Partidas de Motores e Qualidade Da Energia

1

AB

B L

tda.

-1

01-0

8-21

-

Divisão Tecnologia em Automação

Partidas de Motores

AB

B L

tda.

-2

Motores

� Hoje 60% da eletricidade consumida em todo o território nacional são através de motores

� Se analisarmos, estamos rodeados de motores por todos os lados.

� Com esta grandeza em nossa volta precisamos analisar e entender mais afundo sobre os motores seus efeitos e características

AB

B L

tda.

-3

Motores

� Muitos problemas encontrados na industria são devidos a grande quantidade de partidas de motores e seus dimensionamentos errôneos em relação a sua carga.

� Tendo-se assim um agravamento com sérias conseqüências nos alimentadores da industria e manutenção dos motores

2

AB

B L

tda.

-4

Motores – Tipos de Motores

� Podemos verificar 2 tipos de motores :� Sincrono:

� Assincrono:

AB

B L

tda.

-5

Motores - Sincronos

� Os motores sincronos são idênticos aos geradores, a diferença é que o motor produz um trabalho na ponta do eixo sendo alimentado em seus terminais, já os geradores GERAM eletricidade nos terminais através de um trabalho na ponta do eixo

AB

B L

tda.

-6

� Princípio de funcionamento do motor sincrono.

� O rotor é um ímã permanente que gira entre dois eletroímãs estacionários. Como os eletroímãs são alimentados por corrente alternada, seus pólos invertem suas polaridades conforme o sentido da corrente inverte. O rotor gira enquanto seu pólo norte é 'puxado' primeiramente para o eletroímã esquerdo e 'empurrado' pelo eletroímãdireito. Cada vez que o pólo norte do rotor está a ponto de alcançar o pólo sul de um eletroímã estacionário, a corrente inverte e esse pólo sul transforma-se um pólo norte. O rotor gira continuamente, terminando uma volta para cada ciclo da corrente alternada

Motores - Sincronos

3

AB

B L

tda.

-7

Motores Assincronos

� 90% dos motores das industria brasileira são motores assincronos.

� Devido a seus custos e suas aplicações são utilizados em larga escala.

� Hoje com o aperfeiçoamento dos inversores e a melhoria da classe de exatidão dos mesmos os motores assincronos atendem todas as aplicações de motores.

AB

B L

tda.

-8

��

� � �� !�� "�� !�� #%$ ��!�� & � ��'�(�� )��

AC1AC1

AC4AC4

AC3AC3

AC2AC2

DC1DC1

DC3DC3DC6DC6

AC8bAC8b

Portanto fornece categorias de utilização para tornar mais simples a escolha de dispositivos

Categoria de utilização

AB

B L

tda.

-9

Quais são as categorias mais importantes para o nosso estudo ?

Todas as partidas diretas pertencem a uma ou mais das seguintes categorias de utilização: AC-3, AC-4, AC-7b, AC-8a e AC-8b

Todas as partidas estrela-triângulo e auto-transformadoras pertencem a categoria de utilização AC-3


4

AB

B L

tda.

-10

� Cada categoria de utilização é caracterizada por valores de corrente, tensão, fator de potência e constantes de tempo …

� Conseqüentemente para contatores e ou partidas definidas por sua categoria de utilização, dispensam a necessidade de especificar separadamente as capacidades de abertura e suportabilidade dos equipamentos, uma vez que estes valores dependem diretamente da categoria de utilização.

� Antes de colocar determinado dispositivo em uma categoria de utilização o fabricante precisa testar o dispositivo de acordo com os dados da norma.


AB

B L

tda.

-11

Pode ser com disjuntores ou com chaves seccionadoras com base fusível

O disjuntor é normalmente somente magnético

Disjuntores - Vantagens:� Redução de manutenção

� Melhor continuidade de serviço

� Para valores inferiores de curto-circuito o disjuntor interrompe mais rápido que o fusível

Chave Seccionadora fusível – Vantagens:

� Redução de custo

� Chaveamento visível

� Proteção muito eficiente também para altos valores de curto-circuito

Proteção contra Curto-Circuito

AB

B L

tda.

