Soft Start

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FACULDADES UNIDAS DO NORTE DE MINAS
BACHARELADO EM ENGENHARIA ELÉTRICA
 
SOFT START
 
alunos:
RENATO RIVA SANTOS SOARES
ALISSON
professorES:
MARCO ANTÔNIO
fREDERICO
MONTES CLAROS - MG
2018 
SUMÁRIO
	RESUMO........................................................................................................................1
1	INTRODUÇÃO..............................................................................................................2
		1.1 Apresentação.................................................................................................2
2	OBJETIVO......................................................................................................................3
		2.1 Objetivo Geral..............................................................................................3
		2.2 Objetivo Especifico......................................................................................3
3	METODOLOGIA...........................................................................................................4
		3.1 Principais Funções e Características............................................................7
		3.2 Rampa de Tesão em Aceleração..................................................................8
		3.3 Rampa de tensão em desaceleração.............................................................9
		3.4 Variação de Tensão no Motor....................................................................10
4	PUMP CONTROL........................................................................................................12
		4.1 Sobrecorrente Imediata na Saída................................................................13
		4.2 Sobcorrente Imediata..................................................................................14
		4.3 Sobrecarga na Saída...................................................................................14
		4.4 Sobretemperatura nos Tiristores.................................................................15
		4.5 Sequência de Fase Invertida.......................................................................15
		4.6 Falta de Fase na Rede.................................................................................15
		4.7 Falta de Fase no Motor................................................................................16
		4.8 Falha nos Tiristores....................................................................................16
		4.9 Erro na CPU ..............................................................................................16
		4.10 Erro de Programação ................................................................................16
		4.11 Defeito Externo .......................................................................................16
5	FORMAS DE LIGAÇÃO.............................................................................................17
		5.1 Ligação Direta............................................................................................17		5.2 Ligação com Contactor em Paralelo...........................................................17
		5.3 Ligação em Partida Sequencial de Diversos Motores................................17
		5.4 Ligação simultânea de Diversos Motores...................................................17
		5.5 Diagrama de Comando do Soft Start..........................................................17
6	RESULTADOS.............................................................................................................18
7	DISCURSSÃO E CONCLUSÕES..............................................................................19
8	AGRADECIMENTOS..................................................................................................20
9	REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..........................................................................21
RESUMO
	O objetivo deste projeto é compreender desde a parte teórica, assim com o funcionamento dos motores de indução como o equipamento soft starter acoplado ao sistema. Buscamos verificar suas vantagens e desvantagens, além de verificar a economia de energia quando se usa o equipamento soft start, bem como a diminuição quanto a manutenção dos motores com eles instalados.
Palavras Chaves:  Motor de Indução, Soft-starter, Economia de Energia, Partida Suave, soft start.
APRESENTAÇÃO
Este conteúdo didático esta sendo concebido no intuito em fornecer informações sobre o equipamento Soft Estart, suas aplicações em motores elétricos.
Este equipamento é bastante utilizado principalmente em industrias
Esperamos que este material seja de grande valia e aproveitamento para os quais buscam saber sobre o equipamento Soft Start, através deste material didático.
INTRODUÇÃO
Em busca de melhorar e otimizar os sistemas industriais juntamente com os sistemas, criou-se e desenvolveu-se novos métodos, onde pudesse utilizar novas técnicas visando a automação industrial. 
Percebe-se que diante dessas novas técnicas vemos quanto tem contribuído para o avanço e crescimento no setor residencial e industrial.
Podemos citar dentre um dos sistemas de acionamento o de motores de indução, acionamento este largamente utilizado nos setores e segmentos industriais e residenciais. Vamos abordar e avaliar em particular a técnica de chaves de partida suave (Soft Start). 
Essas novas técnicas apresentadas inclusive o Soft Start tem assumido positivamente lugares dos sistemas eletromecânicos.
Diante desse novo cenário com o crescimento e avanços da eletrônica de potência em particular no uso em motores de indução no que se trata da chave de partida suave soft start, o seu uso tem trazido vantagens e benefícios no setor industrial e residencial, sendo assim, a chave de partida suave soft start trousse ao setor de motores muita economia e satisfação para o mercado. 
