GUIA DE APLICAÇÃO DE SOFT-STARTERS

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2 GUIA DE APLICAÇÃO DE SOFT-STARTERS WEG AUTOMAÇÃO

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4 AUTORIA AUTORIA AUTORIA AUTORIA AUTORIA AUTORIA: Este Guia de Soft-Starter foi escrito pelo Tecnólogo Rogério Ferraz, a quem coube a coordenação do trabalho e a criação dos capítulos 1, 4, 5, 6, 7, 8 e anexo II, e pelo Engº. Enivaldo C. do Nascimento que atuou na criação do capítulo 4. Os capítulos 2 e 3 e os anexos I e III foram revisados pelos autores a partir do Guia do Inversores de Freqüência da Weg.

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6 ÍNDICE 1 INTRODUÇÃO 1.1 Métodos de partida de motores Métodos tradicionais de partida de motores Partida de motores com embreagens Transmissão hidráulica Acoplamento hidrálico Motor de anéis Inversor de Freqüência como um método de partida 16 2 COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO? 2.1 Princípíos básicos de funcionamento Análise de funcionamento Curvas características de motor de indução Torque x Velocidade Corrente x Velocidade Potência e perdas Características de temperatura - classes de isolamento térmico Tempo de rotor bloqueado 31 3 MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO 3.1 Categorias de partida Formas de partida 36. Partida direta 36. Partida estrela-triângulo 37. Partida eletrônica (soft-starter) 38. Partida série-paralelo 39. Partida compensadora Frenagem Frenagem por contra-corrente Frenagem por injeção de corrente contínua (CC) Vantagens e desvantagens dos métodos de partida 45. Partida direta 45. Estrela-triângulo 46. Soft-starter 46. Partida série-paralelo 46. Partida compensadora NBR-5410 referente a partida com corrente reduzida 48

7 4 SOFT-STARTER 4.1 Introdução Semicondutores e componentes eletrônicos A característica mais marcante dos tiristores Introdução às válvulas de descarga a gás Thyratron SCR (Silicon Controlled Rectifier) Entendendo o disparo do SCR Princípio de funcionamento da Soft-Starter 65. Circuito de potência 66. Circuito de controle Principais características Principais funções 69. Rampa de tensão na aceleração 69. Rampa de tensão na desaceleração 70. Kick Start 71. Limitação de corrente 72. Pump control 73. Economia de energia Proteções Acionamentos típicos 75. Básico / Convencional 76. Inversão de sentido de giro 77. Frenagem por injeção de CC 78. By-pass 79. Multimotores / Cascata 80 5 PARÂMETROS DA SOFT-STARTER 5.1 Parâmetros de leitura Parâmetros de regulação Parâmetros de configuração Parâmetros do motor Erros e possíveis causas DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER 6.1 Introdução Definições Relações básicas Interação entre processo, máquina, motor e acionamento A importância do processo/máquina Aplicação de acionamentos elétricos - problemas típicos O que a carga requer Tipos de cargas O pico da carga Estimando cargas Seleção de acionamentos (motor/soft-starter) Categorias AC53a e AC53b 123

8 6.4.2 Capacidade térmica da Soft-Starter Corrente RMS num ciclo (I RMS ) Casos especiais 129. Efeito da temperatura ambiente 129. Efeito da altitude Tempo de rotor bloqueado do motor Tempo de aceleração Afundamento de tensão ou queda de tensão momentânea (Voltage Sag / Voltage Dip) Conseqüências de uma queda de tensão momentânea Comentários sobre soluções contra queda de tensão momentânea Capacidade relativa da rede de alimentação Comentários sobre a queda de tensão e a influência na partida do motor Aplicações típicas Máquinas com partidas leves Máquinas com partidas severas Regras práticas de dimensionamento INSTALAÇÃO DA SOFT-STARTER 7.1 Introdução Ligação padrão, entre a rede e o motor Chave seccionadora Fusíveis ou disjuntor Contator Fiações de controle e interface Homem-Máquina (IHM) Correção de fator de potência Aterramento Ligação dentro do delta do motor Introdução Exemplo de ligação com SSW-03 Plus dentro da ligação delta do motor Ligação de terminais de motores com tensões múltiplas Possibilidades de ligação da SSW-03 Plus em função do fechamento do motor SSW-05 (Micro Soft-Starter) Ligação da SMV-01 (Soft-Starter para Média Tensão) LINHAS DE SOFT-STARTER WEG 8.1 Introdução SSW-03 e SSW Benefícios 200. Principais aplicações 200. Interface Homem-Máquina 201. Tabela de especificação SSW Dimensões e pesos 203. SSW-03 Plus 204

9 . Características técnicas 205. Tipo de ligação (Soft-Starter > motor) 206. Funções principais 207. Acessórios e periféricos SSW Benefícios 210. Tabela de especificação 211. Codificação - exemplo de utilização 212. Características técnicas SMV Características gerais 215. Modelos 215. Características técnicas 216 ANEXO 1 CÁLCULO DO MOMENTO DE INÉRCIA DE MASSA 1. Momento de inércia de formas simples Teorema dos eixos paralelos Momento de inércia de formas compostas Momento de inércia de corpos que se movem linearmente Transmissão mecânica Exemplos de cálculos de momento de inércia de massa Cálculo do momento de inércia de massa Cálculo do momento de inércia total 225 ANEXO 2 SOFTWARE DE DIMENSIONAMENTO WEG - SDW 1. Introdução Como acessar Como usar Limite de responsabilidade pelo uso do software SDW 254 ANEXO 3 CHECK-LIST PARA DETALHAMENTO DA APLICAÇÃO - SOFT-STARTER Soft-Starter Folha de dados para dimensionamento 257 Referências Bibliográficas 259 Comentários 261

10 1 INTRODUÇÃO 1.1 Métodos de partida de motores 1.2 Métodos tradicionais de partida de motores Partida de motores com embreagens Transmissão hidráulica Acoplamento hidráulico Motor de anéis Inversor de Freqüência como um método de partida

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12 1 INTRODUÇÃO É recorrente no desenvolvimento de nossa sociedade a necessidade de acelerar, manter em movimento e parar máquinas. Seja através de tração animal, sejam monjolos, moinhos de vento ou vapor, foram várias as soluções de que nossos precursores lançaram mão para obter maior conforto, maior segurança. e para atingir melhores resultados em suas atividades. Figura Moinho de Vento O atual estado de desenvolvimento dos acionamentos elétricos concentra o resultado de um longo período de tentativas e descobertas, em diversas áreas do conhecimento, para movimentar nossas máquinas cada vez mais sofisticadas e exigentes. A Soft-Starter hoje já é uma alternativa plenamente consolidada para partidas e paradas de motores trifásicos de indução. A evolução dos processos e máquinas criou um ambiente propício ao acionamento suave, controlado e com múltiplos recursos disponibilizados pelo controle digital. Indo além, há uma maior consciência de que nossos recursos exigem conservação cuidadosa, o que faz da Soft-Starter um equipamento em sintonia com o cenário energético atual, colaborando para o uso racional de nossas instalações. Temos a satisfação de reconhecer que o Brasil está muito bem representado nesta área por uma empresa nacional cujo nome já é sinônimo de qualidade nos cinco continentes, a Weg. Estamos certos de que este guia será de grande valia para os técnicos, engenheiros e empreendedores que, 11

13 1 INTRODUÇÃO conosco, trabalham para construir um futuro à altura das potencialidades do nosso país. Já é possível ver este futuro. 1.1 MÉTODOS DE PARTIDA DE MOTORES Conforme veremos no capítulo 2 (Funcionamento do motor de indução), picos de corrente e torque são intrínsecos à partida com plena tensão do motor trifásico. Na prática, muitas vezes deseja-se limitar o valor da corrente que será drenada da rede de alimentação a fim de evitar: 1) distúrbios na rede ou 2) aumento da demanda de energia elétrica. No caso dos distúrbios na rede, o objetivo é reduzir a queda de tensão (ou mesmo a sua interrupção). No caso do aumento da demanda, deseja-se atender limites definidos junto às concessionárias de energia elétrica, uma vez que o não atendimento destes limites é punido com a cobrança tarifas elevadas. Embora, invariavelmente a redução da corrente seja acompanhada de uma redução do torque no motor, nem sempre esta redução de torque é tida como prejudicial. Na verdade este é um dos aspectos que precisam ser cuidadosamente ponderados a fim de obter-se o melhor dimensionamento do conjunto motor + sistema de partida. 1.2 MÉTODOS TRADICIONAIS DE PARTIDA DE MOTORES Podemos agrupar os métodos de partida de motores trifásicos conforme segue: 1) Aqueles em que a tensão aplicada ao motor é a tensão plena da rede (partida direta) 2) Aqueles em que a tensão aplicada ao motor é a tensão plena, entretanto a ligação das bobinas do motor leva a uma tensão menor em cada bobina (chaves estrela- triângulo e série- paralela) 3) Aqueles em que a tensão aplicada ao motor é efetivamente reduzida (chaves compensadoras e Soft-Starter) Os itens acima são abordados em maior profundidade nos capítulos seguintes. 12

14 1 INTRODUÇÃO Partida de motores com embreagens O objetivo básico que leva a utilização de embreagens é permitir que durante a aceleração de motores assíncronos a partida se dê praticamente a vazio e a corrente de partida tenha uma duração mínima, com vantagens para a rede de alimentação e para o motor. Por outro lado o motor poderá atingir seu conjugado máximo em processo momentâneo de desaceleração (durante o acoplamento da embreagem), enquanto nos outros métodos este conjugado máximo será atingido em plena aceleração. A necessidade de manutenção e maior complexidade de montagem do conjunto mecânico são algumas das restrições do uso de embreagens Transmissão hidráulica Em um sistema de transmissão hidráulica, a energia é transferida empregando-se um fluído para controlar um movimento linear ou um eixo de saída. Há dois tipos principais de transmissão hidráulica: 1) hidrocinéticos (como acoplamentos hidráulicos), que utilizam a energia cinética de um fluído 2) hidrostáticos, que utilizam a energia de pressão do fluído Acoplamento Hidráulico O princípio de funcionamento do acoplamento hidráulico pode ser explicado por analogia com um sistema de bombeamento. Neste sistema uma bomba centrífuga de óleo ( parte motora ) é acionada por um motor elétrico. Uma turbina ( parte movida ), cujo eixo aciona a máquina, é acionada através do óleo movimentado pela bomba. Tanto a parte motora quanto a parte movida compartilham um mesmo invólucro, sem conexão mecânica entre elas. A energia é transmitida pelo fluído (óleo) entre as partes. Desde o início do movimento do motor há uma tendência de movimento da parte movida (eixo que aciona a máquina). Quando o conjugado transmitido ao eixo que aciona a máquina se igualar ao conjugado resistente inicia-se a aceleração da máquina. 13

15 1 INTRODUÇÃO Este é um método de partida historicamente associado a partida de cargas com inércia elevada, como moinhos ou transportadores. O gráfico a seguir ilustra a evolução do torque no eixo de saída do acoplamento. Figura O acoplamento hidráulico segue o princípio das máquinas centrífugas: o torque transmitido ao eixo de saída é proporcional ao quadrado da velocidade Fisicamente, instala-se o acoplamento hidráulico entre o motor e a máquina Figura Exemplo de acoplamento hidráulico com montagem por polias O acoplamento hidráulico necessita de manutenção para checagem do nível e carga de óleo, o que pode se tornar um procedimento mais ou menos difícil em função da montagem (com polias, axial ao eixo do motor, com redutores, etc). 14

16 1 INTRODUÇÃO Manutenção inadequada ou vazamento do óleo podem causar danos no sistema Motor de Anéis Os motores de anéis caracterizam-se pela capacidade de alteração das curvas de conjugado e corrente através da inserção de resistências externas ao circuito rotórico do motor. Figura Exemplo de circuito de força de motor de anéis 15

17 1 INTRODUÇÃO Esta alteração das curvas do motor tornaram o uso do motor de anéis bastante conveniente para aceleração de máquinas com alto conjugado resistente em baixas rotações, como pode-se observar na figura abaixo. Figura Partida com motor de anéis. A inserção dos devidos resistores no circuito rotórico leva o torque máximo do motor ao instante inicial de partida. O motor de anéis também encontrou aplicação em máquinas que necessitam de alguma variação de velocidade e redução na corrente de partida. Entretanto, o uso de Inversores de Freqüência tem levado os motores de anéis a fazer parte apenas de situações muito específicas. Vale lembrar que o uso de Inversores para partidas de cargas com alto conjugado de partida merece cuidado particular de dimensionamento. Deve-se levar em conta o ciclo de operação e a corrente solicitada com Inversor no dimensionamento térmico do conjunto motor + inversor Inversor de Freqüência como um Método de Partida Embora a principal função do Inversor de Freqüência seja a variação de velocidade, não é possível deixar de lado suas virtudes no que tange à aceleração e parada de máquinas. Em todos os métodos de partida, o que se procura são maneiras de lidar com os transitórios de partida 16

18 1 INTRODUÇÃO (elétricos e mecânicos), e, assim, alcançar com sucesso, e com o mínimo de distúrbio, o funcionamento estável do sistema. Figura Curva torque versus rotação de um motor trifásico acionado por Inversor Vetorial. Desde que provido de meio de ventilação adequado, o motor trifásico acionado por Inversor de Freqüência pode aplicar seu torque nominal mesmo em velocidades baixas durante quanto tempo for necessário Com o Inversor de Freqüência estes transitórios são praticamente eliminados, ou, pelo menos, são bastante reduzidos. Por exemplo, em cargas com alta inércia, o torque e a rampa de aceleração podem ser ajustados da maneira que se consiga a aceleração mais suave possível. Isto porque o Inversor de Freqüência toma as rédeas do sistema desde os primeiros instantes da aceleração. Quando se necessita de controle na desaceleração, com ou sem frenagem, também através do Inversor encontramos o maior número de alternativas: tanto pode-se conseguir a parada e desaceleração suaves de uma bomba, quanto torque de frenagem para a descida de uma carga (ponte rolante, guindaste). 17

19 1 INTRODUÇÃO Figura 1.7 Fundamental de uma fase na saída do inversor de freqüência durante um processo de aceleração seguido de desaceleração. Com uma taxa de aumento de velocidade (rampa de aceleração) adequada, aliada a novas tecnologias de controle vetorial como o Vectrueâ, pode-se praticamente eliminar os transitórios de partida em algumas aplicações. Entretanto, convém frisar que cada máquina requer seus devidos cuidados no dimensionamento do Inversor e eventuais acessórios (resistor de frenagem, tipo de retificador, etc). Figura Inversores de Freqüência série CFW-09. A baixa exigência de manutenção é um dos principais diferenciais dos Inversores de Freqüência, assim como as Soft-Starters 18

20 2 COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO? 2.1 Princípios básicos de funcionamento 2.2 Análise de funcionamento 2.3 Curvas características do motor de indução Torque x Velocidade Corrente x Velocidade 2.4 Potência e perdas 2.5 Características de temperatura - Classes de isolamento térmico 2.6 Tempo de rotor bloqueado

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22 2 COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO? Para compreender o funcionamento da Soft-Starter e de um Inversor de Freqüência é de fundamental importância entender primeiro como funciona um motor de indução. Para começar enunciaremos os princípios físicos básicos da conversão de energia elétrica em energia mecânica. 2.1 PRINCÍPIOS BÁSICOS DE FUNCIONAMENTO 1. Uma corrente circulando por um condutor produz um campo magnético, representado na figura 2.1 pelas linhas circulares chamadas de linhas de indução magnética. No centro da figura se encontra o condutor e as linhas circulares em volta são uma representação gráfica do campo magnético gerado pela corrente. Figura Se um condutor é movimentado dentro de um campo magnético, aparecerá uma tensão induzida entre os terminais do condutor, proporcional ao número de linhas de indução cortadas por segundo (figura 2.2). Se o dito condutor forma um circuito fechado, circulará por ele uma corrente elétrica. Figura

23 2 COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO? 3. Dois condutores adjacentes (a e b) pelos quais está circulando uma corrente elétrica (i a e i b ) produzem cada um deles um campo magnético (Item 1). A interação entre estes dois campos magnéticos produzirá uma força (F) de atração ou repulsão entre os condutores (figura 2.3), proporcional à corrente que circula por ambos condutores e à distância (d) entre eles. Figura Um bobinado polifásico, igual ao mostrado na figura 2.4, alimentado por um sistema de tensões trifásico (figura 2.5) produzirá um campo magnético girante (figura 2.6). Este princípio é similar ao visto na figura 2.1, com a diferença que neste o campo magnético é estático. Figura

24 2 COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO? Figura 2.5 Na figura 2.6, os pontos identificados com os números... correspondem aos momentos em que a tensão de uma das três fases é igual a zero. Desta maneira é mais fácil fazer a composição dos vetores de indução magnética para cada instante. Na figura pode-se ver que a resultante destes vetores está girando (campo girante) com uma velocidade proporcional a freqüência e ao número de pólos do motor. Figura

25 2 COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO? 5. A velocidade do campo girante descrito anteriormente, chamada de velocidade síncrona, é proporcional à freqüência do sistema de tensões trifásico e ao número de pólos do bobinado. Velocidade do campo girante [rpm]= (freqüência [1/ s] x 120 ) / n de pólos 6. Conjugado: O conjugado (também chamado de torque, momento ou binário) é a medida do esforço necessário para girar um eixo. É sabido, pela experiência prática, que para levantar um peso por um processo semelhante ao usado em poços de água ver figura 2.7 a força F que é preciso aplicar à manivela depende do comprimento da manivela. Quanto maior a manivela, menor será a força necessária. Se dobrarmos o tamanho da manivela, a força F necessária será diminuída a metade. No exemplo da figura 2.7, se o balde pesa 20kgf e o diâmetro do tambor é 20 cm, a corda transmitirá uma força de 20 kgf na superfície do tambor, isto é, a 0,1m (10cm) do centro do eixo. Para contrabalançar esta força, precisamos de 10 kgf na manivela, se o comprimento a for 0,2 m (20cm). Se a for o dobro, isto é 0,4 m, a força F será a metade, ou seja, 5kgf. Como se vê, para medir o esforço necessário para fazer girar o eixo não basta definir a força empregada: é preciso também dizer a que distância do eixo a força é aplicada. O esforço é medido pelo conjugado, que é o produto F x a, da força pela distância. No exemplo citado, o conjugado vale: C = 20 kgf x 0,1 m = 10 kgf x 0,2 m = 5 kgf x 0,4 = 2mkgf 24

26 2 COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO? Figura 2.7 Os motores de indução mais utilizados na indústria são os chamados motores de gaiola trifásicos (figura rotor e estator). NÚCLEO DE CHAPAS NÚCLEO DE CHAPAS BARRAS DE ANÉIS DE CURTO-CIRCUITO ENTROLAMENTO TRIFÁSICO 8 ROLAMENTOS 11 VENTILADOR 5 PROTEÇÃO DO VENTILADOR 6 7 EIXO 9 CAIXA DE LIGAÇÃO 10 TERMINAIS 1 CARCAÇA 4 TAMPAS Figura

27 2 COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO? Estator: Carcaça (1), Núcleo de Chapas (2), Enrolamento trifásico (8) Rotor: Eixo (7), Núcleo de chapas (3), Barras e anéis de curto-circuito (12) Outras partes: Tampas (4), Ventilador (5), Proteção do ventilador (6), Caixa de ligação (9), Terminais (10), Rolamentos (11). Nestes motores o rotor é fabricado com espiras em curto-circuito formando uma verdadeira gaiola. O estator é formado por três bobinas (bobinado trifásico), com pares de pólos em cada fase. 2.2 ANÁLISE DE FUNCIONAMENTO Para análise de funcionamento pode-se considerar o motor de indução como um transformador, onde o enrolamento primário deste transformador é formado pelo estator e o enrolamento secundário pelo rotor. O próprio nome motor de indução se deve ao fato de que toda a energia requerida pelo rotor para a geração de torque é induzida pelo primário do transformador (estator) no secundário (rotor). Como existem dois campos magnéticos, um no estator e outro no rotor, e como descrito no item 3, aparecerá uma força entre o rotor e o estator que fará com que o rotor gire, já que é o único que pode se movimentar pois está montado sobre rolamentos, disponibilizando assim energia mecânica (torque) no seu eixo. Para facilitar o entendimento do funcionamento do motor de indução dividiremos o estudo em três casos hipotéticos: CASO 1 Primeiramente consideraremos um motor de dois pólos com o rotor bloqueado, isto significa que através de algum dispositivo mecânico impediremos que o eixo do motor (rotor) gire. Nesta condição, se aplicarmos tensão trifásica com freqüência de 60Hz nos terminais do bobinado do estator, este produzirá um campo magnético girante com velocidade de 3600 rpm (item 5). As linhas de indução deste campo magnético cortarão as espiras do rotor com velocidade máxima induzindo assim a máxima tensão nas espiras do rotor, e como estas estão em curto-circuito, circulará também a máxima corrente por elas. Como toda a energia produzida no rotor tem de ser induzida pelo estator, 26

28 2 COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO? circulará no bobinado do estator uma corrente elevada (6 a 8 vezes maior que a corrente nominal do motor). Se esta condição for mantida por mais que alguns segundos os fios do bobinado do estator irão esquentar de forma indevida, podendo até danificar (queimar) o bobinado, pois não foram projetados para suportar esta corrente por um período de tempo grande. CASO 2 Agora vamos para o outro extremo. Vamos supor que o rotor do motor possa girar exatamente à velocidade de 3600 rpm. Neste caso as linhas de indução do campo magnético girante produzido pelo estator não cortarão as espiras do rotor pois os dois estão girando com mesma velocidade. Sendo assim não haverá tensão induzida, nem corrente, nem geração de campo magnético. Para a produção de energia mecânica (torque) no motor é necessária a existência de dois campos magnéticos, sendo assim, não haverá torque no eixo do motor. CASO 3 Vamos supor agora que, nas mesmas condições do Caso 2, baixamos a velocidade do rotor do motor para 3550 rpm. O campo magnético girante tem uma velocidade de 3600 rpm, é assim que as linhas de indução do campo magnético girante do estator cortarão as espiras do rotor com uma velocidade de 50 rpm (3600 rpm 3550 rpm = 50 rpm), produzindo uma tensão e uma corrente induzida no rotor. A interação entre os dois campos magnéticos, o do estator e o do rotor, produzirão uma força, que pela sua vez produzirá torque no eixo do motor. A diferença entre a velocidade síncrona (3600 rpm) e a velocidade do rotor é conhecida como escorregamento. Escorregamento = velocidade síncrona velocidade do rotor (N s N) S = N s 27

29 2 COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO? Descritas estas três condições, podemos agora imaginar o que acontece na prática com nosso motor de indução. Na partida acontece algo similar ao descrito no caso 1, mas na prática a diferença do rotor bloqueado do caso 1 nosso motor pode girar livremente. Sendo assim circulará no bobinado do estator uma corrente elevada (6 a 8 vezes maior que a corrente nominal do motor) que diminuirá a medida que a velocidade do motor aumenta. Quando a velocidade do rotor se aproxima da velocidade síncrona (caso 2) o torque produzido diminuirá, fazendo diminuir também a velocidade do rotor. Existirá então um ponto de equilíbrio entre a carga do motor e a velocidade do rotor (caso 3). Se a carga no eixo do motor aumenta, a velocidade do rotor tenderá a diminuir, e o escorregamento aumentará. Se o escorregamento aumenta a velocidade com que as linhas de indução do campo magnético do rotor cortam o estator aumentará, aumentando também a tensão e corrente induzida no rotor. Se a corrente é maior, o campo magnético gerado por esta também será maior, aumentando assim o torque disponível no eixo do motor, chegando novamente numa condição de equilíbrio. Se o torque requerido pela carga é maior que o nominal do motor, e se esta condição é mantida por muito tempo, a corrente do motor será maior que a nominal e o motor será danificado. 2.3 CURVAS CARACTERÍSTICAS DO MOTOR DE INDUÇÃO Torque x Velocidade É a curva que mostra a relação entre o torque desenvolvido pelo motor e a sua rotação. Na partida, quando o motor é ligado diretamente à rede, o torque (torque de partida) será de aproximadamente 2 a 2,5 vezes o torque nominal, diminuindo a medida que a velocidade aumenta até atingir um valor de 1,5 a 1,7 do torque nominal a aproximadamente 30% da velocidade nominal. A medida que a velocidade aumenta o torque aumenta novamente até atingir o seu valor máximo (80% da velocidade nominal) chegando a seu valor nominal na velocidade nominal. Como mostra a curva (linha cheia) da figura

30 2 COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO? Corrente x Velocidade É a curva (linha tracejada da figura 2.9) que mostra a relação entre a corrente consumida pelo motor em função da sua velocidade. A figura mostra que na partida, quando o motor é ligado diretamente à rede, a corrente que circula por ele será 5 a 6 vezes maior que a corrente nominal, diminuindo a medida que a velocidade aumenta até atingir um valor estacionário determinado pela carga acoplada ao motor. Se a carga for a nominal a corrente será também a corrente nominal. Figura Curva Torque x Velocidade e Corrente x Velocidade para motores de indução de rotor em gaiola alimentados com tensão e freqüência constantes 2.4 POTÊNCIA E PERDAS Na placa de identificação do motor existe um parâmetro chamado de rendimento e identificado pela letra grega h. Este parâmetro é uma medida da quantidade de potência elétrica transformada pelo motor em potência mecânica. A potência transmitida à carga pelo eixo do motor é menor que a potência elétrica absorvida da rede, devido às perdas no motor. Essas perdas podem ser classificadas em: 29

31 2 COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO? n perdas no enrolamento estatórico (perdas no cobre); n perdas no rotor; n perdas por atrito e ventilação; n perdas magnéticas no núcleo (perdas no ferro); 2.5 CARACTERÍSTICAS DE TEMPERATURA CLASSES DE ISOLAMENTO TÉRMICO Sendo o motor de indução uma máquina robusta e de construção simples, a sua vida útil depende quase exclusivamente da vida útil da isolação do bobinado e da vida mecânica dos rolamentos. Vida útil da isolação refere-se ao envelhecimento gradual do isolante, não suportando mais a tensão aplicada e produzindo curto-circuito entre as espiras do bobinado. Para fins de normalização, os materiais isolantes e os sistemas de isolamento (cada um formado pela combinação de vários materiais) são agrupados em CLASSES DE ISOLAMENTO, cada qual definida pelo respectivo limite de temperatura, ou seja, pela maior temperatura que o material pode suportar continuamente sem que seja afetada sua vida útil. As classes de isolamento utilizadas em máquinas elétricas e os respectivos limites de temperatura conforme norma NBR-7094, são mostradas na tabela a seguir: Tabela Classes de isolamento CLASSE TEMPERATURA ( C) A 105 E 120 B 130 F 155 H 180 As classes B e F são as freqüentemente utilizadas. O sistema de isolamento convencional dos motores, que tem sido utilizado com sucesso em todos os casos de alimentação com fontes senoidais tradicionais (50/ 60Hz) pode não atender os requisitos necessários se os mesmos forem alimentados por outro tipo de fonte. É o caso dos motores alimentados por inversores de freqüência. Atualmente, com a utilização generalizada destes equipamentos, o problema do rompimento da isolação provocado pelos altos picos de tensão decorrentes da rapidez de crescimento dos pulsos 30

32 2 COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO? gerados pelo inversor, bem como a alta freqüência com que estes são produzidos, obrigou a implementar melhorias no isolamento dos fios e no sistema de impregnação, afim de garantir a vida dos motores. Estes motores com isolamento especial são chamados de Inverter Duty Motors. 2.6 TEMPO DE ROTOR BLOQUEADO Tempo de rotor bloqueado é o tempo necessário para que o enrolamento da máquina, quando percorrido pela sua corrente de partida, atinja a sua temperatura limite, partindo da temperatura em condições nominais de serviço e considerando a temperatura ambiente no seu valor máximo. Este tempo é um parâmetro que depende do projeto da máquina. Encontra-se normalmente no catálogo ou na folha de dados do fabricante. A tabela abaixo mostra os valores limites da temperatura de rotor bloqueado, de acordo com as normas NEMA e IEC. Tabela Temperatura limite de rotor bloqueado CLASSE TEMPERATURA MÁXIMA ( C) DE ISOLAMENTO NEMA MG IEC 79.7 DT máx ( C) B F H

33 2 COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUÇÃO? Para partidas com tensão reduzida o tempo de rotor bloqueado pode ser redefinido como segue: t rb = t b x ( U n / U r ) 2 Onde: t rb t b U n U r = Tempo de rotor bloqueado com tensão reduzida = Tempo de rotor bloqueado à tensão nominal = Tensão nominal = Tensão reduzida Outra forma de se redefinir o tempo de rotor bloqueado é através da utilização da corrente aplicada ao motor, como segue: I pn t rb = t b. ( )² I pc Onde: t rb t b I pn I pc = Tempo de rotor bloqueado com corrente reduzida = Tempo de rotor bloqueado à corrente nominal = Corrente de partida direta do motor = Corrente de partida do motor com corrente reduzida Geralmente, I pn é obtido de catálogos e possui o valor em torno de 6 a 8 vezes a corrente nominal do motor, e I pc depende do método de partida do motor. Se por exemplo esta partida for do tipo estrela-triângulo o valor da corrente será de aproximadamente 1/3 da corrente de partida. 32

34 3 MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO 3.1 Categorias de partida 3.2 Formas de partida 3.3 Frenagem 3.4 Vantagens e desvantagens dos métodos de partida 3.5 NBR-5410 referente a partida com corrente reduzida

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36 3 MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO Os métodos de comando de um motor de indução, são implementados com equipamentos eletromecânicos, elétricos e eletrônicos. Estes equipamentos permitem acelerar (partir) e desacelerar (frenar) o motor de acordo com requisitos impostos pela carga, segurança, concessionárias de energia elétrica, etc. 3.1 CATEGORIAS DE PARTIDA Conforme as suas características de torque em relação à velocidade e corrente de partida, os motores de indução trifásicos com rotor de gaiola, são classificados em categorias, cada uma adequada a um tipo de carga. Estas categorias são definidas em norma (NBR 7094), e são as seguintes: a) CATEGORIA N Constituem a maioria dos motores encontrados no mercado e prestam-se ao acionamento de cargas normais, como bombas, máquinas operatrizes, e ventiladores. b) CATEGORIA H Usados para cargas que exigem maior torque na partida, como peneiras, transportadores carregadores, cargas de alta inércia, britadores, etc. c) CATEGORIA D Usados em prensas excêntricas e máquinas semelhantes, onde a carga apresenta picos periódicos. Usados também em elevadores e cargas que necessitam de torques de partida muito altos e corrente de partida limitada. Tabela Características das categorias de partida direta Categorias Torque Corrente Escorregamento de partida de partida de partida N Normal Normal Baixo H Alto Normal Baixo D Alto Normal Alto As curvas torque x velocidade das diferentes categorias estão mostradas na figura

