelo (figuras 3.6 e 3.7) ou estrela série-paralelo
(figuras 3.8 e 3.9).
Figura 3.6 - Ligação triângulo série: apta a receber ligação superior,
entretanto aplica-se tensão reduzida: este é o princípio de funciona-
mento da “série-paralelo”
40
MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO3
Figura 3.7 - Ligação triângulo paralelo: apta a receber tensão reduzida,
e efetivamente aplicando-se tensão reduzida: o motor desenvolve suas
características nominais
Figura 3.8 - Ligação estrela série: apta a receber ligação superior, entre-
tanto aplica-se tensão reduzida, conforme o princípio de funcionamen-
to da “série paralelo”
Figura 3.9 - Ligação estrela paralelo: apta a receber tensão reduzida, e
efetivamente aplicando-se tensão reduzida: o motor desenvolve suas
características nominais
41
MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO3
No momento da partida a corrente fica reduzida para
25 a 33% da corrente de partida direta, entretanto o
mesmo ocorre com o torque, restringindo o uso desta
chave para partidas em vazio.
Figura 3.10 - Chave série paralelo, usando nove cabos do motor
PARTIDA COMPENSADORA
Esta chave de partida alimenta o motor com tensão
reduzida em suas bobinas, na partida.
A redução de tensão nas bobinas (apenas durante a
partida) é feita através da ligação de um
autotransformador em série com as mesmas.
Após o motor ter acelerado as bobinas passam a
receber tensão nominal.
A redução de corrente depende do TAP em que o
autotransformador estiver ligado.
TAP 65%: Redução para 42% do seu valor de partida
direta
TAP 80%: Redução para 64% do seu valor de partida
direta
42
MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO3
A chave de partida compensadora pode ser usada para
motores que partem com alguma carga. O conjugado
resistente deve ser inferior ao conjugado
disponibilizado pelo motor durante a partida com
tensão reduzida pela compensadora.
Os motores podem ter tensão única e, apenas, três
cabos disponíveis.
Figura 3.11 - Curvas características do motor trifásico partindo com
chave compensadora, TAP 85%
Figura 3.12 - Partida compensadora
43
MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO3
Os motores de indução possibilitam várias formas de
frenagem, isto é, onde se tem s < 0 e o motor opera
com características de gerador. A seguir
apresentaremos dois métodos de frenagem elétrica.
Obtém-se a frenagem por contra-corrente através da
inversão de duas fases da tensão de alimentação do
enrolamento estatórico (ver figura 3.14), para reverter
a direção de rotação do campo girante do motor com o
mesmo girando ainda na direção inicial. Dessa forma, a
rotação do rotor fica agora contrária a um torque que
atua em direção oposta (ver figura 3.13) e começa a
desacelerar (frenar). Quando a velocidade cai a zero o
motor deve ser desenergizado, caso contrário, passará
a funcionar em sentido oposto. Para este tipo de
frenagem, as correntes induzidas nos enrolamentos
rotóricos são de freqüências altas (duas vezes a
freqüência estatórica) e de elevada intensidade, pois o
torque desenvolvido pelo motor é elevado, onde há a
absorção de potência elétrica da rede com corrente
maior que a nominal, acarretando em um
sobreaquecimento do motor.
Figura 3.13 - Curva de torque x rotação na frenagem por contra-corrente
3.3 FRENAGEM
3.3.1 Frenagem por
contra-corrente
Figura 3.14 - Frenagem por contra-corrente
44
MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO3
É obtida através da desconexão do estator da rede de
alimentação e da posterior conexão a uma fonte de
corrente contínua (ver figura 3.16). A corrente
contínua enviada ao enrolamento estatórico estabelece
um fluxo magnético estacionário cuja curva de
distribuição tem uma fundamental de forma senoidal.
A rotação do rotor em seu campo produz um fluxo de
corrente alternada no mesmo, o qual também
estabelece um campo magnético estacionário com
respeito ao estator. Devido à interação do campo
magnético resultante e da corrente rotórica, o motor
desenvolve um torque de frenagem (ver figura 3.15)
cuja magnitude depende da intensidade do campo, da
resistência do circuito rotórico e da velocidade do rotor.
Figura 3.15 - Curva de torque x rotação durante a frenagem CC
Na prática, a frenagem CC tem sua aplicação limitada
devido ao fato de que toda a energia de frenagem é
dissipada no próprio motor, podendo causar
sobreaquecimento excessivo no mesmo. Assim, para
não comprometer a vida útil do motor, utiliza-se a
frenagem CC com tensões contínuas limitadas a
aproximadamente 20% da tensão nominal CA do motor.