OBJETIVO
	O intuito desse trabalho é referenciar o sistema de acionamentos de motores por indução por partida suave através do uso da chave soft start com o propósito de otimizar os setores industriais.
OBJETIVO GERAL
	Iremos aqui fazer uso da chave partida suave soft start, bem como testar, analisar e avaliar as técnicas de otimização no objetivo de desenvolver o setor industrial.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Fazer uso, bem como conhecer o funcionamento da chave de partida suave soft start;	
Fazer comparativos de seus métodos em partidas de motores;
Fazer saber de suas características e principais funções do soft start.
METODOLOGIA
Com o desenvolvimento da eletrônica de potencia, torna-se cada vez mais econômico e pratico o uso de chaves eletrônicas de partida de motores como As chaves de partida soft-start, que asseguram aceleração e desaceleração progressivas, permitindo adaptação da velocidade as condições de operação. Neste tipo de chave a alimentação do motor, é feita pelo aumento progressivo de tensão, permitindo uma partida suave, reduzindo o pico de corrente e assegurando o controle das características de funcionamento, a proteção térmica do motor e do controlador, bem como a proteção mecânica da máquina. 
O funcionamento de soft-starters esta baseado na utilização de tiristores, ou melhor, de uma fonte tiristorizada, na configuração antiparalela, que e comandada por uma placa de controle eletrônica, a fim de ajustar a tensão de saída, conforme programação feita pelo usuário.
O soft-start controla a tensão da rede, por meio do circuito de potência constituído por seis tiristores, variando-se o angulo de disparo dos tiristores, variamos a valor da tensão eficaz aplicada ao motor.
Faremos agora uma análise das partes individuais desta estrutura, uma vez que dividi-la em duas partes, o circuito de potênciae o circuito de controle.
	Com este novo método de partida suave (Soft Start) em estado sólido, funciona em conjunto com pares de tiristores (SCR´s) em configurações antiparalela ou através de combinações de tiristores e diodos, onde os mesmos são usados em cada fase do motor.
	Esse tipo de dispositivo encontra-se mais em motores que necessitam de potencias superiores. Tais características e especificações trazem definições através de programas que possibilitam simulações e comunicação na operação.
Circuito de Controle - É no bloco de controle que estão 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. 
	Este método de funcionamento de partida, trata-se da circulação da corrente que é fornecida para o motor. Onde ocorre fração da tensão de alimentação na qual pode ser ajustada suas características de acordo com um escalonamento que atenda a carga solicitada ou que se espera possibilitando que o motor parta do repouso até atingir a plena carga.
Atualmente a maioria das chaves soft-start disponíveis no mercado são micro processadas, sendo assim, totalmente digitais. Alguns fabricantes ainda produzem alguns modelos com controle analógico, mais no sentindo de oferecer uma opção mais barata para aplicações onde não sejam necessárias funções mais sofisticadas.
Aqui estão os Dispositivos e seus componentes.
	Figura 1 - Dispositivo de Manobra Estática para Partida e Parada Suave - SIKOSTART.
	Figura 2 - Forma de ligação dos Tiristores.
PRINCIPAIS FUNÇÕES E CARACTERISTICAS
RAMPA DE TENSÃO EM ACELERAÇÃO
	A rampa de tensão que ocorre nas chaves do Soft Start, esse tem a função de controlar a variação do ângulo de disparo da ponte dos tiristores, para que a tensão eficaz seja crescente na qual venha a atingir a tensão nominal no qual o motor está ligado.
	No final do período de partida suave (soft-starter) a tensão atinge um valor pleno após uma aceleração suave ou uma rampa ascendente, ao invés de ser submetido a transição brusca, como ocorre com o método de partida por ligação estrela triângulo. Com isso, consegue-se manter a corrente de partida próxima da nominal e com suave aceleração, como desejado
Observe o gráfico e a figura e sua representação logo abaixo.
	Figura 3 - Representação gráfica da Rampa de Tensão.
Figura 4 - Curvas Características durante a rampa de aceleração do motor.
