FACULDADE ANHANGUERA DE INDAIATUBA
ENGENHARIA MECÂNICA
ALEXANDRE ZECCHI - 1359484379
GABRIEL FELIPE SANTANA DELFINO RA: 6000007460
GABRIEL RODRIGUES RA: 1310364624
CHAVES DE LIGAÇÕES DE MOTORES ELÉTRICOS
Soft-starters
INDAIATUBA
2017
ALEXANDRE ZECCHI - 1359484379
GABRIEL FELIPE SANTANA DELFINO RA: 6000007460
GABRIEL RODRIGUES RA: 1310364624
CHAVES DE LIGAÇÕES DE MOTORES ELÉTRICOS
Soft-starters
Trabalho da disciplina de Eletrotécnica do
curso de graduação em engenharia mecânica
da faculdade Anhanguera de Indaiatuba, sobre
Soft-strarters. Um tipo de chave de ligação de
motores elétricos.
Orientador: Gulherme
INDAIATUBA
2017
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RESUMO
O trabalho a seguir busca apresentar as questões referentes às
funcionalidades de um soft-starter.
As chaves soft-starters são equipamentos eletrônicos que consistem em
elementos de comutação bidirecionais, compostas por ligações entre tiristores que
atuam como chaves de partida estática, projetadas para regular a rampa de
aceleração nas partidas de motores de indução trifásicos, a fim de controlar a
corrente de partida da máquina, em substituição às técnicas mais antigas, como por
exemplo, ligação estrela-triângulo e chaves compensadoras.
Os soft-starters atuam também na rampa de desaceleração, nas paradas da
máquina e ainda na proteção elétrica do motor. Seu uso é comum em bombas
centrífugas, ventiladores e sistemas de elevada potência cuja aplicação não exija a
variação de velocidade. Para aplicações com variação de velocidade, torna-se mais
interessante a aplicação de equipamentos como inversores de frequência. As
chaves soft-starters são equipamentos especialmente recomendados para
aplicações em:
• Bomba de Vácuo a Palheta;
• Bombas Centrífugas;
• Calandras;
• Compressores do tipo Parafuso;
• Misturadores;
• Refinadores;
• Ventiladores Axiais de Cargas Leves;
Qualquer modelo de soft-starter apresenta as seguintes vantagens em
relação aos equipamentos de partida tradicionais:
• Partida Suave do sistema mecânico;
• Redução e limitação da corrente de partida;
• Evita picos de corrente;
• Possibilidade de incorporação de paradas suaves e proteções do sistema;
Os soft-starters contribuem para a redução dos esforços mecânicos sobre os
outros dispositivos de transmissão do sistema, tais como correias, polias, entre
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outros, aumentando assim a vida útil do motor e equipamentos mecânicos da
máquina acionada, devido à eliminação de choques mecânicos. Também contribui
para a economia de energia, devido à necessidade de uma infraestrutura de ligação
muito menor no sistema aplicado. Além disso, vale ressaltar sua facilidade de
operação, ajuste e manutenção.
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ABSTRACT
The following project is to present the questions regarding the functionalities
of a soft-starter.
Soft-starters are electronic equipment consisting of bi-directional switching
elements composed of links between thyristors, acting as static starters, designed to
regulate the acceleration ramp of three-phase induction motors in order to control the
start current machine, replacing older techniques such as star-delta connection and
compensating switches.
The soft-starters also act on the deceleration ramp, in the machine stops
and also in the electrical protection of the motor. Its use is common in centrifugal
pumps, fans and systems of high power whose application does not require the
variability of speed. For applications with speed variation, it becomes more
interesting to apply equipment as frequency inverters. Soft-starters are specially
recommended equipment for applications in:
• Vacuum Pump with Vane;
• Centrifugal pumps;
• Calenders;
• Screw type compressors;
• Mixers;
• Refiners;
• Axial Fans of Light Loads;
Any soft-starter model has the following advantages over traditional starters:
• Soft start of the mechanical system;
• Reduction and limitation of the starting current;
• Prevents current peaks;
• Possibility of incorporating soft stops and system protections;
Soft-starters contribute to reduce mechanical stresses on other system
transmission devices, such as belts, pulleys, and others, this increases the life of the
motor and mechanical equipment of the driven machine, due to the elimination of
mechanical shocks. It also contributes to energy savings, due to the need for a much
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smaller link infrastructure in the applied system. In addition, it is worth mentioning its
ease of operation, adjustment and maintenance.
