Estudo de Partida de Motores

1 Simpsio de Integrao Cientfica e Tecnolgica do Sul Catarinense SICT-Sul ISSN 2175-5302

504 Rev. Tcnico Cientfica (IFSC), v. 3, n. 1 (2012).

ESTUDO DE ACIONAMENTOS DAS CHAVES DE PARTIDAS ELTRICAS E ELETRNICAS PARA MOTORES ELTRICOS

Breno Pereira Dela Bruna, Gustavo Contessi, Matheus Rossetti, Pedro Henrique

Di Francia Rosso, Reginaldo Tassi,2 1Instituto Maximiliano Gaidzinski/Colgio Maximiliano Gaidzinski

2Instituto Maximiliano Gaidzinski/Departamento Tcnico/[email protected]

Resumo: O presente trabalho abrangeu o estudo do funcionamento das chaves de partida eltricas e eletrnicas dos motores eltricos trifsicos, observando a reduo de corrente e sua utilizao industrial. Eles so componentes indispensveis nos processos industriais, devido a sua eficincia e aplicabilidade, entretanto, o acionamento dos mesmos merece ateno, pois sua instalao varia com seu emprego num determinado processo. A ligao dos motores tem incio na proteo da entrada de tenso do mesmo, garantindo melhor manuteno e manipulao do equipamento. Por isso, existem as chaves de partida, conjuntos de dispositivos/circuitos capazes de acionar motores de forma segura, alm de, em alguns casos, garantir a reduo de energia no incio do trabalho. Tendo em vista esses, o estudo consistiu na construo de chaves de partida ensaiadas em laboratrio (partida direta, reversora, estrela-tringulo, compensadora, soft-starter e inversor), analisando variveis como: corrente eltrica nominal e na partida, torque inicial, projeo de custos, etc. Juntamente com os dispositivos de proteo, manobra e atuao (disjuntores, contatores, transformador, autotransformador, fusveis, botes de acionamento e parada e motores) alm das chaves eletrnicas (soft-starter e inversor de freqncia), a equipe alcanou resultados que apontaram que as chaves de partida eletrnica apresentaram menores picos de corrente em relao as chaves com componentes eletromagnticos, alm da vantagem da simplicidade de instalao, pouco espao ocupado e torque ajustvel na partida.

Palavras-Chave: Acionamento, chaves de partida, custo-benefcio, consumo de energia.

1 INTRODUO

Os motores eltricos de induo trifsicos so utilizados em processos

industriais por sua simplicidade, baixo custo e eficcia mxima com manuteno mnima.

A desvantagem principal desses equipamentos est no momento de partida, onde a

corrente necessria para iniciar o movimento alta, comparada com a corrente de

trabalho nominal. Entretanto, existem ferramentas que podem ser utilizadas para reduzir a

mesma e, consequentemente, o custo e consumo do motor. Desta forma, necessrio o

estudo do acionamento das chaves de partida eltricas e eletrnicas dos motores

eltricos.

A forma mais simples de ligar um motor eltrico a partida direta, onde o motor

conectado diretamente rede, fornecendo torque total na partida, porm apresenta

vrias desvantagens quando aplicadas em altas potncias. Alm desta, existem chaves

de partida aconselhveis para diferentes aplicaes, como a chave reversora, estrela-

tringulo, compensadora, soft-starter e inversor de frequncia.



Conhecendo os erros cotidianos no dimensionamento e nos tipos de

acionamentos de motores eltricos nas empresas, de que maneira o dimensionamento e

a escolha correta dos tipos de acionamentos de motores eltricos, numa indstria,

beneficia a esta e tambm a distribuidora de energia?

O presente trabalho ser baseado no estudo das chaves de acionamento de

motores eltricos trifsicos, alm da elaborao de ensaios em laboratrio, comprovando

assim as informaes aqui mencionadas e aprofundando os conhecimentos na rea.

1.1 Comportamento da corrente de partida

Durante a partida dos motores eltricos, exigida uma corrente de partida

muito alta em relao corrente nominal de servio (Figura 1). Isso se d devido a fora

necessria para que o motor vena o estado de inrcia no qual se encontra no momento

da partida.

Figura 1: Grfico do comportamento da corrente de partida

1.2 Tipos de chaves de partida

Para reduzir a amplitude da corrente exposta anteriormente, existem algumas

opes, as quais so chamadas de chaves de partida de motores eltricos. A seguir sero

listadas algumas das chaves de partidas para motores eltricos, o funcionamento,

componentes, e dados das mesmas.