37 3 MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO Figura Curvas características de torque em função da categoria do motor (partida direta) 3.2 FORMAS DE PARTIDAS l PARTIDA DIRETA A maneira mais simples de partir um motor de indução é a chamada partida direta, aqui o motor é ligado à rede diretamente através de um contator (ver figura 3.2). Porém, deve-se observar que para este tipo de partida existem restrições de utilização. Como já foi visto anteriormente, a corrente de partida de um motor de indução quando ligado diretamente à tensão da rede é 5 a 8 vezes maior que a corrente nominal. Por este motivo, e fundamentalmente para motores de grande porte, a partida direta não é utilizada. Figura Partida direta 36

38 3 MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO l PARTIDA ESTRELA-TRIÂNGULO (Y- D) Este tipo de partida só pode ser utilizado em motores que possuam ligação em dupla tensão (por exemplo 3 x 380 V e 3 x 220 V). A menor tensão deverá ser igual à tensão de rede e a outra 1,73 vezes maior. (Ex.: 220/ 380V, 380/660V). Esta partida é implementada com dois contatores como mostra a figura 3.3. Na partida o motor é ligado na conexão de maior tensão, isto possibilita uma redução de até 1/3 da corrente de partida do motor, como mostra a figura 3.4. A partida estrela-triângulo poderá ser usada quando a curva de torque do motor for suficientemente elevada para que possa garantir a aceleração da máquina com a corrente reduzida, ou seja, o torque resistente da carga não deverá ser superior ao torque do motor quando o motor estiver em estrela. Figura Partida estrela-triângulo 37

39 3 MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO Figura Curva característica de torque e corrente, motor com partida estrela-triângulo l PARTIDA ELETRÔNICA (SOFT-STARTER) Será abordada em profundidade no capítulo a seguir. Figura Curva característica de torque e corrente, motor com partida suave (soft-starter) 38

40 3 MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO Além da vantagem do controle da corrente durante a partida, a chave eletrônica apresenta, também, a vantagem de não possuir partes móveis. Ainda, como um recurso adicional, a soft-starter apresenta a possibilidade de efetuar a desaceleração suave das cargas de baixa inércia. l PARTIDA SÉRIE-PARALELO Este tipo de partida só pode ser utilizado em motores que possibilitam a ligação em dupla tensão. A menor das duas tensões deve ser igual a tensão da rede e a outra deve ser o dobro. Por exemplo: 220V- 440V e 380V-760V (mais comuns), ou outros valores de tensão de rede, seguindo a mesma regra: 230V-460V, etc. Para tanto, o motor deve dispor de 9 ou 12 terminais de ligação, para permitir as ligações triângulo sérieparalelo (figuras 3.6 e 3.7) ou estrela série-paralelo (figuras 3.8 e 3.9). Figura Ligação triângulo série: apta a receber ligação superior, entretanto aplica-se tensão reduzida: este é o princípio de funcionamento da série-paralelo 39

41 3 MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO Figura Ligação triângulo paralelo: apta a receber tensão reduzida, e efetivamente aplicando-se tensão reduzida: o motor desenvolve suas características nominais Figura Ligação estrela série: apta a receber ligação superior, entretanto aplica-se tensão reduzida, conforme o princípio de funcionamento da série paralelo Figura Ligação estrela paralelo: apta a receber tensão reduzida, e efetivamente aplicando-se tensão reduzida: o motor desenvolve suas características nominais 40

42 3 MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO No momento da partida a corrente fica reduzida para 25 a 33% da corrente de partida direta, entretanto o mesmo ocorre com o torque, restringindo o uso desta chave para partidas em vazio. Figura Chave série paralelo, usando nove cabos do motor l PARTIDA COMPENSADORA Esta chave de partida alimenta o motor com tensão reduzida em suas bobinas, na partida. A redução de tensão nas bobinas (apenas durante a partida) é feita através da ligação de um autotransformador em série com as mesmas. Após o motor ter acelerado as bobinas passam a receber tensão nominal. A redução de corrente depende do TAP em que o autotransformador estiver ligado. TAP 65%: TAP 80%: Redução para 42% do seu valor de partida direta Redução para 64% do seu valor de partida direta 41

43 3 MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO A chave de partida compensadora pode ser usada para motores que partem com alguma carga. O conjugado resistente deve ser inferior ao conjugado disponibilizado pelo motor durante a partida com tensão reduzida pela compensadora. Os motores podem ter tensão única e, apenas, três cabos disponíveis. Figura Curvas características do motor trifásico partindo com chave compensadora, TAP 85% Figura Partida compensadora 42

44 3 MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO 3.3 FRENAGEM Os motores de indução possibilitam várias formas de frenagem, isto é, onde se tem s < 0 e o motor opera com características de gerador. A seguir apresentaremos dois métodos de frenagem elétrica Frenagem por contra-corrente Obtém-se a frenagem por contra-corrente através da inversão de duas fases da tensão de alimentação do enrolamento estatórico (ver figura 3.14), para reverter a direção de rotação do campo girante do motor com o mesmo girando ainda na direção inicial. Dessa forma, a rotação do rotor fica agora contrária a um torque que atua em direção oposta (ver figura 3.13) e começa a desacelerar (frenar). Quando a velocidade cai a zero o motor deve ser desenergizado, caso contrário, passará a funcionar em sentido oposto. Para este tipo de frenagem, as correntes induzidas nos enrolamentos rotóricos são de freqüências altas (duas vezes a freqüência estatórica) e de elevada intensidade, pois o torque desenvolvido pelo motor é elevado, onde há a absorção de potência elétrica da rede com corrente maior que a nominal, acarretando em um sobreaquecimento do motor. Figura Curva de torque x rotação na frenagem por contra-corrente Figura Frenagem por contra-corrente 43

45 3 MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO Frenagem por injeção de corrente contínua (CC) É obtida através da desconexão do estator da rede de alimentação e da posterior conexão a uma fonte de corrente contínua (ver figura 3.16). A corrente contínua enviada ao enrolamento estatórico estabelece um fluxo magnético estacionário cuja curva de distribuição tem uma fundamental de forma senoidal. A rotação do rotor em seu campo produz um fluxo de corrente alternada no mesmo, o qual também estabelece um campo magnético estacionário com respeito ao estator. Devido à interação do campo magnético resultante e da corrente rotórica, o motor desenvolve um torque de frenagem (ver figura 3.15) cuja magnitude depende da intensidade do campo, da resistência do circuito rotórico e da velocidade do rotor. Figura Curva de torque x rotação durante a frenagem CC Na prática, a frenagem CC tem sua aplicação limitada devido ao fato de que toda a energia de frenagem é dissipada no próprio motor, podendo causar sobreaquecimento excessivo no mesmo. Assim, para não comprometer a vida útil do motor, utiliza-se a frenagem CC com tensões contínuas limitadas a aproximadamente 20% da tensão nominal CA do motor. 44

46 3 MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO Figura Frenagem por injeção de CC 3.4 VANTAGENS E DESVANTAGENS DOS MÉTODOS DE PARTIDA l PARTIDA DIRETA Vantagens Menor custo de todas Muito simples de implementar Alto torque de partida Desvantagens Alta corrente de partida, provocando queda de tensão na rede de alimentação. Em função disto pode provocar interferência em equipamentos ligados na mesma instalação É necessário sobredimensionar cabos e contatores Limitação do número de manobras/hora Picos de torque 45

47 3 MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO l ESTRELA-TRIÂNGULO Vantagens Custo reduzido A corrente de partida é reduzida a 1/3 quando comparada com a partida direta Não existe limitação do número de manobras/hora Desvantagens Redução do torque de partida a aproximadamente 1/3 do nominal São necessários motores com seis bornes Caso o motor não atingir pelo menos 90% da velocidade nominal, o pico de corrente na comutação de estrela para triângulo é equivalente ao da partida direta Em casos de grande distância entre motor e chave de partida, o custo é levado devido a necessidade de seis cabos. l SOFT-STARTER Terá suas vantagens e desvantagens abordadas em profundidade no capítulo a seguir. l PARTIDA SÉRIE-PARALELO Vantagens Custo reduzido A corrente de partida é reduzida a ¼ quando comparada com a partida direta Desvantagens Redução do torque de partida a aproximadamente ¼ do torque de partida nominal São necessários motores com pelos menos nove bornes (ou seja, capacidade de fechamento das bobinas para tensão igual à duas vezes a tensão da rede) Caso o motor não atingir pelo menos 90% da velocidade nominal, o pico de corrente na comutação da ligação é equivalente ao da partida direta Em casos de grande distância entre motor e chave de partida, o custo é elevado devido a necessidade de nove cabos. 46

48 3 MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO l PARTIDA COMPENSADORA Vantagens Capacidade de partir com alguma carga Possibilidade de algum ajuste de tensão de partida, selecionando (conectando) o TAP no transformador Necessário apenas três terminais disponíveis no motor Na passagem da tensão reduzida para a tensão da rede, o motor não é desligado e o segundo pico é bem reduzido Desvantagens Tamanho e peso do autotransformador Número de partidas por hora limitado Custo adicional do autotransformador 47

49 3 MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO 3.5 NBR-5410 REFERENTE A PARTIDA COM CORRENTE REDUZIDA A NBR 5410 de novembro de 1997, no item referente a motores elétricos, orienta sobre a corrente de partida de motores e a necessidade de se reduzir a corrente de partida dos motores elétricos a fim de se evitar perturbações na rede. Figura NBR-5410 (reprodução de fotocópia) 48

50 3 MÉTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUÇÃO Abaixo segue transcrição do texto da NBR 5410, item Motores Generalidades As cargas constituídas por motores elétricos apresentam peculiaridades que as destinguem das demais. a) A corrente absorvida durante a partida é muito maior que a de funcionamento normal em carga; b) A potência absorvida em funcionamento é determinada pela potência mecânica no eixo solicitada pela carga acionada, o que pode resultar em sobrecarga na rede de alimentação se o motor não for protegido adequadamente. Em razão destas peculiaridades, a instalação de motores, além das demais prescrições desta Norma, deve atender às prescrições seguintes Limitação das perturbações devidas à partida de motores Para evitar perturbações inaceitáveis na rede de distribuição na própria instalação e nas demais cargas ligadas a instalação de motores deve-se: a) Observar as limitações impostas pela concessionária local referentes a partida de motores; NOTA: Para partida direta de motores com potência acima de 3,7kW (5CV), em instalações alimentadas por rede de distribuição pública em baixa tensão, deve ser consultada a concessionária local. b) Limitar a queda de tensão nos demais pontos de utilização, durante a partida do motor, aos valores estipulados em Para obter conformidade às limitações descritas nas alíneas a) e b) anteriores, pode ser necessário o uso de dispositivos de partida que limitem a corrente absorvida durante a partida. NOTA Em instalações contendo muitos motores, pode ser levado em conta a probabilidade de partida simultânea de vários motores. Como pode ser observado no texto acima, a redução da corrente de partida de motores é uma necessidade prevista em norma. Dentre as diversas formas de redução da corrente de partida, trataremos nos capítulos seguintes da forma mais eficaz, e com excelente relação custo/benefício para a maioria das aplicações: a partida de motores através da SOFT-STARTER. 49

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52 4 SOFT-STARTER 4.1 Introdução Semicondutores e componentes eletrônicos A característica mais marcante dos tiristores Introdução às válvulas de descarga a gás Thyratron SCR (Silicon Controlled Rectifier) Entendendo o disparo do SCR 4.2 Princípio de funcionamento da Soft-Starter Circuito de potência Circuito de controle 4.3 Principais características Principais funções Proteções Acionamentos típicos

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54 4 SOFT-STARTER 4.1 INTRODUÇÃO Entender o funcionamento da Soft-Starter é importante para construir uma base sólida de conhecimentos, a partir da qual o usuário do equipamento poderá desenvolver sua capacidade de aplicação do produto. Vamos abordar com especial atenção o principal componente de força da Soft-Starter: o SCR Silicon Controlled Rectifier. Entender o funcionamento do SCR é boa parte do entendimento do funcionamento da Soft-Starter. Adotaremos a seguir uma seqüência de raciocínio baseada em analogias com outros fenômenos, e com outros componentes, permitindo assim o entendimento do funcionamento do SCR Semicondutores e componentes eletrônicos Um material semicondutor, como o silício, é um elemento com capacidade intermediária de condução de corrente, ou seja, sua capacidade natural de permitir fluxo de corrente elétrica é intermediária entre aquela de um condutor propriamente dito e aquela de um material isolante. A maneira como um semicondutor lidará com cargas elétricas depende de como foram adicionadas impurezas a sua composição, processo este chamado de dopagem. Existem dois tipos de dopagem: P e N, e cada uma delas têm comportamento complementar no que diz respeito à condução de cargas elétricas. Exemplificando: o diodo, é um componente eletrônico que possui duas diferentes partes de semicondutor, formando um junção P-N. As propriedades de condução são tais que fazem o diodo permitir o fluxo de corrente elétrica somente em um sentido, situação esta definida como diretamente polarizado. O mesmo diodo, porém polarizado inversamente tem o comportamento de um isolante. As condições que desencadeiam o comportamento elétrico de um componente eletrônico variam com o nível de tensão ou corrente, a presença de um sinal elétrico de estimulo externo ou até mesmo por luz visível, infravermelho, etc. 53

55 4 SOFT-STARTER A característica mais marcante dos tiristores Tiristores são componentes que exibem uma propriedade marcante: de maneira geral, ele não retorna ao seu estado original depois que a causa da sua mudança de estado tenha desaparecido. Uma analogia simples é a ação mecânica de um interruptor de luz: quando o interruptor é pressionado, ele muda de posição e permanece assim mesmo depois do estímulo do movimento ter desaparecido (ou seja, mesmo depois de tirar a mão do interruptor). Em contraste, um botão de campainha volta a sua posição original após cessar o estímulo externo. Transistores bipolares e IGBTs, também não travam em um determinado estado após terem sido estimulados por um sinal de corrente ou tensão: para qualquer sinal de entrada o transistor exibirá um comportamento previsível conforme sua curva característica. Voltando aos Tiristores: eles são componentes semicondutores que tendem a permanecer ligados, uma vez ligados, e tendem a permanecer desligados, uma vez que tenham sido desligados. Um evento momentâneo é capaz de ligá-los ou desligá-los, e assim eles permanecerão por conta própria, mesmo que a causa de mudança de estado tenha sido eliminada. Antes de analisar o tiristor propriamente dito, é interessante analisarmos seu precursor histórico: as válvulas de descarga a gás Introdução às válvulas de descarga a gás Uma tempestade é uma oportunidade de presenciar fenômenos elétricos interessantes. A ação do vento e da chuva acumula cargas elétricas estáticas entre as nuvens e a terra, e entre as próprias nuvens. A diferença de carga manifesta-se como altas tensões, e quando a resistência elétrica do ar não pode mais suportar esta alta tensão, ocorrem surtos de corrente entre pólos de carga elétrica oposta, o que chamamos de relâmpagos, raios ou descargas atmosféricas. 54

56 4 SOFT-STARTER Figura Descarga atmosférica Sob condições normais o ar tem uma tremenda resistência elétrica. Genericamente sua resistência é tratada como infinita. Sob presença de água e/ou poeira sua resistência diminui, mas permanece um bom isolante para a maioria das situações. Quando um nível suficientemente alto de tensão é aplicado através de uma distância de ar, entretanto, suas propriedades elétricas são alteradas: elétrons são arrancados de suas posições normais em torno do núcleo de seus átomos, e são liberados para constituir corrente elétrica. O ar nesta situação é considerado ionizado, recebe a denominação de plasma, e tem resistência elétrica bem menor que o ar. Conforme a corrente elétrica se movimenta pelo ar, energia é dissipada na forma de calor, o que mantém o ar em estado de plasma, cuja baixa resistência favorece a manutenção do raio mesmo após alguma redução da tensão. O relâmpago persiste até que a tensão caia abaixo de um nível insuficiente para manter corrente suficiente para dissipar calor. Finalmente, não há calor para manter o ar em estado de plasma, que volta ao normal, deixa de conduzir corrente e permite que a tensão aumente novamente. Observe como o ar se comporta neste ciclo: quando não está conduzindo, ele permanece um isolante até que a tensão ultrapasse um nível crítico. Então, uma vez que ele muda de estado, ele tende a permanecer um condutor até que a tensão caia abaixo de um nível mínimo. Este comportamento, combinado com a ação do vento e chuva, explica a existência dos raios como breve descargas elétricas. 55

57 4 SOFT-STARTER Thyratron Nas válvulas thyratron pode-se observar comportamentos semelhantes à do ar durante a ocorrência de um relâmpago, com a diferença de que a válvula pode ser disparada por um pequeno sinal. O thyratron é essencialmente uma válvula preenchida com gás, que pode conduzir corrente com uma pequena tensão de controle aplicada entre o grid e o cátodo, e desligado reduzindo-se a tensão platecatodo. Figura Circuito de controle simplificado do thyratron No circuito visto acima a válvula thyratron permite corrente através da carga em uma direção (note a polaridade através da carga resistiva) quando disparado pela pequena tensão DC de controle conectada entre grid e cátodo. O pontinho dentro do circulo do símbolo esquemático indica preenchimento com gás, em oposição ao vácuo verificado em outras válvulas. Observe que a fonte de alimentação da carga é alternada, o que dá uma dica de como o thyratron desliga após ter sido disparado: uma vez que a tensão AC periodicamente passa por zero volt a cada meio ciclo, a corrente será interrompida periodicamente. Esta breve interrupção permite à válvula resfriar e retornar a seu estado desligado. Condução de corrente pode prosseguir apenas se há tensão suficiente aplicada pela fonte AC e se a tensão DC de controle permitir. Um osciloscópio indicaria a tensão na carga conforme figura 4.3: 56

58 4 SOFT-STARTER Figura 4.3 Enquanto a fonte de tensão sobe, a tensão na carga permanece zero, até que o valor de threshold voltage seja atingido. Neste ponto a válvula começa a conduzir, seguindo a tensão da fonte até a próxima fase do ciclo. A válvula permanece em seu estado ligado, mesmo após a tensão reduzir-se abaixo do valor de disparo (threshold voltage). Como os thyratron são one-way, não há condução no ciclo negativo. Em circuitos práticos, poder-se-ia arranjar vários thyratron para formar um retificador de onda completa. Thyratrons tornaram-se obsoletos com o surgimento dos tiristores, exceto para algumas aplicações muito especiais, devido a possibilidade de thyratrons lidar com valores altíssimos de tensão e corrente SCR (Silicon Controlled Rectifier) Partiremos da representação do SCR para iniciar nossa explanação: Figura

59 4 SOFT-STARTER Representado da maneira acima o SCR assemelha-se a dois transistores bipolares interligados, um PNP e outro NPN. Há três maneiras de dispará-lo : com uma variação brusca de tensão ultrapassando-se um limite de tensão aplicando-se a tensão entre gate e cátodo. A última maneira é, na prática, a única desejada. Os SCRs normalmente são escolhidos com valor de tensão de breakover bem superior a tensão esperada no circuito. O circuito de teste de um SCR é excelente para entender sua operação. Figura Circuito de teste do SCR Uma fonte DC é usada para energizar o circuito, e dois botões com retorno são usados para disparar e para desenergizar o SCR. Pressionado o botão liga conecta-se o gate ao ânodo, permitindo corrente de um terminal da bateria através da junção PN do cátodo- gate, através do contato do botão, da carga resistiva e de volta ao outro terminal da bateria. Esta corrente de gate deve ser suficiente para o SCR selar na posição ligado. Mesmo soltando o botão, o SCR deve permanecer conduzindo. Pressionar o botão desliga (normalmente fechado) corta a corrente e força o SCR desligar. Se neste teste o SCR não selar o problema pode ser o valor ôhmico da carga. O SCR necessita de um valor mínimo de corrente de carga para permanecer conduzindo. 58

60 4 SOFT-STARTER A maioria das aplicações para o SCR são controle em AC, apesar dos SCR serem inerentemente DC (unidirecionais). Se é necessário um circuito bidirecional, vários SCR podem ser usados (um ou mais em cada direção) para lidar com a corrente de ambas fases do ciclo, positiva e negativa. O principal motivo do uso do SCR em circuitos de força AC é a sua resposta à onda AC: trata-se deu um componente que permanece conduzindo (como o thyratron, seu precursor) uma vez estimulado e até que a corrente da carga passe por zero Entendendo o disparo do SCR Conectando-se o devido circuito de controle ao gate do SCR nós podemos cortar a senóide em qualquer ponto para conseguir controlar a energia entregue à carga. Tomemos o seguinte circuito como exemplo. Figura Fonte AC, SCR e carga resistiva ligados em série Aqui o SCR é inserido em um circuito para controlar energia de uma fonte AC fornecida à carga. Sendo unidirecional, no máximo poderemos entregar meia onda à carga, entretanto, para demonstrar o conceito básico de controle, este circuito é mais fácil do que um para controle de toda a senóide, que exigiria dois SCR. Sem disparar o gate, e com fonte AC abaixo do valor de breakover, o SCR nunca começará a conduzir. Conectar o gate ao ânodo através de um diodo normal, disparará o SCR quase imediatamente no início de qualquer fase positiva do ciclo. 59

61 4 SOFT-STARTER Figura Gate conectado ao ânodo através de diodo Pode-se, entretanto, atrasar-se o disparo inserindo-se alguma resistência no circuito de disparo do gate, incrementando assim a quantidade de tensão necessária para provocar o disparo. Em outras palavras, se dificultarmos para os elétrons transitarem através do gate, a tensão AC terá de alcançar um valor mais alto até que haja corrente para ligar o SCR. Resultado: Figura Resistência inserida ao circuito de gate Com a meia onda cortada em um nível mais elevado pelo disparo atrasado do SCR, a carga recebe menos energia, uma vez que a carga fica conectada à fonte por um tempo menor. Tornando variável o resistor do gate, pode-se fazer 60

62 4 SOFT-STARTER ajustes à energia fornecida: Figura Variando a resistência, variamos o ponto de disparo do SCR (quanto maior a resistência maior é o ponto, ou ângulo, de disparo) Infelizmente este esquema de controle tem uma limitação significativa. Usando a fonte AC para disparar o SCR, limita-se o controle à metade da fase positiva do ciclo, em outras palavras, não há como atrasar o disparo para depois do pico. Isto limitaria o nível mínimo de energia àquele conseguido com o disparo do SCR no pico da onda (a 90 graus). Elevando-se a resistência a um valor maior, faria o circuito não disparar nunca. Uma solução é a adição de um capacitor defasador ao circuito: Figura A forma de onda com menor amplitude é a tensão no capacitor. 61

63 4 SOFT-STARTER A título de ilustração, vamos supor que a resistência de controle é alta, ou seja, o SCR não está disparando sem este capacitor e não há corrente através da carga, exceto a pequena quantia de corrente através do capacitor e resistor. A tensão do capacitor pode ser defasada de 0 a 90 º em relação à fonte AC. Quando esta tensão defasada atingir um valor alto o suficiente, o SCR será disparado. Supondo que há periodicamente tensão suficiente nos terminais do capacitor para disparar o SCR, o a forma de onda de corrente resultante será como segue: Figura O disparo do tiristor se dá após o pico máximo, devido à escolha conveniente do capacitor. Uma vez que a forma de onda do capacitor ainda está subindo após o pico da senoide de tensão de alimentação, é possível dispará-lo depois do pico, cortando a onda de corrente de modo a liberar um valor de energia mais baixo à carga. Os SCR também podem ser disparados por circuitos mais complexos. Transformadores de pulsos são usados para acoplar o circuito de disparo ao gate/ cátodo do SCR para prover isolação elétrica entre os circuitos de disparo e de força: 62

64 4 SOFT-STARTER Figura Disparo com transformador defasador Quando múltiplos SCR são utilizados para controle de força, os cátodos não são eletricamente comuns, tornando difícil o uso de um único circuito de disparo para todos SCR. Um exemplo é a ponte retificadora controlada: Figura Ponte controlada Como em qualquer retificador, os elementos opostos devem conduzir simultaneamente. SCR 1 e 3, e SCR 2 e 4. Como eles não compartilham a conexão de cátodo, fazse necessário lançar mão de transformadores de pulso, conforme mostra a figura 4.14: 63

65 4 SOFT-STARTER Figura Uso de transformadores de pulso (circuito simplificado para dois tiristores para facilitar o entendimento) No circuito acima foi omitido o transformador de pulso do SCR 1 e 3 a fim de tornar o desenho mais claro. Naturalmente, os circuitos de controle não são limitados à circuitos monofásico. Assim como na Soft- Starter, o circuito de controle pode ser trifásico. Um retificador trifásico com os circuitos de disparo omitidos parece com o seguinte: Figura Retificador trifásico (circuito de disparo omitido) 64

66 4 SOFT-STARTER 4.2 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DA SOFT-STARTER O funcionamento das Soft-Starters está baseado na utilização de uma ponte tiristorizada (SCR s) na configuração anti-paralelo, que é comandada através de uma placa eletrônica de controle, a fim de ajustar a tensão de saída, conforme programação feita anteriormente pelo usuário. Esta estrutura é apresentada na figura Figura Blocodiagrama simplificado Como podemos ver, a Soft-Starter controla a tensão da rede através do circuito de potência, constituído por seis SCRs, onde variando o ângulo de disparo dos mesmos, variamos o valor eficaz de tensão aplicada ao motor. A seguir faremos uma análise mais atenciosa de cada uma das partes individuais desta estrutura, já que notamos nitidamente que podemos dividir a estrutura acima em duas partes: o circuito de potência e o circuito de controle. 65

67 4 SOFT-STARTER CIRCUITO DE POTÊNCIA Como já sabemos, a etapa de potência da Soft-Starter tem como principais componentes os tiristores SCR (Silicon Controlled Rectifier). Controlando o ângulo de disparo do SCR, podemos controlar a tensão média aplicada à carga, controlando assim sua corrente e potência. Numa soft-starter, o controle da tensão tem que ser feito nos dois sentidos da corrente, devendo ser utilizada a configuração anti-paralela de dois SCR por fase, conforme indicado na figura abaixo. Figura Dois tiristores em anti-paralelo Neste caso, tem-se o controle da tensão nas duas metades do ciclo, mediante os disparos nos Gates provenientes do circuito de controle. Na figura 4.18 temos um diagrama simplificado do circuito de potência de uma soft-starter, onde notamos o uso dos pares de tiristores (SCR) em anti-paralelo em cada fase do circuito. Mediante um circuito de controle para os disparos dos tiristores, a tensão a ser aplicada no motor pode ir crescendo linearmente, tendo com isso um controle da corrente de partida do motor. Ao final da partida do motor, o motor terá sobre seus terminais praticamente toda a tensão da rede. 66

68 4 SOFT-STARTER Figura SCRs no circuito de força do motor (ligação fora do delta do motor) A seguir temos a ilustração da forma de onda da tensão em uma das fases do motor em quatro instantes. Notase que ao reduzir o ângulo de disparo dos SCR, a tensão a ser aplicada no motor aumenta, aumentando com isso a corrente no mesmo. Figura 4.19a - Disparo a 150º Figura 4.19b - Disparo a 90º Figura 4.19d - Disparo a 45º Figura 4.19d - Disparo a 15º 67

69 4 SOFT-STARTER Para evitar disparos acidentais dos SCR, instala-se em paralelo com os mesmos um capacitor e um resistor conforme indicado na figura Este circuito auxiliar é denominado de Snubber e tem como finalidade evitar o disparo por dv/dt (variação abrupta da tensão num pequeno intervalo de tempo). Figura Snubber Para se fazer a monitoração da corrente na saída da Soft-Starter, instala-se transformadores de corrente, permitindo com isso que o controle eletrônico efetue a proteção e manutenção do valor de corrente em níveis pré-definidos (função limitação de corrente ativada) CIRCUITO DE CONTROLE Onde estão contidos 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. 4.3 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS Embora o CAPÍTULO 5 deste guia seja dedicado a descrição detalhada das funções (parâmetros) da Soft- Starter, consideramos conveniente apresentar neste ponto uma abordagem diferenciada para as principais funções da Soft-Starter. Aqui não entraremos em detalhes de faixas de valores, mas daremos ênfase em aspectos práticos, como, se uma função é mais adequada para uma carga com alta inércia ou não, etc. 68

70 4 SOFT-STARTER Principais funções Rampa de tensão na aceleração As chaves Soft-Starters tem uma função muito simples, que é através do controle da variação do ângulo de disparo da ponte de tiristores, gerar na saída da mesma, uma tensão eficaz gradual e continuamente crescente até que seja atingida a tensão nominal da rede. Graficamente podemos observar isto através da figura Figura Rampa de tensão aplicada ao motor na aceleração Atentem ao fato de que quando ajustamos um valor de tempo de rampa, e de tensão de partida (pedestal), isto não significa que o motor irá acelerar de zero até a sua rotação nominal no tempo definido por ta. Isto, na realidade dependerá das características dinâmicas do sistema motor/carga, como por exemplo: sistema de acoplamento, momento de inércia da carga refletida ao eixo do motor, atuação da função de limitação de corrente, etc. Tanto o valor do pedestal de tensão, quanto o de tempo de rampa são valores ajustáveis dentro de uma faixa que pode variar de fabricante para fabricante. Não existe uma regra prática que possa ser aplicada para definir qual deve ser o valor de tempo a ser ajustado, e qual o melhor valor de tensão de pedestal para que o motor possa garantir a aceleração da carga. A melhor aproximação poderá ser alcançada através do cálculo do tempo de aceleração do motor, o qual será mostrado posteriormente. 69