-12

� Tipo 1:

Em condições de curto-circuito, o contator ou a partida não podem danificar as pessoas ou as instalações e, não estarão aptos a operar sem manutenção ou reposição de peças.

A IEC 60947-4 define dois tipos de coordenação de acordo com o nível esperado de continuidade de serviço. Os danos aceitáveis são divididos em 2 tipos:

Coordenação de Partida

5

AB

B L

tda.

-13

� Tipo 2:

Em condições de curto-circuito, o contator ou a partida não podem danificar as pessoas ou as instalações e estarão aptos para operar imediatamente após. O risco de selo dos contatos é aceitável.


AB

B L

tda.

-14

� Tipo 1

� Vantagem econômica inicial

� Manutenção cara

� Paradas da planta devido a falhas

� Tipo 2

� Investimento inicial

� Continuidade de serviço

� Fácil Manutenção

* +,- .

/�02143 5


AB

B L

tda.

-15

6� � �� & �� 7& �� 2828:9�� ;:#<�=�>�?�@�A ?�9�& �� B�� )�� "��C

Os dispositivos de proteção contra curto-circuito são:� M.C.C.B. (Molded Case Circuit Breaker)� M.C.B. ( Miniature Circuit Breaker)� Switch-fuse� M.M.S (Manual Motor Starter)

Coordination Tables

D�E F G H�F�I J E K L J F�M K�N O O P M K Q R S O�M KUT J P I V M JUK F I S OUM V F T O Q W X K V FYQ O�F V I K GZ�Z�Z�[ J E E [ N O \�] L O Z X O L I J ^ K


6

AB

B L

tda.

-16

Partidas de Motores

� As partidas mais comuns em aplicações industriais são:� Partida Direta

� Partida Estrela/Triângulo

� Partida Compensadora

� Novas tendências de partidas impulsionam o setor industrial com melhorias, diminuição de paradas e redução de consumo de energia.� Softstart

� Inversores

AB

B L

tda.

-17

Queima de motores em partida

AB

B L

tda.

-18

Limites para as partidas de motores

� Conforme a portaria da ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica) cada partida tem potências máximas para o uso:

� Partida Direta: até 15 CV

� Estrela Triângulo: 15 CV a 30 CV

� Compensadora: < 30CV

7

AB

B L

tda.

-19

Contator

Relé Térmico de Sobrecor-rente

� Alta corrente de partida

� Alto torque de partida (desgaste mecânico)

� Menor tempo de partida possível

� Solução barata

Partidas de Motores – Partida Direta

AB

B L

tda.

-20

_�`�aYb cU`2dfe2g�h�e2i2j:k2l:e2dfk�ame�aYj2e:cnb o�b cU`2p4k�aqa�e:r2s:b g�h�e�aqh�b j:k�aml2ej:`2p h�b l2`tl:b p e�h�`2u

M MM M

v�w x y z{�z | | } ~�� x � ~ � x�� y z��v�~�� x � ~ �� z�� :� �� 2} | ~ � z � �:� � � �:} | ~

v�~ � � x � ~�� } � � � � � ~ � � ~��z�� z��x � � � � } | ~ � } � � � � � ~��:~ � ~ �

v�~�� x � ~ �

� } � � � � � ~�� ~ � z � � ~} � � z � � x � xv�~�� x � ~ �

�%� �n��:� 1U0:� �n� 5:� �21�02� � 5 � 5 ��:� � 3 5 �n� � � � 5 � 3 5 � 0 � 0:� � 5:1�5: � 0:1� 5�52� � 0:� ��¡ ¢�52£


AB

B L

tda.

-21


n

M

n

M

n

M

Alto torque de partida

Alta corrente de partida

n

I

8

AB

B L

tda.

-22

� Comando básico para partida direta.

� Picos de corrente de 6 a 10x In

� Maior desgaste do motor� Desgaste dos mancais

� Rotor

� Estator


AB

B L

tda.

-23

Contatores


� Baixa Corrente de Partida (somente em partidas bem sucedidas)

� Picos de transmissão em partida de carga

� Baixo torque de partida (freqüência muito baixa)

� Longo tempo de partida� Parada sempre direta

Partidas de Motores – Partida Estrela/Triângulo

AB

B L

tda.