RAMPA DE TENSÃO EM DESACELERAÇÃO
	Para este objeto temos dois caminhos que nos possibilita executar a parar o motor, sendo uma pela inércia ou controlando, simultaneamente. A vantagem do controle da corrente durante a partida, a chave não possui partes móveis ou que gerem arco elétrico, como nas chaves eletromecânicas. Este é um dos pontos fortes das chaves eletrônicas, o que faz com que sua vida útil seja mais longa, assim como seus componentes e acessórios (fusíveis, contatores, cabos, etc.). 
Pode ser demonstrada através da equação matemática a forma de energia:
						 1
 K= ----------- J.w²
						 2
K = Energia Cinética ( Jaule)
J = Inércia Total (kg.m²)
w = Velocidade Angular (rd/s)
Enquanto na execução por parada controlada o equipamento soft start trabalha de forma que leva sua tensão de saída no motor a ir reduzindo sua velocidade por um tempo pré-definido.
	Figura 5 - representação gráfica da Rampa de Desaceleração.	
	Podemos observar que neste tipo de rampa a de desaceleração, ao reduzir a tensão aplicada no motor, consequentemente ele perde o conjugado. Fazendo com que aumente o escorregamento do mesmo influenciando na velocidade do motor. No entanto, a sua aplicação tem este objetivo para que haja uma parada suave, minimizando o efeito do "Golpe de Aríete", o qual pode provocar danos a todo o sistema hidráulico conectado.
PULSO DE TENSÃO DE PARTIDA (Kick Start)
Esta função e aplicada em cargas de elevada inércia de partida, onde se exige um esforço extra do acionamento, em função do alto conjugado resistente. Então, neste caso, e aplicada uma tensão inicial maior do que a definida na rampa desaceleração. E um pulso de tensão com amplitude e duração programáveis. Esta aplicação de rampa de tensão e muito útil em situações onde se necessite de uma parada suave do ponto de vista mecânico. Principalmente em bombas centrifugas, onde precisa minimizar os golpes de aríete.
A soft-starter apresenta ainda a possibilidade de desaceleração suave para cargas de baixa inércia. Outras vantagens são ainda: Corrente de partida próxima a corrente nominal, não existe limitação no número de manobras/hora, torque de partida próximo do torque nominal, tornando o equipamento ter vida útil prolongada, pois não possui partes eletromecânicas móveis, na qual utiliza-se também para desacelerar o motor. Sua desvantagem é o maior custo na medida em que a potência é reduzida.
Figura 6 - Comparativo entre os métodos de partida.
VARIAÇÃO DE TENSÃO NO MOTOR
Figura 7 - Comportamento das Ondas gráficas de acordo com as rampas.
As principais características dos métodos de partidas são:
1 - Aplicação no acionamento de máquinas que partem em vazio e com carga ;
2 - Possibilita parametrização de tensão permitindo uma aceleração progressiva e uniforme da máquina, o que leva a redução da potência necessária ;
 3 - O supervisionamento precisa ter um nível mais sofisticado;
 4 - Com a ausência de choques mecânicos (sem trancos no motor ), na aceleração e desaceleração da máquina, consequentemente aumentam de forma satisfatória o tempo de manutenção, o que contribui para o prolongamento da vida útil do equipamento.
5 - Com todas essas características, tem contribuído na substituição de partida por autotransformador ( compensadora ) e estrela - triângulo com vantagens.
Esquema de Ligação
	
Figura 8 - Esquema de Ligação soft start
	
Comparação na partida e o seu desenvolvimento em cada sistema, notadamente observe quão grande a diferença no partida suave.
Figura 9 - demonstração gráfica individual de partida de cada sistema.
	
Entretanto, devemos analisar cada tipo equipamento, funções e mais alguns dados básicos, como carga instalada entre outros para podermos fazer uma escolha apropriada. 
PUMP CONTROL
 Para o soft-start que possuem características de otimização de energia faz com que o mesmo altere o ponto de operação do motor. Aplicada a função aos terminais do motor repassa a energia necessária ao campo que seja proporcional à demanda da carga. 
