Note os contatos auxiliares NF que fazem com que jamais as contactoras C1 e C2 possam ser energizadas simultaneamente. 4.4. Chave de Partida Série-Paralelo As chaves de partida série-paralelo são utilizadas para redução corrente de partida de motores elétrico, quando o motor admite ligações em quatro níveis de tensão. Elas têm a finalidade de reduzir a corrente de partida, para motores de alta potência, que requerem naturalmente uma alta corrente durante a partida. Para partida com chave sérieparalelo é necessário que o motor seja energizado em duas tensões, onde a menor delas deverá ser igual à tensão da rede (tensão de serviço) e a outra igual ao dobro daquela. Na partida série-paralelo, o pico de corrente é reduzido a 1/4 daquele com partida direta. Deve-se ter em mente que com este tipo de ligação, o conjugado de partida do motor também fica reduzido a 1/4 e, portanto, a máquina deve partir praticamente em vazio. Na figura abaixo temos os esquemas de ligação das bobinas para a chave de partida série-paralelo. Observe que na figura(a) as bobinas são ligadas em série, e que na figura(b) são ligadas duas bobinas em paralelo por fase. - Cada fase é dividida em 2 partes; - Segunda tensão é o dobro da primeira; - Tensões: 220/440 V e 230/460 V - Cabos: 9 ( nove ) 15
4.5. Chave de Partida com Soft-Starter O avanço da eletrônica permitiu a criação da chave de partida a estado sólido a qual consiste de um conjunto de pares de tiristores (SCR, ou combinações de tiristores/diodos), um em cada borne de potência do motor. O ângulo de disparo de cada par de tiristores é controlado eletronicamente para uma tensão variável aos terminais do motor durante a aceleração. Este comportamento é, muitas vezes, chamado de partida suave (soft-starter). No final do período de partida, ajustável conforme a aplicação, a tensão atinge seu valor pleno após uma aceleração suave ou uma rampa ascendente, ao invés de ser submetido a incrementos ou saltos repentinos, como ocorre com os métodos de partida por auto-transformador, ligação estrela-triângulo, etc. Com isso, consegue-se manter a corrente de partida próxima da nominal e com suave variação, como desejado. Além da vantagem do controle da tensão (e por conseqüência da corrente) durante a partida, a chave eletrônica apresenta, também, a vantagem de não possuir partes móveis ou que gerem arco elétrico, como nas chaves mecânicas. Este é um dos pontos fortes das chaves eletrônicas, pois sua vida útil é bem mais longa (até centenas de milhões de manobras). 16
Na figura abaixo temos o diagrama em blocos de uma chave de partida soft-starter. 4.6. Controle de Velocidade do Motor A velocidade síncrona de um motor é definida pela rotação do campo girante, a qual depende no número de pólos e da freqüência da rede e utilizando a seguinte fórmula: ns = 120 x f 2p ns = velocidade síncrona em rpm (rotações por minuto) f = freqüência da rede em hertz 2p = número de pólos Exemplo: Um motor de 6 pólos, ligado a uma rede de 60 hz apresenta uma velocidade síncrona de: ns = 120 x 60 = 1.200 rpm 6 Para variarmos a velocidade de um motor, sem ter que abri-lo para alterar o número de pólos, temos que variar a freqüência da rede de alimentação. Para isso, utilizamos um dispositivo denominado Inversão de Freqüência. Para entender o funcionamento de um inversor de freqüência, é necessário, antes de qualquer coisa, saber a função de cada bloco que o constitui. Ele é ligado na rede, podendo ser monofásica ou trifásica, e em sua saída há uma carga que necessita de uma freqüência diferente da rede. Para tanto, o inversor tem como primeiro estágio, um circuito 17