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SUMÁRIO
1 – INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 8
2 – PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO ..................................................................... 9
3 – SISTEMA DE CONTROLE ................................................................................. 11
3.1 – Controladores de torque ............................................................................ 12
3.2 – Controladores de tensão em malha aberta ............................................... 13
3.3 – Controladores de tensão em malha fechada ............................................ 13
3.4 – Controladores de corrente em malha fechada ......................................... 13
4 – APLICAÇÕES DE SOFT-STARTERS ................................................................ 13
4.1 – Bombas ........................................................................................................ 13
4.2 – Compressores ............................................................................................. 14
4.3 – Ventiladores ................................................................................................. 14
5 – PROTEÇÃO DE UM SOFT-STARTER ............................................................... 14
5.1 – Falta de fase ................................................................................................ 14
5.2 – Curto-circuito .............................................................................................. 15
5.3 – Sobre-corrente ............................................................................................ 15
5.4 – Sobre-temperatura ...................................................................................... 15
CONCLUSÃO ........................................................................................................... 16
REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 17
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1 – INTRODUÇÃO
Neste trabalho será tratado de um tema muito atual e que tem crescido mais e
mais com o avanço da tecnologia dos equipamentos elétricos e com a necessidade
de dispositivos mais confiáveis para atuar nesses equipamentos. Soft-starters é um
desses dispositivos e tema deste trabalho.
Aqui será explicado um pouco da teoria por trás desse dispositivo, como e
onde ele surgiu, quem criou e quais ideias estavam envolvidas em sua criação e
desenvolvimento. Além disso, teremos os tipos de ligações possíveis e suas
aplicações.
O trabalho tem o objetivo de mostrar o porquê esse equipamento é tão
importante e como ele auxilia tanto na melhoria do desempenho do equipamento
quanto na questão de gastos com o prolongamento da vida útil do mesmo.
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2 – PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
O soft-starter, diferente de outras chaves de partida direta de motores
elétricos, ele controla a potência tanto na partida, quanto na frenagem do motor.
Assim diminui os esforços que o motor sofreria caso o sistema não tivesse uma
chave do tipo soft-starter.
Abaixo vemos uma imagem do dispositivo soft-starter:
Figura 1 – Modelo real de um soft-starter
Fonte: Catálogo WEG
O principio de partida de um soft-starter se baseia em um equipamento
estático chamado de tiristor, que é basicamente um interruptor de ação rápida,
semicondutor que pode possuir até 4 terminais.
Abaixo podemos ver um esquema de dois tiristores:
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Figura 2 – Esquema de tiristores
Fonte: <https://www.mundodaeletrica.com.br/o-que-e-um-soft-starter/>
A tensão de partida de um motor elétrico é reduzida dependendo do ângulo
de condução dos tristores, diminuindo assim os picos na corrente. Um dos deveres
de um soft-starter é controlar a potência de um motor sem altera a sua frequência.
Para realizar isso os tristores atuam em dois pontos: controle por tensão zero e
controle por corrente zero.
O circuito de controle tem que temporizar os pulsos de disparo a partir do
último valor de zero da forma de onda, tanto da tensão como da corrente. O sensor
pode transformar a corrente tanto em uma única fase quanto para cada fase que o
sistema tiver.
Veja agora um esquema de um soft-starter com seis trsitores:
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Figura 2 – Diagrama de blocos simples de um circuito com soft-starter
Fonte: <https://www.mundodaeletrica.com.br/o-que-e-um-soft-starter/>
3 – SISTEMA DE CONTROLE
Por se tratar de um componente eletrônico que possui um circuito de potência
incorporado, o soft-start consegue realizar o controle da tensão fornecida. A seguir,
na tabela 1, serão apresentadas algumas das principais vantagens e desvantagens
da utilização deste componente, comparando com outros sistemas de partida direta,
como por exemplo, Ligação Estrela-Triângulo e Chaves Compensadoras.