71 4 SOFT-STARTER Rampa de tensão na desaceleração Existem duas possibilidades para que seja executada a parada do motor, por inércia ou controlada, respectivamente. Na parada por inércia, a Soft-Starter leva a tensão de saída instantaneamente a zero, implicando que o motor não produza nenhum conjugado na carga, que por sua vez, irá perdendo velocidade, até que toda energia cinética seja dissipada. A equação (1) mostra matematicamente como podemos expressar esta forma de energia. onde, 1 K = J. w 2 (1) 2 K = energia cinética (Joules) J = momento de inércia total (Kg.m 2 ) w = velocidade angular (rad/s) Na parada controlada a Soft-Starter vai gradualmente reduzindo a tensão de saída até um valor mínimo em um tempo pré-definido. Graficamente podemos observar a figura Figura Perfil de tensão na desaceleração O que ocorre neste caso pode ser explicado da seguinte maneira: Reduzindo-se a tensão aplicada ao motor, este irá perder conjugado; a perda de conjugado reflete no aumento do escorregamento; o aumento do escorregamento faz com que o motor perca velocidade. Se o motor perde velocidade a carga acionada também 70

72 4 SOFT-STARTER perderá. Este tipo de recurso é muito importante para aplicações que devem ter uma parada suave do ponto de vista mecânico. Podemos citar como exemplo bombas centrífugas, transportadores, etc. No caso particular das bombas centrífugas este recurso minimiza o efeito do golpe de ariete, que pode provocar sérios danos a todo o sistema hidráulico, comprometendo componentes como válvulas e tubulações, além da própria bomba. Golpe de Ariete: O Golpe de Ariete é um pico de pressão resultado de uma rápida redução na velocidade de um líquido, que pode ocorrer quando um sistema de bombeamento sofre uma parada brusca. No contexto da aplicação de Soft-Starter, a ocorrência do Golpe de Ariete está relacionada à rápida parada do motor da bomba, embora o golpe de ariete possa ser provocado por outros eventos, como o fechamento rápido de uma válvula. O pico de pressão nestas condições pode ser várias vezes maior que o esperado para o sistema, provocando danos que podem se extender até a bomba. Quando a Soft-Starter está habilitada a fazer uma parada suave do motor ( Pump Control ), a chance de ocorrência do golpe de ariete na parada do motor é reduzida. Kick Start Existem cargas que no momento da partida exigem um esforço extra do acionamento em função do alto conjugado resistente. Nestes casos, normalmente a Soft-Starter precisa aplicar no motor uma tensão maior que aquela ajustada na rampa de tensão na aceleração, isto é possível utilizando uma função chamada Kick Start. Como podemos ver na figura 4.23, esta função faz com que seja aplicado no motor um pulso de tensão com amplitude e duração programáveis para que o motor possa desenvolver um conjugado de partida, suficiente para vencer o atrito, e assim acelerar a carga. Deve-se ter muito cuidado com esta função, pois ela somente deverá ser usada nos casos onde ela seja estritamente necessária. 71

73 4 SOFT-STARTER Figura Representação gráfica da função Kick Start Devemos observar alguns aspectos importantes relacionados com esta função, já que ela poderá ser mal interpretada e, desta forma, comprometer a definição com relação ao seu uso, inclusive o do próprio sistema de acionamento. Como a tensão de partida poderá ser ajustada próximo da tensão nominal, mesmo que por um pequeno intervalo de tempo, a corrente de partida irá atingir valores muito próximos daqueles registrados no catálogo ou folha de dados do motor. Isto é claramente indesejável, pois a utilização da Soft- Starter nestes casos advém da necessidade de garantirse uma partida suave, seja eletricamente, seja mecanicamente. Desta forma podemos considerar este recurso como sendo aquele que deverá ser usado em última instância, ou quando realmente ficar óbvia a condição severa de partida. Limitação de corrente Na maioria dos casos onde a carga apresenta uma inércia elevada, é utilizada uma função denominada de limitação de corrente. Esta função faz com que o sistema rede/soft-starter forneça ao motor somente a corrente necessária para que seja executada a aceleração da carga. Na figura 4.24 podemos observar graficamente como esta função é executada. 72

74 4 SOFT-STARTER Figura Limitação de corrente Este recurso é sempre muito útil pois garante um acionamento realmente suave e, melhor ainda, viabiliza a partida de motores em locais onde a rede encontra-se no limite de sua capacidade. Normalmente nestes casos a condição de corrente na partida faz com o sistema de proteção da instalação atue, impedindo assim o funcionamento normal de toda a instalação. Ocorre então a necessidade de se impor um valor limite de corrente de partida de forma a permitir o acionamento do equipamento bem como de toda a indústria. A limitação de corrente também é muito utilizada na partida de motores cuja carga apresenta um valor mais elevado de momento de inércia. Em termos práticos, podemos dizer que esta função é a que deverá ser utilizada após não obter-se sucesso com a rampa de tensão simples, ou mesmo quando para que o motor acelere a carga, seja necessário ajustar uma rampa de tensão de tal forma que a tensão de partida (pedestal) próximo aos níveis de outros sistemas de partida como, por exemplo, as chaves compensadoras, não sendo isto de forma alguma um fator proibitivo na escolha do sistema de partida. Pump control Esta função é utilizada especialmente para a aplicação de Soft-Starter em sistemas de bombeamento. Trata-se na realidade de uma configuração específica (pré-definida) para atender este tipo de aplicação, onde normalmente é necessário estabelecer uma rampa de tensão na aceleração, uma rampa de tensão 73

75 4 SOFT-STARTER na desaceleração e a habilitação de proteções. A rampa de tensão na desaceleração é ativada para minimizar o golpe de ariete, prejudicial ao sistema como um todo. São habilitadas também as proteções de seqüência de fase e subcorrente imediata (para evitar a cavitação). A cavitação é a formação de bolhas através no interior da bomba. Com bombas centrífugas, a cavitação pode ocorrer quando o valor de sucção se torna alto o suficiente no interior da bomba. Quando estas bolhas passam pela bomba, uma grande quantidade de energia é liberada, provacando danos. Quando a Soft-Starter está devidamente habilitada a fazer proteção de subcorrente ( Pump Control ), a bomba fica protegida de ocorrência de cavitação prolongada. Economia de energia Uma Soft-Starter que inclua características de otimização de energia simplesmente altera o ponto de operação do motor. Esta função, quando ativada, reduz a tensão aplicada aos terminais do motor de modo que a energia necessária para suprir o campo seja proporcional à demanda da carga. Quando a tensão no motor está em seu valor nominal e a carga exige o máximo conjugado para o qual o motor foi especificado, o ponto de operação será definido pelo ponto A, conforme a figura Se a carga diminui e o motor for alimentado por uma tensão constante, a velocidade (rotação) aumentará ligeiramente, a demanda de corrente reduzirá e o ponto de operação se moverá junto à curva para o ponto B. Por ser um motor onde o conjugado desenvolvido é proporcional ao quadrado da tensão aplicada, haverá uma redução do conjugado com uma redução de tensão. Caso esta tensão seja devidamente reduzida, o ponto de operação passará a ser o ponto A. 74

76 4 SOFT-STARTER Figura Equilíbrio entre conjugado e tensão Em termos práticos pode-se observar uma otimização com resultados significativos somente quando o motor está operando com cargas inferiores a 50% da carga nominal. Isto, diga-se de passagem, é muito difícil de encontrar-se pois estaríamos falando de motores altamente sobredimensionados, o que atualmente em virtude da crescente preocupação com o desperdício de energia e fator de potência, vem sendo evitado a todo custo. Cabe destacar que este tipo de otimização de energia possui alguns inconvenientes, principalmente, a geração de tensões e correntes harmônicas e variações no fator de potência. No caso as harmônicas podem ocasionar problemas relativos a danos e redução da vida útil de capacitores para correção de fator de potência, sobreaquecimento de transformadores e interferências em equipamentos eletrônicos Proteções As proteções disponibilizadas pelas Soft-Starter Weg são um diferencial importante. Ver item 5.5 deste Guia para uma descrição detalhada das proteções das Soft-Starter das séries SSW-03 e SSW Acionamentos típicos Veremos a seguir alguns acionamentos típicos, abrangendo desde circuitos triviais, para apenas partir o motor, até aplicações mais sofisticadas com reversão, by-pass, etc. 75

77 4 SOFT-STARTER Básico / Convencional Todos os comandos, leituras e monitoração de status feitos via I.H.M. Acionamento sugestivo com comandos por entradas digitais a dois fios Figura Diagrama simplificado de um acionamento básico Parâmetro Programação P53 1 P54 2 P55 off P61 off * Padrão de fábrica 76

78 4 SOFT-STARTER Inversão de sentido de giro Acionamento sugestivo com comandos por entradas digitais a três fios e troca do sentido de giro Figura Diagrama do acionamento com inversão de sentido de giro Parâmetro Programação P04 off P51 3 P53 4 P54 4 P55 3 P61 off 77

79 4 SOFT-STARTER Frenagem por injeção de corrente contínua Acionamento sugestivo com comandos por entradas digitais a três fios e frenagem cc Figura Diagrama do acionamento com frenagem CC Parâmetro Programação P34 Maior que off P35 Ajuste de carga P52 3 P53 4 P54 2 P55 3 P61 OFF 78

80 4 SOFT-STARTER By-pass Acionamento sugestivo com comandos por entradas digitais a três fios e contator de bypass MÓDULO MAC Módulo MAC Este opcional deve ser utilizado para manter as proteções relacionadas ao motor, quando a SSW- 03 Plus for utilizada com contator de by-pass. Este módulo provê as medições de corrente necessárias para os algoritmos e circuitos de proteção da Soft-Starter continuarem protegendo o motor, mesmo em by-pass. Figura Diagrama do acionamento com by-pass da chave Parâmetro Programação P43 ON P52 2 P53 4 P54 2 P55 3 P61 OFF 79

81 4 SOFT-STARTER Multimotores / Cascata Acionamento sugestivo com comandos por entradas digitais para três motores Figura Diagrama orientativo do acionamento tipo cascata 80

82 5 PARÂMETROS DA SOFT-STARTER 5.1 Parâmetros de leitura 5.2 Parâmetros de regulação 5.3 Parâmetros de configuração 5.4 Parâmetros do motor 5.5 Erros e possíveis causas

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84 5 PARÂMETROS DA SOFT-STARTER Um parâmetro da Soft-Starter é um valor de leitura ou escrita, através do qual o usuário pode ler ou programar valores que mostrem, sintonizem ou adeqüem o comportamento da Soft-Starter e motor em uma determinada aplicação. Exemplos simples de parâmetros: Parâmetro de Leitura P73: Corrente consumida pelo motor Parâmetro Programável P01: Ajusta o valor inicial de tensão (% ) que será aplicado ao motor IMPORTANTE: Para parametrização refira-se sempre ao manual do equipamento, que estará vinculado à devida versão de Softtware. Figura Interface Homem-Máquina 83

85 5 PARÂMETROS DA SOFT-STARTER Praticamente todas as Soft-Starter disponíveis no mercado possuem parâmetros programáveis similares. Estes parâmetros são acessíveis através de uma interface composta por um mostrador digital ( display ) e um teclado, chamado de Interface Homem-Máquina (IHM), ver figura 5.1. Para facilitar a descrição, os parâmetros serão agrupados pelas suas características: parâmetros de leitura parâmetros de regulação parâmetros de configuração parâmetros do motor 5.1 PARÂMETROS DE LEITURA Os parâmetros de leitura, como seu nome indica, permitem visualizar os valores programados nos parâmetros de regulação, de configuração, do motor e das funções especiais. Por exemplo, na linha de Soft- Starter Weg são identificados de P71 até P77, P82, e de P96 até P99. Estes parâmetros não permitem a edição do valor programado; somente sua leitura. EXEMPLOS: P72 - Corrente do motor Indica a corrente de saída da Soft-Starter em percentual da chave (% IN). (precisão de ± 10%). Figura P72 e P73 indicam a corrente de saída (1) da chave 84

86 5 PARÂMETROS DA SOFT-STARTER P73 - P74 - Corrente do motor Indica a corrente de saída da Soft-Starter diretamente em Ampères (precisão de ± 10%). Potência ativa Indica a potência ativa requerida pela carga, valores em kw (precisão de ±10%). NOTA É indicado OFF quando utiliza-se função de tensão plena ou economia de energia. P75 - P76 - Potência aparente Indica a potência aparente requerida pela carga, valores em kva (precisão de ± 10%). Cos j da carga Indica o fator de potência da carga sem levar em consideração as correntes harmônicas geradas pelo chaveamento da carga (precisão ± 5%). Figura Indicações de P74, P75 e P76 P82 - P96 - P97 - P98 - P99 - Estado da proteção térmica do motor Indicação do estado da proteção térmica do motor em escala percentual ( %). Sendo que 250% é o ponto de atuação da proteção térmica do motor, indicando E04. Último erro de hardware ocorrido Penúltimo erro de hardware ocorrido Ante-Penúltimo erro de hardware ocorrido 1º dos últimos 4 erros de hardware ocorrido 85

87 5 PARÂMETROS DA SOFT-STARTER 5.2 PARÂMETROS DE REGULAÇÃO São os valores ajustáveis a serem utilizados pelas funções da Soft-Starter. EXEMPLOS P01 - P02 - Tensão inicial Ajusta o valor inicial de tensão (% da tensão da rede) que será aplicado ao motor. Tempo da rampa de aceleração Define o tempo da rampa de incremento de tensão, conforme mostrado na figura 5.4, desde que a Soft-Starter não entre em limitação de corrente (P11). Figura Tempo da rampa de aceleração P11 - Limitação da corrente da chave Ajusta o valor máximo de corrente que será fornecido ao motor (carga) durante a aceleração. A limitação de corrente é utilizada para cargas com alto ou constante torque de partida. A limitação de corrente deve ser ajustada para um nível que se observe a aceleração do motor, caso contrário o motor não partirá. NOTA 1) Se no final do tempo da rampa de aceleração (P02) não for atingido a tensão plena, haverá a atuação do erro E02 que desabilitará o motor. 2) A proteção térmica dos tiristores, inclusive durante a limitação de corrente é feita através de sensores da própria chave. 86

88 5 PARÂMETROS DA SOFT-STARTER Figura Limitação de corrente durante a aceleração P11 - Exemplo de cálculo para ajuste da limitação de corrente Limitar a corrente em 2,5x do motor I n da chave = 170A I n do motor = 140A I LIM = 250% da I n do motor 2,5 x 140A = 350A 350A 350A = = 2,05 x I n da Chave I n da Chave 170A P11 = 205% da I N da chave = 2,5 X I N do motor. Obs.: Esta função (P11) não atua se o pulso de tensão na partida (P41) estiver habilitado. P12 - Sobrecorrente imediata (% I N da chave) Ajusta o nível de sobrecorrente instantânea que o motor ou Soft-Starter permite, durante um tempo pré-ajustado em P13, após o qual a chave desliga, indicando E06. Mostrado na figura

89 5 PARÂMETROS DA SOFT-STARTER Figura Sobrecorrente imediata: o valor de P12 será maior que a corrente nominal definida em P22 NOTA Esta função tem atuação apenas em tensão plena, após a partida do motor. P12 - Exemplo de cálculo para ajuste da sobrecorrente imediata Valor máximo de corrente igual a 1,4x do motor I n da chave = 170A I n do motor = 140A 1,4 x 140A = 196A 196A 196A = = 1,15 x I n da Chave I n da Chave 170A P12 = 115% da I n da chave =140% da I n do motor P14 - Subcorrente imediata (% I N da chave) Ajusta o nível de subcorrente mínimo que o motor + carga pode operar sem problemas. Esta proteção atua quando a corrente da carga (figura 5.6) cai a um valor inferior ao ajustado em P14; e por um tempo igual ou superior ao ajustado em P15, indicando erro E05. NOTA Esta função tem atuação apenas em tensão plena, após a partida do motor. 88

90 5 PARÂMETROS DA SOFT-STARTER P14 - Exemplo de cálculo para ajuste de subcorrente imediata Valor mínimo de corrente igual a 70% do motor. I n da chave = 170A I n do motor = 140A 70% de 140A= 0,7 x 140A = 98A 98A 196A = = 0,57 x I n da Chave I n da Chave 170A P14 = 57% da I n da chave = 70% da do motor P13 - P15 - P22 - P23 - Tempo de sobrecorrente imediata (s) Através deste parâmetro determina-se o tempo máximo que a carga pode operar com sobrecorrente, conforme ajustado em P12. Tempo de subcorrente imediata (s) Este parâmetro determina o tempo máximo que a carga pode operar com subcorrente, conforme ajustado em P14. Aplicação típica desta função é em sistemas de bombeamento, para evitar o escorvamento (página 73). Corrente Nominal da Chave (A) Sua função é ajustar o software a determinadas condições do hardware, servindo como base para as funções de: Limitação de corrente na partida (P11); sobrecorrente imediata (P12) em regime; subcorrente em regime (P14). Tensão Nominal da Chave (V) Sua função é para indicação das potências fornecidas à carga. P31 - Seqüência de fase (ON = RST; OFF = Qualquer seqüência) Pode ser habilitada ou desabilitada, sendo que quando habilitada sua função é a de proteger cargas que não podem funcionar em duplo sentido de rotação. 89

91 5 PARÂMETROS DA SOFT-STARTER NOTA A seqüência de fase apenas é detectada a primeira vez que se aciona a potência após a eletrônica ser energizada. Portanto nova seqüência só será detectada desligando-se ou resetando-se a eletrônica. P33 - Nível da tensão da função JOG Executa a rampa de aceleração até o valor ajustado da tensão de JOG, durante o tempo em que a entrada digital (DI4) estiver fechada. Após abrir a entrada DI4 realiza a desaceleração via rampa, desde que esta função esteja habilitada em P04. A função JOG permite girar o motor com um torque reduzido, enquanto alguém (um operador, um CLP, etc) manda um sinal digital para a Soft-Starter. Esta função é útil em condições em que se deseja observar o comportamento da máquina girando pela primeira vez (como um teste da situação mecânica geral), desta maneira sendo possível corrigir uma montagem incorreta sem os transtornos de colocar a máquina a plena velocidade na primeira operação. Outra aplicação é o posicionamento de material dentro da máquina. A função JOG dá um empurrão enquanto o operador segura um botão JOG (contato seco ligado à entrada programada para JOG na Soft-Starter), permitindo que o material a ser trabalhado (ou qualquer elemento da máquina) possa ser ajustado no começo do processo. NOTA 1) O tempo máximo da atuação da função JOG é determinado pelo tempo ajustado em P02, sendo que após transcorrido este tempo haverá atuação do erro E02 que desabilita o motor. 2) Para tanto P55 = 4. P34 - Tempo da frenagem cc(s) Ajusta o tempo da frenagem cc, desde que P52=3. Esta função somente é possível com o auxílio de um contator que deverá ser ligado conforme 90

92 5 PARÂMETROS DA SOFT-STARTER item Diagramas de ligação típicos neste Guia. Esta função deve ser utilizada quando se quer reduzir o tempo de desaceleração imposto pela carga ao sistema. NOTA Sempre que utilizar esta função deve-se levar em conta a possível sobrecarga térmica nos enrolamentos do motor. A proteção de sobrecarga da SSW não funciona na frenagem CC. P35 - P41 - Nível da tensão de frenagem cc (%UN) Ajusta o valor da tensão de linha Vac convertido diretamente em Vcc aplicado aos terminais do motor, durante a frenagem. Pulso de Tensão na Partida (Kick Start) Quando habilitado, o pulso de tensão na partida define o tempo em que este pulso de tensão (P42) será aplicado ao motor, para que este consiga vencer o esforço inercial inicial da carga aplicada ao seu eixo, conforme mostrado na figura 5.7. Figura Kick-Start: auxilia a partida de cargas com inércia elevada NOTA Utilizar esta função apenas para aplicações específicas onde se apresente uma resistência inicial ao movimento. P45 - Pump Control A Weg, em sua Soft-Starter, desenvolveu um algoritmo especial para aplicações com bombas centrífugas. Este algoritmo especial, destina-se 91

93 5 PARÂMETROS DA SOFT-STARTER a minimizar os golpes de Ariete, overshoots de pressão nas tubulações hidráulicas que podem provocar rupturas ou desgastes excessivos nas mesmas. Ao colocar P45 em On e pressionar a tecla P, o display irá indicar PuP e os seguintes parâmetros serão ajustados automaticamente: P02 = 15 s (Tempo de aceleração) P03 = 80% (Degrau de tensão na desaceleração) P04 = 15 s (Tempo de desaceleração) P11 = OFF (Limitação de corrente) P14 = 70% (Subcorrente da chave) P15 = 5s (Tempo de subcorrente) Sendo que os demais parâmetros permanecem com o seu valor anterior. NOTA Os valores ajustados automaticamente apesar de atender o maior número de aplicações, podem ser melhorados para atender as necessidades da sua aplicação. Segue abaixo um procedimento para melhorar o desempenho do controle de bombas. Ajuste final da função de controle de bombas: NOTA Este ajuste somente deve ser feito para melhorar o desempenho do controle de bombas quando a motobomba já estiver instalada e apta a funcionar em regime pleno. 1. Colocar P45 (Pump Control) em On. 2. Ajustar P14 (Subcorrente) ou colocar P15 (Tempo de Subcorrente) em OFF até o fim do ajuste. Depois reprogramá-lo. 3. Verificar o correto sentido de giro do motor, indicado na carcaça da bomba. 4. Ajustar P01 (Tensão inicial % UN) no nível necessário que comece a girar o motor, sem que haja trepidação. 5. Ajustar P02 (Tempo de aceleração [s]) para o tempo de partida exigido pela carga. 92

94 5 PARÂMETROS DA SOFT-STARTER Com o auxílio do manômetro da tubulação, verificar o aumento da pressão, que deve ser contínua até o nível máximo exigido sem que haja overshoots. Se houver, aumente o tempo de aceleração até reduzir ao máximo esses overshoots de pressão. 6. P03 (Degrau de tensão % un) usar esta função para provocar uma queda imediata ou mais linear de pressão na desaceleração da moto-bomba. 7. P04 (Tempo de desaceleração) com o auxílio do manômetro, ao desacelerar o motor, deve-se verificar a contínua queda de pressão até que se atinja o nível mínimo sem que haja o golpe de Aríete no fechamento da válvula de retenção. Se houver, aumente o tempo de desaceleração até reduzir ao máximo as oscilações. NOTAS Se não houver manômetros de observação nas tubulações hidráulicas os golpes de Aríetes podem ser observados através das válvulas de alívio de pressão. Tempos de aceleração e desaceleração muito grandes sobreaquecem os motores. Programe os tempos mínimos necessários para sua aplicação. P47 - Tempo para auto-reset (s) Quando ocorre um erro, exceto E01, E02 e E07 ou E2x, a Soft-starter poderá provocar um reset automaticamente, após transcorrido o tempo programado em P47. Se P47= OFF não ocorrerá Auto-Reset. Após transcorrido o Auto-Reset, se o mesmo erro voltar a ocorrer por três vezes consecutivas (*), a função de Auto-reset será inibida. Portanto, se um erro ocorrer quatro vezes consecutivas, este permanecerá sendo indicado (e a Soft- Starter bloqueada) permanentemente. (*) Um erro é considerado reincidente, se este voltar a ocorrer até 60 segundos após o último erro ter ocorrido. 93

95 5 PARÂMETROS DA SOFT-STARTER 5.3 PARÂMETROS DE CONFIGURAÇÃO P43 - Relé By- Pass Esta função quando habilitada permite a utilização da indicação de Tensão Plena, através do RL1 ou RL2 (P51 ou P52), acionar um contador de By-Pass. A principal função do By-Pass da soft-starter é eliminar as perdas em forma de calor ocasionadas pela Soft-Starter. NOTA 1) Sempre que for utilizado o contator de by-pass deve-se programar esta função. 2) Para não perder as proteções referentes a leitura de corrente do motor, os transformadores de corrente deverão ser colocados externamente a conexão do contador de by-pass através do módulo MAC-0x. 3) Quando P43 em On os parâmetros P74 e P76 ficam inativos OFF. P44 - Economia de energia Pode ser habilitada ou desabilitada, sendo que quando habilitada sua função é a de diminuir as perdas no entreferro do motor, quando sem ou com pouca carga. NOTAS 1) A economia total de energia depende de que carga está o motor. 2) Esta função gera correntes harmônicas indesejáveis na rede devido a abertura do ângulo de condução para diminuição da tensão. 3) Quando P44 em On os parâmetros P74 e P76 ficam inativos ( OFF ). 4) Não pode ser habilitada com by-pass (P43 em On ). 5) O Led Run fica piscando quando a função economia de energia está habilitada. 94

96 5 PARÂMETROS DA SOFT-STARTER Figura Economia de energia P46 - P50 - Valores Default (carrega parâmetros de fábrica) Quando colocada em ON esta função força a parametrização da Soft-Starter conforme valores de fábrica, exceto os parâmetros P22 e P23. Programação do Relé RL3 Habilita o relé RL3 a funcionar conforme descrito a seguir: 1. Fecha o contato N.A. sempre que a SSW-03 estiver sem ERRO. 2. Fecha o contato N.A. somente quando a SSW-03 estiver em estado de ERRO. P51 - Função do Relé RL1 Habilita o Relé RL1 a funcionar conforme parametrização abaixo: 1. Função Operação, o relé é ligado instantaneamente com o comando de aciona da Soft-Starter, só desligando quando a Soft-Starter recebe um comando de desaciona (P04=OFF), ou por rampa quando a tensão chega à 30% UN (P04=OFF). Mostrado na figura Função Tensão Plena, o relé é ligado somente após a Soft-Starter atingir 100%, e desligado quando a Soft-Starter recebe um comando de desliga. Conforme mostrado na figura 5.9. NOTA Quando se utilizar da função de Tensão Plena para acionar o contador de By-Pass, o parâmetro P43 deve estar em On. 95

97 5 PARÂMETROS DA SOFT-STARTER Figura Funções operação e tensão plena Figura Esquema simplificado de aplicação do relé com função final de rampa para ligar banco de correção de fator de potência 96

98 5 PARÂMETROS DA SOFT-STARTER 3. Função Sentido de Giro, o relé é ligado quando a entrada digital (DI3) é mantida fechada, e desligado quando aberta. O relé RL1 apenas comandará um contator que deverá ser ligado na saída da SSW-03, o qual fará a reversão de 2 fases de alimentação do motor. Conforme mostrado na figura Figura Função sentido de giro P52 Função do Relé RL Habilita o relé RL2 a funcionar. 3. Função Frenagem cc, o relé é ligado quando a soft-starter recebe um comando de desliga. Para esta função deverá ser utilizado um contador. Conforme mostrado na figura

99 5 PARÂMETROS DA SOFT-STARTER Figura Relé para Função Frenagem CC NOTA Tanto P51 como P52 quando programados para uma função, vão executá-las independentemente se os contatores estão ligados externamente. Portanto antes de realizar suas programações fazer todas as ligações externas necessárias. P53 - Programação da entrada Digital 2 Habilita a entrada digital 2 (borne X2:2) a funcionar conforme códigos descritos: OFF = Sem Função 1. Reset de erros, reseta um estado de erro toda vez que a entrada DI2 estiver em +24Vcc (X2:5). 2. Erro Externo, pode servir como proteção adicional da carga, atua quando entrada aberta. Ex.: Proteção térmica do motor através de contato seco (Livre de tensão) de um relé de proteção (Termostato). 3. Habilita Geral, pode ser utilizada a entrada DI2 como emergência da Soft-Starter, para tanto o borne X2:2 deverá estar conectado ao +24Vcc (X2:5). 98

100 5 PARÂMETROS DA SOFT-STARTER 4. Controle a três fios, possibilita que a soft-starter seja comandada através de duas entradas digitais. DI1 (X2:1) como entrada de aciona e DI2 (X2:2) como entrada de desaciona. Podendo-se assim colocar diretamente uma botoeira de duas teclas. Conforme item Diagramas de ligação típicos neste guia. P54 - Programação da entrada digital 3 Habilita a entrada digital 3 (Borne X2:3) a funcionar conforme códigos descritos: OFF = Sem Função 1. Reset de Erros 2. Erro Externo 3. Habilita Geral 4. Sentido de Giro, habilita a entrada digital 3 (DI3) quando ligada ao +24Vcc (X2:5), acionar o relé RL1 (conforme descrito no item 6.4.5) e fazer a função de reversão do sentido de giro do motor com o auxílio de um contator ligado à saída da Soft-Starter. Conforme item Diagramas de ligação típicos neste Guia. NOTA Para esta função o parâmetro P51 deverá estar programado em 3. P55 - Programação da entrada digital 4 Habilita a entrada digital 4 (borne X2:4) a funcionar conforme códigos descritos: OFF = Sem função 1. Reset de Erros 2. Erro Externo 3. Habilita Geral 4. Função JOG, Habilita a entrada digital 4 (DI4) quando ligada à +24Vcc (X2:5), fazer a soft-starter aplicar a tensão de JOG (P33) ao motor. 99

101 5 PARÂMETROS DA SOFT-STARTER P56 - Programação da Saída Analógica Habilita a saída analógica 8 bits (X2:8 e X2:9) valor em tensão Vcc (Ganho ajustável P57) indicar as seguintes grandezas: OFF = Sem função 1. Corrente, proporcional à corrente circulando pela chave em % IN. 2. Tensão proporcional à tensão de saída da chave em % UN. 3. Fator de potência, proporcional ao fator de potência da carga sem considerar as correntes harmônicas. 4. Proteção térmica do motor, proporcional ao estado térmico do motor em %. P57 - Ganho da saída analógica Ajusta o ganho da saída analógica definida pelo parâmetro P56. NOTA Ganho 1,00 temos a seguinte condição: P56 = 1 Saída 10 Vcc quando 500% da In da Soft- Starter. P56 = 2 Saída 10 Vcc quando 100% da Un na saída da Soft-Starter. P56 = 3 Saída 10 Vcc quando fator de potência da carga igual à 1,00. P56 = 4 Saída 10 Vcc quando o estado da proteção térmica do motor (P82) é igual à 250%. 100