retificador, responsável por transformar a tensão alternada em contínua, após isso a um segundo estágio capaz de realizar o inverso, ou seja, de CC para CA (conversor), e com a freqüência desejada pela carga. Figura 1 : Diagrama de Blocos de um inversor de frequência Figura 2 : Esquema do inversor IGBT Os inversores de freqüência podem ser divididos em três categorias: Inversores PWM ( Pulse-width Modulated Inverters ) : Nesses inversores, a tensão de entrada do conversor (CC CA) é mantida constante por um retificador a diodo, por exemplo, e o inversor controla a magnitude e a frequência da tensão de saída através de um PWM. Inversores de onda quadrada : Nesses inversores a tensão CC de entrada do conversor é controlada de forma a controlar a magnitude da tensão CA de saída. Desta forma o conversor tem que controlar apenas a frequência da tensão de saída. A onda de saída tem a forma similar a uma onda quadrada, daí o seu nome. Inversores monofásicos com cancelamento de voltagem : Em sistemas monofásicos é possível controlar a magnitude e a frequência da tensão CA da saída, mesmo sem PWM. Vale notar que essa técnica de cancelamento de tensão funciona apenas para sistemas monofásicos. 18
5. DETERMINAÇÃO DA CORRENTE DE UM MOTOR É de vital importância calcular a corrente absorvida por um motor, para a determinação da bitola do condutor de alimentação e dos dispositivos de comando e proteção (relés, disjuntores, fusíveis, etc). 5.1. Cálculo da Corrente Nominal (In) do motor Corrente nominal é aquela absorvida durante o seu regime de trabalho, sendo dada por: Motores monofásicos e bifásicos: In = P U x η x cos φ Motores trifásicos equilibrados: In = corrente nominal em ampères(a) U = tensão em volts(v) P = potência em watts(w) η = rendimento, quando não indicado considerar 0,8 cos φ = fato de potência, quando não indicado considerar 0,8 In = P = ampères 3 x U x η x cos φ Exemplo: Calcular a corrente de consume de um motor trifásico, tipo gaiola, de 5 CV ligado a uma rede trifásica de 220 V. In = P = 1 x 5 CV x 736 W = 3.680 W = 12,64 A 3 x U x η x cos φ 1,73 x 220 x 0,9 x 0,85 291,16 V Obs.: 1 CV = 736 W 1 HP = 746 W 5.2. Cálculo da Corrente no ramal e alimentador Após o cálculo da corrente nominal dos motores, devemos calcular a corrente do alimentador e do ramal do motor. O circuito de motor é o conjunto formado pelos condutores e dispositivos necessários ao comando, controle e proteção do motor, do ramal e da linha alimentadora. QDF fusível ou disjuntor alimentação geral contactora relé de sobrecarga ramal do motor M M Para calcularmos as correntes dos alimentadores, utilizam-se as seguintes fórmulas: Para apenas um motor, neste caso o alimentador geral é o próprio ramal do motor: I 1,25 x In I = corrente do alimentador In = corrente nominal do motor Para vários motores que não partem simultaneamente: 19
I 1,25 x In (maior motor) + In (motores restantes) I 1,25 x In (maior motor) +[ Fd x In (motores restantes)] Onde Fd é o fator de demanda. Para dois ou mais motores partindo simultaneamente: I 1,25 x In (motores que partem juntos) + In (motores restantes) I 1,25 x In (motores que partem juntos) + [Fd x In (motores restantes)] Obs.: Para calcular o ramal do motor deve-se levar em consideração o fator de serviço (Fs) que multiplicado pela intensidade nominal da corrente (In), fornece a corrente a considerar no ramal do motor para o dimensionamento dos condutores, isto é, a corrente que pode ser utilizada continuamente. Exemplos: 1 Calcule a corrente no ramal de um motor trifásico de 7,5 CV em 220 V, considerando cos φ = 0,85 e η = 0,9. In = 736 x 7,5 = 18,9 A Corrente no alimentador = I = 1,25 x 18,9 = 23,6 A 2 Calcular a corrente no alimentador, 220 V, que alimenta os seguintes motores: A 15 CV B 10 CV C 5 CV Os motores partem individualmente. In (A) = 736 x 15 = 37,92 A In(B) = 736 x 10 = 25,28 A In (C) = 736 x 5 = 12,65 A I = (1,25 x 37,92) + 25,28 + 12.65 = 85,33 A 5.3. Cálculo do Ajuste do Relé térmico e Fusíveis 5.3.1. Ajuste do Relé Térmico Para calcularmos o ajuste do relé térmico devemos utilizar os seguintes fatores sobre as correntes nominais: 1,15 quando não há elevação de temperatura; 1,25 quando há elevação de temperatura. A finalidade do relé térmico é a proteção contra sobrecargas durante o regime de funcionamento. 5.3.2. Fusíveis ou disjuntores Serão calculados para suportar a corrente de partida do motor durante um curto intervalo de tempo. Quando, porém, o motor estiver em regime, se houver sobrecarga prolongada ou curto-circuito no ramal, deverão atuar, interrompendo a corrente. 20