3.3.2 Frenagem por
injeção de corrente
contínua (CC)
45
MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO3
Figura 3.16 - Frenagem por injeção de CC
PARTIDA DIRETA
Vantagens
Menor custo de todas
Muito simples de implementar
Alto torque de partida
Desvantagens
Alta corrente de partida, provocando queda de
tensão na rede de alimentação. Em função disto
pode provocar interferência em equipamentos
ligados na mesma instalação
 É necessário sobredimensionar cabos e contatores
 Limitação do número de manobras/hora
 Picos de torque
3.4 VANTAGENS E
DESVANTAGENS DOS
MÉTODOS DE
PARTIDA
46
ESTRELA-TRIÂNGULO
Vantagens
 Custo reduzido
A corrente de partida é reduzida a 1/3 quando
comparada com a partida direta
Não existe limitação do número de manobras/hora
Desvantagens
Redução do torque de partida a aproximadamente
1/3 do nominal
 São necessários motores com seis bornes
 Caso o motor não atingir pelo menos 90% da
velocidade nominal, o pico de corrente na
comutação de estrela para triângulo é equivalente
ao da partida direta
 Em casos de grande distância entre motor e chave
de partida, o custo é levado devido a necessidade de
seis cabos.
SOFT-STARTER
Terá suas vantagens e desvantagens abordadas em
profundidade no capítulo a seguir.
PARTIDA SÉRIE-PARALELO
Vantagens
 Custo reduzido
A corrente de partida é reduzida a ¼ quando
comparada com a partida direta
Desvantagens
Redução do torque de partida a aproximadamente
¼ do torque de partida nominal
 São necessários motores com pelos menos nove
bornes (ou seja, capacidade de fechamento das
bobinas para tensão igual à duas vezes a tensão da
rede)
 Caso o motor não atingir pelo menos 90% da
velocidade nominal, o pico de corrente na
comutação da ligação é equivalente ao da partida
direta
 Em casos de grande distância entre motor e chave
de partida, o custo é elevado devido a necessidade
de nove cabos.
MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO3
47
 PARTIDA COMPENSADORA
Vantagens
 Capacidade de partir com alguma carga
 Possibilidade de algum ajuste de tensão de partida,
selecionando (conectando) o TAP no transformador
Necessário apenas três terminais disponíveis no
motor
Na passagem da tensão reduzida para a tensão da
rede, o motor não é desligado e o segundo pico é
bem reduzido
Desvantagens
 Tamanho e peso do autotransformador
Número de partidas por hora limitado
 Custo adicional do autotransformador
MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO3
48
A NBR 5410 de novembro de 1997, no item referente
a motores elétricos, orienta sobre a corrente de partida
de motores e a necessidade de se reduzir a corrente de
partida dos motores elétricos a fim de se evitar
perturbações na rede.
Figura 3.17 - NBR-5410 (reprodução de fotocópia)
MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO3
3.5 NBR-5410
REFERENTE A
PARTIDA COM
CORRENTE
REDUZIDA
49
MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO3
Abaixo segue transcrição do texto da NBR 5410, item
6.5.3
Como pode ser observado no texto acima, a redução da
correntede partida de motores é uma necessidade
prevista em norma.
Dentre as diversas formas de redução da corrente de
partida, trataremos nos capítulos seguintes da forma
mais eficaz, e com excelente relação custo/benefício
para a maioria das aplicações: a partida de motores
através da SOFT-STARTER.
6.5.3 Motores
6.5.3.1 Generalidades
As cargas constituídas por motores elétricos apresentam peculiaridades que
as destinguem das demais.
a) A corrente absorvida durante a partida é muito maior que a de
funcionamento normal em carga;
b) A potência absorvida em funcionamento é determinada pela potência
mecânica no eixo solicitada pela carga acionada, o que pode resultar
em sobrecarga na rede de alimentação se o motor não for protegido
adequadamente.
Em razão destas peculiaridades, a instalação de motores, além das demais
prescrições desta Norma, deve atender às prescrições seguintes.
6.5.3.2 Limitação das perturbações devidas à partida de motores
Para evitar perturbações inaceitáveis na rede de distribuição na própria
instalação e nas demais cargas ligadas a instalação de motores deve-se:
a) Observar as limitações impostas pela concessionária local referentes
a partida de motores;
NOTA: Para partida direta de motores com potência acima de 3,7kW
(5CV), em instalações alimentadas por rede de distribuição pública em
baixa tensão, deve ser consultada a concessionária local.
b) Limitar a queda de tensão nos demais pontos de utilização, durante a
partida do motor, aos valores estipulados em 6.2.6.1.
Para obter conformidade às limitações descritas nas alíneas a) e b)
anteriores, pode ser necessário o uso de dispositivos de partida que
limitem a corrente absorvida durante a partida.
NOTA – Em instalações contendo muitos motores, pode ser levado em conta
a probabilidade de partida simultânea de vários motores.
4
SOFT-STARTER
4.1 Introdução
4.1.1 Semicondutores e componentes eletrônicos
4.1.2 A característica mais marcante dos tiristores
4.1.3 Introdução às válvulas de descarga a gás
4.1.4 Thyratron
4.1.5 SCR (Silicon Controlled Rectifier)
4.1.6 Entendendo o disparo do SCR
4.2 Princípio de funcionamento da
Soft-Starter
Circuito de potência
Circuito de controle
4.3 Principais características
4.3.1 Principais funções
4.3.2 Proteções
4.3.3 Acionamentos típicos
53
SOFT-STARTER4
Entender o funcionamento da Soft-Starter é importante
para construir uma base sólida de conhecimentos, a
partir da qual o usuário do equipamento poderá
desenvolver sua capacidade de aplicação do produto.