Tabela 1 – Vantagens e desvantagens do uso de soft-starter
Vantagens e Desvantagens do Uso de Soft-Starter
Vantagens Desvantagens
Controle da corrente de partida do sistema;
Redução do torque na partida (é possível programar um pulso de torque para o arranque);
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Proteção ao motor incorporada; Gera harmônicas devido ao chaveamento dos SCR's;
Diminuição dos choques mecânicos com rampa de aceleração e desaceleração;
Os SCR's provocam perda de potência se continuarem ligados ao circuito após a partida;
Possibilidade de partida de vários motores simultaneamente;
A gama de aplicações utilizando Soft-Starter é ampla, mas normalmente está
interligada a sistemas que necessitem trabalhar com partida suave de motores. Por
conta disso, os mesmos são divididos conforme o tipo de controle ao qual é
aplicado. São eles:
Controladores de Torque;
Controladores de Tensão em Malhas Abertas;
Controladores de Tensão em Malha Fechada;
Controladores de Corrente em Malha Fechada;
3.1 – Controladores de torque
Os controladores de torque, que podem controlar uma ou duas fases
dependendo do modelo e modo de aplicação, promovem apenas a redução do
torque de partida. Sendo assim, ele é considerado o modelo mais simples de soft-
starters.
Por serem a versão de entrada de soft-starters é recomendado o uso juntamente
com contatores e rele de sobrecarga. Como o controlador monofásico causa
aquecimento dos componentes durante a partida do sistema, o controle trifásico
deve ser usado em sistemas que utilizam partidas frequentes ou com cargas. Esse
aquecimento ocorre principalmente porque as tensões da bobina ficam sob tensão
nominal, uma vez que elas não são controladas, fazendo com que a corrente circule
por um período maior do que durante uma partida direta, resultando em um
aquecimento do sistema.
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3.2 – Controladores de tensão em malha aberta
Para os controladores de tensão em malha aberta é necessário que haja uma
análise quanto à aplicação de relés de sobrecarga e contatores no sistema. Dessa
forma, são componentes que devem estar agregados para formar um sistema de
partida.
3.3 – Controladores de tensão em malha fechada
Os controladores de tensão em malha fechada são uma variação do sistema
de malha aberta. Eles se diferenciam por receber realimentação da corrente de
partida do motor e usam essa informação para cessar a rampa de partida do motor
quando a corrente limite que foi estabelecida pelo usuário é alcançada.
3.4 – Controladores de corrente em malha fechada
Os controladores de corrente em malha fechada são os mais avançados de
todos. Diferentemente do sistema de tensão em malha fechada, eles usam a
corrente como referência principal. As vantagens dessa aproximação são controle
preciso da corrente de partida e fácil ajuste. Muitos ajustes do usuário podem ser
feitos automaticamente por sistemas baseados em corrente.
4 – APLICAÇÕES DE SOFT-STARTERS
As aplicações de soft-starters estão entre as mais diversas. Misturadores e
aeradores; britadores e moedores; picadores de madeira; refinadores de papel;
fornos rotativos; serras e plainas (madeira) e etc.
Porém entre suas principais aplicações estão bombas, compressores e
ventiladores.
4.1 – Bombas
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Em bombas, a rampa de tensão se iguala as curvas do motor e da carga. A
rampa de partida se adequa a curva de torque que o motor sobre a da bomba.
Assim, a corrente de partida se reduz em aproximadamente 2,5 vezes a corrente
nominal.
Uma das facilidades que mais interessam na hora de aplicar soft-strater em
uma bomba, é o recurso kick-start, que é um pulso de tensão rápido e de grande
amplitude aplicado no instante da partida. Ajudando a vencer a inércia de partida
quando há a presença de alguma sujeira na bomba.
4.2 – Compressores
O soft-starter aplicado em compressores faz com que a manutenção seja
reduzida e permite que compressores que precisam ficar ligados integralmente não
desliguem quando não for necessário. Por outro lado, devido a alimentação muito
fraca, evita que esses mesmos motores sejam desligados quando estiverem sendo
utilizados normalmente.