Quando a tensão motor chega ao seu valor nominal e a carga exige o máximo do conjugado para o qual o motor foi constituído, a sua operação será definida pelo ponto A. Se a carga e o motor receber tensão constante, a velocidade de rotação crescerá instantaneamente, levando a corrente ser reduzida e o ponto de operação se deslocará junto à curva para o ponto B. Devido o um motor possuir o conjugado desenvolvido é proporcional ao quadrado da tensão aplicada, ocorrerá uma redução do conjugado com uma diminuição de tensão. Caso esta tensão seja devidamente diminuída, o ponto de operação passará a ser o ponto A´ , como mostra a figura logo a seguir.
Figura 10 - Comportamento do Pump - Control
O uso de soft start não se limita a exclusividade para partidas de motores de indução, como podem também garantir a proteção do motor que seja necessária. Quando a atuação dessa proteção é necessária, uma mensagem de erro aparece para que o operador visualize e verifique e faça a correção.
O soft start possuem alguns tipos de proteções que o torna um equipamento de grande utilidade, como:
SOBRECORRENTE IMEDIATA NA SAÍDA
	 Função esta que ajusta o valor da corrente na qual o motor tem o tempo pré-ajustado(via parametrização).
Figura 11 - Gráfico do comportamento da proteção sobrecorrente.
• SOBCORRENTE IMEDIATA 
Esta ajusta para o valor mínimo a corrente que a soft-start permite fluir cujo o motor por um período de tempo é pré-ajustado (via parametrização). Onde a função é muito requerida na proteção de cargas que não possam operar em vazio ou cargas bem abaixo do seu valor mínimo.
Figura 12 - Gráfico do comportamento da proteção sobcorrente.
• SOBRECARGA NA SAÍDA 
Esta proteção supervisiona as condições de sobrecarga conforme a classe térmica selecionada (via parametrização), protegendo o motor termicamente contra sobrecargas aplicadas ao seu eixo. 
A figura abaixo nos mostra o gráfico desta função ; 
Figura 13 – Sobrecarga na saída.
• SOBRETEMPERATURA NOS TIRISTORES ( medida no dissipador ) 
Esta monitora a temperatura no circuito de potência através de um termostato montado sobre o dissipador de calor, onde fica a instalação dos tiristores.
Se a temperatura do dissipador ultrapassar os 90º C, o termostato irá comutar e a CPU fará o bloqueie imediato dos pulsos de disparos dos tiristores, mostrando um mensagem de erro no display. 
• SEQUÊNCIA DE FASE INVERTIDA 
Existem modelos de soft-start que operam se a seqüência de fase estiver correta. Esta proteção pode ser habilitada para assegurar que cargas a inversão do sentido de giro não sejam danificadas ou prejudiquem o processo devido a sua inversão. 
A grande desvantagem desses modelos muito sensíveis e a mudança da seqüência de fase, na maioria das vezes qualquer operação de reversão deverá ser feita na saída da chave. 
• FALTA DE FASE NA REDE 
Reconhece a falta de uma fase na alimentação do soft-start e bloqueia os pulsos de disparo dos tiristores. 
• FALTA DE FASE NO MOTOR 
Reconhece a falta de uma fase na saída do soft-start e bloqueia os pulsos de disparo dos tiristores. 
• FALHA NOS TIRISTORES 
Reconhece a ausência de algum tiristor caso esteja danificado. Caso exista, bloqueia os pulsos de disparo dos e envia uma mensagem de erro através do display. 
• ERRO NA CPU (watchdog) 
Ao ligar, a CPU a mesma executa uma rotina pré-definida de auto diagnostico fazendo uma varredura nos circuitos essenciais. Caso haja alguma irregularidade, levando o bloqueio dos pulsos de disparos dos tiristores e consequentemente será enviada uma mensagem de erro através do display. 
Obs.: Interferência eletromagnética também pode causar a atuação desta proteção. 
• ERRO DE PROGRAMAÇÃO 
Este tipo de erro não é aceito, pois não se pode alterar o valor incorretamente, por uma porta de comunicação serial. 