-24

Alta corrente de pico na partida

n

M

n

M

n

M

Torque de partida muito baixo & picos de transmissão

n

I

Métodos de partida


9

AB

B L

tda.

-25


� Comando básico para partida estrela/triângulo

� Picos de corrente de 3 a 4x In

� Maior desgaste do motor� Rotor

� Estator

AB

B L

tda.

-26

� Corrente de partida ajustável� Torque de partida correto� Possibilidade de parada suave � Tempo médio-longo de partida � Desgaste mecânico mínimo


Contator

Softstarter

Exemplo

Partidas de Motores – Softstart

AB

B L

tda.

-27

Tiristores

Conexão Anti-paralela

Redução de tensãoFunção Principal

Métodos de partida


10

AB

B L

tda.

-28

n

M

n

M

n

M

n

I

n

I

n

Carga alta Carga média

Corrente ótima & torque

Carga baixa I

Métodos de partida


AB

B L

tda.

-29

Comparação entre as Partidas

Corrente

Velocidade

��

��

��

��

Torque

Velocidade

��

��

��

��

AB

B L

tda.

-30

M

Conversor

� Torque nominal de velocidade zero

� Corrente de partida ~1,5 *In

� Possível para ajustar o tempo de partida

� Possível parada suave

� Caro quando não for necessária a regulação de velocidade

� Não é compacto como um softstarter

Partidas de Motores – Inversor de Frequência

11

AB

B L

tda.

-31

BombasBombas Partida Normal

VentiladoresVentiladores Partida pesada

CompressoresCompressores Partida Normal

Exemplos de aplicação

AB

B L

tda.

-32

EsteirasEsteiras Normal ou Partida Pesada

Trituradores, Trituradores, Misturadores, Misturadores, MoinhosMoinhos

Partida pesada

Elevadores, Elevadores, Escadas Escadas RolantesRolantes

Partida Normal ou Pesada


AB

B L

tda.

-33

Dúvidas

12

AB

B L

tda.

-34

Palestrante

Paulo Boccardo

Engenharia de Aplicação

Tel: (11) 3688 8628

Cel: (11) 8354 6338

e-mail: [email protected]

1

AB

BLt

da. -

1 01

-08-

21 -

Divisão Tecnologia em Automação

Sistemas de Qualidade de Energia

AB

BLt

da.

-2

Introdução

� A cada dia aumenta-se a preocupação com a produtividade dos sistemas elétricos.

� Economia de energia

� Qualidade de energia

� CONSUMIR com PRODUTIVIDADE e QUALIDADE

AB

BLt

da.

-3

Orgão regulador

� Para a otimização do uso da energia elétrica o extinto “DNAEE”, hoje denominado ANEEL, estabeleceu algumas alterações.� Através da resolução número

479 de 20 de março de 1992, o novo fator de potência passou de 0,85 a 0,92

2

AB

BLt

da.

-4

Limites do Fator de Potência

� Conforme a determinação, o órgão regulador ANEEL (Agência Nacional Energia Elétrica), existem limites mínimos e máximos a serem aplicados para o Fator de Potência conforme a portaria número 456

� Mínimo 0,92 Indutivo

� Máximo 0,92 Capacitivo

0,92 capacitivo0,92 indutivo

1

AB

BLt

da.

-5

As concessionárias

� Estima-se que 10% da energia produzida é perdida da geração até o consumo final

� Nos cabos de transmissão cerca de 16% da potência é considerada reativa, gerando perdas para a concessionária.

AB

BLt

da.

-6

Torres de transmissão

� Nos cabos de transmissão, circulam desde eletricidade até informações de um ponto ao outro

� Consumir com qualidade e objetividade, este é o lema das Concessionárias.

� As empresas de geração recebem apenas pelo kW, MW. Por este motivo, existe a preocupação com o tipo de energia que circula

Potência Ativa

Potência Reativa

Dados

Fibra Óptica

3

AB

BLt

da.

-7

Novo apagão???? Racionamento??

