Experiência 03: Acionamento de Motores Assíncronos Trifásicos e Monofásicos

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1 ( ) Prova ( ) Prova Semestral ( ) Exercícios ( ) Prova Modular ( ) Segunda Chamada ( ) Exame Final ( ) Prática de Laboratório ( ) Aproveitamento Extraordinário de Estudos Nota: Disciplina: Turma: Aluno (a): Professor: Data: Experiência 03: Acionamento de Motores Assíncronos Trifásicos e Monofásicos Objetivo Geral Verificar experimentalmente o Acionamento de Motores Assíncronos Trifásicos e Monofásicos; Verificar experimentalmente alguns tipos de acionamento de motores elétricos de indução trifásicos e monofásicos. RESUMO DA TEORIA Os motores elétricos, durante a partida, solicitam da rede de alimentação uma corrente de valor elevado, da ordem de 6 a 8 vezes a sua corrente nominal. Nestas condições, o circuito que inicialmente fora projetado para transportar a potência requerida pelo motor, é solicitado agora pela corrente de acionamento, durante um certo período de tempo. Como conseqüência disso, o sistema fica submetido a uma queda de tensão normalmente muito superior aos limites estabelecidos para o funcionamento em regime, podendo provocar sérios distúrbios operacionais nos equipamentos de comando e proteção, além de afetar o desempenho da iluminação, notoriamente a incandescente. Todo motor dimensionado para acionar adequadamente uma determinada carga acoplada ao seu eixo necessita, durante a partida, possuir em cada instante o conjugado do motor, superior ao conjugado resistente de carga. A curva do conjugado motor deve guardar uma distância da curva do conjugado resistente, durante o tempo de aceleração do conjunto (motor-carga), até que o motor adquira a velocidade de regime. Este intervalo de tempo é especificado pelo fabricante, acima do qual o motor deve sofrer sobreaquecimento, podendo danificar a isolação dos enrolamentos. A adoção de um sistema de partida eficiente pode ser considerada uma das regras básicas para se obter do motor uma vida útil prolongada, custos Página 1 de 10

2 operacionais reduzidos, além de dar à equipe de manutenção da indústria tranqüilidade no desempenho das tarefas diárias. Os critérios para a seleção do método de partida adequado envolvem considerações quanto à capacidade do sistema gerador. A seguir, são apresentados três métodos de partida para motores trifásicos (mais comuns) e um método de partida para motores monofásicos. Partida através da chave estrela-triângulo Em instalações elétricas industriais, principalmente aquelas sobrecarregadas, podem ser usadas chaves estrela-triângulo como forma de suavizar os efeitos da partida dos motores elétricos. O acionamento de um motor elétrico através de chaves estrelatriângulo só é possível se este possuir seis terminais acessíveis e dispor de dupla tensão nominal. O acionamento é feito, inicialmente, ligando o motor na configuração estrela até que alcance uma velocidade próxima da velocidade de regime, quando então esta conexão é desfeita e executada a ligação em triângulo. A troca da ligação durante a partida é acompanhada por uma elevação de corrente, fazendo com que as vantagens da sua redução desapareçam se a comutação for antecipada em relação ao ponto ideal. Utilizada em cargas com conjugados baixos ou em que o motor parte a vazio (sem carga). O motor tem 6 terminais. A corrente de partida (Ip) e o conjugado de partida (Cp) ficam reduzidos à 33 % dos valores normais. O motor parte com 3 vezes a primeira tensão, por exemplo, 220 V na ligação triângulo e 380 V na ligação estrela conforme as disposições nos bornes da caixa de ligação. Página 2 de 10

3 Primeiro o motor é conectado através de contatoras ou chave de partida na conexão em estrela (380 V), contatoras ativas K1 e K3 e, depois de tempo prédeterminado (até próximo à rotação nominal) muda para conexão em triângulo (220 V), contatoras ativas K1 e K2, onde, terá condições de desenvolver o conjugado nominal (Cn) do motor. Note que, como representado no gráfico abaixo, o conjugado da partida estrela é bem inferior ao conjugado da conexão triângulo e, como conseqüência, as correntes exigidas da rede de alimentação, também serão menores. Como conseqüência, temos um conjugado resultante (Cr). Fig. 1 Gráfico representativo da redução das características nominais do motor usando partida estrela (Y) triângulo ( ). Dimensionamento componentes partida Y- Página 3 de 10

4 Fig. 2 Unifilar partida estrela-triângulo e conexões da caixa de ligação Conexão em triângulo - : IK1, IK2 e IK3 são as correntes das contatoras, respectivamente. A corrente de Linha (IL) é a corrente absorvida da rede de alimentação. In é a corrente nominal do motor. A corrente circula por K1 (IK1) e K2 (IK2). IL = In I = In/ 3 IK1 = IK2 = I = In/ 3 = 0,58 x In Conexão em estrela - Y: IY = 0,33 x In IK3 = IY = 0,33 x In Roteiro de cálculo dos componentes do circuito: Contatores K1 = K2 => Ie 0,58.In x 1,15 Contator K3 => Ie 0,33.In x 1,15 Relé de sobrecarga FT1 => 0,58.In Fusíveis => a )Usar dados do fabricante (Tabela Ip x Tp) b) IF 1,2. In c) IF IFmáxK1,K2 d) IF IFmáxFT1 Relé de tempo => KT verificar tabela de tempo e fusível de retardo máximo. Página 4 de 10