Vamos abordar com especial atenção o principal
componente de força da Soft-Starter: o SCR – Silicon
Controlled Rectifier. Entender o funcionamento do SCR
é boa parte do entendimento do funcionamento da
Soft-Starter.
Adotaremos a seguir uma seqüência de raciocínio
baseada em analogias com outros fenômenos, e com
outros componentes, permitindo assim o entendimento
do funcionamento do SCR.
Um material semicondutor, como o silício, é um
elemento com capacidade intermediária de condução
de corrente, ou seja, sua capacidade natural de
permitir fluxo de corrente elétrica é intermediária
entre aquela de um condutor propriamente dito e
aquela de um material isolante.
A maneira como um semicondutor lidará com cargas
elétricas depende de como foram adicionadas
impurezas a sua composição, processo este chamado
de dopagem. Existem dois tipos de dopagem: P e N, e
cada uma delas têm comportamento complementar no
que diz respeito à condução de cargas elétricas.
Exemplificando: o diodo, é um componente eletrônico
que possui duas diferentes partes de semicondutor,
formando um junção P-N. As propriedades de
condução são tais que fazem o diodo permitir o fluxo
de corrente elétrica somente em um sentido, situação
esta definida como diretamente polarizado. O mesmo
diodo, porém polarizado inversamente tem o
comportamento de um isolante.
As condições que desencadeiam o comportamento
elétrico de um componente eletrônico variam com o
nível de tensão ou corrente, a presença de um sinal
elétrico de estimulo externo ou até mesmo por luz
visível, infravermelho, etc.
4.1.1 Semicondutores e
componentes
eletrônicos
4.1 INTRODUÇÃO
54
SOFT-STARTER4
4.1.2 A característica mais
marcante dos
tiristores
Tiristores são componentes que exibem uma
propriedade marcante: de maneira geral, ele não
retorna ao seu estado original depois que a causa da
sua mudança de estado tenha desaparecido.
Uma analogia simples é a ação mecânica de um
interruptor de luz: quando o interruptor é pressionado,
ele muda de posição e permanece assim mesmo depois
do estímulo do movimento ter desaparecido (ou seja,
mesmo depois de tirar a mão do interruptor).
Em contraste, um botão de campainha volta a sua
posição original após cessar o estímulo externo.
Transistores bipolares e IGBTs, também não “travam”
em um determinado estado após terem sido
estimulados por um sinal de corrente ou tensão: para
qualquer sinal de entrada o transistor exibirá um
comportamento previsível conforme sua curva
característica.
Voltando aos Tiristores: eles são componentes
semicondutores que tendem a permanecer ligados,
uma vez ligados, e tendem a permanecer desligados,
uma vez que tenham sido desligados. Um evento
momentâneo é capaz de ligá-los ou desligá-los, e assim
eles permanecerão por conta própria, mesmo que a
causa de mudança de estado tenha sido eliminada.
Antes de analisar o tiristor propriamente dito, é
interessante analisarmos seu precursor histórico: as
válvulas de descarga a gás.
Uma tempestade é uma oportunidade de presenciar
fenômenos elétricos interessantes.
A ação do vento e da chuva acumula cargas elétricas
estáticas entre as nuvens e a terra, e entre as próprias
nuvens. A diferença de carga manifesta-se como altas
tensões, e quando a resistência elétrica do ar não pode
mais suportar esta alta tensão, ocorrem surtos de
corrente entre pólos de carga elétrica oposta, o que
chamamos de relâmpagos, raios ou descargas
atmosféricas.
4.1.3 Introdução às
válvulas de descarga
a gás
55
SOFT-STARTER4
Figura 4.1 - Descarga atmosférica
Sob condições normais o ar tem uma tremenda
resistência elétrica. Genericamente sua resistência é
tratada como infinita. Sob presença de água e/ou
poeira sua resistência diminui, mas permanece um
bom isolante para a maioria das situações. Quando um
nível suficientemente alto de tensão é aplicado através
de uma distância de ar, entretanto, suas propriedades
elétricas são alteradas: elétrons são arrancados de suas
posições normais em torno do núcleo de seus átomos, e
são liberados para constituir corrente elétrica. O ar
nesta situação é considerado ionizado, recebe a
denominação de plasma, e tem resistência elétrica bem
menor que o ar.
Conforme a corrente elétrica se movimenta pelo ar,
energia é dissipada na forma de calor, o que mantém o
ar em estado de plasma, cuja baixa resistência favorece
a manutenção do raio mesmo após alguma redução da
tensão. O relâmpago persiste até que a tensão caia
abaixo de um nível insuficiente para manter corrente
suficiente para dissipar calor. Finalmente, não há calor
para manter o ar em estado de plasma, que volta ao
normal, deixa de conduzir corrente e permite que a
tensão aumente novamente.
