guia de aplicação de soft-starters weg - 2ª edição

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GUIA DEAPLICAO DESOFT-STARTERSGUIA DEAPLICAO DESOFT-STARTERSWEG AUTOMAOwww.weg.com.br2 EDIOAUTORIAAUTORIAAUTORIAAUTORIAAUTORIAAUTORIA:Este Guia de Soft-Starter foiescrito pelo Tecnlogo Rogrio Ferraz, aquem coube a coordenao do trabalho ea criao dos captulos 1, 4, 5, 6, 7, 8 eanexo II, e pelo Eng. Enivaldo C. doNascimento que atuou na criao docaptulo 4.Os captulos 2 e 3 e os anexos I eIII foram revisados pelos autores a partirdo Guia do Inversores de Freqncia daWeg.1.1 Mtodos de partida de motores ______________ 121.2 Mtodos tradicionais de partida de motores ____ 121.2.1 Partida de motores com embreagens ____ 131.2.2 Transmisso hidrulica ________________ 131.2.3 Acoplamento hidrlico ________________ 131.2.4 Motor de anis _______________________ 151.2.5 Inversor de Freqncia como ummtodo de partida____________________ 162.1 Princpos bsicos de funcionamento __________ 212.2 Anlise de funcionamento ___________________ 262.3 Curvas caractersticas de motor de induo ____ 282.3.1 Torque x Velocidade ___________________ 282.3.2 Corrente x Velocidade _________________ 292.4 Potncia e perdas __________________________ 292.5 Caractersticas de temperatura - classes deisolamento trmico_________________________ 302.6 Tempo de rotor bloqueado ___________________ 313.1 Categorias de partida _______________________ 353.2 Formas de partida__________________________ 36. Partida direta ____________________________ 36. Partida estrela-tringulo ___________________ 37. Partida eletrnica (soft-starter)______________ 38. Partida srie-paralelo ______________________ 39. Partida compensadora _____________________ 413.3 Frenagem _________________________________ 433.3.1 Frenagem por contra-corrente __________ 433.3.2 Frenagem por injeo de correntecontnua (CC) ________________________ 443.4 Vantagens e desvantagens dos mtodos departida ___________________________________ 45. Partida direta ____________________________ 45. Estrela-tringulo__________________________ 46. Soft-starter ______________________________ 46. Partida srie-paralelo ______________________ 46. Partida compensadora _____________________ 473.5 NBR-5410 referente a partida com correntereduzida__________________________________ 484.1 Introduo________________________________ 534.1.1 Semicondutores e componenteseletrnicos __________________________ 534.1.2 A caracterstica mais marcante dostiristores ____________________________ 544.1.3 Introduo s vlvulas de descargaa gs _______________________________ 54NDICENDICE1INTRODUO2COMO FUNCIONA UMMOTOR DE INDUO?3MTODOS DE COMANDODE UM MOTOR DEINDUO2 EDIO4SOFT-STARTER5PARMETROS DASOFT-STARTER4.1.4 Thyratron ____________________________564.1.5 SCR (Silicon Controlled Rectifier) ________574.1.6 Entendendo o disparo do SCR ___________594.2 Princpio de funcionamento da Soft-Starter _____65. Circuito de potncia ________________________66. Circuito de controle ________________________684.3 Principais caractersticas _____________________684.3.1 Principais funes _____________________69. Rampa de tenso na acelerao ________69. Rampa de tenso na desacelerao _____70. Kick Start ___________________________71. Limitao de corrente _________________72. Pump control ________________________73. Economia de energia _________________744.3.2 Protees ____________________________754.3.3 Acionamentos tpicos __________________ 75. Bsico / Convencional_________________76. Inverso de sentido de giro ____________77. Frenagem por injeo de CC ___________78. By-pass _____________________________79. Multimotores / Cascata________________805.1 Parmetros de leitura ________________________845.2 Parmetros de regulao _____________________865.3 Parmetros de configurao __________________ 945.4 Parmetros do motor ______________________ 1025.5 Erros e possveis causas ____________________ 1056.1 Introduo _______________________________ 1116.1.1 Definies __________________________ 1116.1.2 Relaes bsicas ____________________ 1126.2 Interao entre processo, mquina, motor eacionamento _____________________________ 1166.2.1 A importncia do processo/mquina ___ 1166.2.2 Aplicao de acionamentos eltricos -problemas tpicos ___________________ 1186.3 O que a carga requer ______________________ 1196.3.1 Tipos de cargas _____________________ 1196.3.2 O pico da carga _____________________ 1216.3.3 Estimando cargas ___________________ 1226.4 Seleo de acionamentos (motor/Soft-Starter) _ 1236.4.1 Categorias AC53a e AC53b ____________ 1236.4.2 Capacidade trmica da Soft-Starter ____ 1246.4.3 Corrente RMS num ciclo (IRMS) _________ 1256.4.4 Casos especiais _____________________ 129. Efeito da temperatura ambiente ______ 129. Efeito da altitude___________________ 1306.4.5 Tempo de rotor bloqueado do motor ____ 1316.4.6 Tempo de acelerao_________________ 1326.5 Afundamento de tenso ou queda de tensomomentnea (Voltage Sag / Voltage Dip) _____ 1416.5.1 Conseqncias de uma queda de tensomomentnea _______________________ 1456.5.2 Comentrios sobre solues contraqueda de tenso momentnea_________ 1466DIMENSIONAMENTO DOCONJUNTO MOTOR +SOFT-STARTER7INSTALAO DASOFT-STARTER8LINHAS DESOFT-STARTER WEG6.5.3 Capacidade relativa da rede dealimentao ________________________ 1486.5.4 Comentrios sobre a queda de tenso ea influncia na partida do motor _______ 1586.6 Aplicaes tpicas _________________________ 1606.6.1 Mquinas com partidas leves__________ 1616.6.2 Mquinas com partidas severas _______ 1656.7 Regras prticas de dimensionamento ________ 1737.1 Introduo_______________________________ 1797.2 Ligao padro, entre a rede e o motor _______ 1807.2.1 Chave seccionadora _________________ 1817.2.2 Fusveis ou disjuntor _________________ 1817.2.3 Contator ___________________________ 1817.2.4 Fiaes de controle e interfaceHomem-Mquina (IHM) ______________ 1817.2.5 Correo de fator de potncia _________ 1827.2.6 Aterramento ________________________ 1827.3 Ligao dentro do delta do motor ___________ 1837.3.1 Introduo _________________________ 1837.3.2 Exemplo de ligao com SSW-03 Plusdentro da ligao delta do motor ______ 1857.3.3 Ligao de terminais de motores comtenses mltiplas ____________________ 1887.3.4 Possibilidades de ligao da SSW-03 Plusem funo do fechamento do motor ____ 1917.4 SSW-05 (Micro Soft-Starter) ________________ 1937.5 Ligao da SMV-01 (Soft-Starter para MdiaTenso) __________________________________ 1968.1 Introduo_______________________________ 1998.2 SSW-03 e SSW-04 _________________________ 199. Benefcios ______________________________ 200. Principais aplicaes _____________________ 200. Interface Homem-Mquina ________________ 201. Tipo de ligao (Soft-Starter > motor) ____ 202. Acionamentos tpicos_____________________ 203. Acessrios e perifricos ___________________ 204. Funes principais _______________________ 206. Dimenses e pesos _______________________ 207. Tabela de especificao SSW-04 ____________ 208. Tabela de especificao SSW-03 Plus ________ 209. Especificao SSW-04 ____________________ 209. Caractersticas tcnicas SSW-03 e SSW-04 ___ 210. Codificao _____________________________ 2118.3 SSW-05 __________________________________ 212. Benefcios ______________________________ 212. Algumas aplicaes ______________________ 213. Esquema de ligao ______________________ 213. Interface Homem-Mquina ________________ 214. Tabela de especificao SSW-05 ____________ 216. Dimenses ______________________________ 217. Caractersticas tcnicas da SSW-05. Codificao - exemplo de utilizao ________ 218ANEXO 3CHECK-LIST PARA DETA-LHAMENTO DA APLICAO- SOFT-STARTER8.4 SSW-06 __________________________________ 219. Benefcios ______________________________ 219. Principais aplicaes _____________________ 220. Interface Homem-mquina ________________ 221. Interface inteligente ______________________ 221. Idioma selecionvel ______________________ 221. Funo Copy __________________________ 222. Funes do teclado ______________________ 223. Tipos de ligao _________________________ 224. Funes principais _______________________ 225. Acessrios e perifricos ___________________ 226. Dimenses e peso ________________________ 227. Tabela de especificao SSW-06 ____________ 228. Caractersticas tcnicas ___________________ 229. Codificao _____________________________ 2308.5 SMV-01 _________________________________ 231. Caractersticas gerais _____________________ 232. Modelos ________________________________ 233. Caractersticas tcnicas ___________________ 2341. Momento de inrcia de formas simples _______ 2372. Teorema dos eixos paralelos ________________ 2393. Momento de inrcia de formas compostas ____ 2404. Momento de inrcia de corpos que se movemlinearmente ______________________________ 2415. Transmisso mecnica _____________________ 2416. Exemplos de clculos de momento de inrciade massa ________________________________ 2426.1 Clculo do momento de inrcia de massa 2426.2 Clculo do momento de inrcia total ___ 2431. Introduo _______________________________ 2472. Como acessar ____________________________ 2483. Como usar _______________________________ 2494. Limite de responsabilidade pelo uso dosoftware SDW ____________________________ 272Soft-StarterFolha de dados para dimensionamento ___________ 275Referncias Bibliogrficas ______________________ 277Comentrios__________________________________ 279ANEXO 1CLCULO DO MOMENTODE INRCIA DE MASSAANEXO 2SOFTWARE DEDIMENSIONAMENTOWEG - SDW1INTRODUO1.1 Mtodos de partida de motores1.2 Mtodos tradicionais de partida demotores1.2.1 Partida de motores comembreagens1.2.2 Transmissohidrulica1.2.3 