Dimensionamento de Partida de MIT (Rev 3)(1)

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Campus de Guaratinguet

Dimensionamento de um sistema de partida para motor eltrico de induo trifsico

Jackson Farias Fonseca10074-3Mara Fernanda Trujillo 09137-3Najara Alves de Abreu09524-3

SUMRIO

1. OBJETIVOS332. ELEMENTOS CONCEITUAIS342.1 Partida direta362.2 Partida soft starter56 2.3 Partida estrela tringulo................................................................................................56 3. DESENVOLVIMENTO E RESULTADOS613.1 Caracteristicas do Motor estudado.....................613.2 Mtodos de Partida..............................................................................................................713.2.1 Partida direta713.2.2 Partida soft starter823.2.3 Partida estrela tringulo102 4. CONCLUSO1205. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS120

1. OBJETIVODimensionar um motor de induo trifsico por mtodos diferentes e identificar o mais eficiente para o motor escolhido.2. ELEMENTOS CONECEITUAIS Os motores de induo trifsica exigem uma corrente muito alta durante a partida, que de 5 a 8 vezes maior que a corrente nominal a plena carga. A partida direta de um MIT deve ser utilizada sempre que possvel, mas esse mtodo consome uma corrente muito elevada e em alguns casos no poder ser aplicado. Esse fato pode desarmar disjuntores, danificar circuitos ou provocar flutuaes de tenses na rede. Assim, a escolha por uma partida direta depende das caractersticas da maquina a ser acionada, da disponibilidade da potencia de alimentao, da confiabilidade do servio e tambm da distncia entre a fonte de alimentao, devido condio da queda de tenso. Quando no for possvel usar a partida direta, existem quatro mtodos que podem ser utilizados: partida estrela-triangulo, partida por autotransformador (partida compensada), partida suave (partida soft starter) e a partida por conversor de frequncia. Nesse projeto ser abordada a partida direta, partida estrela-triangulo e a partida soft starter.

2.1 Partida Direta. Sempre que possvel, a partida de um motor trifsico deve ser direta, ou seja, feita a plena tenso, por meio do acionamento de um dispositivo de comando que pode ser uma chave seccionadora, disjuntor ou contator. Neste mtodo a corrente de partida alta e pode durar muito tempo, principalmente se a inrcia inicial do motor for grande. Existem conjuntos pr-montados para a partida direta de motores que renem no mesmo invlucro: dispositivo de comando (por exemplo, contator tripolar), dispositivo de proteo contra corrente de sobrecarga (por exemplo, rel trmico) e uma proteo do circuito contra correntes de curtos-circuitos (por exemplo, dispositivo fusvel). Esses dispositivos so mostrados, a seguir, nas figuras 1, 2, e 3 respectivamente.

Figura 1 - Contator tripolar siemens.

Figura 2 - Rel trmico siemens.

Figura 3 - Fusvel siemens.

2.2 Partida Atravs de Chaves Estticas (Soft starter) um sistema de partida que atravs de um circuito eletrnico acoplado a um microprocessador que tem a funo de controlar um conjunto de tiristores responsveis pelo ajuste de tenso aplicada aos terminais do motor. Alm disso, controla-se tambm o torque e a corrente de partida em funo das exigncias da situao. Esta tenso varivel de ativao pode ser uma rampa de tenso, quando empregada para substituir as chaves de partida eletromecnicas. Ao se ajustar a partida num valor de tenso Vp e um tempo de partida (ou rampa) de tempo Tp, a tenso cresce do valor Vp at a tenso de linha do sistema no tempo Tp determinado.Esse mtodo tem a vantagem de no provocar trancos no sistema, limitar a corrente de partida, evitar picos de corrente e ainda incorporar paradas suaves e protees. Essas chaves contribuem para a reduo dos esforos sobre acoplamentos e dispositivos de transmisso durante as partidas e para o aumento da vida til do motor.A figura 4 mostra um esquema de soft starter implementado com seis tiristores para acionar um motor de induo trifsico MIT.

Figura 4 - Esquema de soft starter implementado com seis tiristores para acionar um motor de induo trifsico (MIT).