• DEFEITO EXTERNO 
Alguns soft start possuem uma entrada digital programada (via parametrização). Onde pode ser associados dispositivos de proteção externos para atuarem sobre esta entrada. 
• ACIONAMENTO TÍPICO 
Na próxima página veremos um modelo de digrama no que constitui um exemplo de aplicação com acionamento tipicamente configurável nas chaves soft-start ; 
Figura 14– Diagrama simplificado de um acionamento básico
FORMAS DE LIGAÇÃO
Existem varias formas de ligar a soft-start, são elas:
LIGAÇÃO DIRETA
Nesse tipo de ligação, o motor e ligado diretamente a soft-start. Dependendo do modelo da soft-start, pode ser ligada diretamente, ou com auxilio de contatores, fusíveis e reles de sobrecorrente.
LIGAÇÃO COM CONTATOR EM PARALELO (CONTATOR DE BY PASS)
Essa ligação e feita para diminuir as perdas na soft-starter quando o motor esta em regime normal de trabalho. Para tanto e utilizado um contacto em paralelo quando o motor estiver em regime normal de trabalho. 
LIGAÇÃO EM PARTIDA SEQUENCIAL DE DIVERSOS MOTORES
Podem ser ligados diversos motores com a mesma soft-starter, reduzindo os custos das partidas. Para tanto, e partido um motor, e apos ser concluída a sua partida, esse motor e alimentado com a tensão da rede, e a soft-starter fica liberada para fazer a partida de outro motor.
Ao fazer uma partida sequencial recomenda-se o uso de motores da mesma potência e características de carga, para que seja facilitado o ajuste de todos os motores. Se forem utilizados motores com potencias ou cargas diferentes, a melhor forma de ajusta-los é separadamente os parâmetros de cada motor, pela entrada digital ou via cabo de rede.
LIGAÇÃO SIMULTÂNEA DE DIVERSOS MOTORES
Para efetuar esta ligação, a capacidade da soft-start deve ser maior ou igual a soma das potencias de todos os motores.
DIAGRAMA DE COMANDO DO SOFT-START
A soft-start possui um determinado numero de entradas e saídas digitais e analógicas. As saídas podem ser parametrizadas para comando: ligar e desligar a soft-start etc; sinalização: alarme, sobrecorrentes, falta de alimentação, etc; controle: indicação de final de rampa etc. As tensões de operação desses reles e saídas digitais podem ser 110 VCA a 240 VCA a 24 VDC, dependendo do fabricante.
Figura15 : Diagrama de comando de uma soft-start.
As chaves soft-start são, hoje totalmente digitais as quais permitem programações pelo usuário, no que cerne a aplicação desejada. Os tiristores são diretamente ligados a um microprocessador,com as seguintes funções básicas:
_ Controle das rampas de aceleração e desaceleração;
_ Limitação de corrente ajustável;
_ Conjugado na partida;
_ Frenagem por injeção de corrente continua;
_ Proteção dos acionamentos por sobrecarga;
_ Proteção do motor por sobrecarga ou partidas demasiadamente frequentes;
_ Detecção de desequilíbrio falta de fase ou falha nos tiristores;
AGRADECIMENTOS
ROTEIRO BIBLIOGRÁFICO
SCHMELCHEN, Theodor. Manual de Baixa tensão: informações técnicas Parra aplicação de dispositivos de manobra, comando e proteção. 1ª edição
Siemens S.A. Nobel, São Paulo, 1988.
DAWES, Chester L. Curso de Eletrotécnica. 13ª edição. Editora Globo. Porto Alegre, 1976.
WEG, Acionamentos. Informações Técnicas. Comando e proteção para motores Elétricos. Jaraguá do Sul, 1990.
A. Capelli. Eletrônica para Automação. Antenna Edições Técnicas, Rio de Janeiro, 2004.
Automação Industrial Editora: Érica Autor: Ferdinado Natale;
Automação Aplicada Editora: Érica Autor: Marcelo Georgini
Cadernos Técnicos da Siemens do Brasil;
Cadernos Técnicos da Allen-Bradley;
Cadernos Técnicos da WEG do Brasil;
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