102 5 PARÂMETROS DA SOFT-STARTER P61 - Habilitação dos Comandos Comandos P61 = OFF P61 = ON Descrição Entrada Digital IHM Serial I/O X X X Entrada Digital ou IHM/Serial Função JOG X X Entrada Digital 4 (DI4) ou Serial Sentido de Giro X X Entrada Digital 3 (DI3) ou Serial Habilita Geral X X Entradas Digitais 2, 3, 4 ou Serial Comandos que dependem do ajuste de P61 - I/O (Aciona/Desaciona):Quando P61 = OFF Possibilita a partida e parada do motor via entradas digitais (DI1 ou DI1/DI2). - Quando P61 = ON Possibilita a partida e parada do motor via IHM-3P e serial. Quando P61 = ON, a entrada digital DI1 fica sem função. NOTA Para efetuar esta seleção através de IHM-3P/Serial ou Entrada Digital, o motor deverá estar parado, inclusive quando a troca é de IHM-3P/Serial para Entrada Digital (DI1), esta deverá estar aberta. Sendo que se a Entrada Digital (DI1) estiver fechada a parametrização não será processada, e o display irá indicar E24. - Função JOG: Poderá ser programado na Entrada Digital (DI4) se P61 = OFF, ou P61 = ON seu funcionamento é via Serial. - Função troca de Sentido de giro: Poderá ser programado na Entrada Digital (DI3) se P61 = OFF, ou P61 = ON seu funcionamento é via Serial. - Habilita Geral: Poderá ser utilizado como Comando de Emergência, sendo que pode ser programado para qualquer uma das Entradas Digitais DI2, DI3 ou DI4 e também via serial (desde que P61 = ON). Se mais de uma Entrada Digital for programada para esta função, a primeira que abrir funcionará como Emergência. Se o comando também for habilitado para Serial (P61=ON) todas as Entradas Digitais programadas para habilita geral deverão estar fechadas. 101

103 5 PARÂMETROS DA SOFT-STARTER Comandos Entrada Digital IHM Serial Descrição Erro Externo X Somente via Entradas Digitais 2, 3 ou 4 Reset de Erros X X X Disponível em todos - Erro Externo: Pode ser programado para qualquer uma das Entradas Digitais DI2, DI3 ou DI4. Caso não seja programado não existe atuação. Se mais de uma Entrada Digital for programada para Erro Externo, qualquer uma irá atuar quando esconectada do +24Vcc (X2:5). - Reset de Erros: É aceito via IHM-3P, Serial e Entradas Digitais DI2, DI3 ou DI4 quando programadas. Quando mais de uma Entrada Digital for programada, qualquer uma tem possibilidade de resetar um estado de erro, bastando para tanto receber um pulso de +24Vcc (X2:5). P62 - Endereço da Soft-Starter na rede de comunicação Define o endereço que a Soft-Starter vai responder na rede de comunicação entre todos os equipamentos que nela estiverem conectados. 5.4 PARÂMETROS DO MOTOR P21 - Ajuste da corrente do motor (% IN da chave) Ajusta o valor da corrente do motor percentualmente em relação a nominal da chave. Supervisiona as condições de sobrecarga conforme a curva da classe térmica selecionada em P25, protegendo o motor termicamente contra sobrecargas aplicadas ao seu eixo. Ao exceder o tempo de sobrecarga definido pela Classe de Proteção térmica, o motor é desacionado e será indicado no display da IHM-3P erro E04. Fazem parte da proteção térmica os seguintes parâmetros: P21, P25, P26 e P

104 5 PARÂMETROS DA SOFT-STARTER Para desabilitar a proteção térmica colocar P21=OFF. Exemplo: Como ajustar P21: I N da chave = 170A I N do motor = 140A P21 = 82,3% 140A = 0, A Obs.: O erro de sobrecarga do motor, erro E04, mesmo que a CPU seja resetada, o valor de sobrecarga é mantido na memória e quando a CPU é desligada, o último valor é memorizado. O valor só é decrementado com a chave ligada e o motor com carga abaixo da nominal ou desligado. P25 - Classes térmicas da proteção de sobrecarga do motor Determina as curvas de atuação da proteção térmica do motor conforme IEC , mostrado no gráfico abaixo: Figura Classes térmicas 103

105 5 PARÂMETROS DA SOFT-STARTER NOTA Quando o motor está a quente, os tempos da curva são reduzidos pelos fatores mostrados na tabela a seguir. Estes fatores são aplicados para motores com carga trifásica simétrica. Classes 5 até Classe 30. Tabela - Múltiplos para partidas a quente. I P / I N O 20% 40% 60% 80% 100% = P > P26 1 0,84 0,68 0,51 0,35 0,19 Exemplo: Um motor está sendo operado com 100% I N e é desligado. Imediatamente torna-se a ligá-lo. A classe térmica selecionada em P25 é 10. A corrente de partida é de 3XI N. O tempo de atuação é aproximadamente de 23s. O fator de ajuste na tabela para 100% I N é de 0,19. O tempo final de atuação será 0,19 X 23s = 4,3s. P26 - P27 - Fator de Serviço do motor Ajusta o Fator de Serviço do motor (F.S.) conforme a placa de identificação do motor. Este valor vai definir qual o valor de carga que o motor suporta. Auto-reset da Imagem Térmica Ajusta o tempo para auto-reset da imagem térmica do motor. O tempo de decremento da imagem térmica do motor simula o resfriamento do motor, com ou sem carga, ligado ou desligado. O algorítmo que realiza esta simulação é baseado em testes de motores Weg IP55 Standard conforme a sua potência programado nos parâmetros da Soft- Starter. Para aplicações que necessitem de várias partidas por hora pode-se utilizar o auto-reset da imagem térmica. 104

106 5 PARÂMETROS DA SOFT-STARTER Figura Auto-reset da imagem térmica NOTA Lembre-se que ao utilizar esta função pode-se diminuir a vida útil do enrolamento do seu motor. 5.5 ERROS E POSSÍVEIS CAUSAS A Soft-Starter pode indicar erro de programação incorreta (E24), erros de serial (E2X) e erros de hardware (E0X). Erro de programação (E24) Erro de programação incorreta (E24), não deixa que o valor alterado incorretamente seja aceito. Este erro ocorre quando se altera algum parâmetro com o motor desligado e nas seguintes condições de incompatibilidade entre parâmetros. P11 limitação de corrente com P41 kick start. P41 kick start com P55=4 em Jog. P43 by-pass com P44 economia de energia P61 em OFF com ED1 acionada ou P55 Jog acionado. 105

107 5 PARÂMETROS DA SOFT-STARTER Para sair desta condição de erro basta pressionar as teclas P, I, O. Erros de comunicação serial (E2X) Erros de comunicação serial (E2X), não deixam que o valor alterado ou enviado incorretamente seja aceito. Para maiores detalhes ver Manual da Comunicação Serial SSW-03. Para sair desta condição de erro basta pressionar as teclas P, I, O. Erros de hardware (E0X) Erros de hardware (E0X) bloqueiam a Soft-Starter. Para sair desta condição de erro, desligar a alimentação e liga-la novamente ou através da tecla. Antes deverá ser solucionado o erro. NOTA Forma de atuação dos erros : Todos os erros E01...E08 desligam o relé RL3 e bloqueiam os pulsos de disparo dos tiristores além de indicar o erro no display. OBS. : Cabos de ligação entre a Soft-Starter e o motor muito longos (superior a 150m) ou cabos blindados poderão apresentar uma grande capacitância. Isto pode ocasionar o bloqueio da Soft-Starter através do erro E01. Solução: Ligar uma reatância trifásica em série com a linha de alimentação do motor. Neste caso consultar a fábrica. 106

108 5 PARÂMETROS DA SOFT-STARTER Erros de hardware ERRO RESET CAUSAS MAIS PROVÁVEIS E01 E02 E03 þ þ þ þ Desligar e religar a eletrônica Ou através da tecla Ou através da entrada digital programada para reset Ou através da serial þ Falta de fase da rede trifásica þ Curto ou falha no tiristor þ Motor não conectado þ Freqüência de rede com variação superior a 10% þ þ þ þ þ Tempo da rampa de aceleração programada menor que o tempo real de aceleração em função da limitação de corrente estar ativada Temperatura ambiente superior a 40 ºC e corrente elevada Tempo de partida com limitação da corrente superior ao especificado pela chave Elevado número de partidas sucessivas Ventilador bloqueado ou defeituoso E04 E05 E06 E07 E08 þ þ þ þ þ þ þ þ þ Ajuste de P21, P25 e P26 muito abaixo para o motor utilizado Carga no eixo do motor muito alta Elevado número de partida sucessivas Bomba funcionando à seco Carga desacoplada no eixo do motor Curto-circuito entre fases Eixo do motor travado (bloqueado) Seqüência de fase da rede de entrada invertida Fiação da régua X2.3 e X2.5 aberta (não conectada à 24Vcc) 107

109 5 PARÂMETROS DA SOFT-STARTER Possíveis erros de hardware e como resolvê-los. PROBLEMA PONTO A SER VERIFICADO AÇÃO CORRETIVA Motor não gira þ þ Fiação errada Programação errada 1. Verificar todas as conexões de potência e comando. Por exemplo, verificar a entrada digital de erro externo que deve estar conectada em + 24Vcc. 1. Verificar se os parâmetros estão com os valores corretos para a aplicação. þ Erro 1. Verificar se a Soft-Starter não está bloqueada devido a uma condição de erro detectado (ver tabela anterior). Rotação do motor oscila (flutua) þ Conexões frouxas 1. Desligue a Soft-Starter, desligue a alimentação e aperte todas as conexões. 2. Checar o aperto de todas as conexões internas da Soft-Starter. Rotação do motor muito alta ou muito baixa þ Dados de placa do motor 1. Verificar se o motor utilizado está de acordo com a aplicação. þ Conexões da IHM 1. Verificar se as conexões da IHM à Soft-Starter (cartão CCS1.1X). Display apagado þ Verificar tensão de alimentação X1.1 e X Valores nominais devem estar dentro do seguinte: Para 220/230 Vca Para 110/120 Vca Umin = 187 Vca Umin = 93,5 Vca Umáx = 253 Vca Umáx = 132 Vca Trancos na desaceleração de bombas þ Parametrização da Soft-Starter 1. Reduzir tempo ajustado em P

110 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STATER 6.1 Introdução Definições Relações básicas 6.2 Interação entre processo, máquina, motor e acionamento A importância do processo/máquina Aplicação de acionamentos elétricos - problemas típicos 6.3 O que a carga requer Tipos de cargas O pico de carga Estimando cargas 6.4 Seleção de acionamentos motor/softstarter Categorias Capacidade térmica da Soft-Starter Corrente RMS num ciclo ( I RMS ) Casos especiais Tempo de rotor bloqueado do motor Tempo de aceleração 6.5 Queda de tensão momentânea (Voltage Sag / Voltage Dip) Conseqüências de uma queda de tensão momentânea Cometários sobre soluções contra queda de tensão momentânea Capacidade relativa da rede de alimentação Cometários sobre a queda de tensão e a influência na partida do motor 6.6 Aplicações típicas Máquinas com partidas leves Máquinas com partidas severas 6.7 Regras práticas de dimensionamento

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112 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER 6.1 INTRODUÇÃO Ao final deste capítulo teremos cumprido duas missões importantes. 1) A mais importante é que aprenderemos a distinguir uma aplicação trivial de outra exigente. Observe que estaremos considerando exigentes não apenas àquelas cujo ciclo de operação e carga são severos, mas também aquelas aplicações onde o ambiente ou a rede de alimentação elétrica têm características desfavoráveis. Seremos capazes de identificar uma aplicação exigente aprendendo quais características analisar e, com segurança, trilhar o caminho da escolha correta da Soft- Starter. 2) Nossa outra missão é mostrar como é simples a escolha certa da Soft-Starter nas aplicações mais usuais. Trata-se de um equipamento operacionalmente flexível e amigável, que possibilita uma série de ajustes, alcançando a melhor condição de partida para uma série de aplicações. Apresentaremos algumas dicas e comentários genéricos sobre várias aplicações. Acreditamos que isto será útil ao leitor deste capítulo quando estiver exercitando seus conhecimentos na prática. Embora o tema exposto seja a base da aplicação da Soft Starter, salientamos que, em caso de dúvida, as mesmas informações estão disponíveis (embora de maneira menos erudita e mais prática) através do SDW - Software de Dimensionamento Weg. Anexo 2). Use o SDW em conjunto com este guia Definições MOTOR - Sempre que houver uma menção genérica a motor nesta seção, estará se referindo ao motor de corrente alternada (ca) de indução, assíncrono, com rotor tipo gaiola de esquilo, a menos de declaração explícita ao contrário. ACIONAMENTO - A palavra acionamento significa aqui, o conjunto compreendido pelo motor e seu 111

113 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER sistema de partida, mais qualquer aparelho eletrônico de controle envolvido (tal como um inversor). CARGA - A palavra carga significa aqui, o conjunto de componentes da máquina que se movem, ou que estão em contato e exercem influência sobre eles, começando a partir da ponta-de-eixo do motor. TORQUE - O torque pode ser definido como a força necessária para girar um eixo. Ele é dado pelo produto da força tangencial F (N) pela distância r (m), do ponto de aplicação da força ao centro do eixo. A unidade de torque no SI (Sistema Internacional) é o Nm (Newton-metro). INÉRCIA - Inércia é a resistência que uma massa oferece à modificação do seu estado de movimento. Todo corpo que tem massa tem inércia. Uma massa em repouso requer um torque (ou força) para colocá-la em movimento. Uma massa em movimento requer um torque (ou força) para modificar a sua velocidade ou para colocá-la em repouso. O momento de inércia de massa J (kgm 2 ) de um corpo depende da sua massa m (kg) e da distribuição da massa ao redor do eixo de giro, ou seja, da sua geometria. O Anexo 1 traz as fórmulas para o cálculo do momento de inércia de massa de diversos corpos comuns Relações básicas Torque O torque T (Nm) é o produto da força F (N) necessária para girar o eixo, pela distância r (m) do ponto de aplicação da força ao centro do eixo: T = F * r (6.1) Este é o torque necessário para vencer os atritos internos da máquina parada, e por isso é denominado de torque estático de atrito, T e at. Pode-se determinar o torque demandado para por em movimento uma máquina, medindo a força, por exemplo, utilizando uma chave de grifo e um dinamômetro de mola (figura 6.1). 112

114 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER Figura Medição de torque Exemplo: Se obtivermos uma leitura de força de 75 N (~ 7,6 kgf) a 0,6 m (600 mm) do centro do eixo de entrada, o torque será (eq. 6.1) T e at = 75 * 0,6 = 45,0 Nm POTÊNCIA A potência P é dada pelo produto do torque T (Nm) pela velocidade de rotação n (rpm) P = (2*p/60) * T * n (6.2) e a unidade é o Watt. (Lembre-se: W = 1 kw) Exemplo: Se a máquina demandasse os mesmos 45,0 Nm a uma velocidade de rotação de rpm, então a potência seria (eq. 6.2) P = (2*p/60) * 45,0 * = W (~ 8,3 kw) ACELERAÇÃO (DESACELERAÇÃO) O torque T (Nm) necessário para acelerar (ou desacelerar) uma carga com momento de inércia de massa (ou simplesmente inércia) J (kgm 2 ), da velocidade de rotação n 1 (rpm) para n 2 (rpm), em um tempo t (s), é dado por T d ac = (2*p/60) * J * (n 2 n 1 ) / t (6.3) Este torque é chamado de torque dinâmico de aceleração, T d ac. Se n 2 > n 1 (aceleração), T d ac é 113

115 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER positivo, significando que seu sentido é igual ao sentido de rotação; se n 2 < n 1 (desaceleração), T d ac é negativo, significando que seu sentido é contrário ao sentido de rotação. Exemplo: Um cilindro maciço de alumínio, de diâmetro d = 165 mm e comprimento l = mm, e portanto com uma massa m de aproximadamente 69,3 kg, tem momento de inércia de massa J de (eq. 7.1, Anexo 1) J = 1/8 x 69,3 x 0,165 2 = 2,36E10 1 kgm 2 Se o corpo deve acelerar de de 0 a rpm no tempo de 1,0s, então o torque de aceleração será (eq. 6.3) T d ac = (2*p/60) * 2,36E10-1 * ( ) / 1,0 = 43,5 Nm Adicionando-se o torque de aceleração acima calculado ao torque de atrito calculado no primeiro exemplo acima, tem-se e para a potência (eq. 6.2) T = 45,0 + 43,5 = 88,5 Nm P = (2*p/60) * 88,5 * = W (~ 16,3 kw) EFEITO DE UMA TRANSMISSÃO MECÂNICA Por transmissão mecânica entende-se um redutor (ou multiplicador) de velocidade como, por exemplo, um redutor de engrenagens, ou uma redução por polias e correia em V, ou ainda correia dentada. Uma transmissão mecânica tem dois parâmetros importantes para o dimensionamento do acionamento, que são: (a) a razão de transmissão i R, e (b) a eficiência h R. No caso de redutores de engrenagens estes parâmetros são fornecidos pelo fabricante do mesmo, e no caso de transmissões por polias e correias, podem ser calculados a partir dos parâmetros da transmissão (razão dos diâmetros efetivos ou razão dos números de dentes). 114

116 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER Redutores de velocidade são utilizados, por exemplo, no acionamento de máquinas de baixa velocidade, entre o eixo do motor e o eixo de entrada da máquina. Assim como a velocidade de rotação do motor é reduzida na proporção da razão de transmissão i R, também o torque do motor é multiplicado na mesma proporção. Além disso, uma parte da energia que entra é consumida pelas perdas internas (atritos, ruído, etc), quantificadas pela eficiência h R. Assim, o torque necessário na entrada de um redutor, T 1 (Nm) em função do torque demandado na saída T 2 (Nm) é dado por T 1 = T 2 /( i R * h R ) Exemplo: Se no exemplo 4, com T 2 = 88,5 Nm, houvesse um redutor de engrenagens de 1 estágio com razão de transmissão i R = 1,8 e eficiência h R = 0,85 teríamos para o torque T 1 (eq. 6.4) T 1 = 88,5 / (1,8 * 0,85) = 57,8 Nm (6.4) A velocidade máxima do motor deveria ser então n 1 = * 1,8 = rpm E a potência (eq. 6.2) P = (2*p/60) * 57,8 * = W (~ 19,2 kw) 115

117 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER 6.2 INTERAÇÃO ENTRE PROCESSO, MÁQUINA, MOTOR E ACIONAMENTO A importância do processo/máquina Em primeiro lugar vem o processo. Para um empreendedor que precisa bombear água, moer grãos, acionar esteiras, ter suprimento de ar comprimido, ventilar uma área, ou o que seja, o uso do motor elétrico é uma conseqüência. Ou seja, não é o foco principal do empreendedor as restrições tecnológicas existentes para mover seu processo. Dentre as soluções de acionamentos existentes para aquela máquina ou processo, cabe ao nosso empreendedor (ou seus projetistas) escolher a melhor solução para o cenário composto pelo tipo de máquina/ processo, e pelos recursos de que ele dispõe. Por isto quem se propõe a aplicar um acionamento com motor elétrico deve, antes de tudo, compreender o processo, ou seja, o que a máquina exige. Por exemplo, suponhamos um pequeno empreendedor rural que produz determinado grão, e um subproduto que é resultado de moagem. Figura Roda d água. A solução de motorização de um processo nem sempre contou com a flexibilidade dos motores elétricos. Não importa a solução de motorização, sempre a compreensão das necessidades do processo teve maior importância Para uma pequena produção (ou uso próprio) ele pode usar sua própria força ou a de empregados, a força de uma queda d água em um monjolo, a força da tração animal, etc. O processo vem primeiro, e daí vem a 116

118 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER solução para movimentá-lo. Para um nível comercial de produção, é necessário lançar mão de alguma motorização que atinja o objetivo usando melhor os recursos. Que seja mais eficiente. Dentro de um universo de soluções para movimentar seu processo (moagem, em nosso exemplo), nosso empreendedor optará pelo motor elétrico trifásico. Provavelmente a máquina que ele irá adquirir será fornecida com o motor instalado. E por que o fabricante do moinho já fornece a máquina com o motor elétrico e não com um motor diesel, por exemplo? Ou um motor DC? Ou com uma turbina? É obvio: o suprimento de energia elétrica AC é muito mais conveniente de ser lidado do que qualquer outro (diesel, energia DC, vapor, água, etc.). Seu uso é mais difundido, sua manutenção é mais simples, o domínio de suas características e principalmente de suas restrições é comum a mais profissionais. E por que o fabricante do moinho ou o nosso empreendedor deveriam utilizar a Soft-Starter para acioná-lo? Figura SSW-03 e SSW-04. A crescente sofisticação das máquinas e processos, assim como, a maior consciência da necessidade de preservar nossos recursos e instalações, criou um ambiente propício ao acionamento suave das nossas máquinas 117

119 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER Porque eles desejam uma motorização que: 1) provoque menor desgaste mecânico, e conseqüentemente, traga menos paradas para manutenções; 2) provoque menores distúrbios na rede elétrica, mantendo o funcionamento estável de outros equipamentos; 3) utilize melhor os suprimentos energéticos daquela região, recompensando-o com uma maior facilidade no atendimento as restrições de demanda. O que nos reservará o futuro, no lugar do motor elétrico e da Soft-Starter para acionar nossas máquinas? NOTA: Para preservar a simplicidade do exemplo, foi omitida a análise devida da aplicação (moinho) Aplicação de acionamentos elétricos - Problemas típicos Uma fonte de problemas ao se tratar de sistemas de acionamentos elétricos é a aplicação inadequada dos tipos diferentes que existem. Como vimos no capítulo 1, um motor de anéis e um motor com rotor tipo gaiola de esquilo têm características peculiares, que devem ser levadas em conta. Não só as características de torque são diferentes, mas também há consideráveis diferenças de custos, recursos de partida, dimensões de carcaças, etc. É necessário, portanto, conhecimento de como o motor interage com o sistema de controle, e estes dois por sua vez, com a máquina acionada e com a rede de alimentação. O dimensionamento é, primordialmente, feito com base no torque requerido pela carga. Assim, pode-se dizer que é necessário conhecer muito bem a máquina a ser acionada. É muito importante fazer uma quantidade tão grande quanto possível de perguntas, mesmo a respeito de coisas aparentemente insignificantes. É impossível perguntar demais, e um dos segredos está em entender muito bem a aplicação. É necessário ainda uma compreensão das relações 118

120 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER entre potência, torque, velocidade e aceleração/ desaceleração, bem como do efeito de uma transmissão mecânica no contexto da motorização de uma máquina. 6.3 O QUE A CARGA REQUER Antes de mais nada convém relembrar a definição do termo carga, da Sec : Neste material a palavra carga significa: O conjunto de componentes da máquina que se move, ou que está em contato e exerce influência sobre eles, começando a partir da ponta-deeixo do motor. Devemos iniciar preocupando-nos com a carga, e não com o motor ou com o inversor. Um bom trabalho de decisão a respeito do melhor sistema de acionamento de uma máquina requer que a máquina em sí seja considerada primeiramente. Se você não conhece a máquina em profundidade não poderá tomar decisões acertadas com respeito ao seu acionamento. Com esta finalidade é de grande utilidade um check list, que contenha uma coletânea de sugestões de perguntas a serem feitas. Pergunte-se a respeito da performance e das demandas da máquina. A carga é constante ou variável? É necessária uma aceleração rápida? Neste caso, qual é o máximo tempo de aceleração admitido? O regime de serviço é contínuo, ou interrompido, e repetido em intervalos? Vide os Anexos a este guia para modelos de check-list. Vamos nos concentrar daqui por diante na determinação do torque demandado pela carga Tipos de cargas Geralmente os dados a respeito do torque demandado pela carga são apresentados na forma de um gráfico torque versus velocidade. Não precisa ser um gráfico impecavelmente produzido, com linhas perfeitas e coloridas. Importante é que seja de bom tamanho (não muito pequeno), e em escala. Pode muito bem ser feito a mão. Geralmente as cargas caem em uma das seguintes categorias: l Torque constante O torque demandado pela carga apresenta o mesmo 119

121 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER valor ao longo de toda a faixa de velocidades. Logo, a demanda de potência cresce linearmente com a velocidade (figura 6.4a). Uma esteira transportadora movimentando uma carga de 1 ton de peso a 0,1 m/s, por exemplo, requer aproximadamente o mesmo torque que se estivesse a 1,0 m/s. Outros exemplos de cargas com este tipo de comportamento são: equipamentos de içamento (guindastes e elevadores), laminadores, extrusoras, e bombas de deslocamento positivo (de pistões, de engrenagens e helicoidais). l Potência constante O torque inicial é elevado e diminui exponencialmente com o aumento da velocidade. A potência demandada permanece constante ao longo de toda a faixa de variação de velocidade (figura 6.4b). Isto normalmente é o caso em processos onde há variações de diâmetro, tais como máquinas de bobinamento e desbobinamento, e desfolhadores, bem como em eixos-árvore de máquinasferramenta. Quando o diâmetro é máximo, é demandado máximo torque a baixa velocidade. A medida que diminui o diâmetro, diminui também a demanda de torque, mas a velocidade de rotação deve ser aumentada para manter constante a velocidade periférica. l Torque linearmente crescente O torque cresce de forma linear com o aumento da velocidade, e portanto a potência cresce de forma quadrática com esta (figura 6.4c). Exemplo de carga com este comportamento são prensas. l Torque com crescimento quadrático O torque demandado aumenta com o quadrado da velocidade de rotação, e a potência com o cubo (figura 6.4d). Exemplos típicos são máquinas que movimentam fluidos (líquidos ou gases) por processos dinâmicos, como, por exemplo, bombas centrífugas, ventiladores, exaustores e agitadores centrífugos. Estas aplicações apresentam o maior potencial de economia de energia já que a potência é proporcional à velocidade elevada ao cubo. 120

122 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER Figura 6.4a - Cargas típicas (TORQUE CONSTANTE) Figura 6.4b - Cargas típicas (POTÊNCIA CONSTANTE) Figura 6.4c - Cargas típicas (TORQUE LINEARMENTE CRESCENTE) Figura 6.4d - Cargas típicas (TORQUE COM CRESCIMENTO QUADRÁTICO) O pico da carga O pico de torque é diferente para cada tipo de máquina e precisa ser corretamente identificado. Em alguns casos o torque de partida é muito elevado, tal como num transportador muito pesado. Uma carga de alta inércia que requer aceleração muito rápida, igualmente terá uma alta demanda de torque durante a aceleração. Outras aplicações apresentarão demanda máxima durante a operação em regime, e não na partida, com sobrecargas súbitas aparecendo periodicamente. 121

123 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER Estimando cargas Por vezes é necessário determinar o torque demandado por uma máquina existente, que tem um motor CA alimentado diretamente pela rede. A corrente elétrica consumida pelo motor é um bom indicativo do torque demandado. Se for possível tomar valores de corrente em cada uma das condições de operação da máquina, pode-se chegar a uma boa aproximação do torque demandado pela máquina. A corrente deveria ser medida em uma das fases do motor no momento da partida, durante a aceleração, durante o funcionamento normal e ainda em eventuais situações de sobrecarga. Importante também é determinar a duração de cada uma dessas condições dentro do ciclo da máquina. Em seguida verifica-se o valor da corrente nominal na plaqueta de identificação do motor. Exemplo: Um motor de 15 kw, 1760 rpm, 220 V tem uma corrente nominal de 52,0 A. O rendimento deste motor a 100 % da potência nominal é de 89,8 %. Isto significa que 89,8 % de 52,0 A = 46,7 A vão produzir torque. Os demais 52,0 46,7 = 5,3 A vão suprir as perdas e produzir a excitação do motor. O torque nominal do motor pode ser calculado a partir da potência e da rotação nominais, como segue (eq. 6.2) T = 15000/((2p/60) x 1760) = 81,4 Nm Pode-se dizer que o motor vai desenvolver então 81,4 Nm / 46,7 A = 1,743 Nm/A produtor de torque Assim, a uma leitura de corrente de 20 A, por exemplo, corresponderá um torque de (20 5,3) x 1,743 = 25,6 Nm Este raciocínio é válido até a rotação nominal. O torque de um motor CA operando com inversor de freqüência acima da rotação nominal varia inversamente ao quadrado da velocidade. Logo, a uma velocidade igual ao dobro da rotação nominal o motor produz apenas ¼ do torque nominal. 122

124 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER 6.4 SELEÇÃO DE ACIONAMENTOS (MOTOR / SOFT- STARTER) Categorias AC53a e AC53b Em seus itens 5 e 6, a norma IEC trata, entre outros assuntos, das categorias de utilização AC53, descrevendo como seus parâmetros definem valores nominais de uma Soft-Starter. Há dois códigos AC53: - AC53a: para Soft-Starters usadas sem contatores de by-pass. Por exemplo, o código AC53a abaixo descreve uma Soft- Starter capaz de fornecer uma corrente de operação de 340 A e uma corrente de partida de 3 x 340A por 30 segundos, 10 vezes por hora, com o motor operando por 60% de cada ciclo. 340 A: AC-53a: 3-30 : Partidas por hora % do ciclo de trabalho com carga Tempo de partida em segundos Corrente de partida (em vezes da In) Valor nominal de corrente da Soft-Starter Valor nominal de corrente da Soft-Starter: Valor nominal máximo de corrente nominal do motor a ser conectado à Soft-Starter, obedecidos os parâmetros de operação especificados pelos outros itens do código AC53a. Corrente de partida: A corrente máxima que será drenada durante a partida. Tempo de partida: O tempo que o motor leva para acelerar. Ciclo de trabalho com carga: A porcentagem de cada ciclo de operação em que a Soft-Starter será acionada. Partidas por hora: O número de ciclos de operação por hora. 123

125 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER - AC53b: para Soft-Starters usadas com contatores de by-pass. Por exemplo, o código AC53b abaixo descreve uma Soft-Starter que, quando usada com circuito by-pass, é capaz de fornecer uma corrente de operação de 580 A e uma corrente de partida de 4,5 x In por 40 segundos, com um mínimo de 560 segundos entre o final de uma partida e o início da próxima. 580 A: AC-53b : 560 Intervalo entre partidas em segundos Tempo de partida em segundos Corrente de partida (em vezes da In) Valor nominal de corrente da Soft-Starter Portanto, pode-se dizer que uma Soft-Starter tem vários valores nominais de corrente. Estes valores nominais de corrente dependem da corrente de partida e das exigências do processo / aplicação. Para comparar os valores nominais de corrente de diferentes Soft-Starters, é importante garantir que os vários parâmetros envolvidos sejam idênticos Capacidade térmica da Soft-Starter O valor nominal máximo de uma Soft-Starter é calculado de forma que a temperatura da junção dos módulos de potência (SCRs) não exceda 125 C. Vamos distinguir cinco parâmetros de operação, além da temperatura ambiente e da altitude, que afetam a temperatura da junção dos SCRs: Corrente em regime do motor, Corrente solicitada na partida, Duração da partida, 124