Acoplamento hidrulico1.2.4 Motor de anis1.2.5 Inversor de Freqncia como ummtodo de partida11INTRODUO1 recorrente no desenvolvimento de nossa sociedade anecessidade de acelerar, manter em movimento eparar mquinas.Seja atravs de trao animal, sejam monjolos, moinhosde vento ou vapor, foram vrias as solues de quenossos precursores lanaram mo para obter maiorconforto, maior segurana. e para atingir melhoresresultados emsuas atividades.Figura 1.1 - Moinho de VentoO atual estado de desenvolvimento dos acionamentoseltricos concentra o resultado de um longo perodo detentativas e descobertas, em diversas reas doconhecimento, para movimentar nossas mquinas cadavez mais sofisticadas e exigentes.A Soft-Starter hoje j uma alternativa plenamenteconsolidada para partidas e paradas de motorestrifsicos de induo. A evoluo dos processos emquinas criou um ambiente propcio ao acionamentosuave, controlado e com mltiplos recursosdisponibilizados pelo controle digital.Indo alm, h uma maior conscincia de que nossosrecursos exigem conservao cuidadosa, o que faz daSoft-Starter um equipamento em sintonia com ocenrio energtico atual, colaborando para o usoracional de nossas instalaes.Temos a satisfao de reconhecer que o Brasil estmuito bem representado nesta rea por uma empresanacional cujo nome j sinnimo de qualidade noscinco continentes, a Weg.Estamos certos de que este guia ser de grande valiapara os tcnicos, engenheiros e empreendedores que,12INTRODUO1conosco, trabalham para construir um futuro alturadas potencialidades do nosso pas. J possvel ver estefuturo.Conforme veremos no captulo 2 (Funcionamento domotor de induo), picos de corrente e torque sointrnsecos partida com plena tenso do motortrifsico.Na prtica, muitas vezes deseja-se limitar o valor dacorrente que ser drenada da rede de alimentao afim de evitar:1)distrbios na rede ou2)aumento da demanda de energia eltrica.No caso dos distrbios na rede, o objetivo reduzir aqueda de tenso (ou mesmo a sua interrupo). Nocaso do aumento da demanda, deseja-se atenderlimites definidos junto s concessionrias de energiaeltrica, uma vez que o no atendimento destes limites punido com a cobrana tarifas elevadas.Embora, invariavelmente a reduo da corrente sejaacompanhada de uma reduo do torque no motor,nem sempre esta reduo de torque tida comoprejudicial. Na verdade este um dos aspectos queprecisam ser cuidadosamente ponderados a fim deobter-se o melhor dimensionamento do conjunto motor+ sistema de partida.Podemos agrupar os mtodos de partida de motorestrifsicos conforme segue:1)Aqueles em que a tenso aplicada ao motor atenso plena da rede (partida direta)2)Aqueles em que a tenso aplicada ao motor atenso plena, entretanto a ligao das bobinas domotor leva a uma tenso menor em cada bobina(chaves estrela- tringulo e srie- paralela)3)Aqueles em que a tenso aplicada ao motor efetivamente reduzida (chaves compensadoras eSoft-Starter)Os itens acima so abordados em maior profundidadenos captulos seguintes.1.1 MTODOS DEPARTIDA DEMOTORES1.2 MTODOSTRADICIONAIS DEPARTIDA DEMOTORES13INTRODUO1O objetivo bsico que leva a utilizao de embreagens permitir que durante a acelerao de motoresassncronos a partida se d praticamente a vazio e acorrente de partida tenha uma durao mnima, comvantagens para a rede de alimentao e para o motor.Por outro lado o motor poder atingir seu conjugadomximo em processo momentneo de desacelerao(durante o acoplamento da embreagem), enquanto nosoutros mtodos este conjugado mximo ser atingidoemplena acelerao.A necessidade de manuteno e maior complexidadede montagem do conjunto mecnico so algumas dasrestries do uso de embreagens.Em um sistema de transmisso hidrulica, a energia transferida empregando-se um fludo para controlarum movimento linear ou um eixo de sada.H dois tipos principais de transmisso hidrulica:1)hidrocinticos (como acoplamentos hidrulicos),que utilizam a energia cintica de um fludo2)hidrostticos, que utilizam a energia de presso dofludo.O princpio de funcionamento do acoplamentohidrulico pode ser explicado por analogia com umsistema de bombeamento. Neste sistema uma bombacentrfuga de leo (parte motora) acionada por ummotor eltrico. Uma turbina (parte movida), cujo eixoaciona a mquina, acionada atravs do leomovimentado pela bomba.Tanto a parte motora quanto a parte movidacompartilham um mesmo invlucro, sem conexomecnica entre elas. A energia transmitida pelofludo (leo) entre as partes.Desde o incio do movimento do motor h umatendncia de movimento da parte movida (eixo queaciona a mquina). Quando o conjugado transmitido aoeixo que aciona a mquina se igualar ao conjugadoresistente inicia-se a acelerao da mquina.1.2.1 Partida de motorescom embreagens1.2.2 Transmissohidrulica1.2.3 AcoplamentoHidrulico14INTRODUO1Este um mtodo de partida historicamente associadoa partida de cargas com inrcia elevada, como moinhosou transportadores.O grfico a seguir ilustra a evoluo do torque no eixode sada do acoplamento.Figura 1.2 - O acoplamento hidrulico segue o princpio das mquinascentrfugas: o torque transmitido ao eixo de sada proporcional aoquadrado da velocidadeFisicamente, instala-se o acoplamento hidrulico entreo motor e a mquinaFigura 1.3 - Exemplo de acoplamento hidrulico com montagem porpoliasO acoplamento hidrulico necessita de manutenopara checagem do nvel e carga de leo, o que pode setornar um procedimento mais ou menos difcil emfuno da montagem (com polias, axial ao eixo domotor, com redutores, etc).15INTRODUO1Manuteno inadequada ou vazamento do leo podemcausar danos no sistema.Os motores de anis caracterizam-se pela capacidadede alterao das curvas de conjugado e correnteatravs da insero de resistncias externas ao circuitorotrico do motor.Figura 1.4 - Exemplo de circuito de fora de motor de anis1.2.4 Motor de Anis16INTRODUO1Esta alterao das curvas do motor tornaram o uso domotor de anis bastante conveniente para aceleraode mquinas com alto conjugado resistente em baixasrotaes, como pode-se observar na figura abaixo.Figura 1.5 - Partida com motor de anis. A insero dos devidosresistores no circuito rotrico leva o torque mximo do motor ao instanteinicial de partida.O motor de anis tambm encontrou aplicao emmquinas que necessitam de alguma variao develocidade e reduo na corrente de partida.Entretanto, o uso de Inversores de Freqncia temlevado os motores de anis a fazer parte apenas desituaes muito especficas.Vale lembrar que o uso de Inversores para partidas decargas com alto conjugado de partida merece cuidadoparticular de dimensionamento. Deve-se levar emconta o ciclo de operao e a corrente solicitada comInversor no dimensionamento trmico do conjuntomotor + inversor.Embora a principal funo do Inversor de Freqnciaseja a variao de velocidade, no possvel deixar delado suas virtudes no que tange acelerao e paradade mquinas.Em todos os mtodos de partida, o que se procura somaneiras de lidar com os transitrios de partida1.2.5 Inversor deFreqncia como umMtodo de Partida17INTRODUO1(eltricos e mecnicos), e, assim, alcanar comsucesso,e com o mnimo de distrbio, o funcionamento estveldo sistema.Figura 1.6 - Curva torque versus rotao de um motor trifsico acionadopor Inversor Vetorial. Desde que provido de meio de ventilaoadequada, o motor trifsico acionado por Inversor de Freqncia podeaplicar seu torque nominal mesmo em velocidades baixas durantequanto tempo for necessrioCom o Inversor de Freqncia estes transitrios sopraticamente eliminados, ou, pelo menos, so bastantereduzidos.Por exemplo, em cargas com alta inrcia, o torque e arampa de acelerao podem ser ajustados da maneiraque se consiga a acelerao mais suave possvel. Istoporque o Inversor de Freqncia toma as rdeas dosistema desde os primeiros instantes da acelerao.Quando se necessita de controle na desacelerao, comou sem frenagem, tambm atravs do Inversorencontramos o maior nmero de alternativas: tantopode-se conseguir a parada e desacelerao suaves deuma bomba, quanto torque de frenagem para adescida de uma carga (ponte rolante, guindaste).18Figura 1.7 Fundamental de uma fase na sada do inversor defreqncia durante um processo de acelerao seguido dedesacelerao.Com uma taxa de aumento de velocidade (rampa de acelerao)adequada, aliada a novas tecnologias de controle vetorial como oVectrue, pode-se praticamente eliminar os transitrios de partida emalgumas aplicaes.Entretanto, convm frisar que cada mquina requerseus devidos cuidados no dimensionamento doInversor e eventuais acessrios (resistor de frenagem,tipo de retificador, etc).Figura 1.8 - Inversores de Freqncia srie CFW-09. A baixa exigncia demanuteno um dos principais diferenciais dos Inversores deFreqncia, assim como as Soft-StartersINTRODUO12COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUO?2.1 Princpios bsicos de funcionamento2.2 Anlise de funcionamento2.3 Curvas caractersticas do motor deinduo2.3.1 Torque x Velocidade2.3.2 Corrente x Velocidade2.4 Potncia e perdas2.5 Caractersticas de temperatura - Classesde isolamento trmico2.6 Tempo de rotor bloqueado21COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUO?2Para compreender o funcionamento da Soft-Starter ede um Inversor de Freqncia de fundamentalimportncia entender primeiro como funciona ummotor de induo. Para comear enunciaremos osprincpios fsicos bsicos da converso de energiaeltrica em energia mecnica.1. Uma corrente circulando por um condutor produzum campo magntico, representado na figura 2.1pelas linhas circulares chamadas de linhas deinduo magntica. No centro da figura se encontrao condutor e as linhas circulares em volta so umarepresentao grfica do campo magntico geradopela corrente.Figura 2.12. Se um condutor movimentado dentro de umcampo magntico, aparecer uma tenso induzidaentre os terminais do condutor, proporcional aonmero de linhas de induo cortadas por segundo(figura 2.2). Se o dito condutor forma um circuitofechado, circular por ele uma corrente eltrica.Figura 2.22.1 PRINCPIOS BSICOSDE FUNCIONAMENTO22COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUO?23. Dois condutores adjacentes (a e b) pelos quais estcirculando uma corrente eltrica (iae ib) produzemcada um deles um campo magntico (Item 1). Ainterao entre estes dois campos magnticosproduzir uma fora (F) de atrao ou repulsoentre os condutores (figura 2.3), proporcional corrente que circula por ambos condutores e distncia (d) entre eles.Figura. 