Observe como o ar se comporta neste ciclo: quando não
está conduzindo, ele permanece um isolante até que a
tensão ultrapasse um nível crítico. Então, uma vez que
ele muda de estado, ele tende a permanecer um
condutor até que a tensão caia abaixo de um nível
mínimo. Este comportamento, combinado com a ação
do vento e chuva, explica a existência dos raios como
breve descargas elétricas.
56
SOFT-STARTER4
Nas válvulas thyratron pode-se observar
comportamentos semelhantes à do ar durante a
ocorrência de um relâmpago, com a diferença de que a
válvula pode ser disparada por um pequeno sinal.
O thyratroné essencialmente uma válvula preenchida
com gás, que pode conduzir corrente com uma
pequena tensão de controle aplicada entre o grid e o
cátodo, e desligado reduzindo-se a tensão plate-
catodo.
Figura 4.2 - Circuito de controle simplificado do thyratron
No circuito visto acima a válvula thyratron permite
corrente através da carga em uma direção (note a
polaridade através da carga resistiva) quando
disparado pela pequena tensão DC de controle
conectada entre grid e cátodo.
O “pontinho” dentro do circulo do símbolo esquemático
indica preenchimento com gás, em oposição ao vácuo
verificado em outras válvulas.
Observe que a fonte de alimentação da carga é
alternada, o que dá uma dica de como o thyratron
desliga após ter sido disparado: uma vez que a tensão
AC periodicamente passa por zero volt a cada meio
ciclo, a corrente será interrompida periodicamente.
Esta breve interrupção permite à válvula resfriar e
retornar a seu estado “desligado”. Condução de
corrente pode prosseguir apenas se há tensão
suficiente aplicada pela fonte AC e se a tensão DC de
controle permitir.
Um osciloscópio indicaria a tensão na carga conforme
figura 4.3:
4.1.4 Thyratron
“grid”
“plate”
“cátodo”
57
SOFT-STARTER4
4.1.5 SCR (Silicon
Controlled Rectifier)
Figura 4.3
Enquanto a fonte de tensão sobe, a tensão na carga
permanece zero, até que o valor de threshold voltage
seja atingido.
Neste ponto a válvula começa a conduzir, seguindo a
tensão da fonte até a próxima fase do ciclo. A válvula
permanece em seu estado “ligado”, mesmo após a
tensão reduzir-se abaixo do valor de disparo (threshold
voltage). Como os thyratron são one-way, não há
condução no ciclo negativo. Em circuitos práticos,
poder-se-ia arranjar vários thyratron para formar um
retificador de onda completa.
Thyratrons tornaram-se obsoletos com o surgimento
dos tiristores, exceto para algumas aplicações muito
especiais, devido a possibilidade de thyratrons lidar
com valores altíssimos de tensão e corrente.
Partiremos da representação do SCR para iniciar nossa
explanação:
Figura 4.4
58
SOFT-STARTER4
Representado da maneira acima o SCR assemelha-se a
dois transistores bipolares interligados, um PNP e outro
NPN.
Há três maneiras de “dispará-lo”:
 com uma variação brusca de tensão
 ultrapassando-se um limite de tensão
 aplicando-se a tensão entre gate e cátodo.
A última maneira é, na prática, a única desejada. Os
SCRs normalmente são escolhidos com valor de tensão
de breakover bem superior a tensão esperada no
circuito.
O circuito de teste de um SCR é excelente para
entender sua operação.
Figura 4.5 - Circuito de teste do SCR
Uma fonte DC é usada para energizar o circuito, e dois
botões com retorno são usados para “disparar” e para
“desenergizar” o SCR.
Pressionado o botão “liga” conecta-se o gate ao ânodo,
permitindo corrente de um terminal da bateria através
da junção PN do cátodo- gate, através do contato do
botão, da carga resistiva e de volta ao outro terminal
da bateria.
Esta corrente de gate deve ser suficiente para o SCR
“selar” na posição ligado. Mesmo soltando o botão, o
SCR deve permanecer conduzindo.
Pressionar o botão desliga (normalmente fechado)
corta a corrente e força o SCR desligar.
Se neste teste o SCR não “selar” o problema pode ser o
valor ôhmico da carga. O SCR necessita de um valor
mínimo de corrente de carga para permanecer
conduzindo.
59
SOFT-STARTER4
A maioria das aplicações para o SCR são controle em
AC, apesar dos SCR serem inerentemente DC
(unidirecionais).
Se é necessário um circuito bidirecional, vários SCR
podem ser usados (um ou mais em cada direção) para
lidar com a corrente de ambas fases do ciclo, positiva e
negativa.
O principal motivo do uso do SCR em circuitos de força
AC é a sua resposta à onda AC: trata-se deu um
componente que permanece conduzindo (como o
thyratron, seu precursor) uma vez estimulado e até
que a corrente da carga passe por zero.
Conectando-se o devido circuito de controle ao gate do
SCR nós podemos cortar a senóide em qualquer ponto
para conseguir controlar a energia entregue à carga.
Tomemos o seguinte circuito como exemplo.