4.3 – Ventiladores
Assim como as bombas, os ventiladores necessitam de um torque
proporcional à velocidade, mas também têm grande inércia. O limite de corrente é
utilizado normalmente para estender o tempo de rampa, enquanto a inércia é
vencida.
5 – PROTEÇÃO DE UM SOFT-STARTER
Para a proteção de um soft-starter de qualquer distúrbio ou falha pode ser
utilizado as seguintes proteções.
5.1 – Falta de fase
Ocorre quando se é detectado falha e falta de fase na entrada ou na saída do
soft-starter. Quando isso ocorre acende um LED, que comuta o rele de falha e inibe-
se o disparo dos tiristores.
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Quando o motor está sem carga, tanto no método de supervisão de tensão
como no de corrente esse tipo de proteção pode não agir, já que o motor gera
tensão nominal na fase faltante e no outro caso a corrente é muito baixa e a
detecção é feita por comparação entre as fases. Não há problemas nesse caso pois
o motor não trabalha com tensão 0.
5.2 – Curto-circuito
Essa proteção atua caso ocorra uma corrente instantânea com o valor de oito
vezes a corrente nominal do soft-starter. Acende um LED também, inibe os disparos
e o rele de indicação de falha se comuta. Esse tipo de produção não dispensa o uso
de fusíveis para a proteção dos tiristores, já que os curtos-circuitos podem atingir
altos valores de corrente.
5.3 – Sobre-corrente
Esse tipo de proteção é ajustável, e pode variar de 70 a 120% da corrente
nominal. Começa a agir depois de 10 segundos com sobrecarga acendendo o LED,
comutando o rele de falha e inibindo o disparo dos tiristores. Esse tipo de proteção
deve estar presente em toda chave soft-starter, protegendo assim de sobrecargas
acima dos níveis aceitáveis.
5.4 – Sobre-temperatura
Em algumas chaves tem esse sistema de sobre-temperatura, que ao verificar
uma temperatura muito elevada acende um LED vermelho, comutando o rele e
inibindo os disparos dos tiristores.
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CONCLUSÃO
Após a realização do seguinte trabalho, foi possível constatar as diversas
aplicações com utilização de soft-starter. Além de se tratar de um equipamento
oriundo dos avanços das técnicas mais tradicionais, como estrela-triângulo e chaves
compensadoras, é possível notar também o avanço no emprego de tecnologia sobre
os mesmos.
Dentro da gama de produtos utilizados para o controle de partida e
desaceleração de sistemas, podemos considerar o soft-starter em um nível
intermediário de aplicação, sendo uma aplicação com melhores recursos em relação
às partidas tradicionais e um pouco abaixo em relação a recursos se comparados
com inversores de frequência, por exemplo.
Por conta disso, para uma instalação e utilização correta de um sistema, é
interessante antes de qualquer coisa que se realize um estudo da aplicação,
considerando os componentes do sistema e principalmente as tarefas a serem
realizadas pelo mesmo, afim de que se possa optar pelo melhor componente com
relação a sua aplicação. Outro aspecto muito importante a ser considerado é com
relação ao investimento monetário, pois como consequência, quanto maior o nível
de tecnologia empregado no sistema, maior será o custo inicial do mesmo.
Outro aspecto importante a ser mencionado é o de que, este trabalho visa
uma apresentação técnica do soft-starter e principalmente, os aspectos que o
diferencia dos outros sistemas de partida. Para maiores informações, é mais do que
essencial a consulta a catálogos de fornecedores destes tipos de componentes.
Dentro das referências apresentamos os catálogos de 2 fornecedores, Siemens e
WEG.
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REFERÊNCIAS
MUNDO DA ELÉTRICA. O que é um soft-starter. Disponível em: <https://www.mundodaeletrica.com.br/o-que-e-um-soft-starter/>. Acesso em: 10 abr. 2017.
CATÁLOGOS (WEG, SIEMENS E SCHNEIDER).
ECATALOG. WEG soft-starter ssw05. Disponível em:
<http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-soft-starter-ssw05-10413073-catalogo-
portugues-br.pdf>. Acesso em: 10 abr. 2017.
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