2.34. Um bobinado polifsico, igual ao mostrado na figura2.4, alimentado por um sistema de tenses trifsico(figura 2.5) produzir um campo magntico girante(figura 2.6). Este princpio similar ao visto nafigura 2.1, com a diferena que neste o campomagntico esttico.Figura 2.423Figura 2.5Na figura 2.6, os pontos identificados com osnmeros ... correspondem aos momentos emque a tenso de uma das trs fases igual a zero.Desta maneira mais fcil fazer a composio dosvetores de induo magntica para cada instante.Na figura pode-se ver que a resultante destesvetores est girando (campo girante) com umavelocidade proporcional a freqncia e ao nmerode plos do motor.Figura 2.6COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUO?2245. A velocidade do campo girante descritoanteriormente, chamada de velocidade sncrona, proporcional freqncia do sistema de tensestrifsico e ao nmero de plos do bobinado.Velocidade do campo girante [rpm]= (freqncia [1/s] x 120 ) / n de plos6. Conjugado: O conjugado (tambm chamado detorque, momento ou binrio) a medida do esforonecessrio para girar um eixo. sabido, pelaexperincia prtica, que para levantar um peso porum processo semelhante ao usado em poos degua ver figura 2.7 a fora F que precisoaplicar manivela depende do comprimento damanivela.Quanto maior a manivela, menor ser a foranecessria.Se dobrarmos o tamanho da manivela, a fora Fnecessria ser diminuda a metade. No exemplo dafigura 2.7, se o balde pesa 20kgf e o dimetro dotambor 20 cm, a corda transmitir uma fora de20 kgf na superfcie do tambor, isto , a 0,1m(10cm) do centro do eixo.Para contrabalanar esta fora, precisamos de 10kgf na manivela, se o comprimento a for 0,2 m(20cm).Se a for o dobro, isto 0,4 m, a fora F ser ametade, ou seja, 5kgf.Como se v, para medir o esforo necessrio parafazer girar o eixo no basta definir a foraempregada: preciso tambm dizer a que distnciado eixo a fora aplicada. O esforo medido peloconjugado, que o produto F x a , da forapela distncia.No exemplo citado, o conjugado vale:C = 20 kgf x 0,1 m = 10 kgf x 0,2 m = 5 kgf x 0,4= 2mkgfCOMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUO?225Figura 2.7Os motores de induo mais utilizados na indstriaso os chamados motores de gaiola trifsicos(figura 2.8 - rotor e estator).COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUO?2Figura 2.8123456789101112NCLEODECHAPASBARRASDEANISDECURTO-CIRCUITONCLEODECHAPASVENTILADORPROTEODOVENTILADORCAIXADELIGAOTERMINAISEIXOTAMPASCARCAAENTROLAMENTOTRIFSICOROLAMENTOS26COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUO?2Estator: Carcaa (1), Ncleo de Chapas (2),Enrolamento trifsico (8)Rotor: Eixo (7), Ncleo de chapas (3), Barras e anisde curto-circuito (12)Outras partes: Tampas (4), Ventilador (5), Proteodo ventilador (6), Caixa de ligao (9), Terminais(10), Rolamentos (11).Nestes motores o rotor fabricado com espiras emcurto-circuito formando uma verdadeira gaiola. Oestator formado por trs bobinas (bobinado trifsico),com pares de plos em cada fase.Para anlise de funcionamento pode-se considerar omotor de induo como um transformador, onde oenrolamento primrio deste transformador formadopelo estator e o enrolamento secundrio pelo rotor. Oprprio nome motor de induo se deve ao fato deque toda a energia requerida pelo rotor para a geraode torque induzida pelo primrio do transformador(estator) no secundrio (rotor).Como existem dois campos magnticos, um no estator eoutro no rotor, e como descrito no item 3, apareceruma fora entre o rotor e o estator que far com que orotor gire, j que o nico que pode se movimentarpois est montado sobre rolamentos, disponibilizandoassim energia mecnica (torque) no seu eixo.Para facilitar o entendimento do funcionamento domotor de induo dividiremos o estudo em trs casoshipotticos:CASO 1Primeiramente consideraremos um motor de dois ploscom o rotor bloqueado, isto significa que atravs dealgum dispositivo mecnico impediremos que o eixo domotor (rotor) gire. Nesta condio, se aplicarmostenso trifsica com freqncia de 60Hz nos terminaisdo bobinado do estator, este produzir um campomagntico girante com velocidade de 3600 rpm (item5). As linhas de induo deste campo magnticocortaro as espiras do rotor com velocidade mximainduzindo assim a mxima tenso nas espiras do rotor,e como estas esto em curto-circuito, circular tambma mxima corrente por elas. Como toda a energiaproduzida no rotor tem de ser induzida pelo estator,2.2 ANLISE DEFUNCIONAMENTO27COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUO?2circular no bobinado do estator uma corrente elevada(6 a 8 vezes maior que a corrente nominal do motor).Se esta condio for mantida por mais que algunssegundos os fios do bobinado do estator iro esquentarde forma indevida, podendo at danificar (queimar) obobinado, pois no foram projetados para suportar estacorrente por um perodo de tempo grande.CASO 2Agora vamos para o outro extremo. Vamos supor que orotor do motor possa girar exatamente velocidade de3600 rpm. Neste caso as linhas de induo do campomagntico girante produzido pelo estator nocortaro as espiras do rotor pois os dois esto girandocom mesma velocidade. Sendo assim no havertenso induzida, nem corrente, nem gerao de campomagntico.Para a produo de energia mecnica (torque) nomotor necessria a existncia de dois camposmagnticos, sendo assim, no haver torque no eixo domotor.CASO 3Vamos supor agora que, nas mesmas condies do Caso2, baixamos a velocidade do rotor do motor para 3550rpm. O campo magntico girante tem uma velocidadede 3600 rpm, assim que as linhas de induo docampo magntico girante do estator cortaro asespiras do rotor com uma velocidade de 50 rpm (3600rpm 3550 rpm = 50 rpm), produzindo uma tenso euma corrente induzida no rotor. A interao entre osdois campos magnticos, o do estator e o do rotor,produziro uma fora, que pela sua vez produzirtorque no eixo do motor.A diferena entre a velocidade sncrona (3600 rpm) e avelocidade do rotor conhecida comoescorregamento.Escorregamento = velocidade sncrona velocidadedo rotor(Ns N)S = Ns28COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUO?2Descritas estas trs condies, podemos agora imaginaro que acontece na prtica com nosso motor de induo.Na partida acontece algo similar ao descrito no caso 1,mas na prtica a diferena do rotor bloqueado do caso1 nosso motor pode girar livremente. Sendo assimcircular no bobinado do estator uma corrente elevada(6 a 8 vezes maior que a corrente nominal do motor)que diminuir a medida que a velocidade do motoraumenta.Quando a velocidade do rotor se aproxima davelocidade sncrona (caso 2) o torque produzidodiminuir, fazendo diminuir tambm a velocidade dorotor. Existir ento um ponto de equilbrio entre acarga do motor e a velocidade do rotor (caso 3).Se a carga no eixo do motor aumenta, a velocidade dorotor tender a diminuir, e o escorregamentoaumentar. Se o escorregamento aumenta avelocidade com que as linhas de induo do campomagntico do rotor cortam o estator aumentar,aumentando tambm a tenso e corrente induzida norotor. Se a corrente maior, o campo magntico geradopor esta tambm ser maior, aumentando assim otorque disponvel no eixo do motor, chegandonovamente numa condio de equilbrio. Se o torquerequerido pela carga maior que o nominal do motor,e se esta condio mantida por muito tempo, acorrente do motor ser maior que a nominal e o motorser danificado. a curva que mostra a relao entre o torquedesenvolvido pelo motor e a sua rotao. Na partida,quando o motor ligado diretamente rede, o torque(torque de partida) ser de aproximadamente 2 a 2,5vezes o torque nominal, diminuindo a medida que avelocidade aumenta at atingir um valor de 1,5 a 1,7do torque nominal a aproximadamente 30% davelocidade nominal. A medida que a velocidadeaumenta o torque aumenta novamente at atingir oseu valor mximo (80% da velocidade nominal)chegando a seu valor nominal na velocidade nominal.Como mostra a curva (linha cheia) da figura 2.9.2.3 CURVASCARACTERSTICASDO MOTOR DEINDUO2.3.1 Torque x Velocidade29COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUO?22.4 POTNCIA E PERDAS2.3.2 Corrente x Velocidade a curva (linha tracejada da figura 2.9) que mostra arelao entre a corrente consumida pelo motor emfuno da sua velocidade. A figura mostra que napartida, quando o motor ligado diretamente rede, acorrente que circula por ele ser 5 a 6 vezes maior quea corrente nominal, diminuindo a medida que avelocidade aumenta at atingir um valor estacionriodeterminado pela carga acoplada ao motor. Se a cargafor a nominal a corrente ser tambm a correntenominal.Figura 2.9 - Curva Torque x Velocidade e Corrente x Velocidade paramotores de induo de rotor em gaiola alimentados com tenso efreqncia constantesNa placa de identificao do motor existe umparmetro chamado de rendimento e identificado pelaletra grega . Este parmetro uma medida daquantidade de potncia eltrica transformada