Figura 4.6 - Fonte AC, SCR e carga resistiva ligados em série
Aqui o SCR é inserido em um circuito para controlar
energia de uma fonte AC fornecida à carga. Sendo
unidirecional, no máximo poderemos entregar meia
onda à carga, entretanto, para demonstrar o conceito
básico de controle, este circuito é mais fácil do que um
para controle de toda a senóide, que exigiria dois SCR.
Sem disparar o gate, e com fonte AC abaixo do valor de
breakover, o SCR nunca começará a conduzir.
Conectar o gate ao ânodo através de um diodo normal,
disparará o SCR quase imediatamente no início de
qualquer fase positiva do ciclo.
4.1.6 Entendendo o
disparo do SCR
60
SOFT-STARTER4
Figura 4.7 - Gate conectado ao ânodo através de diodo
Pode-se, entretanto, atrasar-se o disparo inserindo-se
alguma resistência no circuito de disparo do gate,
incrementando assim a quantidade de tensão
necessária para provocar o disparo. Em outras
palavras, se dificultarmos para os elétrons transitarem
através do gate, a tensão AC terá de alcançar um valor
mais alto até que haja corrente para ligar o SCR.
Resultado:
Figura 4.8 - Resistência inserida ao circuito de gate
Com a meia onda cortada em um nível mais elevado
pelo disparo “atrasado” do SCR, a carga recebe menos
energia, uma vez que a carga fica conectada à fonte
por um tempo menor.
Tornando variável o resistor do gate, pode-se fazer
61
SOFT-STARTER4
ajustes à energia fornecida:
Figura 4.9 - Variando a resistência, variamos o ponto de disparo do SCR
(quanto maior a resistência maior é o ponto, ou ângulo, de disparo)
Infelizmente este esquema de controle tem uma
limitação significativa. Usando a fonte AC para disparar
o SCR, limita-se o controle à metade da fase positiva do
ciclo, em outras palavras, não há como atrasar o
disparo para depois do pico. Isto limitaria o nível
mínimo de energia àquele conseguido com o disparo
do SCR no pico da onda (a 90 graus). Elevando-se a
resistência a um valor maior, faria o circuito não
disparar nunca.
Uma solução é a adição de um capacitor defasador ao
circuito:
Figura 4.10 - A forma de onda com menor amplitude é a tensão no
capacitor.
62
SOFT-STARTER4
A título de ilustração, vamos supor que a resistência de
controle é alta, ou seja, o SCR não está disparando sem
este capacitor e não há corrente através da carga,
exceto a pequena quantia de corrente através do
capacitor e resistor.
A tensão do capacitor pode ser defasada de 0 a 90 º
em relação à fonte AC. Quando esta tensão defasada
atingir um valor alto o suficiente, o SCR será disparado.
Supondo que há periodicamente tensão suficiente nos
terminais do capacitor para disparar o SCR, o a forma
de onda de corrente resultante será como segue:
Figura 4.11 - O disparo do tiristor se dá após o pico máximo, devido à
escolha conveniente do capacitor.
Uma vez que a forma de onda do capacitor ainda está
subindo após o pico da senoide de tensão de
alimentação, é possível dispará-lo depois do pico,
cortando a onda de corrente de modo a liberar um
valor de energia mais baixo à carga.
Os SCR também podem ser disparados por circuitos
mais complexos.
Transformadores de pulsos são usados para acoplar o
circuito de disparo ao gate/ cátodo do SCR para prover
isolação elétrica entre os circuitos de disparo e de
força:
63
SOFT-STARTER4
Figura 4.12 - Disparo com transformador defasador
Quando múltiplos SCR são utilizados para controle de
força, os cátodos não são eletricamente comuns,
tornando difícil o uso de um único circuito de disparo
para todos SCR.
Um exemplo é a ponte retificadora controlada:
Figura 4.13 - Ponte controlada
Como em qualquer retificador, os elementosopostos
devem conduzir simultaneamente. SCR 1 e 3, e SCR 2 e
4.
Como eles não compartilham a conexão de cátodo, faz-
se necessário lançar mão de transformadores de pulso,
conforme mostra a figura 4.14:
64
SOFT-STARTER4
Figura 4.14 - Uso de transformadores de pulso (circuito simplificado para
dois tiristores para facilitar o entendimento)
No circuito acima foi omitido o transformador de pulso
do SCR 1 e 3 a fim de tornar o desenho mais claro.
Naturalmente, os circuitos de controle não são
limitados à circuitos monofásico. Assim como na Soft-
Starter, o circuito de controle pode ser trifásico. Um
retificador trifásico com os circuitos de disparo omitidos
parece com o seguinte:
Figura 4.15 - Retificador trifásico (circuito de disparo omitido)
65
SOFT-STARTER4
O funcionamento das Soft-Starters está baseado na
utilização de uma ponte tiristorizada (SCR’s) na
configuração anti-paralelo, que é comandada através
de uma placa eletrônica de controle, a fim de ajustar a
tensão de saída, conforme programação feita
anteriormente pelo usuário. Esta estrutura é
apresentada na figura 4.16.