126 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER Número de partidas por hora, Intervalo de repouso entre partidas. NOTA Vide item deste guia quanto à influência da temperatura e altitude do local da instalação. A especificação nominal de uma Soft-Starter deve considerar todos estes parâmetros. Um valor nominal de corrente único não é suficiente para descrever as características de uma Soft-Starter. Vamos abordar no item a seguir (Corrente RMS num ciclo) o procedimento para quantificar, a partir dos cinco parâmetros acima, o quanto um processo exige de uma Soft-Starter. Os procedimentos de cálculo da corrente RMS exigida num ciclo, e o procedimento de cálculo da capacidade de corrente RMS de uma Soft-Starter são análogos Corrente RMS num ciclo (I RMS ) O valor RMS (Root Mean Square) de um conjunto de valores é a raiz quadrada da média do quadrado deste conjunto de valores. É um conceito comum para calcular valores eficazes de grandezas elétricas. Conforme IEC : r.m.s. value: the square root of the mean of the squares of the instantaneous values of a quantity taken over a specified time interval. Em nosso caso, será útil para entender a definição das categorias de acionamento AC53a e AC53b. 125

127 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER A fórmula prática para o cálculo do valor RMS da corrente em um ciclo de operação de uma máquina é a seguinte: n å ( I i ) 2. t i i = 0 I RMS = n (6.5) å t i Ö i = 0 Ou seja, ( I 1 ) 2. T 1 + ( I 2 ) 2. t ( I N ) 2. t N IRMS = Ö T Total Sendo: I RMS I 1 t 1 I 2 t 2 I N t N Corrente RMS no ciclo corrente no trecho 1 do ciclo duração do trecho 1 do ciclo corrente no trecho 2 do ciclo duração do trecho 2 do ciclo corrente no trecho N do ciclo duração do trecho N do ciclo Exemplificando, suponhamos o seguinte ciclo de operação de uma máquina qualquer: Figura Gráfico (velocidade x tempo) de uma carga X qualquer 126

128 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER Durante o intervalo de tempo (a) a máquina acelera até sua velocidade de trabalho, permanece nesta velocidade durante o período (b) e retorna ao repouso, desacelerando no período (c). A operação consome 60% do ciclo. Para este ciclo, suponhamos que a Soft-Starter em condições típicas de aceleração daquela inércia, vencendo aquele conjugado resistente, encontrou a melhor partida do motor segundo o ciclo de corrente: Figura Gráfico (corrente x tempo) para o motor alimentando uma carga X qualquer Completando nosso exemplo, vamos supor os seguintes valores para esta aplicação: (a) = 30,0 seg. (b) = 329,0 seg. (c) = 1,0 seg. In = 100 A 3 x In = 300 A A título de ilustração, vamos calcular o valor RMS de corrente apenas no trecho em carga do ciclo, ou seja, os segmentos (a), (b) e (c): ( ) ( 100 ) I RMS = = 129 Ö 360 Observe que o valor obtido é intermediário entre a corrente de partida (300A) e o nominal (100A). Isto indica o caráter de média que o valor RMS detém. Dizemos que o valor da corrente eficaz nesta etapa do ciclo é de 129A. Este valor é um indicador da exigência térmica. 127

129 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER Entretanto, é importante notar que há um período de repouso até a próxima partida. Se considerarmos este repouso, chegamos a uma corrente eficaz (RMS) de apenas 74A. O valor de 74A é mais baixo do que o valor da corrente em regime (100A) e indica que o ciclo tem uma exigência térmica relativamente baixa. (3. 100) (100) (0) I RMS = = 74 Ö 600 Isto explica porque a IEC indica como parâmetro das categorias AC53a e AC53b o período de repouso entre partidas (ou o % de tempo em operação). Mas podemos considerar qualquer período de repouso para calcular o valor RMS, e assim chegar a um valor menor? Não. Uma prática segura é escolher os dez minutos mais exigentes do ciclo, e calcular a corrente eficaz para este intervalo de tempo. De maneira análoga, seria necessário calcular a corrente eficaz da Soft-Starter para compará-la ao ciclo a que ela será submetida. Os dados de corrente e tempo para cálculo da corrente eficaz de uma Soft- Starter são sua corrente nominal e o ciclo de sobrecarga ao qual ela será submetido. A fórmula e o procedimento de cálculo são os mesmos já descritos para o ciclo de operação. Tendo chegado aos valores de corrente eficaz do ciclo e corrente eficaz da Soft-Starter, devemos selecionar uma Soft-Starter cuja corrente eficaz seja maior que a corrente eficaz exigida pelo motor, acrescido dos devidos fatores de correção de temperatura e altitude, ou seja: I ef SS ák x I ef Sendo k a representação da influência da temperatura e altitude no dimensionamento, assim como eventual folga de segurança. 128

130 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER Casos especiais A potência admissível de uma Soft-Starter é determinada levando-se em consideração: Altitude em que a Soft-Starter será instalada Temperatura do meio refrigerante A NBR 7094 define como condições usuais de serviço: a) Altitude não superior a 1000 m acima do nível do mar; b) Meio refrigerante (ar ambiente) com temperatura não superior a 40º C. Nos casos em que a Soft-Starter deve trabalhar com temperatura do ar de refrigeração na potência nominal, maior do que 40º C e ou em altitude maior do que 1000 m acima do nível do mar, deve-se considerar os seguintes fatores de redução: l EFEITO DA TEMPERATURA AMBIENTE A redução da potência (corrente) nominal do inversor de freqüência, devido à elevação da temperatura ambiente, acima de 40 o C e limitada a 50 o C, é dada pela relação e gráfico a seguir: Fator de redução = 2% / ºC (6.6) Figura Curva de redução de potência nominal em função do aumento da temperatura 129

131 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER l EFEITO DA ALTITUDE Inversores funcionando em altitudes acima de 1000 m, apresentam problemas de aquecimento causado pela rarefação do ar e, conseqüentemente, diminuição do seu poder de arrefecimento. A insuficiente troca de calor entre o inversor e o ar circundante, leva a exigência de redução de perdas, o que significa, também redução de potência. Os inversores tem aquecimento diretamente proporcional às perdas e estas variam, aproximadamente, numa razão quadrática com a potência. Segundo a norma NBR-7094, os limites de elevação de temperatura deverão ser reduzidos de 1% para cada 100m de altitude acima de 1000 m. A redução da potência (corrente) nominal do conversor de freqüência, devido à elevação da altitude acima de 1000 m e limitada a 4000 m, é dada pela relação e gráfico a seguir: Fator de redução = 1 % / 100m (6.7) Figura Curva de redução de potência nominal em função do aumento da altitude 130

132 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER Tempo de rotor bloqueado do motor Define-se como o tempo máximo admissível pelo motor sob corrente de rotor bloqueado, ou seja, sob corrente de partida. Na prática, adota-se este tempo como o tempo máximo de partida que o motor suporta. Entretanto, o valor máximo de tempo de partida que o motor suporta aumenta na medida em que se restringe a corrente que ele poderá solicitar da rede durante a partida. Um exemplo extremo desta situação é a partida com um inversor de freqüência usando uma rampa que permita a aceleração consumindo apenas uma vez a corrente nominal do motor. O tempo máximo de partida seria infinito, uma vez que o motor estaria consumindo corrente nominal durante a partida, desde que o motor esteja dotado da devida ventilação. Para a Soft-Starter, a regra prática para calcular o tempo de rotor bloqueado é seguinte relação: æ Ip / In ö Trb SS = Trb M. (6.8) è ø Onde: Trb SS =Tempo de rotor bloqueado para determinada limitação de corrente com a Soft-Starter Trb M =Tempo de rotor bloqueado de catálogo Ip/In = Relação entre corrente de partida e corrente nominal do motor (dado de catálogo) =Corrente de limitação da Soft-Starter I L Por exemplo, suponha um motor com tempo de rotor bloqueado de 7,2 segundos, corrente de partida Ip = 7 x In. Se este motor partir uma carga com limitação de corrente de 4,5 x In, o tempo máximo de partida que este motor suporta eleva-se para 17,42 segundos. I L æ ö Trb SS = 7,2. = 17,42 è 4,5 ø 131

133 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER Tempo de aceleração O cálculo de tempo de aceleração é possível num cenário ideal de informações sobre a aplicação, uma vez que são necessários as curvas de conjugado da carga e do motor, momentos de inércia da carga e do motor e relação de redução. Observe que no exemplo a seguir, para preservar a simplicidade do exemplo, não estamos considerando a queda de tensão provocada pela partida do motor, ou seja, a rede apresentaria uma corrente de curto circuito infinita. Refira-se ao item 6.5 para definição da queda de tensão e sua influência na partida de um motor. Sabemos que para que um motor elétrico suporte a condição de partida a seguinte relação deve ser respeitada: t 0,80 x t a RB (6.9) Onde, t a - tempo de aceleração; t RB - tempo de rotor bloqueado; Na condição acima devemos na verdade considerar o tempo de rotor bloqueado corrigido em função dos fatores de correção da corrente ou da tensão, pois esta informação pode ser obtida através do catálogo de motores ou folha de dados onde é considerado que no motor está sendo aplicada a tensão nominal. Para o cálculo do tempo de aceleração partimos da seguinte equação: t a = 2p. Dn. J T ( ) (6.10) C A Onde, t A - tempo de aceleração; Dn - rotação; J T - momento de inércia total; C A - conjugado acelerante; 132

134 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER O momento de inércia total é calculado por: J = J + J T motor carga (6.11) Onde, J motor J carga - momento de inércia do motor; - momento de inércia da carga referida ao eixo do motor; Para calcularmos o conjugado acelerante precisaremos calcular a área delimitada pelas curvas características de conjugado do motor e da carga (figura 6.9). Esta Para calcularmos o conjugado acelerante precisaremos calcular a área delimitada pelas curvas características de conjugado do motor e da carga (figura 6.9). Esta área pode ser calculada de diversas maneiras sendo analiticamente, numericamente ou graficamente. Para executar o cálculo de forma analítica deveremos conhecer as equações das duas curvas, para que assim possamos integrá-las entre os limites desejados. A equação da curva de carga com um pouco de boa vontade poderá ser interpolada mas a do motor é muito difícil de conseguirmos, pois seria necessário obter informações muito detalhadas da características elétricas do motor, se considerarmos ainda que a equação (6.12) seja uma aproximação válida e bastante razoável. C motor A Bn = (6.12) Cn 2 Dn + E Onde A, B, C, D, e E são constantes inteiras e positivas dependentes das características do motor. 133

135 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER Figura Representação gráfica do conjugado acelerante Assim a área representada na figura acima poderia ser calculada pela resolução da seguinte expressão genérica: n A Bn n C A = ò dn òc R (n)dn (6.13) 0 Cn 2 Dn + E 0 C R (n) dependerá da característica de conjugado da carga, que como visto anteriormente poderá ser classificada em um dos grupos específicos (constante, quadrático, linear, hiperbólico ou não definido). Vemos que será mais fácil buscarmos outra forma de calcularmos esta área sem a necessidade de recorrer a técnicas de integração muito complexas. C R (n) dependerá da característica de conjugado da carga, que como visto anteriormente poderá ser classificada em um dos grupos específicos (constante, quadrático, linear, hiperbólico ou não definido). Vemos que será mais fácil buscarmos outra forma de calcularmos esta área sem a necessidade de recorrer a técnicas de integração muito complexas. Uma maneira interessante seria calcularmos esta área através de alguma técnica de integração numérica. Por simplicidade utilizaremos a integração pela técnica dos trapézios. Esta técnica consiste em dividirmos o intervalo de integração em N partes iguais e calcularmos a área do 134

136 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER trapézio formado em cada um dos subintervalos Dn, sendo que os pontos de conjugado serão lidos diretamente da curva (ver figura 6.10). Nitidamente pode-se perceber que haverá uma margem de erro no valor da área a ser calculada, mas no nosso caso perfeitamente tolerável. Figura Técnica de integração numérica pela regra dos trapézios Apesar de trabalhosa, dependendo do número de subintervalos, esta técnica mostra-se muito eficiente e simples, pois permite calcularmos o conjugado acelerante para qualquer que seja a característica de conjugado do motor e da carga. Somente deverá ficar esclarecido que antes de aplicar-se esta técnica, a curva de conjugado do motor deverá ser corrigida em função da variação da tensão aplicada, através de fatores de redução. Podemos considerar que a variação da tensão aplicada ao motor obedece a seguinte relação: U Nom U p U(n) = ( ). n + U p (6.14) n Nom onde, U P = tensão de partida; U Nom = tensão nominal; n Nom = rotação nominal; 135

137 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER Na verdade o que nos diz a expressão (6.14) seria válido se tivéssemos um sistema de malha fechada de velocidade, onde a soft-starter receberia a leitura de velocidade do motor para que assim aplicasse a rampa de tensão. De qualquer maneira, para efeito de dimensionamento, isto não nos trará nenhum inconveniente sendo também uma aproximação relativamente satisfatória. A figura 6.11 ilustra esta consideração. Figura Rampa de tensão aplicada ao motor na partida Podemos assim colocar estes valores em uma tabela de forma a facilitar a visualização dos resultados obtidos segundo o procedimento acima descrito. 136

138 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER Tabela Valores de conjugado Rotação C / C Nom C RC / C Nom C A / C Nom ( % ) (motor) C 0 + C 1 C R0 + C R1 n 0 C 0 C R0-2 2 C 1 + C 2 C R1 + C R2 n 1 C 1 C R1-2 2 C 2 + C 3 C R2 + C R3 n 2 C 2 C R2-2 2 C N-1 + C Nom C RN-1 + C RNom n Nom C Nom C RNom NOTA Todos os valores de conjugado na tabela acima foram referenciados ao conjugado nominal do motor por comodidade e por ser mais fácil trabalhar com valores dessa forma referenciados. Aplicando estes valores na equação (6.10) poderemos calcular os tempos de aceleração parciais para cada um dos subintervalos. Bastará depois disso somarmos todos estes valores parciais obtendo assim o valor do tempo de aceleração total do motor. Matematicamente podemos expressar isso através da seguinte relação: N t a = S t an (6.15) 0 O valor encontrado a partir da expressão (6.15) deverá obedecer o que define a expressão (6.9). Caso isto se verifique, teremos certeza de que o motor escolhido atende a condição de partida. Vamos agora aplicar este procedimento em um exemplo prático baseando-se em um uma aplicação real, sendo fornecidas as seguintes informações: 137

139 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER Curva de conjugado da carga; Folha de dados do motor; Curvas com as características de conjugado e corrente do motor. OBSERVAÇÃO Ver anexo I. Neste caso aplicaremos o procedimento para uma bomba centrífuga que irá trabalhar em um ponto de operação definido pela vazão de 200 m 3 /h e uma pressão de 21 mca, com rendimento de 75%. Com estes dados podemos calcular a potência requerida pela bomba e assim determinar a potência do motor adequado ao acionamento da bomba. Chegamos a P c = 20,46366 CV, ou melhor, escolheremos um motor de 25 CV (valor comercial de potência normalizada). A curvas de conjugado em função da rotação, da bomba e do motor, fornecem o valor de conjugado requerido em dez pontos de rotação distintos. Lendo estes valores das curvas obtemos a tabela abaixo: Tabela 6.1a Pontos de conjugado resistente Conjugado do motor Rotação C RES C motor (% de n NOM ) (N.m) (N.m) 0 36, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,8 138

140 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER Os valores de conjugado do motor deverão ser corrigidos para a variação de tensão que será aplicada. Aqui iremos considerar que o motor atinja a tensão nominal ao final da rampa de tensão aplicada pela softstarter. Sabemos que conjugado do motor varia com o quadrado da tensão aplicada. Desta forma podemos determinar os valores de conjugado corrigido para cada um dos pontos fornecidos, já que conhecemos a rampa de tensão. Podemos então montar a seguinte tabela: Tabela 6.1b Os valores de conjugado do motor devem ser corrigidos através da seguinte relação: C Motor = (U/100) 2 x C motor (tirado da tabela 6.1a) Rotação Tensão C motor (% da n Nom ) (% da U Nom ) (N.m) , ,5 22, , ,5 43, , ,5 79, , ,5 137, , ,5 158, ,80 Com os valores de conjugado corrigidos podemos agora preencher uma tabela como a tabela 6.1. Esta tabela apresentará os valores de conjugado acelerante médio para cada um dos intervalos de rotação definidos. Esta tabela é mostrada a seguir: 139

141 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER Rotação (% de n Nom ) C Motor (N.m) C RES (N.m) Ca médio (N.m) 0 28,12 16,39 23, ,24 0,81 38, ,54 3,28 45, ,82 7,38 54, ,13 13,11 65, ,96 20,49 80, ,71 29,50 98, ,75 40,16 124, ,04 52,46 117, ,65 66,38 56, ,80 81,96 Com os valores de conjugado acelerante médio para todos os intervalos de rotação, temos condição de calcular os tempos de aceleração parciais para cada um deles (através da equação 6.10). Para calcularmos o tempo de aceleração total basta utilizarmos a relação Substituindo os valores nas respectivas equações chegamos ao seguinte resultado para o tempo de aceleração total : t a = 1,08 s. Podemos verificar que este motor terá condições de acelerar tranqüilamente a carga, visto que o tempo de aceleração é muito pequeno em relação ao tempo de rotor bloqueado (corrigido). Vide item Tempo de rotor bloqueado do motor, neste guia. Devemos lembrar que no procedimento usado no exemplo acima não consideramos a ativação da função limitação de corrente da Soft-Starter. Quando esta função está ativa devemos aplicar fatores para correção das curvas de conjugado e corrente do motor. Uma alternativa válida seria a de considerarmos um valor de limitação de corrente, e a partir daí calcularmos a tensão que deveria ser aplicada, considerando esta situação. Note que o conjugado será corrigido conforme a seguinte relação: 140

142 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER C A I Lim = ( ). C I n n C Rn (6.16) Deve-se notar que a relação entre o valor da limitação e a corrente do motor nos informará diretamente a relação da tensão aplicada em relação a tensão nominal. Assim podemos atribuir um valor a I Lim e verificarmos se o valor de tensão aplicada ao motor é válido ou satisfatório. Para garantirmos o acionamento do motor devemos então calcular o valor de corrente eficaz para o regime de partida do motor utilizando o valor de corrente limite e tempo de aceleração total. Vide item deste guia para cálculo da corrente eficaz do ciclo e da Sof-Starter. 6.5 AFUNDAMENTO DE TENSÃO OU QUEDA DE TENSÃO MOMENTÂNEA (Voltage Sag / Voltage Dip) Vamos definir o conceito de queda de tensão momentânea que está relacionado à partida de grandes cargas (como grandes motores), e que portanto pode estar relacionado à uma Soft-Starter. Conforme a norma IEC : Voltage dip: (definition used for the pupose of this standard). A sudden reduction of the voltage at a point in the electriacal system, followed by voltage recovery after a short period of time, from half a cycle to a few seconds. Ou conforme norma IEEE 1159: Voltage sag: an rms variation with a magnitude between 10% and 90% of nominal and a ration between 0.5 cycles and one minute. Observe que a norma européia usa o termo voltage dip enquanto a americana usa voltage sag. Apesar das definições serem ligeiramente diferentes, o 141

143 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER fenômeno descrito é o mesmo, ou seja: O fenômeno que nos interessa (voltage dip/sag) é uma redução no valor de tensão em um ponto do sistema elétrico seguido de sua recomposição após um curto período de tempo, acima de meio ciclo até alguns segundos. Figura Voltage Sag. Observe a redução da amplitude da forma de onda a partir do segundo semiciclo positivo até aproximadamente 0,15 segundos Também se usa o termo queda de tensão para a queda que ocorre em cabos, particularmente em longas distâncias. Deste ponto em diante, neste item, quando nos referirmos à queda de tensão, estamos nos referindo ao fenômeno momentâneo definido como voltage dip ou voltage sag nas normas IEC e IEEE 1159 já citadas. Distúrbios de menos de meio ciclo se encaixam na definição de transiente de baixa freqüência, enquanto distúrbios maiores do que alguns segundos podem ser chamados de subtensão da rede de alimentação. Sistemas de alimentação tem impedância diferente de zero, assim qualquer aumento da corrente causa uma correspondente redução na tensão. Durante comportamento normal da rede estas variações ficam dentro de limites aceitáveis. Mas quando há um acréscimo de corrente muito grande, ou quando a impedância do sistema é alta, a tensão pode cair significativamente. Assim, conceitualmente há duas causas para quedas de tensão: 142

144 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER - Aumento substancial da corrente - Aumento na impedância do sistema Do ponto de vista prático, quem provoca a queda de tensão é o aumento da corrente. Suponhamos o seguinte unifilar simplificado. Figura Mesmo um evento que provoque uma queda de tensão no barramento do resistor, provocará uma queda de tensão no transformador, e conseqüentemente no motor É óbvio que qualquer queda de tensão no ramal do transformador, provocará uma queda de tensão no circuito abaixo. Mas um curto-circuito em um ramal distante pode provocar uma queda no ramal do transformador também. Assim, mesmo falhas em partes distantes do circuito podem causar uma queda de tensão em todas cargas. Em redes industriais, a maioria das quedas de tensão são provocadas nas próprias instalações. As causas mais comuns são: 143

145 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER Partir uma carga elevada Como um motor ou um forno resistivo. Motores elétricos partindo com tensão plena podem consumir mais de 600% da sua corrente nominal na partida, dependendo de seu projeto. Fornos elétricos tipicamente solicitam 150% de sua corrente até o aquecimento. Figura Motor linha MASTER - Weg Motores podem solicitar mais de 600% da corrente nominal, se partirem a tensão plena. A queda de tensão pode ser considerável durante a partida de um motor de grande porte a tensão plena. Conexões defeituosas ou frouxas Como conectores não apertados aos fios. Isto aumenta a impedância do sistema e aumenta o efeito do aumento de corrente. Falhas ou curtos Em qualquer lugar da fábrica. Apesar da falha ser rapidamente isolada por fusível ou disjuntor, ela irá puxar para baixo a tensão até que o dispositivo de proteção atue, o que pode durar de alguns ciclos até alguns segundos. A queda de tensão também pode se originar fora da instalação do consumidor. As mais comuns: Falhas em circuitos distantes Causam uma redução correspondente na rede do consumidor. Dispositivos na rede da concessionária 144

146 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER procuram sanar a falha, cuja duração pode chegar a alguns segundos. A grosso modo, a queda de tensão dependerá da quantidade e características dos transformadores entre a rede do consumidor e o ponto de falha. Falha no regulador de tensão da concessionária São raras. As concessionárias possuem sistemas automáticos para ajustar a tensão (transformadores com troca automática de taps, ou bancos de capacitores automáticos espalhados pela rede). Figura A queda de tensão pode ter origem na rede da concessionária O mais importante é entender a causa da queda de tensão antes de tentar eliminá-la Conseqüências de uma queda de tensão momentânea É óbvio: se não há tensão suficiente na rede de alimentação, os equipamentos nela conectados podem desligar ou ter seu funcionamento prejudicado. Mesmo que a tensão se reduza por pouco tempo, e com intensidade limitada. Há cargas que tem uma tendência a sofrer mais com quedas de tensão: normalmente são circuitos alimentados por fontes DC, como computadores, circuitos de telefonia, CLPs, etc. Também pode ocorrer que relés para proteção contra 145

147 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER subtensão provoquem interrupções desnecessárias por motivo de ajuste errado. De maneira análoga pode ocorrer um desligamento desnecessário provocado por relé de proteção contra desbalanceamento de fases. Entretanto, motores e transformadores podem sobreaquecer e serem danificados por operarem durante desbalanceamento de fases, o que torna o uso do relé importante. Figura Relés de proteção devem ser devidamente ajustados para evitar trips desnecessários O problema mais sutil ocorre em equipamentos eletrônicos. Há circuitos projetados para atuar com um acréscimo de tensão, tipicamente a ligação do equipamento. Durante a queda de tensão o equipamento pode funcionar perfeitamente, mas pode se ressetar quanto a queda de tensão cessa Comentários sobre soluções contra queda de tensão momentânea Se você já teve que consertar (ou re-adequar) algum objeto, você já deve ter reparado como às vezes é difícil conseguir coesão entre as partes do objeto após sua modificação. É melhor sempre projetar o sistema da maneira certa logo do começo. Correções podem trazer aspectos indesejados, com os quais se terá de conviver. Isto porque as várias partes do sistema são interdependentes, e alterar uma parte pode ter conseqüência em outras. Alguns exemplos de ajustes em sistemas problemáticos: 1) Mudar os ajustes de tensão das fontes DC Caso o problema esteja se manifestando apenas em 146

148 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER uma carga alimentada por uma fonte de tensão DC, algumas destas fontes permitem ajustes que podem dar maior range para superar quedas de tensão momentâneas. 2) Reduzir a carga na rede elétrica Redes elétricas parcialmente carregadas sempre toleram solicitações de corrente melhor, portanto distribuir as cargas em vários transformadores pode melhorar a qualidade do suprimento de energia. 3) Aumentar a capacidade da rede de alimentação Se não é possível realocar as cargas, será necessário usar um suprimento de energia de maior capacidade, ou seja, um transformador maior, que irá consumir mais espaço, e mais recursos financeiros, e trará alterações no nível de curto-circuito da instalação, e pode exigir alteração nos cabos na saída do transformador e respectiva instalação civil. Figura A alteração para um transformador maior pode trazer complicações devido à alteração da capacidade de curto-circuito, exigir mudança da cablagem e respectiva instalação civil. Na figura acima, a título de ilustração, o transformador do lado esquerdo é a seco e o outro é a óleo, embora existam grandes transformadores a seco também. 4) Alterar os ajustes das proteções Se é possível identificar um dispositivo de proteção mal ajustado (como um relé de balanceamento de fases, relé de subtensão, ou uma proteção interna a um equipamento), pode-se avaliar mudar seu ajuste. Deve-se ter em mente que se o dispositivo foi ajustado em determinado modo, o projeto do sistema deve ter julgado este ajuste como 147

149 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER apropriado. Não é conveniente eliminar as proteções de um sistema. Dependendo do dispositivo de proteção, o ajuste pode ser simples como girar um knob, ou pode exigir substituição de componentes ou ajuste de firmware. 5) Instalar um regulador de tensão de atuação rápida ou UPS Existem várias tecnologias para aumentar a tensão que alimenta um ponto sensível da instalação (UPS, compensador estático de tensão, etc.). Estes equipamentos exigem engenharia de aplicação adequada para solucionar o problema, e como representam um custo extra, sua aplicação é mais sensata apenas para alimentar pequenas cargas muito sensíveis a quedas de tensão Capacidade relativa da rede de alimentação Quando um motor elétrico parte, ele irá drenar alguma corrente da rede elétrica. Portanto, alguma queda de tensão durante a partida e até mesmo em regime (embora menor) é um fenômeno intrínseco ao funcionamento do sistema. O que se pode fazer é lançar mão de estratégias para reduzir esta queda de tensão, como a Soft-Starter. Entretanto, será possível identificarmos facilmente se um circuito prestes a alimentar uma nova carga é potencialmente problemático em termos de queda de tensão, provocada pela partida do motor? A seguir vamos fazer uma simplificação prática, dando um subsídio importante na aplicação de Soft-Starter: como as características da rede de alimentação influenciam a partida da carga. Este conceito é particularmente importante na partida de grandes cargas. CÁLCULO DA CAPACIDADE DE CURTO- CIRCUITO O cálculo da capacidade do curto-circuito é usado em várias situações: dimensionamento de transformadores, 148

150 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER seleção de disjuntores e fusíveis em função da capacidade de ruptura, determinando se uma reatância de rede será necessária para um inversor de freqüência, etc. Nosso objetivo aqui é expor como a capacidade de curto-circuito é importante no dimensionamento de um sistema de acionamento elétrico, e conseqüentemente para uma Soft-Starter ou qualquer outro método de partida. Vamos lançar mão de exemplo de dimensionamento de transformador para ilustrar o conceito. A impedâncias dos cabos e sua respectiva queda de tensão serão ignorados aqui para preservar a simplicidade do exemplo, e também para munir o engenheiro, técnico ou empreendedor de um meio rápido para avaliar uma carga nova ou rever um problema existente em sua planta. Os seguintes cálculos determinarão a potência extra requerida por um transformador que seja usado para alimentar um único motor. Analisaremos duas situações, denominadas aqui de A e B. A primeira tem uma potência de curto-circuito ilimitada no primário, e a segunda, em antagonismo, tem suprimento de energia no primário com uma capacidade muito menor e definida. 149

151 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER Situação A : Transformador conectado a linha com capacidade ilimitada de curto-circuito Figura Figura ilustrativa de um Sistema A Suponhamos transformador de 1000 kva, 380V tensão nominal no secundário, 5,75% de impedância. A corrente de saída nominal a plena carga seria: 1000kVA = 1521A 380V. Ö3 O valor de 5,75% de impedância indica que haverá 1521 A (corrente nominal) se o secundário for curto circuitado e a tensão no primário for elevada a valor tal que haverá 5,75% da tensão nominal no secundário, ou seja 21,8V surgem no secundário. 150

152 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER Assim, a impedância do secundário do transformador pode ser calculada como: V 21,85V Z = = = 0,01436W I 1521A Suponhamos que o transformador está conectado diretamente à rede da concessionária, e suponhamos que esta possui uma capacidade de curto-circuito ilimitada. Note que a concessionária pode fornecer este dado sob consulta. Com uma potência ilimitada de curto-circuito no suprimento da concessionária, a corrente de curtocircuito que o transformador pode entregar no secundário é 380V = 26452A 0,01436 Outra alternativa de cálculo da corrente de curtocircuito é a seguinte: 1521A = = 26452A 5,75 0,0575 Finalmente, há também a alternativa de consultar o fabricante. Agora vamos analisar a conecção do motor ao secundário do nosso transformador. Nós devemos calcular a queda de tensão que será causada pela corrente solicitada na partida do motor. Neste exemplo, observe como o transformador alimenta apenas este motor, e portanto se a queda de tensão não provocar uma redução de torque que o inabilite a partir a carga, não seria necessário superdimensionar o transformador. É necessário ter em mente, entretanto, que esta abordagem negligência qualquer orientação da faixa de tensão de operação na 151