pelomotor em potncia mecnica. A potncia transmitida carga pelo eixo do motor menor que a potnciaeltrica absorvida da rede, devido s perdas no motor.Essas perdas podemser classificadas em:30COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUO?22.5 CARACTERSTICASDE TEMPERATURA CLASSES DEISOLAMENTOTRMICO perdas no enrolamento estatrico (perdas no cobre); perdas no rotor; perdas por atrito e ventilao; perdas magnticas no ncleo (perdas no ferro);Sendo o motor de induo uma mquina robusta e deconstruo simples, a sua vida til depende quaseexclusivamente da vida til da isolao do bobinado eda vida mecnica dos rolamentos. Vida til da isolaorefere-se ao envelhecimento gradual do isolante, nosuportando mais a tenso aplicada e produzindocurto-circuito entre as espiras do bobinado.Para fins de normalizao, os materiais isolantes e ossistemas de isolamento (cada umformado pelacombinao de vrios materiais) so agrupados emCLASSES DE ISOLAMENTO, cada qual definida pelorespectivo limite de temperatura, ou seja, pela maiortemperatura que o material pode suportarcontinuamente sem que seja afetada sua vida til. Asclasses de isolamento utilizadas emmquinas eltricase os respectivos limites de temperatura conformenorma NBR-7094, so mostradas na tabela a seguir:Tabela 2.1 - Classes de isolamentoCLASSE TEMPERATURA (C)A 105E 120B 130F 155H 180As classes B e F so as freqentemente utilizadas.O sistema de isolamento convencional dos motores, quetem sido utilizado com sucesso em todos os casos dealimentao com fontes senoidais tradicionais (50/60Hz) pode no atender os requisitos necessrios se osmesmos forem alimentados por outro tipo de fonte. ocaso dos motores alimentados por inversores defreqncia. Atualmente, com a utilizao generalizadadestes equipamentos, o problema do rompimento daisolao provocado pelos altos picos de tensodecorrentes da rapidez de crescimento dos pulsos31COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUO?2gerados pelo inversor, bem como a alta freqncia comque estes so produzidos, obrigou a implementarmelhorias no isolamento dos fios e no sistema deimpregnao, afim de garantir a vida dos motores.Estes motores comisolamento especial so chamadosde Inverter Duty Motors.Tempo de rotor bloqueado o tempo necessrio paraque o enrolamento da mquina, quando percorridopela sua corrente de partida, atinja a sua temperaturalimite, partindo da temperatura em condies nominaisde servio e considerando a temperatura ambiente noseu valor mximo.Este tempo um parmetro que depende do projetoda mquina. Encontra-se normalmente no catlogo ouna folha de dados do fabricante. A tabela abaixomostra os valores limites da temperatura de rotorbloqueado, de acordo com as normas NEMA e IEC.2.6 TEMPO DE ROTORBLOQUEADOTabela 2.2 - Temperatura limite de rotor bloqueadoCLASSE TEMPERATURA MXIMA (C)DE Tmx(C)ISOLAMENTO NEMA MG1.12.53 IEC 79.7B 175 185 80F 200 210 100H 225 235 12532COMO FUNCIONA UM MOTOR DE INDUO?2Para partidas com tenso reduzida o tempo de rotorbloqueado pode ser redefinido como segue:trb = tbx ( Un / Ur )2Onde:trb= Tempo de rotor bloqueado com tensoreduzidatb= Tempo de rotor bloqueado tensonominalUn = Tenso nominalUr= Tenso reduzidaOutra forma de se redefinir o tempo de rotorbloqueado atravs da utilizao da corrente aplicadaao motor, como segue:Ipntrb = tb . ( )IpcOnde:trb= Tempo de rotor bloqueado com correntereduzidatb= Tempo de rotor bloqueado correntenominalIpn = Corrente de partida direta do motorIpc = Corrente de partida do motor comcorrente reduzidaGeralmente, Ipn obtido de catlogos e possui o valorem torno de 6 a 8 vezes a corrente nominal do motor, eIpc depende do mtodo de partida do motor. Se porexemplo esta partida for do tipo estrela-tringulo ovalor da corrente ser de aproximadamente 1/3 dacorrente de partida.3MTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DEINDUO3.1 Categorias de partida3.2 Formas de partida3.3 Frenagem3.4 Vantagens e desvantagens dos mtodosde partida3.5 NBR-5410 referente a partida comcorrente reduzida35MTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUO3Os mtodos de comando de um motor de induo, soimplementados comequipamentos eletromecnicos,eltricos e eletrnicos. Estes equipamentos permitemacelerar (partir) e desacelerar (frenar) o motor deacordo com requisitos impostos pela carga, segurana,concessionrias de energia eltrica, etc.Conforme as suas caractersticas de torque em relao velocidade e corrente de partida, os motores deinduo trifsicos com rotor de gaiola, so classificadosem categorias, cada uma adequada a um tipo decarga. Estas categorias so definidas em norma (NBR7094), e so as seguintes:a) CATEGORIA NConstituem a maioria dos motores encontrados nomercado e prestam-se ao acionamento de cargasnormais, como bombas, mquinas operatrizes, eventiladores.b) CATEGORIA HUsados para cargas que exigem maior torque napartida, como peneiras, transportadores carregadores,cargas de alta inrcia, britadores, etc.c) CATEGORIA DUsados em prensas excntricas e mquinassemelhantes, onde a carga apresenta picos peridicos.Usados tambm em elevadores e cargas quenecessitam de torques de partida muito altos ecorrente de partida limitada.3.1 CATEGORIAS DEPARTIDATabela 3.1 - Caractersticas das categorias de partida diretaCategorias Torque Corrente Escorregamentode partida de partida de partidaN Normal Normal BaixoH Alto Normal BaixoD Alto Normal AltoAs curvas torque x velocidade das diferentes categorias esto mostradas na figura 3.1.36MTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUO3Figura 3.1 - Curvas caractersticas de torque em funo da categoria domotor (partida direta) PARTIDA DIRETAA maneira mais simples de partir um motor de induo a chamada partida direta, aqui o motor ligado rede diretamente atravs de um contator (ver figura3.2). Porm, deve-se observar que para este tipo departida existem restries de utilizao. Como j foivisto anteriormente, a corrente de partida de um motorde induo quando ligado diretamente tenso darede 5 a 8 vezes maior que a corrente nominal. Poreste motivo, e fundamentalmente para motores degrande porte, a partida direta no utilizada.3.2 FORMAS DEPARTIDASFigura 3.2 - Partida direta37MTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUO3 PARTIDA ESTRELA-TRINGULO(Y- )Este tipo de partida s pode ser utilizado em motoresque possuam ligao em dupla tenso (por exemplo 3 x380 V e 3 x 220 V). A menor tenso dever ser igual tenso de rede e a outra 1,73 vezes maior. (Ex.: 220/380V, 380/660V). Esta partida implementada comdois contatores como mostra a figura 3.3. Na partida omotor ligado na conexo de maior tenso, istopossibilita uma reduo de at 1/3 da corrente de partidado motor, como mostra a figura 3.4.A partida estrela-tringulo poder ser usada quando acurva de torque do motor for suficientemente elevadapara que possa garantir a acelerao da mquina coma corrente reduzida, ou seja, o torque resistente dacarga no dever ser superior ao torque do motorquando o motor estiver em estrela.Figura 3.3 - Partida estrela-tringulo38MTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUO3Figura 3.4 - Curva caracterstica de torque e corrente, motor com partidaestrela-tringulo PARTIDA ELETRNICA(SOFT-STARTER)Ser abordada em profundidade no captulo a seguir.Figura 3.5 - Curva caracterstica de torque e corrente, motor com partidasuave (soft-starter)39MTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUO3Alm da vantagem do controle da corrente durante apartida, a chave eletrnica apresenta, tambm, avantagem de no possuir partes mveis.Ainda, como um recurso adicional, a soft-starterapresenta a possibilidade de efetuar a desaceleraosuave das cargas de baixa inrcia. PARTIDA SRIE-PARALELOEste tipo de partida s pode ser utilizado em motoresque possibilitam a ligao emdupla tenso.A menor das duas tenses deve ser igual a tenso darede e a outra deve ser o dobro.Por exemplo: 220V- 440V e 380V-760V (mais comuns),ou outros valores de tenso de rede, seguindo a mesmaregra: 230V-460V, etc.Para tanto, o motor deve dispor de 9 ou 12 terminaisde ligao, para permitir as ligaes tringulo srie-paralelo (figuras 3.6 e 3.7) ou estrela srie-paralelo(figuras 3.8 e 3.9).Figura 3.6 - Ligao tringulo srie: apta a receber ligao superior,entretanto aplica-se tenso reduzida: este o princpio de funciona-mento da srie-paralelo40MTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUO3Figura 3.7 - Ligao tringulo paralelo: apta a receber tenso reduzida,e efetivamente aplicando-se tenso reduzida: o motor desenvolve suascaractersticas nominaisFigura 3.8 - Ligao estrela srie: apta a receber ligao superior, entre-tanto aplica-se tenso reduzida, conforme o princpio de funcionamen-to da srie paraleloFigura 3.9 - Ligao estrela paralelo: apta a receber tenso reduzida, eefetivamente aplicando-se tenso reduzida: o motor desenvolve suascaractersticas nominais41MTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUO3No momento da partida a corrente fica reduzida para25 a 33% da corrente de partida direta, entretanto omesmo ocorre com o torque, restringindo o uso destachave para partidas em vazio.Figura 3.10 - Chave srie paralelo, usando nove cabos do motor PARTIDA COMPENSADORAEsta chave de partida alimenta o motor com tensoreduzida em suas bobinas, na partida.A reduo de tenso nas bobinas (apenas durante apartida) feita atravs da ligao de umautotransformador em srie com as mesmas.Aps o motor ter acelerado as bobinas passam areceber tenso nominal.A reduo de corrente depende do TAP em que oautotransformador estiver ligado.TAP 65%: Reduo para 42% do seu valor de partidadiretaTAP 80%: Reduo para 64% do seu valor de