Figura 4.16 - Blocodiagrama simplificado
Como podemos ver, a Soft-Starter controla a tensão da
rede através do circuito de potência, constituído por
seis SCRs, onde variando o ângulo de disparo dos
mesmos, variamos o valor eficaz de tensão aplicada ao
motor. A seguir faremos uma análise mais atenciosa de
cada uma das partes individuais desta estrutura, já que
notamos nitidamente que podemos dividir a estrutura
acima em duas partes: o circuito de potência e o
circuito de controle.
4.2 PRINCÍPIO DE
FUNCIONAMENTO DA
SOFT-STARTER
66
SOFT-STARTER4
CIRCUITO DE POTÊNCIA
Como já sabemos, a etapa de potência da Soft-Starter
tem como principais componentes os tiristores SCR
(Silicon Controlled Rectifier).
Controlando o ângulo de disparo do SCR, podemos
controlar a tensão média aplicada à carga, controlando
assim sua corrente e potência.
Numa soft-starter, o controle da tensão tem que ser
feito nos dois sentidos da corrente, devendo ser
utilizada a configuração anti-paralela de dois SCR por
fase, conforme indicado na figura abaixo.
Figura 4.17 - Dois tiristores em anti-paralelo
Neste caso, tem-se o controle da tensão nas duas
metades do ciclo, mediante os disparos nos Gates
provenientes do circuito de controle.
Na figura 4.18 temos um diagrama simplificado do
circuito de potência de uma soft-starter, onde notamos
o uso dos pares de tiristores (SCR) em anti-paralelo em
cada fase do circuito.
Mediante um circuito de controle para os disparos dos
tiristores, a tensão a ser aplicada no motor pode ir
crescendo linearmente, tendo com isso um controle da
corrente de partida do motor.
Ao final da partida do motor, o motor terá sobre seus
terminais praticamente toda a tensão da rede.
67
SOFT-STARTER4
Figura 4.18 - SCRs no circuito de força do motor (ligação “fora” do delta
do motor)
A seguir temos a ilustração da forma de onda da tensão
em uma das fases do motor em quatro instantes. Nota-
se que ao reduzir o ângulo de disparo dos SCR, a
tensão a ser aplicada no motor aumenta, aumentando
com isso a corrente no mesmo.
Figura 4.19b - Disparo a 90º
Figura 4.19d - Disparo a 15º
Figura 4.19a - Disparo a 150º
Figura 4.19d - Disparo a 45º
68
SOFT-STARTER4
Para evitar disparos acidentais dos SCR, instala-se em
paralelo com os mesmos um capacitor e um resistor
conforme indicado na figura 4.20. Este circuito auxiliar
é denominado de Snubber e tem como finalidade
evitar o disparo por dV/dT (variação abrupta da tensão
num pequeno intervalo de tempo).
Figura 4.20 - Snubber
Para se fazer a monitoração da corrente na saída da
Soft-Starter, instala-se transformadores de corrente,
permitindo com isso que o controle eletrônico efetue a
proteção e manutenção do valor de corrente em níveis
pré-definidos (função limitação de corrente ativada)
CIRCUITO DE CONTROLE
Onde estão contidos os circuitos responsáveis pelo
comando, monitoração e proteção dos componentes do
circuito de potência, bem como os circuitos utilizados
para comando, sinalização e interface homem-máquina
que serão configurados pelo usuário em função da
aplicação.
Embora o CAPÍTULO 5 deste guia seja dedicado a
descrição detalhada das funções (parâmetros) da Soft-
Starter, consideramos conveniente apresentar neste
ponto uma abordagem diferenciada para as principais
funções da Soft-Starter.
Aqui não entraremos em detalhes de faixas de valores,
mas daremos ênfase em aspectos práticos, como, se
uma função é mais adequada para uma carga com alta
inércia ou não, etc.
4.3 PRINCIPAIS
CARACTERÍSTICAS
69
SOFT-STARTER4
 Rampa de tensão na aceleração
As chaves Soft-Starters tem uma função muito simples,
que é através do controle da variação do ângulo de
disparo da ponte de tiristores, gerar na saída da
mesma, uma tensão eficaz gradual e continuamente
crescente até que seja atingida a tensão nominal da
rede. Graficamente podemos observar isto através da
figura 4.21.
Figura 4.21 - Rampa de tensão aplicada ao motor na aceleração
Atentem ao fato de que quando ajustamos um valor de
tempo de rampa, e de tensão de partida (pedestal), isto
não significa que o motor irá acelerar de zero até a sua
rotação nominal no tempo definido por ta. Isto, na
realidade dependerá das características dinâmicas do
sistema motor/carga, como por exemplo: sistema de
acoplamento, momento de inércia da carga refletida ao
eixo do motor, atuação da função de limitação de
corrente, etc .
Tanto o valor do pedestal de tensão, quanto o de tempo
de rampa são valores ajustáveis dentro de uma faixa
que pode variar de fabricante para fabricante.
Não existe uma regra prática que possa ser aplicada
para definir qual deve ser o valor de tempo a ser
ajustado, e qual o melhor valor de tensão de pedestal
para que o motor possa garantir a aceleração da carga.