� O apagão e o racionamento ocorridos nos anos de 2000 a 2002, mostraram a fragilidade dos sistemas elétricos do Brasil

� Despertou-se uma consciência de consumir com qualidade e produtividade.

� Novos investimentos no setor elétrico evitam que tenhamos novos apagões no Brasil

AB

BLt

da.

-8

A consciência dos futuros profissionais

� A cada dia a tecnologia quebra as suas barreiras, porém faz-se fundamental a conscientização dos futuros profissionais para a questão da qualidade e o consumo de energia.

� Iremos vêr uma parte da melhoria de sistemas pela correção do Fator de Potência, veremos suas aplicações, seus problemas e suas soluções.

Consciência

Tecnologia

Social

Sucesso

Ambiente

AB

BLt

da.

-9

Tipos de potências

� Existem 3 tipos de potências

� Potência Ativa (W) - Potência que realmente é transformada em algum fenômeno (realiza trabalho útil)

� Potência Reativa (VAr) -Potência necessária para produzir campos eletromagnéticos. (não realiza nenhum trabalho)

Energia Ativa

“P” - kW

Energia Reativa

“Q” - kVAr

4

AB

BLt

da.

-10

Tipos de potências II

� Potência Aparente (VA) -Somatória VETORIAL, da potência Ativa e potência Reativa

� Fator de potência - Fisicamente representa o cosseno do ângulo de defassagem entre a tensão e a corrente.� Por definição é a porcentagem

da potência total fornecida que efetivamente é utilizada

Energia Aparente

“S” - kVA

Cos ϕ

AB

BLt

da.

-11

Não entenderam ????

Potência Reativa -VAr

Potência Ativa - W

Potência Aparente - VA

AB

BLt

da.

-12


� Instalação Industrial - Baixo F.P.� S = 1000 kVA

� Cos ϕ = 0,7

� P = 700 kW

� Instalação Industrial - Alto F.P.� S = 1000 kVA

� Cos ϕ = 0,95

� P = 950 kW

Ganho de 250 kW, apenas alterando o F.P. de 0,7 para 0,95

5

AB

BLt

da.

-13

� Alterando o Fator de Potência, alteramos diretamente a corrente.

Exemplos de aplicação - II

Fator de Potência 1 0,9 0,8 0,7 0,6I (A) 120 133,7 150,5 170 201

Carga de 100 kW em 480 Vca

� Se aumentarmos o Fator de Potência, a corrente automaticamente cai, diminuindo as secções dos cabos e o “stress” das máquinas indutivas (transformadores, motores e outras máquinas)

AB

BLt

da.

-14

Principais causadores de baixo Fator de Potência

� Motores de Indução operando em vazio

� Transformadores operando em vazio ou com pequenas cargas

� Lâmpadas de descarga

� Grande quantidade de pequenos motores operando continuamente

� Cargas especiais� Fornos a Arco

� Máquinas de solda

� Equipamentos eletrônicos

AB

BLt

da.

-15

Conseqüências de baixo Fator de Potência

� Perdas na Instalação� Perdas em forma de calor

(Perdas Joule)

� Queda de tensão� Aumento da corrente, podendo

ocasionar interrupções

� Substituição da capacidade instalada (Transformadores)

Fator de PotênciaPotência Ativa

Disponível(kW)

1 10000,95 9500,92 9200,9 900

0,85 8500,7 7000,6 600

Transformador 1000 kVa

6

AB

BLt

da.

-16

Fator de Potência típicos das industrias

AB

BLt

da.

-17

Como evitar as perdas por baixo F.P.?

� Alguns métodos / equipamentos podem melhorar o Fator de Potência

� Modificando a rotina operacional

� Motores Síncronos

� Capacitores

AB

BLt

da.

-18

Custos de correção de Fator de Potência

� Praticamente, as soluções com motores síncronos e a alteração da rotina operacional, não são adotadas devido ao seu alto custo

� A mais utilizada, que traz o melhor custo benefício é a instalação de capacitores� Capacitores de potência

7

AB

BLt

da.

-19

Por que corrigir o Fator de Potência?