2.3 Partida estrela tringulo. Esta forma de partida s possvel com motores com 6 terminais acessveis e que disponham de dupla tenso nominal, como 220V/380V. O procedimento feito ligando o motor inicialmente na configurao estrela at que este atinja a velocidade de regime, e ento troca-se a forma da conexo de Estrela para a forma de Triangulo, o que acarretar um aumento imediato da corrente. No entanto, a corrente e o conjugado de partida so reduzidos a um tero de seus valor nominais. Portanto, devido ao baixo conjugado, esta partida melhor empregada em motores que partam em vazio.

Vantagens:-Custo Reduzido-Reduo de 1/3 da corrente de partida-Baixa queda de tenso

Desvantagens:-Aplicao restrita motores que possuem dupla tenso nominal e 6 terminais acessveis-Conjugado de partida 1/3 da nominal-O motor precisa atingir at 90% da velocidade nominal antes da conexo ser trocada, caso contrrio, a corrente atingida na comutao ser demasiadamente alta (prxima da partida direta)

3. DESENVOLVIMENTO E RESULTADOS.Motor trifsico de induo Rotor de gaiola

Carcaa280S/M

Potncia125 cv

Frequncia60 Hz

Plos4

Tenso Nominal220/380 V

Corrente Nominal292/169 A

Ip/In7,2

Corrente a vazio108/62,5 A

Fator de Potncia0.85

Rendimento0.949

3.1 Caractersticas do Motor escolhido.As caractersticas do motor de induo trifsico foram retiradas do catlogo do fabricante WEG, tais caractersticas mostram-se a seguir na tabela 1.

Tabela 1 - Caractersticas do motor de induo trifsico escolhido (MIT).3.2 Mtodos de Partida.3.2.1 Partida DiretaUtilizando o motor escolhido na tenso de 380 V, tem-se uma corrente eltrica nominal do motor, IN_motor, de 169 A como apresentado na Tabela 1, para tal partida ser adotada esta corrente, bem como esse nvel de tenso.Mediante os dados do catalogo do transformador, apresentados na Tabela 1, retirado que que a relao entre a corrente de partida, Ip, e corrente nominal, IN_motor, 7, com este dado possvel obter a corrente de partida do motor, mediante o uso da equao (1).

J o tempo de partida, para esse mtodo, dado como 80 % do tempo mximo de rotor bloqueado suportado pelo motor, dado sempre no catlogo, para o motor em questo, o tempo de rotor bloqueado 20 segundos, assim o tempo de partida 16 segundos.Com a corrente de partida e o tempo de partida do motor, utiliza-se uma tabela de fusveis de retardo, Tempo Virtual x Corrente, como mostrada na figura 5, para se dimensionar o primeiro elemento deste mtodo, no caso usaremos fusvel do tipo NH de retardo.

Figura 5 - Tabela do fusvel, Tempo Virtual x Corrente.

No existe uma nica curva aps o ponto de encontro das retas, assim no h nenhum fusvel do tipo NH, com curvas esboadas na tabela da WEG de fusveis tipo NH de retardo, que suporte a corrente de partida durante o tempo que precisamos, esse mtodo de partida torna-se invivel, assim como a literatura menciona, tal mtodo no deve ser usado para motores de alta potencia, sendo indicados para at 5 cv, e isso foi verificado com o que foi dimensionado at aqui, no h fusveis compatveis, ao menos das classes mais usadas comercialmente, alm da alta corrente exigida na partida, que acarretar fios de bitolas extremamente altas, alm da alta queda de tenso que teremos, sem mencionar custos, j que um sistema de partida que exige tanta corrente acaba acarretando um custo exagerado, e no necessrio, de energia eltrica. Sendo assim no existe porque continuar com o projeto, j que o mesmo invivel economicamente, frente aos demais existentes.3.2.2 Partida Soft Starter

No soft start a corrente de partida (Ip) dada pela equao (2), diferente do mtodo de partida direta, est uma corrente menor e aceitvel, sendo que est corrente de partida sempre depende da corrente nominal do motor (INmotor) que ser acionado pela soft start.