153 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER especificação do motor ou restrições de normas. Dando continuidade ao nosso exemplo, suponhamos que o transformador alimentará um motor que demanda 1400A de corrente nominal, o que vai consumir praticamente toda capacidade transformador. Assim, podemos dizer que o motor representa: 380V 1400A 1,73 = 902kVA Suponhamos que nossa Soft-Starter limitará a corrente em 3 x In do motor o que vai drenar do transformador. Suponhamos também que se deseja uma queda de tensão de 7,5%: 380V 1400A 300% 1,73 = 2761kVA A queda de tensão momentânea durante a partida será proporcional à carga representada pelo motor, e pode ser expressa como uma porcentagem da carga representada pelo motor em relação à máxima capacidade do transformador. O transformador tem uma potência de curto-circuito que pode ser calculada como: 380V 26452A Ö3 = 17390kVA A queda de tensão na partida do motor será: 2761kVA = 0,1587 = 15,87% 17390kVA Conforme vimos no item (Tempo de Aceleração), o conjugado do motor é proporcional ao quadrado da tensão, e portanto, será necessário averiguar se esta queda de tensão implica redução de conjugado do motor abaixo do conjugado requerido pela carga ou se a redução de conjugado do motor implica tempo de aceleração que excederá o limite térmico do motor ou da Soft-Starter. Entretanto, conforme havíamos arbitrado inicialmente, a queda de tensão deverá manter-se em 7,5%. Ou seja, o transformador precisa ser dimensionado para uma capacidade de: 152

154 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER 2761kVA = 36813kVA 0,075 Assim, a corrente de curto-circuito do transformador deveria ser: 36813kVA = 55998A 380V Ö3 Primeiro vamos observar um transformador um pouco maior, suponhamos 2000 kva, com impedância de 6,5%. Este transformador ainda não atenderia, pois a corrente de curto circuito seria A. Supondo um transformador de Z = 7,5%, teríamos como necessário um transformador cujo valor da corrente a plena carga seja igual a 4200A, ou seja, aproximadamente 3MVA. Ou seja aproximadamente 3 vezes a potência representada pelo motor em regime. Observe o aumento da impedância em função do aumento da potência do transformador. 153

155 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER Situação B : Transformador conectado a um demarrador com capacidade definida de curto-circuito Figura Sistema B Vamos analisar agora uma situação considerando uma determinada capacidade de corrente de curto-circuito no primário do transformador que alimentará o motor. 154

156 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER Vamos supor um ramal que deriva do transformador de um transformador de 1000kVA, igual ao mencionado no início da situação A anterior. Neste ramal, um segundo transformador é conectado diretamente aos terminais do transformador de 1000kVA. Assim, cabos alimentadores entre os dois transformadores são eliminados, e a respectiva impedância não será levada em conta, a fim de preservar a simplicidade do exemplo. O segundo transformador, que vamos supor como tendo tanto o secundário quanto o primário em 380V, será usado para suprir um motor de 50cv, 3 fases, 380V, In = 71,2 A, Ip/In = 6,6. Vamos supor também que a partida será através de uma Soft-Starter, e que a aplicação ( heavy duty ) demandará pelo menos 4 vezes a corrente nominal do motor para partir, ou seja, 4 x 71,2 = 284,8A. Este motor será a única carga do transformador, e a queda de tensão deverá ser limitada em 7,5%. Em regime o motor representará uma carga de: 380V 71,2 Ö3 = 46,8kVA Na partida, a carga representada pelo motor será: 380V 71,2A 400% Ö3 = 187,2kVA Vamos primeiramente supor um transformador de 60kVA para alimentar este motor. O transformador terá uma impedância de 3%, uma corrente de saída de 91,3 A a plena carga. A corrente de curto-circuito que pode ser fornecida ao transformador de 60kVa pelo transformador de 1000kVA é de A, ou seja, kva. A corrente de curto-circuito de um transformador com uma capacidade de curto-circuito limitada em seu primário é Corrente a plena carga (Z do segundo transformador + Z do primeiro transforrmador visto pelo segundo) 155

157 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER Onde : Z do primeiro transformador visto pelo segundo = potência do segundo (kva) potência de curto-circuito disponível no primário Assim, a corrente de curto-circuito no secundário de nosso transformador de 60kVA tem valor de: 91,3A 91,3 = = 2729A 60kVA 3% kVA Durante a partida do motor, a queda de tensão na saída do transformador será: Carga representada pelo motor na partida Potência de curto-circuito Ou seja, 187,2kVA = 0,1043 = 10,43% 380V 2729A Ö3 O transformador de 60kVA é muito pequeno, uma vez que a queda de tensão excede os 7,5% arbitrados no início de nosso exercício. Porém, para um transformador de 100kVA, Z = 3%, teríamos uma corrente de curto circuito de: 152,1A = 4254A 100kVA 3% kVA 156

158 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER E portanto a queda de tensão será: 187,2kVA = 0,0669 = 6,69% 380V 425A Ö3 Portanto, atendendo nossa necessidade de queda de tensão. Poderíamos estender-nos neste assunto, afinal a queda de tensão é um assunto de extrema importância. Estamos deixando de avaliar por exemplo, que durante uma queda de tensão algumas cargas com tendência a regenerar energia aumentarão a corrente de curtocircuito. Por exemplo, imagine que durante a partida de um motor A, existe um motor B acionando um volante de inércia. Durante a partida do motor A, ocorre uma queda de tensão no barramento. O motor B, ligado ao mesmo barramento, terá uma tendência a reduzir sua velocidade, em função do menor torque disponível. Como a carga de B tem um alta inércia, o motor passará a funcionar como um gerador, contribuindo para aumentar a corrente de curtocircuito do sistema. A bibliografia de referência no final deste guia indica livros que tratam deste assunto em profundidade. Entendemos que para aplicação da Soft-Starter, os conceitos expostos até aqui servirão para a escolha segura do equipamento, além de indicar o caminho para aqueles que necessitam aprofundar seu estudo. Finalizando, vamos tecer alguns comentários sobre a utilização de transformadores em situação de sobrecarga. TRANSFORMADORES: OPERAÇÃO EM SOBRECARGA Para a operação eficaz de um sistema elétrico, às vezes os transformadores são sobrecarregados para atender circunstâncias de operação. Naturalmente, neste caso, é importante ao cliente acordar com o fabricante do transformador a respeito de que sobrecarrega o transformador poderá suportar sem redução da sua vida útil. 157

159 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER O problema principal é dissipação de calor. Se um transformador for sobrecarregado por um determinado fator, suponhamos 20% além da capacidade nominal por um período de tempo curto, é provável que todo o calor desenvolvido nas bobinas seja transferido facilmente ao meio ambiente. E consequentemente, a sobrecarga será superada sem problemas. Entretanto, em sobrecargas mais intensas ou por períodos de tempo mais longos a temperatura interna irá aumentar, causando desgaste ao isolamento e possíveis danos Comentários sobre a queda de tensão e a influência na partida do motor Como já vimos, o torque do motor é proporcional ao quadrado da tensão. Se há uma queda de tensão de 10%, o motor terá 81% do torque disponível. Na pior das hipóteses, o motor pode não desenvolver o torque necessário para acelerar a carga antes de atingir o limite térmico de algum dos componentes do sistema de partida (motor, Soft-Starter, etc.), caso não se tome o devido cuidado no dimensionamento. Por outro lado, ainda hipoteticamente, se para uma determinada carga for necessário pelo menos 81% da tensão para partir, e a própria rede de alimentação já impor esta condição durante a partida, nem é necessário usar um método de partida com tensão reduzida. Apesar destes conceitos terem sido tratados ao longo deste capítulo, apresentamos a seguir simulação de dois sistemas ( A e B ) no Software de Dimensionamento Weg SDW (vide anexo 2 deste guia). Os sistemas são idênticos, exceto pela queda de tensão. Trata-se do mesmo motor, mesma carga, etc. Entretanto no sistema A a queda de tensão durante a partida é de 2,5% e no sistema B a queda de tensão vai a 7,5%. 158

160 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER MOTOR Potência nominal : 220 kw Número de pólos : 4 Tensão nominal : 380 V Corrente nominal : 399,83 A Tempo de rotor bloqueado : 35 s Momento de Inércia : 6,33814 kg.m² Categoria : N Cp/Cn : 2 pu Cmax/Cn : 2,2 pu Ip/In : 7 pu GERAIS Tensão da rede : 380 V Queda de tensão na partida : 2,5 % By-pass : Não Ligação do motor : Standard Temperatura : 40 C Altitude : 1000 m CARGA Aplicação : Ventilador centrífugo Conjugado nominal (Cn) : 55 % do motor Momento de Inércia : 35 Vezes J Número de Partidas por Hora : 3 Intervalo entre partidas : 20 min Observe algumas diferenças relevantes a seguir, decorrentes apenas da maior queda de tensão. Sistema A Sistema B Carga Ventilador (alta inércia) Ventilador (alta inércia) Queda de Tensão: 2,5% 10% Pedestal de Tensão: 86% 99% Tempo de aceleração com 29,76 seg. 30,36 seg. rampa de tensão: Limitação de corrente: 614% 691% Tempo de aceleração em 29,97 seg. 30,20 seg. limitação de corrente: Modelo da Soft-Starter SSW / SSW / Observe que o pedestal de tensão usado pela Soft- Starter para o sistema B é praticamente tensão plena (99%). Isto porque a própria rede já estará reduzindo a tensão na alimentação do motor, e portanto o motor já estará submetido a uma tensão reduzida. Observe também que a limitação de corrente sobe, para compensar a queda de tensão. Na verdade, o algoritmo utilizado no SDW parte de uma postura conservadora para tratar de uma situação crítica como partida com queda de tensão. Na prática pode ser conseguido uma limitação um pouco menor, dependendo da dinamica do sistema elétrico e sua interação com a máquina. Conseqüentemente a exigência térmica (a corrente RMS) da partida no sistema B é bem maior, o que cul- 159

161 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER mina com a necessidade de utilizar uma Soft-Starter também maior. Aproveitando esta linha de raciocínio, se simulássemos exatamente o mesmo sistema para 15% de queda de tensão, chegaríamos a conclusão de que o próprio motor não seria capaz de acionar o ventilador! A queda de tensão seria tão grande que não permitiria o motor desenvolver torque suficiente para tirar o ventilador da inércia. Finalizando, salientamos que escolhemos neste exemplo uma carga com alta inércia para destacar a influencia da queda de tensão. Se fizéssemos o mesmo exercício para a aceleração de uma bomba centrífuga ou um compressor parafuso (cargas leves), não haveria mudanças significativas em função da queda de tensão. 6.6 APLICAÇÕES TÍPICAS Este item destaca as principais funções usadas na partida de algumas máquinas típicas. Não há aqui pretensão de dar uma receita infalível, mas sim uma dica de que aspectos normalmente são tipicamente relevantes nestas aplicações. Vale destacar que a curva de conjugado é sempre aquela mais adequada para partida da máquina, por exemplo, ventiladores com damper fechado, refinadores sem carga, esteiras sem carga, etc. 160

162 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER Máquinas com partidas leves BOMBA CENTRÍFUGA Figura Bomba Centrífuga Tipo de conjugado:... Momento de inércia:... Corrente de partida:... Quadrático Baixo tipicamente menor que 3 x I n do motor Figura Curva de conjugado de uma Bomba Centrífuga Problema Partida muito rápida Parada muito rápida Golpe de Aríete Alto pico de corrente Bomba rodar no sentido contrário Bomba rodar sem líquido (cavitação acentuada) Bomba sobrecarregada devido à corpo sólido no seu interior (cavitação acentuada e deterioração do lubrificante) Solução com SSW-03, SSW-04 ou SMV-01 Função Pump control Função Pump control Função Pump control Função Pump control Proteção contra reversão de fases Proteção contra subcorrente Proteção con tra subcorrente 161

163 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER COMPRESSOR Figura Compressor Tipo de conjugado:... Tipo de conjugado:... Momento de inércia:... Corrente de partida:... Favorável (parafuso) Constante (alternativo) Baixo tipicamente menor que 3 x I n do motor Figura Curva de conjugado de Compressores (parafuso à esquerda e alternativo à direita) Problema Tranco mecânico no motor, transmissão, compressor Compressor rodar no sentido contrário Solução com SSW-03, SSW-04 ou SMV-01 Limitação de corrente Proteção contra reversão de fases 162

164 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER REFINADOR DE CELULOSE Tipo de conjugado:... Momento de inércia:... Corrente de partida:... Constante e baixo (partindo sem carga) Baixo tipicamente menor que 3 x I n do motor Figura Curva de conjugado de um Refinador Problema Tranco mecânico no motor, transmissão, Refinador Alta corrente e queda de tensão na linha, por representar uma carga significativa na máquina de papel de uma pequena fábrica Necessidade de controle da aproximação dos discos em função da carga Refinador rodar no sentido contrário Solução com SSW-03, SSW-04 ou SMV-01 Limitação de corrente Limitação de corrente Uso da saída analógica de corrente em regulador de processo externo Proteção contra reversão de fases 163

165 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER BOMBA DE VÁCUO (PALHETA) Tipo de conjugado:... Momento de inércia:... Corrente de partida:... Parabólico Baixo tipicamente menor que 3 x I n do motor Figura Curva de conjugado de uma Bomba de vácuo de palheta Problema Tranco mecânico no motor, transmissão, bomba Alta corrente e queda de tensão na linha, por representar uma carga significativa na máquina de papel Bomba rodar no sentido contrário Solução com SSW-03, SSW-04 ou SMV-01 Limitação de corrente Limitação de corrente Proteção contra reversão de fases HIDRAPULPER Tipo de conjugado:... Momento de inércia:... Corrente de partida:... Parabólico Médio tipicamente de 3 a 4,5 x In do motor Problema Tranco mecânico no motor, transmissão, hidrapulper Hidrapulper rodar no sentido contrário Solução com SSW-03, SSW-04 ou SMV-01 Limitação de corrente Proteção contra reversão de fases 164

166 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER Máquinas com partidas severas BOMBA DE VÁCUO (PISTÃO) Tipo de conjugado:... Momento de inércia:... Corrente de partida:... Constante Baixo tipicamente menor que 5 x I n do motor Figura Curva de conjugado de uma Bomba de vácuo de pistão Problema Tranco mecânico no motor, transmissão, bomba Alta corrente e queda de tensão na linha, por representar uma carga significativa na máquina de papel Bomba rodar no sentido contrário Solução com SSW-03, SSW-04 ou SMV-01 Limitação de corrente Limitação de corrente Proteção contra reversão de fases 165

167 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER VENTILADOR/ EXAUSTOR Figura Ventilador Tipo de conjugado:... Momento de inércia:... Corrente de partida:... Quadrático Médio a Alto tipicamente de 3 a 5 x I n do motor Figura Curva de conjugado de um Ventilador Problema Alto pico de corrente Correia ou acoplamento quebrado Filtro bloqueado ou damper fechado Solução com SSW-03, SSW-04 ou SMV-01 Limitação de corrente Proteção contra subcorrente Proteção contra sobrecorrente 166

168 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER BRITADOR Tipo de conjugado:... Momento de inércia:... Corrente de partida:... Constante Alto tipicamente menor que 4,5 x I n do motor Figura Curva de conjugado de um Britador Problema Carga com alta inércia e altas exigências de torque e alta inércia Partida pesada quando partindo com carga Material impróprio no moinho Acoplamento quebrado Vibrações durante a parada Solução com SSW-03, SSW-04 ou SMV-01 Limitação de corrente Função Kick Start Proteção contra sobrecarga Proteção contra subcorrente Frenagem DC 167

169 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER CENTRÍFUGA Figura Centrífuga Tipo de conjugado:... Momento de inércia:... Corrente de partida:... Linear Alto tipicamente menor que 4,5 x I n do motor Figura Curva de conjugado de uma Centrífuga Problema Carga com alta inércia Parada controlada Carga muito alta ou desbalanceada Acoplamento quebrado Solução com SSW-03, SSW-04 ou SMV-01 Limitação de corrente Frenagem DC Proteção contra sobrecorrente Proteção contra subcorrente 168

170 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER DEPURADOR Tipo de conjugado:... Momento de inércia:... Corrente de partida:... Constante Alto tipicamente 3 a 5 x I n do motor Figura Curva de conjugado de um Depurador Problema Tranco mecânico no motor, transmissão, depurador Depurador rodar no sentido contrário Depurador entupido Solução com SSW-03, SSW-04 ou SMV-01 Limitação de corrente Proteção contra reversão de fases Proteção contra sobrecorrente 169

171 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER MISTURADOR Figura Misturador Tipo de conjugado:... Momento de inércia:... Corrente de partida:... Constante Alto tipicamente 3 a 5 x I n do motor Figura Curva de conjugado de um Misturador Problema Diferentes materiais a processar Necessidade de feedback para circuito de controle regular a viscosidade Carga muito alta ou desbalanceada Lâminas quebradas ou gastas Solução com SSW-03, SSW-04 ou SMV-01 Limitação de corrente Saída analógica proporcional a corrente Proteção contra sobrecorrente Proteção contra subcorrente 170

172 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER MOINHO Figura Moinho Tipo de conjugado:... Momento de inércia:... Corrente de partida:... Linear Alto tipicamente 3 a 5 x I n do motor Figura Curva de conjugado de um Moinho Problema Carga pesada com alta inércia Necessidade de feedback para circuito de controle regular a viscosidade Travamento Parada rápida Solução com SSW-03, SSW-04 ou SMV-01 Limitação de corrente/ Função kick start Saída analógica proporcional a corrente Proteção contra sobrecorrente Frenagem DC 171

173 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER TRANSPORTADOR Figura Transportador Tipo de conjugado:... Momento de inércia:... Corrente de partida:... Linear Alto tipicamente 3 a 5 x I n do motor Figura Curva de conjugado de uma Bomba de um Transportador 172

174 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER Problema Tranco mecânico no motor, transmissão, transportador ou nos bens transportados Transportador travado Correia do transportador está fora, mas o motor continua girando Partir depois de um transportador em rosca ter travado Transportador travado Solução com SSW-03, SSW-04 ou SMV-01 Limitação de corrente Proteção contra sobrecarga Proteção contra subcorrente JOG ré e então partida a frente Proteção contra rotor bloqueado 6.7 REGRAS PRÁTICAS DE DIMENSIONAMENTO Na prática, muitas vezes não dispomos de todos os dados para dimensionamento da Soft-Starter. Outras vezes dispomos dos dados, entretanto a aplicação não é severa (heavy duty) e a rede tem uma boa capacidade de alimentação. Então não faz sentido investir tempo em cálculos desnecessários. Outras vezes, ainda, necessitamos de uma regra prática e rápida que leve a uma boa estimativa e com uma boa margem de segurança. A tabela a seguir representa esta regra prática. Embora possa parecer óbvio, vale ressaltar que a tabela parte do pressuposto que o motor tem conjugado para acelerar a carga em regime. Vale ressaltar também que foram consideradas condições típicas de rede de alimentação (potência de curto-circuito). Como qualquer regra prática, ela traz um risco intrínseco a tentativa de generalização que a regra prática comporta. Nosso dia a dia, entretanto, diz que o risco é relativamente baixo, principalmente quando quem a aplica está atento a identificar situações potencialmente problemáticas, que merecerão analise mais profunda. 173

175 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER Tabela Critérios de Dimensionamento Aplicação Carga Inércia Fator Bomba Centrífuga Baixa Baixa 1,0 Compressores Baixa Baixa 1,0 (parafuso) Compressores Média Baixa 1,0 (alternativo) Ventiladores Quadrático Média/Alta 1,2 Até 22 kw 1,5 Acima de 22 kw Misturadores Média Média 1,5 1,8 (pulpers) Moinhos Média/Alta Média 1,8 2,0 Transportadores Média/Alta Alta 1,8 2,0 Centrífugas Baixa Muito Alta 1,8 2,0 NOTA Os valores acima são válidos para regime de serviço normal, ou seja, com número de partidas não superior a 10 partidas por hora. Consideramos também, a inércia e conjugado resistente da carga referidos ao eixo do motor. Exemplos: Considerar um motor Weg, 175 CV IV pólos 380 Volts 60 Hz 1. Acionando uma bomba centrífuga em uma estação de tratamento de água. Devemos considerar a corrente nominal do motor; Procurando esta informação no catálogo de motores encontramos I nom = 253,88 A; Pelo critério da tabela 5.1 vemos que devemos considerar o fator 1,0; Logo a Soft-Starter indicada para este caso é a SSW / /2 (ver catálogo). 174

176 6 DIMENSIONAMENTO DO CONJUNTO MOTOR + SOFT-STARTER 2. Acionando um ventilador em uma câmara de resfriamento. Devemos considerar a corrente nominal do motor; Procurando esta informação no catálogo de motores encontramos I nom = 253,88 A; Pelo critério da tabela 5.1 vemos que devemos considerar o fator 1,5; Assim devemos considerar o valor de 1,5x253,88 A Þ 380,82 A; Logo a soft-starter indicada para este caso é a SSW / /2 (ver catálogo). 3. Acionando um transportador contínuo em uma empresa de mineração. Devemos considerar a corrente nominal do motor; Procurando esta informação no catálogo de motores encontramos I nom = 253,88 A; Pelo critério da tabela 5.1 vemos que devemos considerar o fator 1,0; Assim devemos considerar o valor de 2,0x253,88 A Þ 507,76 A; Logo a soft-starter indicada para este caso é a SSW / /2 (ver catálogo). Não há dúvida que esta maneira de dimensionar as Soft-Starters é muito mais simples, porém ela torna-se muito vulnerável a erros, já que em virtude das poucas informações oferecidas é muito difícil garantir o acionamento. Nestes casos é sempre oportuno consultar o fabricante da Soft-Starter para que este possa avaliar melhor a situação e assim indicar uma solução mais adequada. 175

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178 7 INSTALAÇÃO DA SOFT-STARTER 7.1 Introdução 7.2 Ligação padrão, entre a rede e o motor Chave seccionadora Fusíveis ou disjuntor Contator Fiações de controle e interface Homem-Máquina (IHM) Correção de fator de potência Aterramento 7.3 Ligação dentro do delta do motor Introdução Exemplo de ligação com SSW-03 Plus dentro da ligação delta do motor Ligação de terminais de motores com tensões múltiplas Possibilidades de ligação da SSW-03 Plus em função do fechamento do motor 7.4 SSW-05 (Micro Soft-Starter) 7.5 Ligação da SMV-01 (Soft-Starter para Média Tensão)

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180 7 INSTALAÇÃO DA SOFT-STARTER 7.1 INTRODUÇÃO Este capítulo tem por objetivo apresentar os componentes e informações gerais necessárias para a instalação de uma Soft-Starter. A utilização de cada componente dependerá de cada caso particular. Recorra também ao manual da Soft-Starter que você irá instalar, seguindo suas recomendações específicas. Figura 7.1 A instalação da Soft-Starter deve ser feita por profissionais qualificados, seguindo as normas e procedimentos aplicáveis Primeiramente abordaremos no item 7.2 a ligação da Soft-Starter entre o motor e a rede, em baixa tensão. Estas recomendações e circuitos são particularmente aplicáveis às SSW-03 e SSW-04 da Weg. No item 7.3 abordaremos a ligação da Soft-Starter dentro da ligação delta do motor. Por reduzir o preço total da instalação dependendo da distância entre motor e painel este tipo de ligação já é a opção de boa parte dos projetistas. Ela é possível com as Soft- Starter SSW-03 Plus. Finalizando este capítulo, abordaremos particularidades da instalação elétrica da micro Soft- Starter SSW-05 e faremos rápido comentário a respeito da Soft-Starter de Média Tensão SMV

181 7 INSTALAÇÃO DA SOFT-STARTER 7.2 LIGAÇÃO PADRÃO, ENTRE A REDE E O MOTOR ( FORA DA LIGAÇÃO DELTA DO MOTOR) Figura 7.2 Instalação típica da Soft-Starter entre a Rede e o Motor (baixa tensão) 180

182 7 INSTALAÇÃO DA SOFT-STARTER Ver figura 7.2, que ilustra e complementa os comentários a seguir Chave seccionadora Utiliza-se chave seccionadora, por razões de segurança, para permitir a desenergização da Soft- Starter durante a manutenção Fusíveis ou disjuntor Recomenda-se a utilização de fusíveis retardados ou de um disjuntor na entrada para proteção da instalação. Fusíveis ultra-rápidos podem ser utilizados para a proteção dos tiristores das Soft-Starters, mas não são obrigatórios Contator Contator é recomendado quando o equipamento necessita de dispositivos para desligamento de emergência. A norma IEC , no item inclui uma nota que pode ser levada em conta na decisão de uso do contator: Note: Because dangerous levels of leakage currents (see ) can exist in a semiconductor motor controller in the OFFstate, the load terminals should be considered live at all times. Resumindo: os terminais da carga devem ser considerados energizados mesmo com a Soft-Starter (semiconductor motor controller) em estado OFF (OFF-state), uma vez que níveis perigosos de corrente de fuga podem existir. O uso do contator ou sua ausência, portanto, determinam procedimentos de manutenção, segurança e operação diferentes Fiações de controle e interface Homem- Máquina (IHM) As fiações de controle e para IHM remotas sempre deverão ser instaladas em um duto metálico exclusivo (separado dos demais circuitos) e aterrado. O cruzamento com cabos de potência também deverão atender a um ângulo de 90 graus. 181

183 7 INSTALAÇÃO DA SOFT-STARTER Correção de Fator de Potência Sempre que possível o fator de potência deve ser corrigido diretamente no motor com um banco de capacitores acionado por contator que é controlado pelo relé de fim de rampa (RL ou R1). Desta forma a Soft-Starter garantirá que durante o chaveamento da tensão (aceleração e desaceleração, momento onde são geradas harmônicas, os capacitores estejam fora do circuito. Quando a correção do fator de potência diretamente no motor não for possível, esta deverá ser feita no ponto mais próximo possível do transformador. Nunca conecte bancos de capacitores na saída da Soft- Starter ou nos terminais do motor sem que o controle seja feito pela chave,sob o risco de causar danos significativos para as instalações e para a Chave Soft- Starter, em função de ressonâncias provocadas por distorções harmônicas que ocorrem na partida Aterramento As Soft-Starters devem ser obrigatoriamente aterradas. Verifique o manual do produto para saber a bitola do cabo a ser utilizado. Conecte a uma haste de aterramento específica ou ao ponto de aterramento geral (resistência <10 ohms). Não compartilhe a fiação de aterramento com outros equipamentos que operem com altas correntes (ex.: Motores de alta potência, máquinas de solda, etc). Quando várias Soft-Starters forem utilizadas observe a figura abaixo. SSW-03 Plus I SSW-03 Plus II SSW-03 Plus n SSW-03 Plus I SSW-03 Plus II Barra de aterramento Figura Exemplo de Aterramento de várias Soft-Starters 182

184 7 INSTALAÇÃO DA SOFT-STARTER 7.3 LIGAÇÃO DENTRO DO DELTA DO MOTOR Introdução A vantagem da ligação da Soft-Starter dentro da ligação delta do motor é reduzir a corrente através dos semicondutores, e conseqüentemente utilizar-se uma Soft-Starter de menor potência. Lembramos que todas as funções e proteções da chave permanecem ativas. A conexão padrão exige menos fiação de saída. A conexão dentro da ligação delta do motor exige o dobro da fiação, porém com bitola menor, sendo que, para curtas distâncias sempre será uma opção mais barata no conjunto Soft-Starter + motor + fiação. Exemplificando, suponhamos um motor trifásico cuja corrente nominal seja 100 A. Em nome da simplicidade do nosso exemplo, vamos desprezar outras variáveis que podem influenciar no dimensionamento da Soft- Starter (carga, rede, etc) e adotar, portanto, uma Soft- Starter de 100 A para acionar este motor, ligando-a entre o motor e a rede, conforme figura 7.4 a seguir. Observe que a corrente que passa pelos semicondutores é a corrente solicitada pelo motor à rede. a) Ligação Padrão com três cabos: corrente de linha da Soft-Starter igual a corrente do motor. Figura Instalação da Soft-Starter entre a Rede e o Motor Por outro lado, imaginemos a ligação dos semicondutores da Soft-Starter dentro da ligação delta do motor, conforme figura 7.5. Observe que a corrente que passará pelos semicondutores é Ö3 vezes menor que a corrente solicitada da rede. 183

185 7 INSTALAÇÃO DA SOFT-STARTER b) Ligação Dentro da Ligação Delta do Motor com seis cabos: corrente de linha da Soft- Starter igual a aproximadamente 58% da corrente do motor. Figura Instalação da Soft-Starter Dentro da Ligação do Delta do Motor As Soft-Starters da linha SSW-03 Plus podem ser parametrizadas para as alternativas de ligação a seguir: 184

186 7 INSTALAÇÃO DA SOFT-STARTER Exemplo de ligação com SSW-03 Plus dentro da ligação delta do motor Para conseguir a ligação dentro da ligação delta do motor, é necessário ter acesso a seis terminais do motor, e a tensão da rede deve coincidir com a tensão da ligação delta (situação típica de motores preparados para partir com chave estrela triângulo), conforme é sugerido na figura abaixo: Figura Instalação da Soft-Starter Dentro da Ligação do Delta do Motor 185

187 7 INSTALAÇÃO DA SOFT-STARTER Também é possível fazer a ligação da Soft- Starter com by-pass, dentro da ligação delta do motor. Figura Instalação da Soft-Starter dentro da Ligação do Delta do Motor 186

188 7 INSTALAÇÃO DA SOFT-STARTER Na ligação dentro da ligação delta do motor os cabos de conexão da Soft-Starter à rede, e/ou o contator de isolação da rede, deverão suportar a corrente nominal do motor e os cabos de conexão do motor a Soft-Starter, e ou conexão do contator de by-pass, deverão suportar 58% da corrente nominal do motor. Para este tipo de ligação também é sugerido a utilização de barramentos de cobre na conexão da Soft- Starter a rede, devido as grandes correntes envolvidas e bitola dos cabos. Com a SSW-03 Plus é fornecido um barramento extensor de acessório para possibilitar a conexão de mais cabos nos barramentos de entrada da SSW-03 Plus. Quando a conexão da SSW-03 Plus à rede for através de barramento não utilizar este barramento extensor. Cabo da Rede Cabo do Motor Figura Barramento extensor para SSW