1.2.1 Partida Direta

A chave de partida direta um dispositivo pelo qual o motor parte com valores

plenos de conjugado e de corrente de partida, pois suas bobinas recebem a tenso

nominal de servio. Por esse motivo, sua aplicao limitada4.

Na Figura 2, observam-se os circuitos de comando e de potncia de uma

Partida Direta:

Figura 2: Circuito de comando e de fora de uma partida direta

1.2.2 Chave Reversora

A partida Reversora de composio e funcionamento simples. Assim como a

Partida Direta, apresenta uma corrente de partida alta, sendo muitas vezes invivel.

Apresenta como vantagem a possibilidade de inverso no sentido de rotao do motor

atravs da inverso de duas fases4. Na Figura 3, os circuitos de comando e de fora da

chave Reversora.



Figura 3: Circuito de comando (esquerda) e de fora (direita) de uma Partida Reversora.

1.2.3 Chave Estrela-tringulo

uma chave de partida que exige um motor de dupla tenso, sendo a menor

delas igual tenso da rede. Este motor eltrico ir partir em ligao estrela, e depois de

um tempo, passar a ser ligado em tringulo. Com isso, o motor perde cerca de 1/3 do

torque, porm a corrente de partida diminui na mesma proporo, tornando essa chave

vivel em relao a algumas outras. Na Figura 4, observa-se os circuitos de comando e

de fora de uma chave estrela-tringulo 2, 4.

Figura 4: Circuito de comando e de fora de uma chave estrela-tringulo

1.2.4 Chave Compensadora

uma chave eltrica de partida de motores, usada para partidas com carga

que utiliza de um transformador para a reduo da corrente inicial at o valor de 64%,

porm como desvantagem utiliza um transformador que acaba delimitando a potncia

mxima do motor, e para sua instalao necessita de um espao grande 2, 4. Na Figura 5,

observa-se os circuitos de comando e fora de uma chave compensadora.



Figura 5: Diagrama de chave partida compensadora

1.2.5 Inversor de Frequncia

um equipamento capaz gerar tenso trifsica e frequncia ajustveis. Opera

transformado a tenso alternada, em contnua para aps transform-la em tenso de

frequncia e amplitude ajustveis, porem esse equipamento possui um alto custo1,4. A

Figura 6 representa um circuito de potncia tpico dos inversores de frequncia.

Figura 6: Diagramas da chave de partida com Inversor de Frequncia

Fonte: Adaptado de MASCHERONI1

1.2.6 Soft-Starter

Soft-Starters so chaves capazes de controlar a rampa de tenso na partida do

motor, utilizando de SCRs (do ingls Silicon Controlled Rectifier - Retificador Controlado

de Silcio) para esse controle. O torque do motor ajustado automaticamente carga, o

que garante que a corrente usada seja a menor possvel, porm esse equipamento possui

tambm um alto custo 2, 4. A Figura 7 representa um esquema de ligao de uma chave

soft-starter.



Figura 7: Diagrama da chave de partida com Soft-Starter


2 METODOLOGIA

Primeiramente a equipe realizou uma pesquisa bibliogrfica, com base em

livros atualizados sobre normas regulamentadoras voltadas ao tema, juntamente com

definies e caractersticas de chaves de partidas eltricas e eletrnicas para motores

eltricos, com o intuito de obter embasamento terico.

Com base em um contrato de demanda de energia, realizou-se uma simulao

do dimensionamento das chaves de partida dos motores eltricos conforme equaes da

Tabela 1, com o objetivo de reduzir o consumo de energia eltrica no momento da partida

dos mesmos, alm de aumentar sua vida til.

Tabela 1: Frmulas para clculo das correntes de partida nos motores

Como etapa seguinte, o grupo realizou em laboratrio cada uma das chaves de

partida nos motores eltricos trifsicos. Atravs das montagens dessas chaves, montou-

se um projeto (Figura 8), o qual consistiu no dimensionamento de componentes para a

realizao prtica de cada chave, onde se verificou a veracidade dos itens que foram

estudados, sendo estes a corrente de partida, o torque inicial e tambm a projeo de

custos de cada chave. Por fim, realizou-se uma relao sobre o custo-benefcio de cada

chave de partida aplicada indstria, suas vantagens e desvantagens, quais so as mais

utilizadas atualmente no meio fabril e o porqu do seu emprego.