Como vimos na partida direta, IN_motor 169 A, pois nesse mtodo ainda mantem-se a tenso em 380 V, sendo assim a corrente de partida 591.5 A.Deve-se ter um soft start que suporte esta grandeza, mas ser utilizado o critrio de que o soft starter aguenta durante 30 segundos uma corrente trs vezes maior que a sua corrente nominal, corrente essa chamada de Ilimite do soft(30s), usando o soft start da WEG, o SSW060205T2257PSZ de 205 A de corrente nominal, , teremos assim, conforme equao (3), que ele ir aguentar uma corrente de 615 A, pelos 30 segundos anteriormente mencionados,

Para que a soft start seja adequada ao motor, tem-se que a equao (4) deve ser prontamente atendida, o que ocorre para o motor utilizado e a soft start escolhida, logo o modelo escolhido ser o utilizado.

A partir desta especificao inicial de soft starter, faz-se necessrio verificar se a mesma adequada para suportar o regime permanente de acordo com os ciclos de trabalho (numero de partidas por hora) do motor, sem sobreaquecimento nos seus semicondutores.Para isto utiliza-se o critrio da corrente equivalente de soft starter em comparao com a corrente equivalente do motor, sendo que a de soft starter deve ser maior ou igual.O regime de trabalho especificado para o motor que, M1 (125HP), tenha 4 partidas por hora, com tempo de acelerao de 20s e corrente limite de 3,5 vezes sua corrente nominal.Usa-se a equao (5), tanto para o motor quanto para o soft start, para chegar-se a corrente equivalente (Ieq).

Sendo: a relao entre corrente de partida e nominal, para o soft start a corrente de partida a corrente que ele suporta durante os 30 segundos, trs vezes sua corrente nominal; a corrente nominal o tempo de acelerao para o motor e o os 30 segundos de corrente mxima para o soft start. o tempo entre partidas, 4 partidas por hora o mesmo que uma partida a cada 15 minutos, assim o t 15 minutos, mas t sempre dados em segundos, logo t 900 s.

Para o soft start:

Para o motor:

Como a corrente equivalente do soft start ficou maior que a do motor, o sistema soft start escolhido pode ser usado com esse motor.O esquema mostrado na Figura (6) ser usado como comando eltrico:

Figura 6 Esquema de comando eltrico.

Lista de componentes:M1: Motor 125CV / 380 V / 4 polos;SS: Soft starter para partida dos motores com rampa de tenso;RT1: Rele trmico para proteo contra sobrecarga;Ks1: Contator trifsico para acionamento do motor pela Soft Starter;Km1: Contator trifsico para conexo dos motores diretamente a rede aps a partida pela Soft Starter;F1: fusveis ultra-rpidos para proteo da Soft Starter;F2: fusveis retardados para proteo dos motores contra curto-circuito;S1: Botoeira de pulso com contato NA para comando LigarS2: Botoeira de pulso com contato NF para comando DesligarT1: Temporizador para manter os dois contatores (da soft starter e da rede) fechados simultaneamente por alguns instantes;RL1: Contato de sada digital da soft-starter usado para indicar o final da rampa de acelerao e by-passar a soft starter.

O fusvel F1 do tipo ultra-rpido e especificado com a ajuda do catalogo da soft-starter, esse fusvel deve ser capaz de proteger os semicondutores dela na eventual ocorrncia de defeito nos motores durante a partida, o manual da SW06 fornece a Tabela (2), da qual tiramos o a ligao Padro que nos permite encontrar um fusvel em um catalogo especifico de fusveis, tais como os NH da WEG.

Tabela 2 Auxilio para a escolha de fusveis da soft start.

Olhando o valor da ligao padro para o modelo usado, SSW-06.0205, tem-se 500, pegamos esse valor e vamos na tabela dos fusveis ultrarrpidos NH da WEG e achamos o que tenha esse valor 500 como corrente nominal, no caso nosso fusvel F1 o FNH3-500K-AO fusvel F2 protege os motor contra curto-circuito. Como ele s alimenta o motor em regime permanente a sua especificao baseada na corrente nominal do motor, considerando uma margem de sobrecarga de 20% e considerando que o mesmo no deve atuar para esta sobrecarga em regime permanente.Com base na corrente nominal do catalogo do motor, a corrente do fusvel F2, IF2, dada pela Equao (8).

O fusvel F2 ter ento corrente nominal de 202.8 A, tal fusvel do tipo retardado, assim consultamos a tabela de NH retardado usando a corrente de 202.8 A e chega-se no fusvel FNH1-200U de 200 A.O dimensionamento dos contatores Ks1 e KM1, considera a corrente nominal dos motores mais uma sobrecarga de 20%,conforme a Equao (9).