partidadireta42MTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUO3A chave de partida compensadora pode ser usada paramotores que partem com alguma carga. O conjugadoresistente deve ser inferior ao conjugadodisponibilizado pelo motor durante a partida comtenso reduzida pela compensadora.Os motores podem ter tenso nica e, apenas, trscabos disponveis.Figura 3.11 - Curvas caractersticas do motor trifsico partindo comchave compensadora, TAP 85%Figura 3.12 - Partida compensadora43MTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUO3Os motores de induo possibilitam vrias formas defrenagem, isto , onde se tem s < 0 e o motor operacom caractersticas de gerador. A seguirapresentaremos dois mtodos de frenagem eltrica.Obtm-se a frenagem por contra-corrente atravs dainverso de duas fases da tenso de alimentao doenrolamento estatrico (ver figura 3.14), para revertera direo de rotao do campo girante do motor com omesmo girando ainda na direo inicial. Dessa forma, arotao do rotor fica agora contrria a um torque queatua em direo oposta (ver figura 3.13) e comea adesacelerar (frenar). Quando a velocidade cai a zero omotor deve ser desenergizado, caso contrrio, passara funcionar em sentido oposto. Para este tipo defrenagem, as correntes induzidas nos enrolamentosrotricos so de freqncias altas (duas vezes afreqncia estatrica) e de elevada intensidade, pois otorque desenvolvido pelo motor elevado, onde h aabsoro de potncia eltrica da rede com correntemaior que a nominal, acarretando em umsobreaquecimento do motor.Figura 3.13 - Curva de torque x rotao na frenagem por contra-corrente3.3 FRENAGEM3.3.1 Frenagem porcontra-correnteFigura 3.14 - Frenagem por contra-corrente44MTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUO3 obtida atravs da desconexo do estator da rede dealimentao e da posterior conexo a uma fonte decorrente contnua (ver figura 3.16). A correntecontnua enviada ao enrolamento estatrico estabeleceum fluxo magntico estacionrio cuja curva dedistribuio tem uma fundamental de forma senoidal.A rotao do rotor em seu campo produz um fluxo decorrente alternada no mesmo, o qual tambmestabelece um campo magntico estacionrio comrespeito ao estator. Devido interao do campomagntico resultante e da corrente rotrica, o motordesenvolve um torque de frenagem (ver figura 3.15)cuja magnitude depende da intensidade do campo, daresistncia do circuito rotrico e da velocidade do rotor.Figura 3.15 - Curva de torque x rotao durante a frenagem CCNa prtica, a frenagemCC tem sua aplicao limitadadevido ao fato de que toda a energia de frenagem dissipada no prprio motor, podendo causarsobreaquecimento excessivo no mesmo. Assim, parano comprometer a vida til do motor, utiliza-se afrenagem CC comtenses contnuas limitadas aaproximadamente 20% da tenso nominal CA do motor.3.3.2 Frenagem porinjeo de correntecontnua (CC)45MTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUO3Figura 3.16 - Frenagem por injeo de CC PARTIDA DIRETAVantagens Menor custo de todas Muito simples de implementar Alto torque de partidaDesvantagens Alta corrente de partida, provocando queda detenso na rede de alimentao. Em funo distopode provocar interferncia em equipamentosligados na mesma instalao necessrio sobredimensionar cabos e contatores Limitao do nmero de manobras/hora Picos de torque3.4 VANTAGENS EDESVANTAGENS DOSMTODOS DEPARTIDA46 ESTRELA-TRINGULOVantagens Custo reduzido A corrente de partida reduzida a 1/3 quandocomparada com a partida direta No existe limitao do nmero de manobras/horaDesvantagens Reduo do torque de partida a aproximadamente1/3 do nominal So necessrios motores com seis bornes Caso o motor no atingir pelo menos 90% davelocidade nominal, o pico de corrente nacomutao de estrela para tringulo equivalenteao da partida direta Em casos de grande distncia entre motor e chavede partida, o custo levado devido a necessidade deseis cabos. SOFT-STARTERTer suas vantagens e desvantagens abordadas emprofundidade no captulo a seguir. PARTIDA SRIE-PARALELOVantagens Custo reduzido A corrente de partida reduzida a quandocomparada com a partida diretaDesvantagens Reduo do torque de partida a aproximadamente do torque de partida nominal So necessrios motores com pelos menos novebornes (ou seja, capacidade de fechamento dasbobinas para tenso igual duas vezes a tenso darede) Caso o motor no atingir pelo menos 90% davelocidade nominal, o pico de corrente nacomutao da ligao equivalente ao da partidadireta Em casos de grande distncia entre motor e chavede partida, o custo elevado devido a necessidadede nove cabos.MTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUO347 PARTIDA COMPENSADORAVantagens Capacidade de partir com alguma carga Possibilidade de algum ajuste de tenso de partida,selecionando (conectando) o TAP no transformador Necessrio apenas trs terminais disponveis nomotor Na passagem da tenso reduzida para a tenso darede, o motor no desligado e o segundo pico bem reduzidoDesvantagens Tamanho e peso do autotransformador Nmero de partidas por hora limitado Custo adicional do autotransformadorMTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUO348A NBR 5410 de novembro de 1997, no item referentea motores eltricos, orienta sobre a corrente de partidade motores e a necessidade de se reduzir a corrente departida dos motores eltricos a fim de se evitarperturbaes na rede.Figura 3.17 - NBR-5410 (reproduo de fotocpia)MTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUO33.5 NBR-5410REFERENTE APARTIDA COMCORRENTEREDUZIDA49MTODOS DE COMANDO DE UM MOTOR DE INDUO3Abaixo segue transcrio do texto da NBR 5410, item6.5.3Como pode ser observado no texto acima, a reduo dacorrente de partida de motores uma necessidadeprevista em norma.Dentre as diversas formas de reduo da corrente departida, trataremos nos captulos seguintes da formamais eficaz, e com excelente relao custo/benefciopara a maioria das aplicaes: a partida de motoresatravs da SOFT-STARTER.6.5.3 Motores6.5.3.1 GeneralidadesAs cargas constitudas por motores eltricos apresentampeculiaridades queas destinguemdas demais.a) A corrente absorvida durante a partida muito maior que a defuncionamento normal emcarga;b) A potncia absorvida em funcionamento determinada pela potnciamecnica no eixo solicitada pela carga acionada, o que pode resultarem sobrecarga na rede de alimentao se o motor no for protegidoadequadamente.Emrazo destas peculiaridades, a instalao de motores, almdas demaisprescries desta Norma, deve atender s prescries seguintes.6.5.3.2 Limitao das perturbaes devidas partida de motoresPara evitar perturbaes inaceitveis na rede de distribuio na prpriainstalao e nas demais cargas ligadas a instalao de motores deve-se:a) Observar as limitaes impostas pela concessionria local referentesa partida de motores;NOTA: Para partida direta de motores com potncia acima de 3,7kW(5CV), em instalaes alimentadas por rede de distribuio pblica embaixa tenso, deve ser consultada a concessionria local.b) Limitar a queda de tenso nos demais pontos de utilizao, durante apartida do motor, aos valores estipulados em 6.2.6.1.Para obter conformidade s limitaes descritas nas alneas a) e b)anteriores, pode ser necessrio o uso de dispositivos de partida quelimitem a corrente absorvida durante a partida.NOTA Eminstalaes contendo muitos motores, pode ser levado emcontaa probabilidade de partida simultnea de vrios motores.4SOFT-STARTER4.1 Introduo4.1.1 Semicondutores e componentes eletrnicos4.1.2 A caracterstica mais marcante dos tiristores4.1.3 Introduo s vlvulas de descarga a gs4.1.4 Thyratron4.1.5 SCR(Silicon Controlled Rectifier)4.1.6 Entendendo o disparo do SCR4.2 Princpio de funcionamento daSoft-Starter Circuito de potncia Circuito de controle4.3 Principais caractersticas4.3.1 Principais funes4.3.2 Protees4.3.3 Acionamentos tpicos53SOFT-STARTER4Entender o funcionamento da Soft-Starter importantepara construir uma base slida de conhecimentos, apartir da qual o usurio do equipamento poderdesenvolver sua capacidade de aplicao do produto.Vamos abordar com especial ateno o principalcomponente de fora da Soft-Starter: o SCR SiliconControlled Rectifier. Entender o funcionamento do SCR boa parte do entendimento do funcionamento daSoft-Starter.Adotaremos a seguir uma seqncia de raciocniobaseada em analogias com outros fenmenos, e comoutros componentes, permitindo assim o entendimentodo funcionamento do SCR.Um material semicondutor, como o silcio, umelemento com capacidade intermediria de conduode corrente, ou seja, sua capacidade natural depermitir fluxo de corrente eltrica intermediriaentre aquela de um condutor propriamente dito eaquela de um material isolante.A maneira como um semicondutor lidar com cargaseltricas depende de como foram adicionadasimpurezas a sua composio, processo este chamadode dopagem. Existem dois tipos de dopagem: P e N, ecada uma delas tm comportamento complementar noque diz respeito conduo de cargas eltricas.Exemplificando: o diodo, um componente eletrnicoque possui duas diferentes partes de semicondutor,formando um juno P-N. As propriedades deconduo so tais que fazem o diodo permitir o fluxode corrente eltrica somente em um sentido, situaoesta definida como diretamente polarizado. O mesmodiodo, porm polarizado inversamente tem ocomportamento de um isolante.As condies que desencadeiam o comportamentoeltrico de um componente eletrnico variam com onvel de tenso ou corrente, a presena de um sinaleltrico de estimulo externo ou at mesmo por luzvisvel, infravermelho, etc.4.1.1 Semicondutores ecomponenteseletrnicos4.1 INTRODUO54SOFT-STARTER44.1.2 A caracterstica maismarcante dostiristoresTiristores