A melhor aproximação poderá ser alcançada através do
cálculo do tempo de aceleração do motor, o qual será
mostrado posteriormente.
4.3.1 Principais funções
70
SOFT-STARTER4
 Rampa de tensão na desaceleração
Existem duas possibilidades para que seja executada a
parada do motor, por inércia ou controlada,
respectivamente. Na parada por inércia, a Soft-Starter
leva a tensão de saída instantaneamente a zero,
implicando que o motor não produza nenhum
conjugado na carga, que por sua vez, irá perdendo
velocidade, até que toda energia cinética seja
dissipada. A equação (1) mostra matematicamente
como podemos expressar esta forma de energia.
1
K = –––––– J .2 (1)
2
onde,
K = energia cinética (Joules)
J = momento de inércia total (Kg.m2)
= velocidade angular (rad/s)
Na parada controlada a Soft-Starter vai gradualmente
reduzindo a tensão de saída até um valor mínimo em
um tempo pré-definido. Graficamente podemos
observar a figura 4.22.
Figura 4.22 - Perfil de tensão na desaceleração
O que ocorre neste caso pode ser explicado da seguinte
maneira: Reduzindo-se a tensão aplicada ao motor, este
irá perder conjugado; a perda de conjugado reflete no
aumento do escorregamento; o aumento do
escorregamento faz com que o motor perca velocidade.
Se o motor perde velocidade a carga acionada também
71
SOFT-STARTER4
perderá. Este tipo de recurso é muito importante para
aplicações que devem ter uma parada suave do ponto
de vista mecânico. Podemos citar como exemplo
bombas centrífugas, transportadores, etc.
No caso particular das bombas centrífugas este recurso
minimiza o efeito do “golpe de ariete”, que pode
provocar sérios danos a todo o sistema hidráulico,
comprometendo componentes como válvulas e
tubulações, além da própria bomba.
Golpe de Ariete:
O “Golpe de Ariete” é um “pico de pressão” resultado de
uma rápida redução na velocidade de um líquido, que
pode ocorrer quando um sistema de bombeamentosofre uma parada brusca. No contexto da aplicação de
Soft-Starter, a ocorrência do Golpe de Ariete está
relacionada à rápida parada do motor da bomba,
embora o golpe de ariete possa ser provocado por
outros eventos, como o fechamento rápido de uma
válvula.
O “pico” de pressão nestas condições pode ser várias
vezes maior que o esperado para o sistema,
provocando danos que podem se extender até a
bomba.
Quando a Soft-Starter está habilitada a fazer uma
parada suave do motor (“Pump Control”), a chance de
ocorrência do golpe de ariete na parada do motor é
reduzida.
 Kick Start
Existem cargas que no momento da partida exigem um
esforço extra do acionamento em função do alto
conjugado resistente. Nestes casos, normalmente a
Soft-Starter precisa aplicar no motor uma tensão maior
que aquela ajustada na rampa de tensão na
aceleração, isto é possível utilizando uma função
chamada “Kick Start”. Como podemos ver na figura
4.23, esta função faz com que seja aplicado no motor
um pulso de tensão com amplitude e duração
programáveis para que o motor possa desenvolver um
conjugado de partida, suficiente para vencer o atrito, e
assim acelerar a carga. Deve-se ter muito cuidado com
esta função, pois ela somente deverá ser usada nos
casos onde ela seja estritamente necessária.
72
SOFT-STARTER4
Figura 4.23 - Representação gráfica da função “Kick Start”
Devemos observar alguns aspectos importantes
relacionados com esta função, já que ela poderá ser
mal interpretada e, desta forma, comprometer a
definição com relação ao seu uso, inclusive o do
próprio sistema de acionamento.
Como a tensão de partida poderá ser ajustada próximo
da tensão nominal, mesmo que por um pequeno
intervalo de tempo, a corrente de partida irá atingir
valores muito próximos daqueles registrados no
catálogo ou folha de dados do motor.
Isto é claramente indesejável, pois a utilização da Soft-
Starter nestes casos advém da necessidade de garantir-
se uma partida suave, seja eletricamente, seja
mecanicamente. Desta forma podemos considerar este
recurso como sendo aquele que deverá ser usado em
última instância, ou quando realmente ficar óbvia a
condição severa de partida.
 Limitação de corrente
Na maioria dos casos onde a carga apresenta uma
inércia elevada, é utilizada uma função denominada
de limitação de corrente. Esta função faz com que o
sistema rede/Soft-Starter forneça ao motor somente a
corrente necessária para que seja executada a
aceleração da carga. Na figura 4.24 podemos observar
graficamente como esta função é executada.
73
SOFT-STARTER4
Figura 4.24 - Limitação de corrente
Este recurso é sempre muito útil pois garante um
acionamento realmente suave e, melhor ainda, viabiliza a
partida de motores em locais onde a rede encontra-se no
limite de sua capacidade. Normalmente nestes casos a
condição de corrente na partida faz com o sistema de
proteção da instalação atue, impedindo assim o
funcionamento normal de toda a instalação. Ocorre então
a necessidade de se impor um valor limite de corrente de
partida de forma a permitir o acionamento do
equipamento bem como de toda a indústria.