Assim os contatores tem que ter corrente nominal, de no mnimo, 202.8 A, o contator pode ser achado em catlogos especficos, usou-se o da WEG e obteve-se o contator CWM250-22-30 tanto para Ks1 quanto para Km1.O rel de sobrecarga, RT1, tambm pode ser encontrado em catlogos, assim como esse todos os catlogos usados neste texto esto contidos nas referencias, o rele de sobrecarga RT1 adequado para o motor, usado com os contatores CWM250 e que tenha a corrente nominal do contator Ks1 e Km1 dentro de sua faixa de ajuste o RW317-1D3-U310, logo esse o escolhido.Como a funo do Temporizador T1 manter os dois contatores (da soft-starter e da rede) fechados simultaneamente por alguns instantes, podemos usar um RTW-RE-01-U003S-E26, um rele temporizador de retardo na energizao, com um contato NAF, temporizao de 0,3s a 3s, e alimentado em 24Vcc.O custo estimado para o projeto com soft start dado na Tabela 3.

ComponentePreo (em R$)

SSW060205T2257PSZ5.865,00

FNH3-500K-A198

FNH1-200U80

CWM250-22-30670

CWM250-22-30670

RW317-1D3-U310200

RTW-RE-01-U003S-E2650

Botoeira15

Botoeira15

TOTAL7763

Tabela 3 Custo aproximado do modelo soft start.Assim o projeto no modelo soft start sai por aproximadamente 7800 reais.

3.2.3 - Partida Estrela-Tringulo

Temos que testar os seguintes parmetros: Ampacidade (capacidade de conduo de corrente), queda de tenso e a capacidade de corrente de curto circuito. Logo:

- Ampacidade

Corrente Nominal dada por:

In = = 173,284A

valido notar que a corrente de partida direta seria ento, calculando diretamente por Ip/In:

Ipartida = 7.2 .In = 11247,64 A

E tambm que, com este mtodo, a corrente fica a um tero da partida direta

IpartidaY- = Ipartida / 3= 415,88 A

Temperatura: f1 =1Agrupamento: f2 =1

Ip = = 199,28A

rea de seco de fio da fase (j tabelado):

# 70mm por fase

condutor de partida estrela

# 35mm

- Queda de Tenso

Figura 7 Queda de tenso admissivel no circuito

Vmax = 7% (Maximo admissvel pela norma)

Sc = = = 14,040mm

Sc =

- Curto Circuito

Considerando transformador de 5 MVA.

- Dimensionamento do fusvel

Am: faixa parcial / equipamentos eletromecnicos

Ifuzivel = 1.2 Inominal

Ifuzivel Imax Tempo de partida = 18 segundos

Ento:

Ifuzivel = 1,2 . 173,284 = 207,94 A

Ipartida =

Ipartida Y =

- Fusvel escolhido:

atravs da analise de curvas, chega-se ao fusvel que ser necessrio:

gG (um geral/interrupo em faixa completa)

INF = 315 A

Capacidade de interrupo de corrente 120 kA at 500 VA

- Dimencionamento do Rele trmico

Rele classe 20: partida at 20sIR = 1,15 INIR = 1,15 . 173,284IR = 199,27 A

Contator Escolhido: AC3

4. CONCLUSO

5. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

FRANCHI, M. C. Acionamentos Eltricos. So Paulo: Editora rica, 2009. 4 Edio.MAMEDE FILHO, J. Instalaes eltricas industriais. 6 ed. Rio de Janeiro: LTC Editora, 2002. SIEMENS. Seminrios Tcnicos 2003 Engenheiros e Projetistas. Mdulo 3S, Coordenao de Partida de Motores Eltricos. Maio/2003.http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-fusiveis-ar-e-gl-gg-50009817-catalogo-portugues-br.pdfhttp://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-ssw-06-soft-starter-10413079-catalogo-portugues-br.pdfhttp://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-ssw-06-manual-do-usuario-220v-690v-0899.5853-1.4x-manual-portugues-br.pdf,http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-contatores-e-reles-de-sobrecarga-catalogo-geral-50026112-catalogo-portugues-br.pdfhttp://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-reles-temporizadores-protetores-e-de-nivel-50009830-catalogo-portugues-br.pdf

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