Figura 8: Layout do projeto

3 RESULTADOS E DISCUSSO

Analisando as diversas chaves de partida, no podemos afirmar qual delas a

melhor, porque cada uma apresenta vantagens em determinadas aplicaes, o que varia

com o processo a ser executado. No entanto, aquelas que apresentaram maior queda no

consumo de energia sem causar variaes nas caractersticas de trabalho do motor

foram, primeiramente, a chave de partida utilizando inversor de frequncia, pois pode ser

aplicada em cargas com altas inrcias, alm de oferecer o controle da velocidade do

motor e operao da rotao acima da nominal. A desvantagem apresentada por esse

circuito , principalmente, a criao de harmnicas 3. Outra chave de partida a Soft-

Starter, onde h uma partida suave da carga (atravs da rampa de tenso controlada por

meio de tiristores) e durabilidade. Seu ponto negativo est relacionado com o

acionamento de cargas de altas inrcias e conjugado constante, alm do custo financeiro.

As outras chaves apresentam um desempenho menor, como a chave compensadora, por

exemplo: exige um equipamento extra, o auto transformador, alm de ser aquela que faz

a menor reduo da corrente entre as chaves estudadas. J a chave estrela-tringulo,

apesar de reduzir a corrente a 33 % da corrente de partida, requer um motor de dupla

tenso, alm do fato de que deve partir sem carga, ou seja, a vazio.

Com base nos itens e nas frmulas estudadas pela equipe chegou-se ao

resultado mostrado no quadro comparativo (Tabela 2) das correntes em cada chave. O

motor escolhido, didaticamente, foi um motor de 10 cv cujos dados foram retirados de um

catlogo da WEG.



Tabela 2 - Quadro comparativo das correntes

Variveis Partida direta Estrela-

Tringulo Compensadora Soft-Starter

Inversor de

Frequncia

In 14,1A 14,1A 14,1 14,1

Ip 119,85A 39,95A 43,15A ou 69,5A 17A a 28,2

Analisando a tabela percebe-se que as chaves mais eficientes na reduo da

corrente de partida so o inversor e a soft-starter. A seguir apresentado um grfico

expressando uma comparao entre o comportamento da corrente de partida das

diferentes chaves citadas no trabalho (Figura 9).

Figura 9: Grfico da comparao das correntes nos tipos de acionamentos


4 CONSIDERAES FINAIS

Pode-se concluir com o trmino deste trabalho que o estudo das chaves de

acionamento dos motores de induo trifsicos de extrema importncia, no s para a

reduo nos custos de dimensionamento de cabos e equipamentos, mas tambm no

consumo de energia, favorecendo a indstria em si e a concessionria.

Considerando as informaes apresentadas, visvel o alto investimento

financeiro na construo dessas chaves, por serem compostas por circuitos eltricos.



Com isso, observa-se que a manuteno e acompanhamento desses equipamentos deve

merecer ateno especial.

Em uma indstria, a aplicao de projetos de dimensionamento de chaves para

motores eltricos de induo trifsicos pode contribuir para a economia de energia e

aumentar a quantidade de motores disponveis para uso simultneo numa rea fabril.

AGRADECIMENTOS

A equipe abre espao para agradecer primeiramente a Deus e a todos que

colaboraram de forma direta ou indireta com a realizao deste trabalho. Em especial ao

orientador Reginaldo Tassi pelo auxlio prestado para com a equipe at o presente

momento, ao aluno William Rampinelli de Souza e ao professor Ramon Casagrande

Oening, pela ajuda oferecida na realizao do projeto.

REFERNCIAS

MASCHERONI, Jos M.; LICHTBLAU, Marcos; GERALDI, Denise. Guia de aplicao de inversores de frequncia. Santa Catarina: WEG Automao, 238p. MORENO, Hilton; et al. Guia: O setor eltrico de Normas Brasileiras. So Paulo: Atitude Editorial, 2011, 402p.

Kassick, E.V. Harmnicas em sistemas industriais de baixa tenso. Instituto de Eletrnica de Potncia - UFSC, Brasil. 2000.

SIEMENS. Comando, coordenao, partida e acionamentos de motores eltricos. Brasil. 2003.

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