so componentes que exibem umapropriedade marcante: de maneira geral, ele noretorna ao seu estado original depois que a causa dasua mudana de estado tenha desaparecido.Uma analogia simples a ao mecnica de uminterruptor de luz: quando o interruptor pressionado,ele muda de posio e permanece assim mesmo depoisdo estmulo do movimento ter desaparecido (ou seja,mesmo depois de tirar a mo do interruptor).Em contraste, um boto de campainha volta a suaposio original aps cessar o estmulo externo.Transistores bipolares e IGBTs, tambm no travamem um determinado estado aps terem sidoestimulados por um sinal de corrente ou tenso: paraqualquer sinal de entrada o transistor exibir umcomportamento previsvel conforme sua curvacaracterstica.Voltando aos Tiristores: eles so componentessemicondutores que tendem a permanecer ligados,uma vez ligados, e tendem a permanecer desligados,uma vez que tenham sido desligados. Um eventomomentneo capaz de lig-los ou deslig-los, e assimeles permanecero por conta prpria, mesmo que acausa de mudana de estado tenha sido eliminada.Antes de analisar o tiristor propriamente dito, interessante analisarmos seu precursor histrico: asvlvulas de descarga a gs.Uma tempestade uma oportunidade de presenciarfenmenos eltricos interessantes.A ao do vento e da chuva acumula cargas eltricasestticas entre as nuvens e a terra, e entre as prpriasnuvens. A diferena de carga manifesta-se como altastenses, e quando a resistncia eltrica do ar no podemais suportar esta alta tenso, ocorrem surtos decorrente entre plos de carga eltrica oposta, o quechamamos de relmpagos, raios ou descargasatmosfricas.4.1.3 Introduo svlvulas de descargaa gs55SOFT-STARTER4Figura 4.1 - Descarga atmosfricaSob condies normais o ar tem uma tremendaresistncia eltrica. Genericamente sua resistncia tratada como infinita. Sob presena de gua e/oupoeira sua resistncia diminui, mas permanece umbom isolante para a maioria das situaes. Quando umnvel suficientemente alto de tenso aplicado atravsde uma distncia de ar, entretanto, suas propriedadeseltricas so alteradas: eltrons so arrancados de suasposies normais em torno do ncleo de seus tomos, eso liberados para constituir corrente eltrica. O arnesta situao considerado ionizado, recebe adenominao de plasma, e tem resistncia eltrica bemmenor que o ar.Conforme a corrente eltrica se movimenta pelo ar,energia dissipada na forma de calor, o que mantm oar em estado de plasma, cuja baixa resistncia favorecea manuteno do raio mesmo aps alguma reduo datenso. O relmpago persiste at que a tenso caiaabaixo de um nvel insuficiente para manter correntesuficiente para dissipar calor. Finalmente, no h calorpara manter o ar em estado de plasma, que volta aonormal, deixa de conduzir corrente e permite que atenso aumente novamente.Observe como o ar se comporta neste ciclo: quando noest conduzindo, ele permanece um isolante at que atenso ultrapasse um nvel crtico. Ento, uma vez queele muda de estado, ele tende a permanecer umcondutor at que a tenso caia abaixo de um nvelmnimo. Este comportamento, combinado com a aodo vento e chuva, explica a existncia dos raios comobreve descargas eltricas.56SOFT-STARTER4Nas vlvulas thyratron pode-se observarcomportamentos semelhantes do ar durante aocorrncia de um relmpago, com a diferena de que avlvula pode ser disparada por um pequeno sinal.O thyratron essencialmente uma vlvula preenchidacom gs, que pode conduzir corrente com umapequena tenso de controle aplicada entre o grid e octodo, e desligado reduzindo-se a tenso plate-catodo.Figura 4.2 - Circuito de controle simplificado do thyratronNo circuito visto acima a vlvula thyratron permitecorrente atravs da carga em uma direo (note apolaridade atravs da carga resistiva) quandodisparado pela pequena tenso DC de controleconectada entre grid e ctodo.O pontinho dentro do circulo do smbolo esquemticoindica preenchimento com gs, em oposio ao vcuoverificado em outras vlvulas.Observe que a fonte de alimentao da carga alternada, o que d uma dica de como o thyratrondesliga aps ter sido disparado: uma vez que a tensoAC periodicamente passa por zero volt a cada meiociclo, a corrente ser interrompida periodicamente.Esta breve interrupo permite vlvula resfriar eretornar a seu estado desligado. Conduo decorrente pode prosseguir apenas se h tensosuficiente aplicada pela fonte AC e se a tenso DC decontrole permitir.Um osciloscpio indicaria a tenso na carga conformefigura 4.3:4.1.4 Thyratrongridplatectodo57SOFT-STARTER44.1.5 SCR (SiliconControlled Rectifier)Figura 4.3Enquanto a fonte de tenso sobe, a tenso na cargapermanece zero, at que o valor de threshold voltageseja atingido.Neste ponto a vlvula comea a conduzir, seguindo atenso da fonte at a prxima fase do ciclo. A vlvulapermanece em seu estado ligado, mesmo aps atenso reduzir-se abaixo do valor de disparo (thresholdvoltage). Como os thyratron so one-way, no hconduo no ciclo negativo. Em circuitos prticos,poder-se-ia arranjar vrios thyratron para formar umretificador de onda completa.Thyratrons tornaram-se obsoletos com o surgimentodos tiristores, exceto para algumas aplicaes muitoespeciais, devido a possibilidade de thyratrons lidarcom valores altssimos de tenso e corrente.Partiremos da representao do SCR para iniciar nossaexplanao:Figura 4.458SOFT-STARTER4Representado da maneira acima o SCR assemelha-se adois transistores bipolares interligados, um PNP e outroNPN.H trs maneiras de dispar-lo: com uma variao brusca de tenso ultrapassando-se umlimite de tenso aplicando-se a tenso entre gate e ctodo.A ltima maneira , na prtica, a nica desejada. OsSCRs normalmente so escolhidos com valor de tensode breakover bem superior a tenso esperada nocircuito.O circuito de teste de um SCR excelente paraentender sua operao.Figura 4.5 - Circuito de teste do SCRUma fonte DC usada para energizar o circuito, e doisbotes com retorno so usados para disparar e paradesenergizar o SCR.Pressionado o boto liga conecta-se o gate ao nodo,permitindo corrente de um terminal da bateria atravsda juno PN do ctodo- gate, atravs do contato doboto, da carga resistiva e de volta ao outro terminalda bateria.Esta corrente de gate deve ser suficiente para o SCRselar na posio ligado. Mesmo soltando o boto, oSCR deve permanecer conduzindo.Pressionar o boto desliga (normalmente fechado)corta a corrente e fora o SCR desligar.Se neste teste o SCR no selar o problema pode ser ovalor hmico da carga. O SCR necessita de um valormnimo de corrente de carga para permanecerconduzindo.59SOFT-STARTER4A maioria das aplicaes para o SCR so controle emAC, apesar dos SCR serem inerentemente DC(unidirecionais).Se necessrio um circuito bidirecional, vrios SCRpodem ser usados (um ou mais em cada direo) paralidar com a corrente de ambas fases do ciclo, positiva enegativa.O principal motivo do uso do SCR em circuitos de foraAC a sua resposta onda AC: trata-se deu umcomponente que permanece conduzindo (como othyratron, seu precursor) uma vez estimulado e atque a corrente da carga passe por zero.Conectando-se o devido circuito de controle ao gate doSCR ns podemos cortar a senide em qualquer pontopara conseguir controlar a energia entregue carga.Tomemos o seguinte circuito como exemplo.Figura 4.6 - Fonte AC, SCR e carga resistiva ligados em srieAqui o SCR inserido em um circuito para controlarenergia de uma fonte AC fornecida carga. Sendounidirecional, no mximo poderemos entregar meiaonda carga, entretanto, para demonstrar o conceitobsico de controle, este circuito mais fcil do que umpara controle de toda a senide, que exigiria dois SCR.Sem disparar o gate, e com fonte AC abaixo do valor debreakover, o SCR nunca comear a conduzir.Conectar o gate ao nodo atravs de um diodo normal,disparar o SCR quase imediatamente no incio dequalquer fase positiva do ciclo.4.1.6 Entendendo odisparo do SCR60SOFT-STARTER4Figura 4.7 - Gate conectado ao nodo atravs de diodoPode-se, entretanto, atrasar-se o disparo inserindo-sealguma resistncia no circuito de disparo do gate,incrementando assim a quantidade de tensonecessria para provocar o disparo. Em outraspalavras, se dificultarmos para os eltrons transitarematravs do gate, a tenso AC ter de alcanar um valormais alto at que haja corrente para ligar o SCR.Resultado:Figura 4.8 - Resistncia inserida ao circuito de gateCom a meia onda cortada em um nvel mais elevadopelo disparo atrasado do SCR, a carga recebe menosenergia, uma vez que a carga fica conectada fontepor um tempo menor.Tornando varivel o resistor do gate, pode-se fazer61SOFT-STARTER4ajustes energia fornecida:Figura 4.9 - Variando a resistncia, variamos o ponto de disparo do SCR(quanto maior a resistncia maior o ponto, ou ngulo, de disparo)Infelizmente este esquema de controle tem umalimitao significativa. Usando a fonte AC para dispararo SCR, limita-se o controle metade da fase positiva dociclo, em outras palavras, no h como atrasar odisparo para depois do pico. Isto limitaria o nvelmnimo de energia quele conseguido com o disparodo SCR no pico da onda (a 90 graus). Elevando-se aresistncia a um valor maior, faria o circuito nodisparar nunca.Uma soluo a adio de um capacitor defasador aocircuito:Figura 4.10 - A forma de onda com menor amplitude a tenso nocapacitor.62SOFT-STARTER4A ttulo de ilustrao, vamos supor que a resistncia decontrole alta, ou seja, o SCR no est disparando semeste capacitor e no h corrente atravs da carga,exceto a pequena quantia de corrente atravs docapacitor e resistor.A tenso do capacitor pode ser defasada de 0 a 90 em relao fonte AC. Quando esta tenso defasadaatingir um valor alto o suficiente, o SCR ser disparado.Supondo