Inversores de Frequência Eletrônica de Potencia

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Relatório da Aula Pratica 5 — Proteção, Partida e Ensaios de Motores de Indução
1) Objetivo da aula
	•	Entender o que é sobrecarga e por quanto tempo um motor pode suportá-la.
	•	Conhecer dispositivos de proteção (relé térmico, soft starter e contatos auxiliares).
	•	Revisar regimes de serviço (S1, S2, …), classe de isolação e grau de proteção (IP).
	•	Relacionar número de polos, frequência e velocidade, bem como corrente de partida (inrush).
	•	Dimensionar e comparar partidas direta (DOL), estrela-triângulo, autocompensada e soft starter.
	•	Realizar ensaio prático com simulador de carga por correntes de Foucault (freio no rotor) e ajustar parâmetros do soft starter para reduzir o pico de corrente.
2) Conceitos principais abordados
2.1 Sobrecarga e tempo de atuação
	•	Sobrecarga: condição em que a corrente do motor excede a corrente nominal (In) por um curto intervalo.
	•	O tempo “curto” não é um número fixo universal; depende do motor e do dispositivo de proteção (classe de disparo/tempo do relé térmico, massa térmica do motor e da carga, temperatura ambiente e classe de isolação).
	•	Em relé térmico (bimetálico), ao atuar por sobrecarga:
	•	Ele desarma mecanicamente e só rearma após resfriar (alguns minutos).
	•	Pode haver reset manual/automático (conforme modelo e ajuste).
	•	Ajuste típico do relé térmico: próximo de 1,0 × In do motor (valor da placa). Se o motor do laboratório tiver In ≈ 2,4 A (valor citado verbalmente), o ajuste do relé deve refletir esse número.
2.2 Função de manobra e comando
	•	Contator: manobra liga/desliga; possui contatos principais (força) e auxiliares (NA/NC) para intertravamentos e sinalização.
	•	Circuito de comando e circuito de força devem ser alimentados separadamente e com cabos adequados; não alimentar o comando “puxando” direto das fases de potência.
2.3 Velocidade, polos e escorregamento
	•	Velocidade síncrona: nₛ = 120·f / p (rpm).
	•	Ex.: em 60 Hz, 4 polos → 1800 rpm; 8 polos → 900 rpm.
	•	Velocidade típica em carga: ~1690 rpm para motor de 4 polos (devido ao escorregamento s).
	•	Observação prática: corrente e velocidade dão pistas de carga aplicada (corrente menor que a de placa → carga leve; rotação mais próxima de nₛ).
2.4 Regimes de serviço (S1, S2, …)
	•	S1 (serviço contínuo): projetado para ligar e ficar ligado.
	•	S2 (curto-tempo) e outros: aplicações com liga/para frequentes; exigem motores/acionamentos dimensionados para isso.
2.5 Classe de isolação e temperatura ambiente
	•	Ex.: Classe F (típica em motores industriais) → suporta temperatura de operação mais alta (ordem de 155 °C na isolação do enrolamento).
	•	Temperatura ambiente de referência de projeto geralmente 40 °C. Em ambientes mais quentes, a margem térmica encurta, e a capacidade de sobrecarga diminui.
2.6 Grau de proteção (IP)
	•	Dois dígitos: 1º (sólidos/poeira), 2º (líquidos/água).
	•	Números maiores = maior proteção. Escolha conforme o ambiente (indústria, poeira, umidade, etc.).
2.7 Corrente de partida (inrush) e dimensionamento
	•	Corrente de partida típica citada: ≈ 5,3 × In (valor de referência observado/dito em aula).
	•	Superdimensionar motor (ex.: usar 5 cv onde a carga pede 1 cv) pode reduzir muito o fator de potência e a eficiência na operação real.
3) Estratégias de partida e suas implicações
3.1 Partida direta (DOL)
	•	Maior pico de corrente (inrush). Requer rede e cabos compatíveis.
	•	Simples e robusta.
3.2 Estrela-triângulo (Y-Δ)
	•	Na partida em estrela, a tensão de fase cai para 1/√3 da tensão em triângulo → corrente de partida na linha ≈ 1/3 da DOL em triângulo.
	•	Menor pico de corrente, porém menor torque de partida; exige troca para triângulo após aceleração.
3.3 Autotransformador (partida autocompensada)
	•	Reduz a tensão de partida via transformador → reduz corrente mantendo torque mais favorável que Y-Δ, ao custo de maior complexidade/custo.
3.4 Soft starter
	•	Controla a tensão RMS aplicada durante a aceleração (rampa de tensão e de tempo).
	•	Pode oferecer rampa de desaceleração (nem todos modelos).