189 7 INSTALAÇÃO DA SOFT-STARTER Ligação de terminais de motores com tensões múltiplas A grande maioria dos motores é fornecida com terminais do enrolamento religáveis, de modo a poderem funcionar em redes de pelo menos duas tensões diferentes. Os principais tipos de religação de terminais de motores para funcionamento em mais de uma tensão são: a) Ligação série-paralela O enrolamento de cada fase é dividido em duas partes (lembrar que o número de pólos é sempre par, de modo que este tipo de ligação é sempre possível). Ligando as duas metades em série, cada metade ficará com a metade da tensão de fase nominal do motor. Ligando as duas metades em paralelo, o motor poderá ser alimentado com uma tensão igual à metade da tensão anterior, sem que se altere a tensão aplicada a cada bobina. Veja os exemplos das figuras 7.9 e Figura Ligação série paralelo Y Figura Ligação série paralelo D 188

190 7 INSTALAÇÃO DA SOFT-STARTER Este tipo de ligação exige nove terminais no motor e a tensão nominal (dupla) mais comum, é 220/440V, ou seja, o motor é religado na ligação paralela quando alimentado com 220V e na ligação série quando alimentado em 440V. As figuras 7.9 e 7.10 mostram a numeração normal dos terminais e o esquema de ligação para estes tipos de motores, tanto para motores ligados em estrela como em triângulo. O mesmo esquema serve para outras duas tensões quaisquer, desde que uma seja o dobro da outra, por exemplo, 230/460V b) Ligação estrela-triângulo O enrolamento de cada fase tem as duas pontas trazidas para fora do motor. Se ligarmos as três fases em triângulo, cada fase receberá a tensão da linha, por exemplo, 220V (figura 2.6). Se ligarmos as três fases em estrela, o motor pode ser ligado a uma rede com tensão igual a 220 x Ö3 = 380 volts sem alterar a tensão no enrolamento que continua igual a 220 volts por fase, pois, Figura Ligação estrela-triângulo ( Y - D ) Este tipo de ligação exige seis terminais no motor e serve para quaisquer tensões nominais duplas, desde que a segunda seja igual à primeira multiplicada por Ö3. Exemplos: 220/380V - 380/660V - 440/760V Nos exemplos 380/660V e 440/760V, a tensão maior declarada só serve para indicar que o motor pode ser acionado através de uma chave de partida estrelatriângulo. 189

191 7 INSTALAÇÃO DA SOFT-STARTER Motores que possuem tensão nominal de operação acima de 660V deverão possuir um sistema de isolação especial, apto a esta condição. c) Tripla tensão nominal Podemos combinar os dois casos anteriores: o enrolamento de cada fase é dividido em duas metades para ligação série-paralelo. Além disso, todos os terminais são acessíveis para podermos ligar as três fases em estrela ou triângulo. Deste modo, temos quatro combinações possíveis de tensão nominal: 1) Ligação triângulo paralelo; 2) Ligação estrela paralela, sendo igual a Ö3 vezes a primeira; 3) Ligação triângulo série, valendo o dobro da primeira; 4) Ligação estrela série, valendo Ö3 vezes a terceira. Mas, como esta tensão seria maior que 600V, é indicada apenas como referência de ligação estrelatriângulo. Exemplo: 220/380/440(760) V Este tipo de ligação exige 12 terminais e a figura 7.12 mostra a numeração normal dos terminais e o esquema de ligação para as três tensões nominais. Figura Motor de quatro tensões 190

192 7 INSTALAÇÃO DA SOFT-STARTER Possibilidades de ligação da SSW-03 Plus em função do fechamento do motor Ligação Padrão com três cabos: P28=OFF, corrente de linha da Soft-Starter igual a corrente do motor. Figura Corrente de linha da Soft-Starter igual a corrente do motor Ligação Dentro da Ligação Delta do Motor com seis cabos: P28=ON, corrente de linha da Soft-Starter igual a aproximadamente 58% da corrente do motor. Figura Corrente de linha da Soft-Starter igual a aproximadamente 58% da corrente do motor 191

193 7 INSTALAÇÃO DA SOFT-STARTER Dentro da ligação delta do motor (delta inside) com motor de duplo delta em série. Figura Soft-Starter delta inside e motor de duplo delta em série Dentro da ligação delta do motor com motor de duplo delta em paralelo. Figura Soft-Starter delta inside e motor de duplo delta em paralelo 192

194 7 INSTALAÇÃO DA SOFT-STARTER 7.4 SSW-05 (Micro Soft- Starter) A ligação da micro Soft-Starter SSW-05 difere em vários aspectos de uma Soft-Starter convencional. Isto decorre de seu projeto ter sido desenvolvido com foco na partida de motores pequenos acionando cargas leves como bombas e compressores Esta Soft-Starter opera com o princípio de controle de tensão em duas fases. Uma das fases passa direto através da chave e é conectada ao motor. A tensão das outras duas fases é controlada por tiristores ligados em antiparalelo. Após a partida, os tiristores são curtocircuitados por um relé interno (by-pass). Assim, a micro Soft-Starter deve ser utilizada necessáriamente com um dispositivo que garanta a abertura física da alimentação de todas as fases (contator de entrada ou seccionadora sob carga) além de fusíveis. A tabela abaixo relaciona contator + fusíveis WEG indicados para cada valor de corrente nominal da SSW- 05: Corrente da Contator Fusível Fusível SSW-05 Plus (K1) (F1, F2, F3) (F11, F12, F21) 3A CWM09 Tipo D 10A 10A CWM12 Tipo D 16A 16A CWM18 Tipo D 25A 23A CWM25 Tipo D 35A Tipo D 6A 30A CWM32 Tipo D 50A 45A CWM50 Tipo D 63A 60A CWM65 Tipo NH 100A 85A CWM95 Tipo NH 125A 193

195 7 INSTALAÇÃO DA SOFT-STARTER Figura Micro Soft-Starter SSW-05 simplificado (comando com chave de duas posições e seccionadora sob-carga na entrada) 194

196 7 INSTALAÇÃO DA SOFT-STARTER Figura Micro Soft-Starter SSW-05 (comando com botões liga/desliga e contator de entrada) 195

197 7 INSTALAÇÃO DA SOFT-STARTER 7.5 LIGAÇÃO DA SMV-01 (SOFT-STARTER PARA MÉDIA TENSÃO) O produto SMV-01 é um sistema de partida completo desenvolvido pela Weg para partida de motores de média tensão. O circuito padrão é composto por Seccionadora de Entrada, Fusíveis Ultra Rápidos, Contator a vácuo de entrada e contator a vácuo de by-pass, além da Soft- Starter propriamente dita. Figura Acionamento típico com SMV-01 Os engenheiros e técnicos de aplicação da Weg desenvolvem em conjunto com o cliente a melhor solução de instalação para cada aplicação em específico. 196

198 8 LINHAS DE SOFT-STARTER WEG 8.1 Introdução 8.2 SSW-03 e SSW SSW SMV-01

199

200 8 LINHAS DE SOFT-STARTER WEG 8.1 INTRODUÇÃO Como sabemos, as Soft-Starter são chaves de partida estática, destinadas à aceleração, desaceleração e proteção de motores de indução trifásicos. O controle da tensão aplicada ao motor, mediante o ajuste do ângulo de disparo dos tiristores, permite obter partidas e paradas suaves. As linhas de Soft-Starter Weg representam o estado da arte em tecnologia de partida e parada de motores de indução trifásicos, disponibilizando recursos que permitem partir, parar e proteger os motores elétricos de maneira facilitada e eficaz. Abordaremos a seguir as principais características das linhas de Soft-Starter Weg, cujos recursos variam de acordo com a família a que pertencem. Os dados apresentados a seguir estão sujeitos a alteração sem prévio aviso. 8.2 SSW-03 E SSW-04 Figura Alguns modelos da Linha SSW-03 As Soft-Starter WEG SSW-03 e SSW-04, microprocessadas e totalmente digitais, são produtos dotados de tecnologia de ponta e foram projetadas para garantir a melhor performance na partida e parada de motores de indução trifásicos, reduzindo esforços mecânicos na carga, apresentado-se como uma solução completa e de baixo custo. 199

201 8 LINHAS DE SOFT-STARTER WEG BENEFÍCIOS Proteção eletrônica integral do motor Relé térmico eletrônico incorporado Interface Homem-Máquina incorporada Função Kick-Start para partida de cargas com elevado atrito estático Função Pump Control para controle inteligente de sistemas de bombeamento Evita o Golpe de Ariete em sistemas de bombeamento Limitação de picos de corrente na rede Limitação de quedas de tensão na partida Eliminação de choques mecânicos Redução acentuada dos esforços sobre os acoplamentos e dispositivos de transmissão (redutores, polias, engrenagens, correias, etc ) Aumento da vida útil do motor e equipamentos mecânicos da máquina acionada Otimização automática de consumo de energia para aplicações com carga reduzida ou à vazio Possibilidade de partida de vários motores, configurados em paralelo ou em cascata Facilidade de operação, programação e manutenção via interface homem-máquina Simplificação da instalação elétrica Comunicação serial RS-232 incorporada Comunicação em Redes FieldBus: ProfiBus DP, DeviceNet ou ModBus RTU (opcionais) Programação e monitoração via microcomputador PCcom software SUPERDRIVE (opcional) Possibilidade de ligação padrão (3 cabos) ou dentro do delta do motor (6 cabos) - (SSW-03 Plus) Totalmente digital / Microcontrolador 16 Bits Operação em ambientes de até 55 C Certificações Internacionais UL, cul e CE PRINCIPAIS APLICAÇÕES Bombas Centrífugas / Alternativas (Saneamento / Irrigação / Petróleo) Ventiladores / Exaustores / Sopradores Compressores de Ar / Refrigeração (Parafuso / Pistão) Misturadores / Aeradores Centrífugas Britadores / Moedores Picadores de Madeira Refinadores de Papel Fornos Rotativos Serras e Plainas ( Madeira ) 200

202 8 LINHAS DE SOFT-STARTER WEG Moinhos ( Bolas / Martelo ) Transportadores de Carga: * Correias / Cintas / Correntes * Mesas de Rolos * Monovias / Nórias * Escadas Rolantes * Esteiras de Bagagem ( Aeroportos ) * Linhas de Engarrafamento INTERFACE HOMEM-MÁQUINA IHM-3P LED que indica que a Soft-Starter iniciou partida ou parada LED indica estado da Soft-Starter: - Aceleração - Desaceleração - Tensão plena - Em economia de energia Liga Soft-Starter Desliga Soft-Starter Reseta erros na Soft-Starter Incrementa número ou conteúdo do parâmetro Decrementa número ou conteúdo do parâmetro Comuta display entre o número do parâmetro e o seu conteúdo IHM-3P Þ Interface Homem-Máquina destacável, com possibilidade de fixação local ou remota (cabos 1, 2 ou 3 metros) Figura Interface Homem-Máquina 201

203 8 LINHAS DE SOFT-STARTER WEG TABELA DE ESPECIFICAÇÃO SSW-04 Tensão SOFT-STARTER MOTOR MÁXIMO APLICÁVEL (1) da Modelo Inominal (A) Tensão Ta=0...40ºC (2) Ta=0...55ºC (3) Tamanho Rede 40ºC 55ºC (V) CV kw CV kw 16 / ,5 6 4,5 30 / ,5 10 7, / ,5 9,2 60 / / / ,5 10 7,5 30 / / ,5 60 / / / ,5 9,2 12,5 9,2 30 / / / / / / , / / / /480/575 V 220 / 230 / 240 / 380 / 400 / 415 / 440 V 1) As potências indicadas nas tabelas (SSW-04 e SSW- 03 Plus) são para cargas suaves do tipo bombas centrífugas e compressores, com base em motores WEG da IV pólos - 60Hz. Para aplicações com cargas pesadas e/ou condições severas, consultar a WEG. O dimensionamento de Soft-Starter é feito com base nos dados da curva de carga, número de partidas/hora e tipo de carga. 2) Potências máximas de motores para Soft-Starters operando em ambiente com temperatura máxima de 40 ºC. 3) Potências máximas de motores para Soft-Starters operando em ambiente com temperatura máxima de 55 ºC. 202

204 8 LINHAS DE SOFT-STARTER WEG DIMENSÕES E PESOS L P H2 H ALTURA (mm) SÉRIE TAMANHO LARGURA PROFUNDIDADE PESO L H H2 P (mm) (kg) (IP 00) (c/ kit IP 20) SSW , , SSW Plus

205 8 LINHAS DE SOFT-STARTER WEG SSW-03 PLUS SOFT-STARTER SSW-03 Plus MOTOR MÁXIMO APLICÁVEL (1) Tensão Inominal Ligação Standard (3 cabos) Ligação no delta (6 cabos) da Tensão Modelo (A) Ta=0...40ºC (2) Ta=0...55ºC (3) Ta=0...40ºC (2) Ta=0...55ºC (3) Rede (V) 40ºC 55ºC CV kw CV kw CV kw CV kw Tamanho 120 / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / / 230 / 240 / 380 / 400 / 415 / 440 V 460 / 480 / 575 V 204

206 8 LINHAS DE SOFT-STARTER WEG CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS ALIMENTAÇÃO Tensão Modelo : 220 / 230 / 240 / 380 / 400 / 415 / 440 V ( + 10 %, - 15 % ) Modelo : 460 / 480 / 525 / 575 V ( + 10 %, - 15 % ) Freqüência 50 / 60 Hz +/- 5 Hz ( Hz ) Eletrônica / Ventilação Versão 1: 110 / 120 Vca e Versão 2: 220 / 230 Vca GRAU DE PROTEÇÃO Gabinete Metálico SSW-04: IP 20; SSW-03 Plus: IP 00 (Padrão) ou IP 20 (Opcional com kit) Método Variação da tensão sobre a carga (motor) CONTROLE Tipo de Alimentação Fonte chaveada ( SSW-04 ); Fonte linear (SSW-03 Plus) CPU Microcontrolador de 16 Bits REGIME DE PARTIDA Normal 300 % (3 x Inom.) durante 20 s (SSW-04) e 30 s (SSW-03 Plus) ( 10 Partidas / Hora ) Pesado 450 % (4,5 x Inom.) durante 20 s (SSW-04) e 30 s (SSW-03 Plus) com redução de 33% na Inom. ENTRADAS Digitais 4 Entradas programáveis isoladas ( fotoacopladas ) 24 Vcc Analógicas 1 Entrada diferencial programável (10 bits) Vcc, mA ou mA (Exceto SSW-04) SAÍDAS Relé2 Saídas programáveis ( NA ) 250 V / 1 A 1 Saída ( Reversor = NA + NF ) 250 V / 1 A Defeitos Analógicas 1 Saída programável ( 8 bits ) Vcc ( Exceto para SSW-04 ) COMUNICAÇÃO Interface Serial RS-232 Redes FieldBus Unidades p/ comunicação em redes ProfiBus DP, DeviceNet ou ModBus RTU (opcionais) SEGURANÇA Proteções Sobrecorrente imediata na saída ( motor ) Falta de fase na alimentação Subcorrente na saída ( motor ) Falta de fase na saída ( motor ) Sobrecarga na saída ( motor ) I2 t Falha no tiristor Sobretemperatura nos tiristores / dissipador Erro na CPU ( Watchdog ) Seqüência de fase invertida Erro de programação Defeito externo Erro de comunicação serial FUNÇÕES / Standard ( Padrão ) Interface Homem-Máquina incorporada ( destacável ) Display de LED s 7 segmentos RECURSOS Senha de habilitação de programação Auto-diagnóstico de defeitos Função PUMP CONTROL ( proteção contra Golpe de Ariete em sistemas de bombeamento ) Função ECONOMIA DE ENERGIA Relé para função de BY-PASS da soft-starter Inversão de sentido de giro por entrada digital programável ( via contatores externos ) Interface serial RS-232 Tensão inicial ( pedestal ) programável % da Tensão Nominal Rampa de aceleração programável segundos Rampa de desaceleração programável OFF, segundos Degrau de tensão na desaceleração programável % da Tensão Nominal Limitação de corrente de partida programável OFF, % da Corrente Nominal Sobrecorrente imediata programável % da Corrente Nominal Tempo de sobrecorrente imediata programável OFF, segundos Subcorrente imediata programável % da Corrente Nominal Tempo de subcorrente imediata programável OFF, segundos Pulso de tensão na partida programável Nível : % da Tensão Nominal ( KICK START ) Duração : OFF, 0, segundos Frenagem CC ( injeção de corrente contínua ) Nível : % da Tensão Nominal Duração : segundos Proteção de sobrecarga ( motor ) programável OFF, % da Corrente Nominal Função JOG ( impulso momentâneo ) % da Tensão Nominal Auto-Reset de erros programável OFF, segundos Auto-Reset da memória térmica programável OFF, segundos Classe térmica de proteção sobrecarga do motor 5, 10, 15, 20, 25 e 30 Fator de serviço do motor 0, ,50 Tensão nominal de linha da rede programável V e V Opcionais Interface Homem-Máquina Remota ( LED s ) IHM-3P Software de programação via PC SUPERDRIVE Módulo de aquisição de corrente (para SSW-03) MAC-0X Kit de montagem IP 20 (SSW-03 Plus) Adicional KIT IP20 Filtro EMC (somente para SSW-04) RF... -DLC/RF... -1M Unidades para Redes de ProfiBus DP MFW - 01 / PD Comunicação FieldBus DeviceNet MFW - 01 / DN ModiBus RTU MFW - 01 / MR INTERFACE Comando Liga, Desliga / Reset, e Parametrização ( Programação de funções gerais ) HOMEM - MÁQUINA Incrementa e Decrementa parâmetros ou seu conteúdo Supervisão ( Leitura ) Corrente de saída ( motor ) [ A ] Tensão de saída [ % U nom. ] Corrente de saída ( motor ) [ % da I nominal ] Cos j da carga [ 0, ,99 ] Potência ativa fornecida à carga [ kw ] Back-up dos 4 últimos erros Potência aparente fornecida à carga [ kva ] Versão de software da Soft-Starter Estado da proteção térmica [ ] Temperatura dissipador (SSW-04) [ C ] CONDIÇÕES Temperatura C Condições normais de operação à corrente nominal AMBIENTE C Com redução na corrente/potência de saída (Vide tabela de corrente/potência ) Umidade %, sem condensação Altitude m Condições normais de operação à corrente nominal m Com redução na corrente de saída de 1% / 100 m acima de 1000 m ACABAMENTO Cor Tampa: cinza claro RAL 7032 Gabinete: cinza escuro RAL 7022 CONFORMIDADES/ Segurança Norma UL 508 Equipamentos de Controle Industrial NORMAS Baixa Tensão Norma EN ; LVD 73 / 23 / EEC Diretiva de baixa tensão EMC diretiva 89 / 336 / EEC Ambiente industrial ( com filtro adicional para SSW-04 ) CERTIFICAÇÕES UL(USA) / UL(Canadá) Underwriters Laboratories Inc. USA CE (Europa) Certificado pelo ITS UK 205

207 8 LINHAS DE SOFT-STARTER WEG TIPO DE LIGAÇÃO (SOFT-STARTER MOTOR) Padrão (3 cabos) Dentro do delta do motor (6 cabos) Figura Ligação Padrão Figura Ligação dentro do delta do motor IMPORTANTE Motor Ligação 6 cabos 220 / 380V 220V 380 / 660V 380V 440 / 760V 440V 220 / 380 / 440 / / 440V 1. A ligação tipo dentro do delta do motor (6 cabos) é possível somente com as Soft-Starters SSW-03 Plus. 2. Na ligação convencional do tipo padrão (3 cabos) o motor pode ser conectado tanto em ligação Estrela como em Triângulo. 3. Para uma mesma potência, na ligação tipo dentro do delta do motor (6 cabos), a Soft-Starter é 43% menor do que a Soft-Starter necessária na ligação tipo padrão (3 cabos), ou seja, para um mesmo tamanho de Soft-Starter na utilização da ligação tipo dentro do delta do motor (6 cabos). Com a Soft-Starter dentro do delta do motor, pode-se acionar um motor de potência 73% maior do que na ligação tipo padrão (3 cabos). 206

208 8 LINHAS DE SOFT-STARTER WEG FUNÇÕES PRINCIPAIS Rampas Permite a aceleração e/ou desaceleração suaves. Na aceleração ajusta-se também a tensão inicial. Na desaceleração ajusta-se o degrau de tensão. A desaceleração evitará o Golpe de Ariete em sistemas de bombeamento. Pulso de tensão (Kick-Start) Permite um pulso inicial de tensão que aplicado ao motor proporciona um reforço de torque de partida, necessário para a partida de cargas com elevado atrito estático. Proteção sub/sobrecorrente Permite ajustar os limites se subcorrente e sobrecorrente para a completa proteção do motor. A proteção de subcorrente é ideal para aplicação em bombas a fim de evitar o funcionamento a vazio. Somente está ativa quando a Soft-Starter está em tensão plena. 207

209 8 LINHAS DE SOFT-STARTER WEG Economia de energia Tem como função diminuir as perdas no entreferro do motor, proporcionando economia de energia quando operado à vazio ou com pouca carga. Software de Programação - SUPERDRIVE Software de programação via microcomputador PC, em ambiente Windows, para parametrização, comando e monitoração das Soft-Starters SSW-03 Plus e SSW-04. Permite editar parâmetros on-line, diretamente na Soft-Starter ou editar arquivos de parâmetros offline, armazenados no microcomputador. É possível armazenar arquivos de parâmetros de todas as Soft-Starters SSW-03 Plus e SSW-04 existentes na instalação. O software também incorpora funções para transferir o conjunto de parâmetros do microcomputador para a Soft-Starter, como também da Soft-Starter para o microcomputador. A comunicação entre a Soft-Starter e o microcomputador é feita via interface serial RS-232 (ponto a ponto) ou RS-485 para interligação em rede (necessário a utilização do MIW-02). Redes de Comunicação FieldBus As Soft-Staters SSW-03 Plus e SSW-04 podem opcionalmente ser interligados em redes de comunicação rápidas FieldBus, através dos protocolos padronizados mais difundidos mundialmente, podendo ser: Profibus DP DeviceNet Modbus RTU Destinadas principalmente a integrar grandes plantas de automação industrial, as redes de comunicação rápidas conferem elevada performance de atuação e 208

210 8 LINHAS DE SOFT-STARTER WEG grande flexibilidade operacional, características exigidas em aplicações de sistemas complexos e/ou integrados. As Soft-Starters SSW-03 Plus e SSW-04 podem se interligar as redes de comunicação do tipo FieldBus através de Módulos FieldBus WEG, de acordo com o protocolo desejado. ACESSÓRIOS E PERIFÉRICOS MÓDULOS FIELDBUS WEG Unidades para comunicação em redes FieldBus Profibus DP MFW-01 /PD DeviceNet MFW-01 / DN ModBus RTU MFW-01 / MR MÓDULOS DE AQUISIÇÃO DE CORRENTE Unidades de aquisição de corrente para uso com sistema de acionamento com By-Pass SSW-03 Plus ( A) MAC - 01 SSW-03 Plus ( A) MAC - 02 SSW-03 Plus ( A) MAC - 03 KIT IP 20 P / SSW-03 Plus Kit de instalação para SSW-03 Plus (3 cabos) para permitir a utilização de eletrodutos metálicos para a entrada e saída de cabos. Disponíveis para as mecânicas (X) 0; 1; 2; 3; 4; 5 e 6. KIT IP 20 / SSW-03 Plus / MX MÓDULO INTERFACE WEG Interface de comunicação entre a Soft- Starter SSW-03 Plus ou SSW-04 e os módulos FieldBus WEG, com conversão RS-232 para RS-485. MIW - 02 Figura Acessórios 209

211 8 LINHAS DE SOFT-STARTER WEG 8.3 SSW-05 Figura Micro Soft-Starter SSW-05 As Micro Soft-Starters SSW-05 Plus, com controle DSP (Digital Signal Processor) foram projetadas para fornecer ótima performance na partida e parada de motores com excelente relação custo-benefício. Permitindo fácil ajuste, simplifica as atividades de startup e operação do dia-a-dia. As Micro Soft-Starters SSW-05 Plus são compactas, contribuindo para a otimização de espaços em painéis elétricos. A Micro Soft-Starter SSW-05 Plus já incorpora todas as proteções para seu motor elétrico. BENEFÍCIOS Redução acentuada dos esforços sobre os acoplamentos e dispositivos de transmissão (redutores, polias, engrenagens, correias, etc) durante a partida Aumento da vida útil do motor e equipamentos mecânicos da máquina acionada pela eliminação de choques mecânicos Facilidade de operação, ajuste e manutenção Instalação elétrica simples Operação em ambientes até 55 C 210

212 8 LINHAS DE SOFT-STARTER WEG TABELA DE ESPECIFICAÇÃO TENSÃO Micro Soft-Starter SSW-05 Plus MOTOR MÁXIMO APLICÁVEL DIMENSÕES DA Item I nom Tensão Potência (mm) Modelo REDE (A) (V) CV kw A L P 220 / 230 / 380 / 400 / 415 / 440 / 460 V 460 / 480 / / 575 v SSW ,75 0, SSW , SSW , , SSW ,5 5,5 220 V SSW , SSW SSW , SSW SSW ,5 1, SSW , SSW , , SSW V SSW SSW SSW , SSW SSW , SSW ,5 5, SSW ,5 9, , SSW V SSW SSW SSW , SSW SSW , SSW ,5 5, SSW ,5 9, , SSW V SSW , SSW SSW , SSW PESO (Kg) NOTA As potências indicadas na tabela são para cargas do tipo bombas centrífugas e compressores, com base em motores WEG de IV pólos - 60Hz. Para aplicações com cargas pesadas 2/ou condições severas, consultar a WEG. O dimensionamento de Soft- Starter é feito com base nos dados da curva de carga, número de partidas/hora e tipo de carga. 211

213 8 LINHAS DE SOFT-STARTER WEG CODIFICAÇÃO - EXEMPLO DE UTILIZAÇÃO SSW T 2246 P P Z Família SSW Corrente nominal de saída A A A A A A A A 3 - Entrada de alimentação T = Trifásica 4 - Tensão de alimentação V V 5 - Idioma do manual do produto P = Português E = Inglês S = Espanhol 6 - Versão do produto P = Plus 7 - Hardware especial 00 = Standard (não há) Hx = Opcional versão x (H1... Hn) 8 - Software especial 00 = Standard (não há) Sx = Opcional versão x (S1... Sn) 9 - Fim de código Z = dígito indicador de final de código Ex: SSW050010T2246PSZ SSW050060T4657PPZ CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS MODELO SSW-05 Plus ALIMENTAÇÃO Tensão da Potência Vca (+10%, -15%) Vca (+10%, -15%) Freqüência 50 / 60 Hz Eletrônica Fonte chaveada ( Vca ) GRAU DE PROTEÇÃO Plástico injetado IP00 CONTROLE Método Variação da tensão sobre a carga (motor) CPU Microcontrolador tipo DSP (Digital Signal Processor) REGIME DE PARTIDAS Normal 300% ( 3 x Inom. ) durante 10 s, 4 partidas por hora ENTRADAS Digitais 01 entrada para partida e parada 01 entrada para reset de erros SAÍDAS Digitais 01 saída a relé para indicação de tensão plena (By-Pass) 01 saída a relé para indicação de Operação COMUNICAÇÃO Interface Serial RS-232C SEGURANÇA Proteções Sobrecarga do motor Seqüência de fase Falta de fase Rotor bloqueado Sobrecarga nos SCRs Sobrecorrente Falha interna (watchdog) FUNÇÕES / Tensão inicial 30-80% Tensão Nominal RECURSOS Tempo da rampa de aceleração 1 20 s Tempo da rampa de desaceleração Off 20 s Relação entre In do motor % e In da chave CONDIÇÕES Temperatura ºC - Condições normais de operação à corrente nominal AMBIENTE Umidade % sem condensação Altitude m - Condições normais de operação à corrente nominal m - Com redução na corrente de 1% / 100 m acima de 1000 m ACABAMENTO Cor Cinza Claro - Pantone C (tampa) e Preto (base) INSTALAÇÃO Forma de Fixação Fixação por parafusos ou montagem em trilho DIN 35 mm CONFORMIDADES / Segurança Norma UL 508 Equipamentos de Controle Industrial / IRAM NORMAS Baixa Tensão IEC EMC EMC diretiva 89 / 336 / EEC - Ambiente industrial 212

214 8 LINHAS DE SOFT-STARTER WEG 8.4 SMV-01 Figura Soft-Starter de Média Tensão SMV-01 A Soft-Starter de média tensão Weg SMV-01 é fornecida montada em cubículo metálico completo, incluindo em sua configuração padrão a seccionadora de entrada, fusívies, contator principal a vácuo e contator de by-pass a vácuo. 213

215 8 LINHAS DE SOFT-STARTER WEG Figura Circuito padrão da Soft-Starter de Média Tensão SMV-01 Outras configurações são possíveis sob consulta. Aliada à experiência da equipe de engenheiros e técnicos de aplicação da Weg, a SMV-01 tem se mostrado como uma excelente opção para acionamento suave de motores de grande porte (acima de 1000 cv, aproximadamente) para acionamento de bombas, ventiladores e outras aplicações, em redes acima de 2,3kV e até 6,6kV. 214

216 8 LINHAS DE SOFT-STARTER WEG CARACTERÍSTICAS GERAIS Totalmente Digital Interface Homem-Máquina LCD Correntes: 180, 360 e 800 A Tensões: 2300, 3300, 4160 e 6600 V Montada em painel IP40 By-Pass automático Contatores à vácuo Fusíveis ultra-rápidos Fibra óptica entre potência e controle 4 modos de partida Comunicação em Rede (opcional) - ProfiBus DP - DeviceNet - ModBus - Remote I/O MODELOS Corrente Tensões e Potência (CV) Nominal 2300 V 3300 V 4160 V 6600 V 180 A A A NOTA As potências indicadas na tabela são para cargas suaves do tipo bombas centrífugas e compressores, com base em motores WEG de IV pólos - 60 Hz. Para aplicações com cargas pesadas e / ou condições severas, consultar a WEG. O dimensionamento de Soft- Starters será feito com base nos dados da curva de carga, número de partidas / hora e tipo de carga. 215