� As principais razões da correção de fator de potência é melhor a qualidade de energia e evitar multas com a concessionária local.

� O retorno do investimento da correção de Fator de Potência varia entre 6 a 12 meses.� Retorno rápido para aplicação.

AB

BLt

da.

-20

Instalação de Capacitores

� Com a instalação de capacitores, a rede trabalha com mais energia ativa, não sobrecarregando o sistema.

� Assim a qualidade aumenta, não desperdiçando energia elétrica.

21 A

9A

30 A

30 A

AB

BLt

da.

-21

Tipos de correção de Fator de Potência

Os capacitores podem ser instalados em vários locais nos sistema elétrico:

1 : Capacitores para correção de toda planta 2 : Capacitores para o barramento principal3 : Capacitores para alimentar várias cargas4 : Capacitores individuais para cada carga

Localização do Capacitor

1 2 e 3 4Aprox. técnica Melhor

Flexibilidade Mínimo Menos MelhorEconomias Mínimo Menos Máximo

Custo por kVAr Mínimo Menor Maior

8

AB

BLt

da.

-22

Soluções para a correção de Fator de Potência

� Tipos de soluções� capacitores de potência

� bancos de capacitores

� bancos de capacitores dessintonizados

� filtro ativo

� filtro passivo

AB

BLt

da.

-23

Sistemas e produtos para correção do F.P.

AB

BLt

da.

-24

Qualidade

� Cada vez mais os técnicos descobrem as dificuldades que causam a “energia suja”.

� Esta expressão é utilizada para descrever a contaminação das formas mais comuns senoidaisde tensão e corrente.� Para esta “energia suja” dá-se o

nome de distorção harmônica.

9

AB

BLt

da.

-25

O que é distorção harmônica?

� Distorção harmônica é nada menos que o tipo de energia incomum encontrada em redes industriais.

� Normalmente são encontradas e associadas a equipamentos com acionamentos estáticos� Inversores

� Fontes chaveadas

� Cargas não lineares

AB

BLt

da.

-26

Formas de ondas - harmônicas

AB

BLt

da.

-27

Problemas causados pela Harmônica

� Geralmente as harmônicas ímpares são que causam os grandes problemas nas instalações elétricas.� Aquecimento

� Perda de proteção dos dispositivos

� Queima de equipamentos sensíveis

� Aumento da queda de tensão

� Estudos de Fator de Potência necessitam da verificação do percentual de harmônicas

10

AB

BLt

da.

-28

Correção do Fator de Potência com Harmônicas

� Existem sistemas com alto nível de harmônicas, na qual precisam de uma correção específica (filtros)� Porém encontramos em alguns

casos a correção do F.P. em circuitos com alto nível de harmônica apenas com capacitores

� A ressonância neste circuito, tem sérias conseqüências como elevação da tensão, além de problemas operacionais.

AB

BLt

da.

-29

Limites de Harmônicas

� Os limites de harmônicas são determinados na tensão e na corrente conforme a IEC 1001 & 2.

� Os capacitores não são geradores de harmônicas e, sim agravadores dos índices de harmônicas no sistema

10,12

≤= �∞

=n UnUhn

DHTu

30,12

≤= �∞

=n InIhn

DHTi

AB

BLt

da.

-30

Proteção contra harmônicas

� Existem hoje algumas formas de fazer a correção de Fator de Potência onde possui um alto índice de harmônicas. Os mais comuns são:.� Filtro Passivo

� Filtro Ativo

� Usamos estes métodos quando as cargas não lineares passam de 20% da carga total, conforme IEEE Std 519

� E com estes filtros usamos a tensão nominal do capacitor sempre 10% maior.

11

AB

BLt

da.

-31

Treinamentos

� Softstart

� Seletividade

� Cálculo de Bco de Capacitores

� Proteções

� Sistemas

� Inversores

� PLC’s

� Relês

� Partidas de motores

AB

BLt

da.

-32

Palestrante

Paulo Boccardo

Engenharia de Aplicação

Tel: (11) 3688 8628

Cel: (11) 83546339

e-mail: [email protected]

Documents

Partidas de Motores e Qualidade Da Energia