que h periodicamente tenso suficiente nosterminais do capacitor para disparar o SCR, o a formade onda de corrente resultante ser como segue:Figura 4.11 - O disparo do tiristor se d aps o pico mximo, devido escolha conveniente do capacitor.Uma vez que a forma de onda do capacitor ainda estsubindo aps o pico da senoide de tenso dealimentao, possvel dispar-lo depois do pico,cortando a onda de corrente de modo a liberar umvalor de energia mais baixo carga.Os SCR tambm podem ser disparados por circuitosmais complexos.Transformadores de pulsos so usados para acoplar ocircuito de disparo ao gate/ ctodo do SCR para proverisolao eltrica entre os circuitos de disparo e defora:63SOFT-STARTER4Figura 4.12 - Disparo com transformador defasadorQuando mltiplos SCR so utilizados para controle defora, os ctodos no so eletricamente comuns,tornando difcil o uso de um nico circuito de disparopara todos SCR.Um exemplo a ponte retificadora controlada:Figura 4.13 - Ponte controladaComo em qualquer retificador, os elementos opostosdevem conduzir simultaneamente. SCR 1 e 3, e SCR 2 e4.Como eles no compartilham a conexo de ctodo, faz-se necessrio lanar mo de transformadores de pulso,conforme mostra a figura 4.14:64SOFT-STARTER4Figura 4.14 - Uso de transformadores de pulso (circuito simplificado paradois tiristores para facilitar o entendimento)No circuito acima foi omitido o transformador de pulsodo SCR 1 e 3 a fim de tornar o desenho mais claro.Naturalmente, os circuitos de controle no solimitados circuitos monofsico. Assim como na Soft-Starter, o circuito de controle pode ser trifsico. Umretificador trifsico com os circuitos de disparo omitidosparece com o seguinte:Figura 4.15 - Retificador trifsico (circuito de disparo omitido)65SOFT-STARTER4O funcionamento das Soft-Starters est baseado nautilizao de uma ponte tiristorizada (SCRs) naconfigurao anti-paralelo, que comandada atravsde uma placa eletrnica de controle, a fim de ajustar atenso de sada, conforme programao feitaanteriormente pelo usurio. Esta estrutura apresentada na figura 4.16.Figura 4.16 - Blocodiagrama simplificadoComo podemos ver, a Soft-Starter controla a tenso darede atravs do circuito de potncia, constitudo porseis SCRs, onde variando o ngulo de disparo dosmesmos, variamos o valor eficaz de tenso aplicada aomotor. A seguir faremos uma anlise mais atenciosa decada uma das partes individuais desta estrutura, j quenotamos nitidamente que podemos dividir a estruturaacima em duas partes: o circuito de potncia e ocircuito de controle.4.2 PRINCPIO DEFUNCIONAMENTO DASOFT-STARTER66SOFT-STARTER4CIRCUITO DE POTNCIAComo j sabemos, a etapa de potncia da Soft-Startertem como principais componentes os tiristores SCR(Silicon Controlled Rectifier).Controlando o ngulo de disparo do SCR, podemoscontrolar a tenso mdia aplicada carga, controlandoassim sua corrente e potncia.Numa soft-starter, o controle da tenso tem que serfeito nos dois sentidos da corrente, devendo serutilizada a configurao anti-paralela de dois SCR porfase, conforme indicado na figura abaixo.Figura 4.17 - Dois tiristores em anti-paraleloNeste caso, tem-se o controle da tenso nas duasmetades do ciclo, mediante os disparos nos Gatesprovenientes do circuito de controle.Na figura 4.18 temos um diagrama simplificado docircuito de potncia de uma soft-starter, onde notamoso uso dos pares de tiristores (SCR) em anti-paralelo emcada fase do circuito.Mediante um circuito de controle para os disparos dostiristores, a tenso a ser aplicada no motor pode ircrescendo linearmente, tendo com isso um controle dacorrente de partida do motor.Ao final da partida do motor, o motor ter sobre seusterminais praticamente toda a tenso da rede.67SOFT-STARTER4Figura 4.18 - SCRs no circuito de fora do motor (ligao fora do deltado motor)A seguir temos a ilustrao da forma de onda da tensoem uma das fases do motor em quatro instantes. Nota-se que ao reduzir o ngulo de disparo dos SCR, atenso a ser aplicada no motor aumenta, aumentandocom isso a corrente no mesmo.Figura 4.19b - Disparo a 90Figura 4.19d - Disparo a 15Figura 4.19a - Disparo a 150Figura 4.19d - Disparo a 4568SOFT-STARTER4Para evitar disparos acidentais dos SCR, instala-se emparalelo com os mesmos um capacitor e um resistorconforme indicado na figura 4.20. Este circuito auxiliar denominado de Snubber e tem como finalidadeevitar o disparo por dV/dT (variao abrupta da tensonum pequeno intervalo de tempo).Figura 4.20 - SnubberPara se fazer a monitorao da corrente na sada daSoft-Starter, instala-se transformadores de corrente,permitindo com isso que o controle eletrnico efetue aproteo e manuteno do valor de corrente em nveispr-definidos (funo limitao de corrente ativada)CIRCUITO DE CONTROLEOnde esto contidos os circuitos responsveis pelocomando, monitorao e proteo dos componentes docircuito de potncia, bem como os circuitos utilizadospara comando, sinalizao e interface homem-mquinaque sero configurados pelo usurio em funo daaplicao.Embora o CAPTULO 5 deste guia seja dedicado adescrio detalhada das funes (parmetros) da Soft-Starter, consideramos conveniente apresentar nesteponto uma abordagem diferenciada para as principaisfunes da Soft-Starter.Aqui no entraremos em detalhes de faixas de valores,mas daremos nfase emaspectos prticos, como, seuma funo mais adequada para uma carga com altainrcia ou no, etc.4.3 PRINCIPAISCARACTERSTICAS69SOFT-STARTER4 Rampa de tenso na aceleraoAs chaves Soft-Starters tem uma funo muito simples,que atravs do controle da variao do ngulo dedisparo da ponte de tiristores, gerar na sada damesma, uma tenso eficaz gradual e continuamentecrescente at que seja atingida a tenso nominal darede. Graficamente podemos observar isto atravs dafigura 4.21.Figura 4.21 - Rampa de tenso aplicada ao motor na aceleraoAtentem ao fato de que quando ajustamos um valor detempo de rampa, e de tenso de partida (pedestal), istono significa que o motor ir acelerar de zero at a suarotao nominal no tempo definido por ta. Isto, narealidade depender das caractersticas dinmicas dosistema motor/carga, como por exemplo: sistema deacoplamento, momento de inrcia da carga refletida aoeixo do motor, atuao da funo de limitao decorrente, etc .Tanto o valor do pedestal de tenso, quanto o de tempode rampa so valores ajustveis dentro de uma faixaque pode variar de fabricante para fabricante.No existe uma regra prtica que possa ser aplicadapara definir qual deve ser o valor de tempo a serajustado, e qual o melhor valor de tenso de pedestalpara que o motor possa garantir a acelerao da carga.A melhor aproximao poder ser alcanada atravs doclculo do tempo de acelerao do motor, o qual sermostrado posteriormente.4.3.1 Principais funes70SOFT-STARTER4 Rampa de tenso na desaceleraoExistemduas possibilidades para que seja executada aparada do motor, por inrcia ou controlada,respectivamente. Na parada por inrcia, a Soft-Starterleva a tenso de sada instantaneamente a zero,implicando que o motor no produza nenhumconjugado na carga, que por sua vez, ir perdendovelocidade, at que toda energia cintica sejadissipada. A equao (1) mostra matematicamentecomo podemos expressar esta forma de energia.1K = J . 2(1)2onde,K = energia cintica (Joules)J = momento de inrcia total (Kg.m2)= velocidade angular (rad/s)Na parada controlada a Soft-Starter vai gradualmentereduzindo a tenso de sada at um valor mnimo emum tempo pr-definido. Graficamente podemosobservar a figura 4.22.Figura 4.22 - Perfil de tenso na desaceleraoO que ocorre neste caso pode ser explicado da seguintemaneira: Reduzindo-se a tenso aplicada ao motor, esteir perder conjugado; a perda de conjugado reflete noaumento do escorregamento; o aumento doescorregamento faz com que o motor perca velocidade.Se o motor perde velocidade a carga acionada tambm71SOFT-STARTER4perder. Este tipo de recurso muito importante paraaplicaes que devem ter uma parada suave do pontode vista mecnico. Podemos citar como exemplobombas centrfugas, transportadores, etc.No caso particular das bombas centrfugas este recursominimiza o efeito do golpe de ariete, que podeprovocar srios danos a todo o sistema hidrulico,comprometendo componentes como vlvulas etubulaes, alm da prpria bomba.Golpe de Ariete:O Golpe de Ariete um pico de presso resultado deuma rpida reduo na velocidade de um lquido, quepode ocorrer quando um sistema de bombeamentosofre uma parada brusca. No contexto da aplicao deSoft-Starter, a ocorrncia do Golpe de Ariete estrelacionada rpida parada do motor da bomba,embora o golpe de ariete possa ser provocado poroutros eventos, como o fechamento rpido de umavlvula.O pico de presso nestas condies pode ser vriasvezes maior que o esperado para o sistema,provocando danos que podem se extender at abomba.Quando a Soft-Starter est habilitada a fazer umaparada suave do motor (Pump Control), a chance deocorrncia do golpe de ariete na parada do motor reduzida. Kick StartExistem cargas que no momento da partida exigem umesforo extra do acionamento em funo do altoconjugado resistente. Nestes casos, normalmente aSoft-Starter precisa aplicar no motor uma tenso maiorque aquela ajustada na rampa de tenso naacelerao, isto possvel utilizando uma funochamada Kick Start. Como podemos ver na figura4.23, esta funo faz com que seja aplicado no motorum pulso de tenso com amplitude e duraoprogramveis para que o motor possa desenvolver umconjugado de partida, suficiente para vencer o atrito, eassim acelerar a carga. Deve-se ter muito cuidado comesta funo, pois ela somente dever ser usada noscasos onde ela seja estritamente necessria.72SOFT-STARTER4Figura 4.23 - Representao grfica da funo Kick