217 8 LINHAS DE SOFT-STARTER WEG CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS ALIMENTAÇÃO Tensão Trifásica: 2300, 3300, 4160 e 6600 V (+10%, -15%) Freqüência 50 / 60 Hz GRAU DE PROTEÇÃO Standard IP 40 CONTROLE Método de controle Microprocessado, 16 Bits Conexão controle / potência Cabos de fibra óptica Sobrecarga admissível 500 % (5,0 x I nominal) - (Duração máxima de 1 minuto a cada hora) POTÊNCIA Configuração Standard Seccionadora com fusíveis ultra rápidos Contator principal de entrada - à vácuo Contator de By-Pass - à vácuo Conjunto de células de tiristores ENTRADAS Digitais 3 entradas para Habilitação / Partida / Parada SAÍDAS Relé2 saídas para Indicação Final de Rampa (1 NA+1 NF) 1 saída para indicação de Defeito (NA / NF) COMUNICAÇÃO Interface de comunicação Porta SCAN Redes de comunicação Módulos para redes ProfiBus DP, DeviceNet, ModBus e Remote I/O (opcionais) SEGURANÇA Proteções Subtensão Desbalanceamento de fases Sobretensão Seqüência de fase invertida Subcarga/Subcorrente Número de partidas / hora RECURSOS / Standard Interface Homem-Máquina incorporada LCD FUNÇÕES Auto-diagnóstico de defeitos e Auto-Reset ESPECIAIS Dupla rampa de partida suave Rampa de parada suave Rampas de aceleração e desaceleração independentes Função Pump Control By-Pass automático Dupla rampa (cargas diferentes) Modos de partida Kick-Start (pulso de tensão) Limitação de corrente Partida direta (tensão plena) Partida Suave Modos de operação Parada Suave Pump Control Opcionais ProfiBus DP Módulos para Redes DeviceNet de Comunicação ModBus Remote I/O INTERFACE Comando Parametrização (programação de funções gerais) HOMEM-MÁQUINA Seleciona parâmetro / Altera valor do parâmetro Supervisão (Leitura) Tensão de saída (V) Potência consumida (kw) Corrente de saída (A) Potência média (kw / h) Tempo de operação (h) cosj da carga (0,00...0,99) Número de partida por hora Estado da saída do relé auxiliar CONDIÇÕES Temperatura ºC AMBIENTE Umidade % sem condensação Altitude m (até 4000 m com redução de 1 % / 100 m na corrente ACABAMENTO Cor Cinza claro RAL 7032 CONFORMIDADES / Compatibilidade Níveis de emissão EMC - Classe A NORMAS Eletromagnética Níveis de imunidade EMC - Conforme norma IEC

218 Anexo I CÁLCULO DO MOMENTO DE INÉRCIA DE MASSA 1. Momento de inércia de formas simples 2. Teorema dos eixos paralelos 3. Momento de inércia de formas compostas 4. Momento de inércia de corpos que se movem linearmente 5. Transmissão de velocidade 6. Exemplos de cálculos do momento de inércia de massa l l Cálculo do momento de inércia de massa Cálculo do momento de inércia total

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220 CÁLCULO DO MOMENTO DE INÉRCIA DE MASSA ANEXO 1 1. MOMENTO DE INÉRCIA DE FORMAS SIMPLES A seguir são apresentadas as expressões para o cálculo do momento de inércia de massa J [kgm 2 ] de formas geométricas simples, em relação ao seu eixo baricêntrico, ou seja, o eixo que passa pelo seu centro de gravidade. Todas as unidades deverão ser as do Sistema Internacional (SI). Serão utilizadas as seguintes notações: m massa [kg] r massa específica [kg/m 3 ] D d D b l diâmetro externo [m] diâmetro interno [m] diâmetro da base [m] comprimento [m] a, b lados [m] a) DISCO OU CILINDRO MACIÇO O momento de inércia de massa de um disco, ou de um cilindro maciço, referido ao seu eixo longitudinal é ou J = 1/8 * m * D 2 [kgm 2 ], (4.1) J = p/32 * r * D 4 * l [kgm 2 ] (4.2) 219

221 ANEXO 1 CÁLCULO DO MOMENTO DE INÉRCIA DE MASSA b) CILINDRO OCO ou J = 1/8 * m * (D 2 + d 2 ) [kgm 2 ] J = p/32 * r * (D 4 - d 4 ) * l [kgm 2 ] (4.3) (4.4) c) PARALELEPÍPEDO ou J = 1/12 * m * (a 2 + b 2 ) [kgm 2 ] (4.5) J = 1/12 * r * (a 3 b + ab 3 ) * l [kgm 2 ] (4.6) 220

222 CÁLCULO DO MOMENTO DE INÉRCIA DE MASSA ANEXO 1 d) CONE ou J = 3/40 * m * D b 2 [kgm 2 ] (4.7) J = p/160 * r * D b 4 * l [kgm 2 ] (4.8) 2. TEOREMA DOS EIXOS PARALELOS O momento de inércia de massa J [kgm 2 ] de um corpo em relação a um eixo paralelo ao seu eixo baricêntrico é dado por J = J + m * e 2 (4.9) Sendo: e distância entre os eixos [m], e J momento de inércia de massa em relação ao eixo baricêntrico 221

223 ANEXO 1 CÁLCULO DO MOMENTO DE INÉRCIA DE MASSA 3. MOMENTO DE INÉRCIA DE FORMAS COMPOSTAS Exemplo: 2 J 1 = 1/8 * m 1 * (D 1 + d 12 ) [kgm 2 ] 2 J 2 = 1/8 * m 2 * D 1 + d 22 ) [kgm 2 ] 2 J 3 = 1/8 * m 3 * (D 2 + d 22 ) [kgm 2 ] 2 J 4 = 1/8 * m 4 * D 2 [kgm 2 ] ou J 1 = (p * r) / 32 * (D 1 4 d 14 ) * I 1 J 2 = (p * r) / 32 * (D 1 4 d 24 ) * I 2 J 3 = (p * r) / 32 * (D 2 4 d 24 ) * I 3 J 4 = (p * r) / 32 * D 2 4 * I 4 Onde: J = J 1 + J 2 + J 3 + J 4 [kgm 2 ] m i D 1, D 2 d 1, d 2 I i - massa de cada primitiva i da peça [kg] - diâmetros externos [m] - diâmetros internos [m] - comprimentos de cada primitiva i da peça [m] 222

224 CÁLCULO DO MOMENTO DE INÉRCIA DE MASSA ANEXO 1 4. MOMENTO DE INÉRCIA DE CORPOS QUE SE MOVEM LINEARMENTE O momento de inércia de uma massa m [kg] que se move linearmente reflete-se no seu eixo de acionamento da seguinte forma: 4.1 Acionamento através de parafuso de movimento (fuso) J = m * (p / 2p) 2 [kgm 2 ] (4.10) Sendo: p passo do fuso [m] 4.2 Acionamento através de pinhão/cremalheira, ou tambor/cabo, ou ainda rolete/esteira J = m * r 2 [kgm 2 ] (4.11) Sendo: r raio primitivo do pinhão, ou raio externo do tambor ou rolete [m] 5. TRANSMISSÃO MECÂNICA O momento de inércia de massa é refletido do eixo de saída (2) para o eixo de entrada (1) de uma transmissão de acordo com a seguinte expressão: J 1 = J 2 / i 2 (4.12) Onde: J 2 momento de inércia [kgm 2 ] no eixo de saída (2), com rotação n 2 [rpm] J 1 momento de inércia [kgm 2 ] no eixo de entrada (1), com rotação n 1 [rpm] i razão de transmissão (i = n 1 / n 2 ) 223

225 ANEXO 1 CÁLCULO DO MOMENTO DE INÉRCIA DE MASSA 6. EXEMPLOS DE CÁLCULOS DE MOMENTO DE INÉRCIA DE MASSA 6.1 Calcular o momento de inércia de massa J do volante mostrado na figura abaixo a) Momento de inércia do volante maciço J 1 = (p * r) / 32 * d 1 4 * I 1 b) Momento de inércia dos alívios laterais (negativo) J 2 = (p * r) / 32 * d 2 4 * (I 1 I 2 ) c) Momento de inércia dos excessos laterais do cubo (positivo) J 3 = (p * r) / 32 * d 3 4 * (I 3 I 2 ) d) Momento de inércia do furo do cubo (negativo) J 4 = (p * r) / 32 * d 4 4 * I 3 e) Momento de inércia de um furo da alma J 5 = (p * r) / 32 * d 5 4 * I 2 f) Transposição de e) para o eixo baricêntrico do volante J 5 = [(p * r) / 32 * d 5 4 * I 2 ] + [(p * r) / 16 * d 5 2 * d 6 2 * I 2 ] J 5 = (p * r) / 32 * d 5 2 * I 2 * (d d 62 ) g) Momento de inércia de massa do volante J = J 1 J 2 + J 3 J 4 (4 * J 5 ) J = (p * r) / 32 * {d 1 * I 1 d 2 * (I 1 I 2 ) + d 3 * (I 3 I 2 ) d 4 * I 3 4 * [d 5 * I 2 * (d * d 62 )]} 224

226 CÁLCULO DO MOMENTO DE INÉRCIA DE MASSA ANEXO Para o sistema mostrado no diagrama abaixo, calcular o momento de inércia total referido ao eixo do motor Dados: J M J P1 J P2 = momento de inércia de massa do rotor do motor [kgm2] = momento de inércia de massa da polia motora P 1 [kgm2] = momento de inércia de massa da polia movida P 2 [kgm 2 ] I = razão de transmissão (i = n 1 / n 2 ) J F p F m M m P = momento de inércia de massa do fuso de esferas recirculantes [kgm 2 ] = passo da rosca do fuso de esferas recirculantes [m] = massa móvel da mesa da máquina [kg] = massa da peça [kg] Logo, J TOt = J M + J P1 + (1/I 2 ) * [J P2 + J F + (p F /2p) 2 * (m M + m P )] 225

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228 Anexo II SOFTWARE DE DIMENSIONAMENTO WEG - SDW

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230 SOFTWARE DE DIMENSIONAMENTO WEG - SDW ANEXO 2 1. INTRODUÇÃO Este software tem a finalidade de auxiliar no dimensionamento e na especificação das chaves de partida estática WEG. Principais funções e vantagens do software SDW: Utiliza o banco de dados dos motores WEG auxiliando no preenchimento dos dados; Possui como opção de dimensionamento, as principais aplicações com suas respectivas características para auxiliar no preenchimento dos dados; Permite dimensionar a chave considerando as mais diversas condições de partida; O resultado apresenta além do modelo, uma lista de parâmetros básicos para auxiliar no start-up da chave. 229

231 ANEXO 2 SOFTWARE DE DIMENSIONAMENTO WEG - SDW 2. COMO ACESSAR O Software está disponível para acesso via Internet. Um dos caminhos disponíveis no site da Weg é o seguinte: Acesse o site da weg ( Clique em Produtos Clique em Software de Dimensionamento Weg O resultado será a seguinte tela: Figura 2 - Tela de abertura Basta então clicar no botão: 230

232 SOFTWARE DE DIMENSIONAMENTO WEG - SDW ANEXO 2 3. COMO USAR O Software guia o usuário, que deve fornecer as informações na medida em que avança através da análise da aplicação. O primeiro passo é selecionar o idioma e o mercado a que se destina o acionamento. A título de exemplo, vamos manter o idioma Português e o mercado Brasil. Figura 3 - Seleção de idioma e mercado Ao clicar no botão ajuda, nesta tela, aparecerá uma janela auxiliar com o seguinte texto explicativo: Idioma: Estão disponíveis os idiomas Português, Inglês e Espanhol. Ao selecionar um dos idiomas, automaticamente o campo mercado será alterado de acordo com o idioma selecionado, conforme segue: Português Brasil; Inglês América do Norte; Espanhol América Latina. Mercado: Estão disponíveis os seguintes mercados: África, América do Norte, América Latina, Austrália / Nova Zelândia, Brasil e Europa. Ao selecionar um dos mercado, você terá disponível na próxima página, uma lista dos principais motores fornecidos neste mercado. 231

233 ANEXO 2 SOFTWARE DE DIMENSIONAMENTO WEG - SDW Você pode selecionar qualquer mercado independente do idioma, por exemplo: Idioma: Português Mercado: América do Norte. A próxima tela - que será mostrada ao pressionarmos o botão - tem o seguinte aspecto: Figura 4 - Dados iniciais do motor Seguindo com nosso exemplo, vamos selecionar um motor Alto Rendimento Plus de 200cv, 06 pólos, para rede 380V, 60 Hz. O conteúdo da tecla ajuda nesta tela é o seguinte: Tipo de Motor/Linha: Neste campo estão disponíveis os principais tipos de motores correspondentes ao mercado selecionado. Caso seu motor não esteja nesta lista, selecione o motor Standard e preencha os demais dados conforme seu motor. Norma: A norma informada neste campo não pode ser alterada e corresponde aos motores disponíveis para cada mercado. 232

234 SOFTWARE DE DIMENSIONAMENTO WEG - SDW ANEXO 2 Número de Pólos: Selecione o número de pólos correspondente a do seu motor. Este dado será utilizado para definir a velocidade do motor. Os motores standards estão disponíveis em 2, 4, 6 e 8 pólos. Ao selecionar uma polaridade maior, por exemplo 12 pólos, o aplicativo não encontrará no banco de dados da WEG um motor correspondente. Neste caso alguns dados não serão sugeridos sendo necessário serem preenchidos. Categoria: Selecione a categoria correspondente a do seu motor. Este dado é utilizado para definir o formato da curva de torque por rotação (C/Cn) do motor. Os motores standards estão disponíveis na categoria N. Ao selecionar uma categoria diferente, por exemplo D, o aplicativo não encontrará no banco de dados da WEG um motor correspondente. Neste caso alguns dados não serão sugeridos sendo necessário serem preenchidos. Freqüência Nominal: A freqüência informada neste campo não pode ser alterada e corresponde aos motores disponíveis para cada mercado. Unidade: Hertz (Hz). Tensão Nominal: Neste campo estão disponíveis as tensões de ligação do motor. Escolha a tensão que seu motor será conectado. Unidade: Volt (V). Potência Nominal: Neste campo estão disponíveis as potência correspondentes ao tipo de motor selecionado. Importante: se achar necessário, antes de selecionar um motor, selecione a unidade da potência (kw, cv ou HP). 233

235 ANEXO 2 SOFTWARE DE DIMENSIONAMENTO WEG - SDW Como selecionamos um motor Alto Rendimento Plus de 200cv, 06 pólos, para rede 380V, 60 Hz, isto fará o Software buscar em seu banco de dados as características deste motor, que aparecerão na tela a seguir, quando se clicar em Figura 5 - Estes dados (FP, rendimento, corrente, etc) foram conseguidos pelo Software, a partir do banco de dados de motores WEG O conteúdo da tecla ajuda nesta tela é o seguinte: Fator de potência: Este valor é automaticamente preenchido de acordo com o motor selecionado, caso não encontre o motor no banco de dados da WEG, o aplicativo irá sugerir um valor, o qual deverá ser conferido com o dado de placa do seu motor. Importante: este valor é utilizado para o cálculo da corrente nominal do motor. Rendimento: Este valor é automaticamente preenchido de acordo com o motor selecionado, caso não encontre o motor no banco de dados da WEG, o aplicativo irá sugerir um valor, o qual deverá ser 234

236 SOFTWARE DE DIMENSIONAMENTO WEG - SDW ANEXO 2 conferido com o dado de placa do seu motor. Importante: este valor é utilizado para o cálculo da corrente nominal do motor. Corrente nominal: Este valor é calculado com base nos dados informado anteriormente (potência nominal, tensão nominal, fator de potência e rendimento). Este dado é imprescindível para a especificação da Soft- Starter. Unidade: Amper (A). Fator de serviço: Este valor deverá ser preenchido de acordo com os dados do seu motor somente se for utilizado, caso contrário o valor deverá permanecer em 1 (um). Tempo de rotor bloqueado: Este valor é automaticamente preenchido de acordo com o motor selecionado, caso não encontre o motor no banco de dados da WEG, o aplicativo não sugerirá valor, que deverá ser preenchido com o valor correspondente a do seu motor. É importante que este valor seja corretamente preenchido pois é utilizado para verificar se o motor está apto para acionar a carga que será selecionada. Unidade: segundo (s). Momento de inércia (J): Este valor é automaticamente preenchido de acordo com o motor selecionado, caso não encontre o motor no banco de dados da WEG, o aplicativo não sugerirá valor, que deverá ser preenchido com o valor correspondente a do seu motor. É importante que este valor seja corretamente preenchido pois é utilizado como base para sugerir valores de inércia das diversas opções de carga. Unidades: kgm2 ou lb.ft2 dependendo do mercado selecionado. Prosseguindo com nosso exemplo vamos supor que não se deseja alterar estes dados. 235

237 ANEXO 2 SOFTWARE DE DIMENSIONAMENTO WEG - SDW Ou seja, o motor a ser utilizado em nosso exemplo terá as características arbitradas pelo Software. Clicando em, temos: Figura 6 - As curvas de torque e corrente também podem ser acessadas no banco de dados de motores WEG O conteúdo da tecla ajuda nesta tela é o seguinte: Conjugado nominal (Cn): Este valor é preenchido automaticamente com o valor calculado baseado nos dados do motor selecionado. Conjugado com rotor bloqueado (Cp/Cn): Este valor é automaticamente preenchido de acordo com o motor selecionado. Caso não encontre o motor no banco de dados da WEG, o aplicativo não sugere valor, o qual deverá ser preenchido de acordo com os dados de placa do seu motor. Conjugado máximo (Cmáx/Cn): Este valor é automaticamente preenchido de acordo com o motor selecionado. Caso não encontre o motor no banco de 236

238 SOFTWARE DE DIMENSIONAMENTO WEG - SDW ANEXO 2 dados da WEG, o aplicativo não sugere valor, o qual deverá ser preenchido de acordo com os dados de placa do seu motor. Importante: O gráfico de conjugado por rotação (C/ Cn) desta tela é construído de acordo com os valores contidos na tabela. Se necessário, estes valores podem ser alterados. Corrente com rotor bloqueado (Ip/In): Este valor é automaticamente preenchido de acordo com o motor selecionado. Caso não encontre o motor no banco de dados da WEG, o aplicativo não sugere valor, o qual deverá ser preenchido de acordo com os dados de placa do seu motor. Importante: O gráfico de corrente por rotação (I/In) desta tela é construído de acordo com os valores contidos na tabela. Se necessário, estes valores podem ser alterados. Tabelas de conjugado por rotação (C/Cn) e corrente por rotação (I/In): Estas tabelas são preenchidas de acordo com os dados obtidos no banco de dados da WEG. Estes valores podem ser alterados de acordo com o seu motor. Botão: Sempre que um ou mais valores forem alterados nesta tela, pressione este botão para que os gráficos sejam atualizados. 237

239 ANEXO 2 SOFTWARE DE DIMENSIONAMENTO WEG - SDW Prosseguindo com nosso exemplo, vamos manter as curvas inalteradas e clicar em O resultado será a tela para Dados da Aplicação: Figura 7 - Dados da aplicação Poderemos agora informar ao Software as características da aplicação (bomba, compressor, extrusora, etc). Uma vantagem decisiva do Software é que ele sugere características típicas para as cargas, a partir da experiência da Weg nestas aplicações. Naturalmente, é sempre conveniente confrontar as características sugeridas pelo Software com as características reais da máquina a ser acionada. Em nosso exemplo, vamos supor uma Bomba Centrífuga, e alterar apenas o número de partidas por hora sugerido pelo SDW (o Software havia sugerido 4, mas vamos supor que será feita apenas 1 partida por hora). 238

240 SOFTWARE DE DIMENSIONAMENTO WEG - SDW ANEXO 2 O conteúdo da tecla ajuda nesta tela é o seguinte: Tipo de carga: Trata-se de um banco de dados de cargas, com suas respectivas características. Ao selecionar uma determinada carga, o aplicativo sugere as características da mesma, tais como dados da curva de conjugado por rotação e inércia referida ao eixo do motor (Jc). Referência da aplicação: Este campo você pode utilizar para identificar uma determinada aplicação. Exemplo: TAG ou então, Ventilador da Fábrica II. Inércia da carga referida ao eixo do motor: Inicialmente o aplicativo sugere um valor de acordo com a carga selecionada. Este valor pode ser alterado de acordo com a sua aplicação. Cada aplicação possui um limite mínimo e um limite máximo para este valor, por exemplo: o aplicativo não permite que você preencha uma inércia de 10 vezes a nominal do motor, para uma bomba centrífuga, da mesma forma que não permite que você preencha uma inércia de uma vez a do motor para um ventilador / exaustor. NOTA Alguns fabricantes de máquinas utilizam expressar a inércia de um corpo de acordo com outros conceitos que não o momento de inércia J. Por exemplo, o GD 2, que assume G como peso (e não massa) e D o diâmetro de giração (ou diâmetro de inércia ). Desta forma, para um cilindro maciço de diâmetro d (e raio r) em relação a seu eixo, tem-se: Figura 8 - Diâmetro de giração D de um cilindro d D = Ö2 239

241 ANEXO 2 SOFTWARE DE DIMENSIONAMENTO WEG - SDW Gd 2 G4r 2 GD 2 = = = 2Gr Uma vez que, numericamente, GD 2 2Gr 2 º º 4 Þ GD 2 º 4J J Mr 2 2 GD 2 J = 4 (Desde que GD 2 expresso em kgf.m 2 e em kg.m 2 ) Importante Portanto, é necessário atenção se a inércia informada pelo fabricante da máquina é o GD 2 ou o J. O software SDW exige a informação do J, e não do GD 2! Número de partidas por hora: Este valor é sugerido de acordo com a carga selecionada. Você pode alterar este valor para qualquer um dos valores pré determinados. Este valor é utilizado para determinar a corrente eficaz do ciclo, portanto deve ser o mais correto possível pois influenciará no dimensionamento. Intervalo entre partidas: Este valor é preenchido de acordo com o número de partidas por hora. Você pode alterar este valor caso o intervalo entre partidas da sua aplicação for menor que o valor sugerido. Exemplo: se o número de partidas por hora for 10, este campo será preenchido com 6 min ou 360 s. Este valor é utilizado para determinar a corrente eficaz do ciclo, portanto deve ser o mais correto possível pois influenciará no dimensionamento. 240

242 SOFTWARE DE DIMENSIONAMENTO WEG - SDW ANEXO 2 Fator de utilização: Este valor corresponde ao tempo de funcionamento do motor entre uma partida e outra, por exemplo: se o intervalo entre partidas é de 10 minutos e o fator de utilização for de 60%, significa que o motor vai funcionar durante 6 minutos e ficar desligado durante 4 minutos. Prosseguindo com nosso exemplo, vamos clicar em Figura 9 - Dados Gerais Agora o Software nos convida a informar alguns dados do ambiente e do sistema de alimentação. Ainda em nosso exemplo, mantenhamos os dados sugeridos pelo SDW, conforme figura acima. O conteúdo da tecla ajuda nesta tela é o seguinte: Condições do ambiente: Altitude: Neste campo estão disponíveis alguns valores fixos de altitudes, o qual deverá ser selecionado de 241

243 ANEXO 2 SOFTWARE DE DIMENSIONAMENTO WEG - SDW acordo com o local onde a chave será instalada. A altitude padrão é 1000 m, acima deste valor e até 4000 m, o aplicativo considera um fator progressivo de redução da corrente de saída da SSW. Temperatura ambiente: Neste campo estão disponíveis alguns valores fixos de temperatura ambiente, o qual deverá ser selecionado de acordo com o local onde a chave será instalada. A temperatura padrão é 40 C, acima deste valor e até 50 C, o aplicativo considera um fator progressivo de redução da corrente de saída da SSW. Características do Sistema: Tensão de rede trifásica: Este campo é preenchido automaticamente com a tensão do motor. Se a tensão da rede for diferente da tensão do motor, você pode alterar este valor. O aplicativo só aceita tensões de rede superiores a tensão do motor, por exemplo: tensão do motor 440 V, tensão da rede 480 V. Queda de tensão na partida: Neste campo você pode definir a possível queda de tensão que irá ocorrer na partida do sistema (motor / carga) selecionado. Se o valor não for alterado, o aplicativo irá considerar uma queda de tensão de 2,5%. Esta queda de tensão implica numa redução do torque do motor. Ligação do motor: A SSW-03 Plus possui dois modos de operação: ligação padrão (Standard) ou ligação dentro da ligação delta do motor (Ligação dentro do D). Na ligacão padrão o motor é instalado em série com a SSW através de três cabos. Na ligação dentro da ligação delta do motor a SSW é instalada separadamente com cada enrolamento do motor através de seis cabos. Com este tipo de ligação circulará através da Soft-Starter apenas a corrente dentro do delta do motor, ou seja, aproximadamente 58% da corrente nominal do motor. Obrigatoriamente o motor deverá ter disponível seis cabos para ligação, sendo a tensão da rede correspondente a tensão da ligação delta do motor. Exemplo: Rede: 220 V motor?-220 / Y-380 V Rede: 380 V motor?-380 / Y-660 V 242

244 SOFTWARE DE DIMENSIONAMENTO WEG - SDW ANEXO 2 Ligação padrão (Standard) com três cabos: Figura 10 - Ligação padrão na Ajuda do SDW Figura 11 - Ligação dentro do delta na Ajuda do SDW 243

245 ANEXO 2 SOFTWARE DE DIMENSIONAMENTO WEG - SDW Soft-Starters - Ligação a 6 cabos ATENÇÃO! Para utilizarmos a Chave Soft-Starter SSW-03 Plus em ligação à 6 cabos (ligação dentro do delta do motor), o secundário do transformador trifásico de alimentação das instalações elétricas NÃO PODERÁ estar ligado na configuração DELTA. OBRIGATORIAMENTE, o secundário deste transformador DEVERÁ ESTAR LIGADO em ligação ESTRELA com PONTO CENTRAL (NEUTRO) ATERRADO. Figura 12 - Soft-Starter - Ligação a 6 cabos O motor será conectado diretamente à rede após a partida (By-pass)?: Você poderá utilizar a SSW somente na partida, transferindo o motor diretamente para a rede após a partida. Neste caso o aplicativo considera somente a corrente na partida e a corrente eficaz do ciclo, sendo esta calculada considerando-se a corrente em regime com valor zero. 244

246 SOFTWARE DE DIMENSIONAMENTO WEG - SDW ANEXO 2 Prosseguindo com nosso exemplo, vamos clicar em sem alterar nenhum dado. O Software emite um alerta quanto à queda de tensão, que nós não alteramos, e conclui sua análise: Figura 13 - Resultado A tela de Resultado acima apresenta uma série de botões que acessam diferentes recursos do SDW, permitindo ao usuário fazer várias simulações. Esta é uma característica importante para que o usuário possa formar uma boa idéia do comportamento do sistema como um todo. 245

247 ANEXO 2 SOFTWARE DE DIMENSIONAMENTO WEG - SDW O conteúdo da tecla ajuda nesta tela é o seguinte: Resultado: O aplicativo fornece dois modelos de chave, um para partida com rampa de tensão e outro para partida com limitação de corrente. Nos casos em que os modelos sugeridos forem diferentes, utilizar o maior modelo, pois a opção do método de partida a ser utilizada, rampa de tensão ou limitação de corrente, depende das características da carga e do sistema. Normalmente utilizamos a limitação de corrente como método de partida, em cargas com alta inércia e baixo conjugado resistente na partida, como por exemplo: Britadores, Ventiladores e picadores de madeira. A rampa de tensão é utilizada geralmente em cargas com baixa inércia e alto conjugado resistente na partida, como por exemplo: Bomba Alternativa, compressores a pistão, esteiras transportadoras, com exceção da bomba centrífuga pois possui baixo conjugado resistente. Resposta do Motor - Partida com rampa de tensão: Comportamento do motor no que se refere ao tempo de aceleração e corrente eficaz de partida para um determinado pedestal de tensão. Resposta do Motor - Partida com limitação de corrente: Comportamento do motor no que se refere ao tempo de aceleração e corrente eficaz de partida para uma determinada limitação de corrente. Botões: Clicando neste botão você poderá redefinir o pedestal de tensão ou então a limitação de corrente e verificar a resposta do motor e o modelo adequado para esta nova condição de partida. Clicando neste botão você terá uma tela com os seguintes gráficos: Corrente por rotação do motor com partida direta e partida com a SSW; 246

248 SOFTWARE DE DIMENSIONAMENTO WEG - SDW ANEXO 2 Tensão de saída por tempo; Aceleração do motor. Clicando neste botão você terá uma tela com os principais parâmetros a serem ajustados na ocasião do start-up. Clicando neste botão será impresso um relatório de três páginas contendo o resultado, os dados utilizados e os gráficos. O botão Redimensionar da Partida com rampa de tensão exibe a seguinte tela, que dá opção de alterar o pedestal de tensão: Figura 14 - Redimensionamento 247

249 ANEXO 2 SOFTWARE DE DIMENSIONAMENTO WEG - SDW O botão Redimensionar da Partida com limitação de corrente exibe a seguinte tela, que dá opção de alterar a limitação de corrente adotada pela chave: Figura 15 - Redimensionamento 248

250 SOFTWARE DE DIMENSIONAMENTO WEG - SDW ANEXO 2 Os gráficos da partida com rampa de tensão de nosso exemplo terão o seguinte aspecto: Figura 16 - Gráficos 249

251 ANEXO 2 SOFTWARE DE DIMENSIONAMENTO WEG - SDW Clicando agora no botão Aceleração da tela de Gráficos, temos os seguintes dados (que se referem à partida com rampa de tensão): Figura 17 - Gráficos Aceleração 250

252 SOFTWARE DE DIMENSIONAMENTO WEG - SDW ANEXO 2 Os gráficos da partida com limitação de corrente de nosso exemplo terão o seguinte aspecto: Figura 18 - Gráficos 251

253 ANEXO 2 SOFTWARE DE DIMENSIONAMENTO WEG - SDW Clicando agora no botão Aceleração da tela de Gráficos, temos os seguintes dados (que se referem à partida com limitação de corrente): Figura 19 - Gráficos Aceleração 252

254 SOFTWARE DE DIMENSIONAMENTO WEG - SDW ANEXO 2 Apresenta os principais parâmetros a ser ajustados no start-up: Figura 20 - Parâmetros 253

255 ANEXO 2 SOFTWARE DE DIMENSIONAMENTO WEG - SDW 4. LIMITE DE RESPONSABILIDADE PELO USO DO SOFTWARE SDW O Software SDW disponibiliza meios para o usuário realizar a análise da aplicação de uma maneira bastante fácil. Toda a base de dados e regras incorporadas no Software formam uma ferramenta de análise, cujo resultado deverá ser avalizado pelo próprio usuário. A Weg sugere que o uso deste Software seja feito por profissionais capacitados a interpretar as informações solicitadas e/ou fornecidas pelo Software. A Weg não assume responsabilidade por perdas ou danos decorrentes da aplicação indevida do Software SDW. 254

256 Anexo III FOLHA DE DADOS PARA DIMENSIONAMENTO