5 Vantagens das chaves estrela-triângulo: custo reduzido; pode ser usado em sistemas com elevado número de manobras; corrente de partida reduzida a 1/3 da nominal; dimensões relativamente reduzidas. Desvantagens das chaves estrela-triângulo: aplicação específica a motores com dupla tensão nominal que disponham de seis terminais acessíveis; conjugado de partida reduzido a 1/3 do nominal; tensão da rede deve coincidir com a tensão em triângulo do motor; o motor deve alcançar pelo menos 90% de sua velocidade de regime para que, durante a comutação, a corrente de pico não atinja valores elevados, próximos, portanto, da corrente de partida com acionamento direto. Observação: A menor tensão de placa tem que ser igual a tensão da rede. Partida Eletrônica (Soft-Starter) As chaves de partida eletrônica (soft-starter) são chaves estáticas microprocessadas projetadas para acelerar/desacelerar e proteger motores de indução trifásicos. Através do ajuste do ângulo de disparo dos tiristores, controla-se a redução da tensão aplicada ao motor. A soft-starter proporciona uma partida suave ao motor de indução evitando as sobrecorrentes transitórias de partida e, portanto, as subtensões resultantes na rede elétrica. Ela pode substituir com vantagens a tradicional chave de partida estrela-triângulo. A Fig. 3 mostra a placa de identificação de uma soft-starter, modelo SSW 04 da WEG. Página 5 de 10

6 A Fig. 3 - Placa de identificação de uma Soft-Starter modelo SSW 04 da WEG. O ângulo de disparo de cada par de tiristores é controlado eletronicamente para aplicar uma tensão variável no motor durante a aceleração. No final do período de partida, ajustável conforme a aplicação, a tensão atinge seu valor pleno após uma aceleração suave ou uma rampa ascendente, ao invés de ser submetido a transição brusca, como ocorre com os métodos de partida por auto-transformador, ligação estrela-triângulo, etc. Com isso, consegue-se manter a corrente de partida próxima da nominal e com suave variação, como desejado. Ainda, como recurso adicional, a soft-starter apresenta a possibilidade de efetuar a desaceleração suave para cargas de baixa inércia. A Fig. 4 mostra a curva que relaciona a corrente pelo tempo, considerando a partida direta, a partida estrela-triângulo (onde aparece a comutação) e o uso da chave de partida Soft-starter. Pode-se observar pelo gráfico que a soft-starter proporciona uma menor corrente de partida e elimina a comutação da chave estrela-triângulo. Página 6 de 10

7 Fig. 4: Curva de corrente pelo tempo da chave Soft-Starter. Partida e funcionamento usando inversor de frequência Os motores podem ser controlados de modo a prover ajuste contínuo de velocidade e conjugado com relação à carga mecânica. O fato da velocidade dos motores de indução ser dada pela relação: n = (120 f (1-s))/p onde: n = rotação (rpm); f = freqüência da rede (Hz); p = números de pares de pólos; s = escorregamento, sugere a possibilidade de se obter várias velocidades para um mesmo motor, variando-se a freqüência. Com a variação da freqüência obtêm-se uma variação contínua da velocidade, ou seja, é uma forma de variar a velocidade dos motores de indução através da alimentação por uma fonte de freqüência variável. Ao se variar a freqüência de tensão do estator, varia-se a velocidade do campo girante. Com isso, pode-se variar a velocidade do rotor, mantendo-se constante o escorregamento da máquina e, portanto, as perdas podem ser otimizadas de acordo com as condições da carga. Página 7 de 10

8 Um método eficiente de controle de velocidade de motores de indução trifásicos, com menores perdas no dispositivo responsável pela variação da velocidade, consiste na variação da freqüência (f1) da fonte alimentadora através de conversores de freqüência, onde o motor pode ser controlado de modo a prover um ajuste contínuo de velocidade e conjugado com relação à carga mecânica. Diferentemente dos motores com partida à resistência, os motores com partida a capacitor são motores reversíveis. Se for invertida a polaridade do enrolamento auxiliar em relação à do enrolamento principal, é estabelecida um campo rotacional bifásico no sentido oposto ao da rotação do rotor. Devido ao seu torque de partida mais elevado, utilizam-se os motores de fase dividida com partida a capacitor, para acionar bombas, compressores, unidades refrigeradoras, condicionadores de ar, e máquinas de lavar de maior porte, onde se requeiram motores monofásicos que desenvolvam torques de partidas elevados, ou onde seja necessária a inversão no sentido de rotação do motor. Figura 9.7: Diagrama de ligações e relações de fases. PARTE EXPERIMENTAL Material necessário Motores trifásicos e motor monofásico; Chave de partida estrela-triângulo; Soft-starter e inversor de frequência; Página 8 de 10

9 Procedimento Experimental 1) Fazer o acionamento do motor de indução trifásico usando a soft starter SSW- 04 a ser configurada. A Fig. 9.8 mostra a IHM da soft-starter SSW 04. Figura : IHM da soft-starter SSW-04. Nesta soft-starter existem 4 grupos de parâmetros: leitura, regulação, configuração, parâmetros do motor. Página 9 de 10

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