A limitação de corrente também é muito utilizada na
partida de motores cuja carga apresenta um valor mais
elevado de momento de inércia. Em termos práticos,
podemos dizer que esta função é a que deverá ser
utilizada após não obter-se sucesso com a rampa de
tensão simples, ou mesmo quando para que o motor
acelere a carga, seja necessário ajustar uma rampa de
tensão de tal forma que a tensão de partida (pedestal)
próximo aos níveis de outros sistemas de partida como,
por exemplo, as chaves compensadoras, não sendo isto
de forma alguma um fator proibitivo na escolha do
sistema de partida.
 Pump control
Esta função é utilizada especialmente para a aplicação
de Soft-Starter em sistemas de bombeamento. Trata-se
na realidade de uma configuração específica
(pré-definida) para atender este tipo de aplicação,
onde normalmente é necessário estabelecer uma
rampa de tensão na aceleração, uma rampa de tensão
74
SOFT-STARTER4 SOFT-STARTER4
na desaceleração e a habilitação de proteções. A rampa
de tensão na desaceleração é ativada para minimizar o
golpe de ariete, prejudicial ao sistema como um todo.
São habilitadas também as proteções de seqüência de
fase e subcorrente imediata (para evitar a cavitação).
A cavitação é a formação de “bolhas” através no
interior da bomba. Com bombas centrífugas, a
cavitação pode ocorrer quando o valor de sucção se
torna alto o suficiente no interior da bomba. Quando
estas bolhas passam pela bomba, uma grande
quantidade de energia é liberada, provacando danos.
Quando a Soft-Starter está devidamente habilitada a
fazer proteção de subcorrente (“Pump Control”), a
bomba fica protegida de ocorrência de cavitação
prolongada.
 Economia de energia
Uma Soft-Starter que inclua características de
otimização de energia simplesmente altera o ponto de
operação do motor. Esta função, quando ativada, reduz
a tensão aplicada aos terminais do motor de modo que
a energia necessária para suprir o campo seja
proporcional à demanda da carga.
Quando a tensão no motor está em seu valor nominal e
a carga exige o máximo conjugado para o qual o motor
foi especificado, o ponto de operação será definido
pelo ponto A, conforme a figura 4.25. Se a carga
diminui e o motor for alimentado por uma tensão
constante, a velocidade (rotação) aumentará ligeira-
mente, a demanda de corrente reduzirá e o ponto de
operação se moverá junto à curva para o ponto B. Por
ser um motor onde o conjugado desenvolvido é
proporcional ao quadrado da tensão aplicada, haverá
uma redução do conjugado com uma redução de
tensão. Caso esta tensão seja devidamente reduzida, o
ponto de operação passará a ser o ponto A|.
75
SOFT-STARTER4
Figura 4.25 - Equilíbrio entre conjugado e tensão
Em termos práticos pode-se observar uma otimização
com resultados significativos somente quando o motor
está operando com cargas inferiores a 50% da carga
nominal. Isto, diga-se de passagem, é muito difícil de
encontrar-se pois estaríamos falando de motores
altamente sobredimensionados, o que atualmente em
virtude da crescente preocupação com o desperdício
de energia e fator de potência, vem sendo evitado a
todo custo.
Cabe destacar que este tipo de otimização de energia
possui alguns inconvenientes, principalmente, a
geração de tensões e correntes harmônicas e variações
no fator de potência. No caso as harmônicas podem
ocasionar problemas relativos a danos e redução da
vida útil de capacitores para correção de fator de
potência, sobreaquecimento de transformadores e
interferências em equipamentos eletrônicos.
As proteções disponibilizadas pelas Soft-Starter Weg
são um diferencial importante.
Ver item 5.5 deste Guia para uma descrição detalhada
das proteções das Soft-Starter das séries SSW-03 e
SSW-04.
Veremos a seguir alguns acionamentos típicos,
abrangendo desde circuitos triviais, para apenas partir
o motor, até aplicações mais sofisticadas com reversão,
by-pass, etc.
4.3.2 Proteções
4.3.3 Acionamentos
típicos
76
SOFT-STARTER4
 Básico / Convencional
Todos os comandos, leituras e monitoração de status
feitos via I.H.M.
Acionamento sugestivo com comandos por
entradas digitais a dois fios
Figura 4.26 - Diagrama simplificado de um acionamento básico
Parâmetro Programação
P53 1
P54 2
P55 oFF
P61 oFF
* Padrão de fábrica
77
SOFT-STARTER4
 Inversão de sentido de giro
Acionamento sugestivo com comandos por
entradas digitais a três fios e troca do sentido
de giro
Figura 4.27 - Diagrama do acionamento com inversão de sentido de giro
Parâmetro Programação
P04 oFF
P51 3
P53 4
P54 4
P55 3
P61 oFF
78
SOFT-STARTER4
 Frenagem por injeção de corrente contínua
Acionamento sugestivo com comandos por
entradas