	•	Proteções usuais: sobrecorrente/overload, falta ou inversão de fase, rotor travado, entre outras.
	•	Ajustes usados/observados em aula:
	•	Tensão inicial: ~30% foi insuficiente (motor “pediu” muita corrente por não gerar torque → acendeu OVERLOAD).
	•	Correção: aumentar tensão inicial para ~50–60% e reduzir o tempo de rampa → pico de corrente menor e partida mais robusta.
	•	Dica prática: monitorar tensão e corrente durante o comissionamento; se a rampa for longa e a tensão muito baixa, a corrente pode subir (motor “patina” sem torque).
4) Montagem e dispositivos (observados na prática)
	•	Soft starter alimentado pelas 3 fases (R/S/T).
	•	Alimentação do comando separada (borne próprio), com entradas digitais (ex.: DI1 para “Ligar”, DI2 para “Reset/Desligar”).
	•	Relés de saída (ex.: 13–14, 23–24) para sinalização de falha/estado.
	•	Intertravamentos e botões NA/NC no circuito de comando do contator.
	•	Atenção à bitola dos cabos (força x comando) e à topologia correta (evitar “pontes” improvisadas).
5) Ensaio de carga com freio por correntes de Foucault
	•	Princípio: campo magnético (excitação CC) interage com disco/prato de alumínio acoplado ao rotor → gera correntes de Foucault e força de frenagem (torque resistente).
	•	Limitação observada: o freio só atua quando o disco já está girando; não simula bem a carga no instante zero da partida → corrente de pico medida ficou menor que o esperado teórico (ex.: mediu ~6 A onde se esperava ~10 A).
	•	Implicação: bom para caracterizar regime já em movimento, limitado para ensaiar o transiente inicial.
6) Observações e resultados práticos relatados
	•	Velocidade nominal próxima de 1690 rpm (motor 4 polos, 60 Hz) → coerente com escorregamento típico.
	•	Leitura de tensão durante a rampa (soft starter) subindo ~128 → 210 V até atingir a rede (~220 V).
	•	OVERLOAD acendeu com tensão inicial de 30%; após elevar p/ ~60% e reduzir tempo de rampa, a corrente de pico caiu e a partida estabilizou.
	•	Fator de potência cai em carga leve, então superdimensionar motor piora PF e eficiência.
	•	Estrela-triângulo citada como alternativa clássica para reduzir inrush (≈ 1/3 da DOL na linha), porém com torque inicial limitado.
	•	Proteções do soft starter úteis no laboratório: falta/inversão de fase, overload, rotor travado, e bloqueio de partida se sequência de fases estiver errada.
7) Conclusões
	1.	“Curto intervalo de sobrecarga” não é fixo; depende do motor, isolação, ambiente e classe/ajuste do relé térmico. Em relé bimetálico, é obrigatório aguardar resfriar para o reset.
	2.	Reduzir tensão demais na partida (soft starter) pode aumentar corrente se o torque não for suficiente → ajuste combinado de tensão inicial mais alta e rampa mais curta melhora a partida.
	3.	Partida Y-Δ e autocompensada reduzem inrush frente à DOL; soft starter oferece controle fino e proteções integradas, sendo mais versátil.
	4.	Regime S1 implica uso contínuo; aplicações com liga/para frequentes exigem regimes apropriados (S2, …) e eventualmente outro tipo de motor/acionamento.
	5.	Classe de isolação e ambiente (40 °C como referência) impactam capacidade térmica; ambientes quentes reduzem a tolerância à sobrecarga.
	6.	Superdimensionar motor não é solução genérica: piora PF/eficiência e pode mascarar problemas de projeto.
8) Recomendações práticas (checklist)
Proteção e ajustes
	•	Ajuste o relé térmico para ≈ 1,0 × In da placa do motor (rever faixa do relé).
	•	Defina a classe de disparo conforme carga (bombas/ventiladores x partidas pesadas).
	•	Separe força de comando e confira bitolas.
Soft starter (parametrização inicial segura)
	•	Tensão inicial: começar em 50–60%.
	•	Tempo de rampa: curto/moderado (ex.: 5–10 s) e ajustar empiricamente observando corrente e aceleração.
	•	Rampa de parada: habilitar só se beneficiar o processo (mecânica/carga).
	•	Habilitar proteções: falta/inversão de fase, overload/sobrecorrente, rotor travado.
	•	Usar saídas de relé para alarmes e intertravamentos.
Ensaios
	•	Para medir inrushreal, usar carga que atue desde 0 rpm (freio que “pega” parado ou dinamômetro adequado).
	•	Registrar tensão, corrente, PF e rotação (se houver tacômetro) para correlacionar carga e desempenho.