StartDevemos observar alguns aspectos importantesrelacionados com esta funo, j que ela poder sermal interpretada e, desta forma, comprometer adefinio com relao ao seu uso, inclusive o doprprio sistema de acionamento.Como a tenso de partida poder ser ajustada prximoda tenso nominal, mesmo que por um pequenointervalo de tempo, a corrente de partida ir atingirvalores muito prximos daqueles registrados nocatlogo ou folha de dados do motor.Isto claramente indesejvel, pois a utilizao da Soft-Starter nestes casos advm da necessidade de garantir-se uma partida suave, seja eletricamente, sejamecanicamente. Desta forma podemos considerar esterecurso como sendo aquele que dever ser usado emltima instncia, ou quando realmente ficar bvia acondio severa de partida. Limitao de correnteNa maioria dos casos onde a carga apresenta umainrcia elevada, utilizada uma funo denominadade limitao de corrente. Esta funo faz com que osistema rede/Soft-Starter fornea ao motor somente acorrente necessria para que seja executada aacelerao da carga. Na figura 4.24 podemos observargraficamente como esta funo executada.73SOFT-STARTER4Figura 4.24 - Limitao de correnteEste recurso sempre muito til pois garante umacionamento realmente suave e, melhor ainda, viabiliza apartida de motores emlocais onde a rede encontra-se nolimite de sua capacidade. Normalmente nestes casos acondio de corrente na partida faz como sistema deproteo da instalao atue, impedindo assimofuncionamento normal de toda a instalao. Ocorre entoa necessidade de se impor umvalor limite de corrente departida de forma a permitir o acionamento doequipamento bemcomo de toda a indstria.A limitao de corrente tambm muito utilizada napartida de motores cuja carga apresenta um valor maiselevado de momento de inrcia. Em termos prticos,podemos dizer que esta funo a que dever serutilizada aps no obter-se sucesso com a rampa detenso simples, ou mesmo quando para que o motoracelere a carga, seja necessrio ajustar uma rampa detenso de tal forma que a tenso de partida (pedestal)prximo aos nveis de outros sistemas de partida como,por exemplo, as chaves compensadoras, no sendo istode forma alguma um fator proibitivo na escolha dosistema de partida. Pump controlEsta funo utilizada especialmente para a aplicaode Soft-Starter em sistemas de bombeamento. Trata-sena realidade de uma configurao especfica(pr-definida) para atender este tipo de aplicao,onde normalmente necessrio estabelecer umarampa de tenso na acelerao, uma rampa de tenso74SOFT-STARTER4SOFT-STARTER4na desacelerao e a habilitao de protees. A rampade tenso na desacelerao ativada para minimizar ogolpe de ariete, prejudicial ao sistema como um todo.So habilitadas tambm as protees de seqncia defase e subcorrente imediata (para evitar a cavitao).A cavitao a formao de bolhas atravs nointerior da bomba. Com bombas centrfugas, acavitao pode ocorrer quando o valor de suco setorna alto o suficiente no interior da bomba. Quandoestas bolhas passampela bomba, uma grandequantidade de energia liberada, provacando danos.Quando a Soft-Starter est devidamente habilitada afazer proteo de subcorrente (Pump Control), abomba fica protegida de ocorrncia de cavitaoprolongada. Economia de energiaUma Soft-Starter que inclua caractersticas deotimizao de energia simplesmente altera o ponto deoperao do motor. Esta funo, quando ativada, reduza tenso aplicada aos terminais do motor de modo quea energia necessria para suprir o campo sejaproporcional demanda da carga.Quando a tenso no motor est em seu valor nominal ea carga exige o mximo conjugado para o qual o motorfoi especificado, o ponto de operao ser definidopelo ponto A, conforme a figura 4.25. Se a cargadiminui e o motor for alimentado por uma tensoconstante, a velocidade (rotao) aumentar ligeira-mente, a demanda de corrente reduzir e o ponto deoperao se mover junto curva para o ponto B. Porser um motor onde o conjugado desenvolvido proporcional ao quadrado da tenso aplicada, haveruma reduo do conjugado com uma reduo detenso. Caso esta tenso seja devidamente reduzida, oponto de operao passar a ser o ponto A|.75SOFT-STARTER4Figura 4.25 - Equilbrio entre conjugado e tensoEm termos prticos pode-se observar uma otimizaocom resultados significativos somente quando o motorest operando com cargas inferiores a 50% da carganominal. Isto, diga-se de passagem, muito difcil deencontrar-se pois estaramos falando de motoresaltamente sobredimensionados, o que atualmente emvirtude da crescente preocupao com o desperdciode energia e fator de potncia, vem sendo evitado atodo custo.Cabe destacar que este tipo de otimizao de energiapossui alguns inconvenientes, principalmente, agerao de tenses e correntes harmnicas e variaesno fator de potncia. No caso as harmnicas podemocasionar problemas relativos a danos e reduo davida til de capacitores para correo de fator depotncia, sobreaquecimento de transformadores einterferncias em equipamentos eletrnicos.As protees disponibilizadas pelas Soft-Starter Wegso um diferencial importante.Ver item 5.5 deste Guia para uma descrio detalhadadas protees das Soft-Starter das sries SSW-03 eSSW-04.Veremos a seguir alguns acionamentos tpicos,abrangendo desde circuitos triviais, para apenas partiro motor, at aplicaes mais sofisticadas com reverso,by-pass, etc.4.3.2 Protees4.3.3 Acionamentostpicos76SOFT-STARTER4 Bsico / ConvencionalTodos os comandos, leituras e monitorao de statusfeitos via I.H.M.Acionamento sugestivo com comandos porentradas digitais a dois fiosFigura 4.26 - Diagrama simplificado de um acionamento bsicoParmetro ProgramaoP53 1P54 2P55 oFFP61 oFF* Padro de fbrica77SOFT-STARTER4 Inverso de sentido de giroAcionamento sugestivo com comandos porentradas digitais a trs fios e troca do sentidode giroFigura 4.27 - Diagrama do acionamento com inverso de sentido de giroParmetro ProgramaoP04 oFFP51 3P53 4P54 4P55 3P61 oFF78SOFT-STARTER4 Frenagem por injeo de corrente contnuaAcionamento sugestivo com comandos porentradas digitais a trs fios e frenagem ccFigura 4.28 - Diagrama do acionamento com frenagem CCParmetro ProgramaoP34 Maior que oFFP35 Ajuste de cargaP52 3P53 4P54 2P55 3P61 OFF79SOFT-STARTER4 By-passAcionamento sugestivo com comandos porentradas digitais a trs fios e contator de by-passFigura 4.29 - Diagrama do acionamento com by-pass da chaveParmetro ProgramaoP43 ONP52 2P53 4P54 2P55 3P61 OFFMdulo MACEste opcional deve ser utilizadopara manter as protees relacio-nadas ao motor, quando a SSW-03 Plus for utilizada com contatorde by-pass. Este mdulo prov asmedies de corrente necessriaspara os algoritmos e circuitos deproteo da Soft-Starter continua-rem protegendo o motor, mesmoemby-pass.MDULOMAC80SOFT-STARTER4 Multimotores / CascataAcionamento sugestivo com comandos porentradas digitais para trs motoresFigura 4.30 - Diagrama orientativo do acionamento tipo cascata5PARMETROS DA SOFT-STARTER5.1 Parmetros de leitura5.2 Parmetros de regulao5.3 Parmetros de configurao5.4 Parmetros do motor5.5 Erros e possveis causas83PARMETROS DA SOFT-STARTER5Um parmetro da Soft-Starter um valor de leitura ouescrita, atravs do qual o usurio pode ler ouprogramar valores que mostrem, sintonizem ouadeqem o comportamento da Soft-Starter e motor emuma determinada aplicao. Exemplos simples deparmetros: Parmetro de Leitura P73: Corrente consumidapelo motor Parmetro Programvel P01: Ajusta o valor inicialde tenso (% ) que ser aplicado ao motorIMPORTANTE: Para parametrizao refira-sesempre ao manual do equipamento, que estarvinculado devida verso de Softtware.Figura 5.1 - Interface Homem-Mquina84PARMETROS DA SOFT-STARTER5Praticamente todas as Soft-Starter disponveis nomercado possuem parmetros programveis similares.Estes parmetros so acessveis atravs de umainterface composta por um mostrador digital(display) e um teclado, chamado de InterfaceHomem-Mquina (HMI), ver figura 5.1.Para facilitar a descrio, os parmetros seroagrupados pelas suas caractersticas: parmetros de leitura parmetros de regulao parmetros de configurao parmetros do motorOs parmetros de leitura, como seu nome indica,permitem visualizar os valores programados nosparmetros de regulao, de configurao, do motor edas funes especiais. Por exemplo, na linha de Soft-Starter Weg so identificados de P71 at P77, P82, ede P96 at P99.Estes parmetros no permitem a edio do valorprogramado; somente sua leitura.EXEMPLOS:P72 - Corrente do motorIndica a corrente de sada da Soft-Starter empercentual da chave (% IN). (preciso de 10%).Figura 5.2 - P72 e P73 indicam a corrente de sada (1) da chave5.1 PARMETROS DELEITURA85PARMETROS DA SOFT-STARTER5P73 - Corrente do motorIndica a corrente de sada da Soft-Starterdiretamente em Ampres (preciso de 10%).P74 - Potncia ativaIndica a potncia ativa requerida pela carga,valores em kW (preciso de 10%).NOTA indicado OFF quando utiliza-se funo de tensoplena ou economia de energia.P75 - Potncia aparenteIndica a potncia aparente requerida pelacarga, valores em kVA (preciso de 10%).P76 - Cos da cargaIndica o fator de potncia da carga sem levarem considerao as correntes harmnicasgeradas pelo chaveamento da carga (preciso 5%).Figura 5.3 - Indicaes de P74, P75 e P76P82 - Estado da proteo trmica do motorIndicao do estado da proteo trmica domotor em escala percentual (0...250%). Sendoque 250% o ponto de atuao da proteotrmica do motor, indicando E04.P96 - ltimo erro de hardware ocorridoP97 - Penltimo erro de hardware ocorridoP98 - Ante-Penltimo erro de hardware ocorridoP99 - 1 dos ltimos 4 erros de hardware ocorrido86PARMETROS DA SOFT-STARTER5So os valores ajustveis a serem utilizados pelasfunes da Soft-Starter.EXEMPLOSP01 - Tenso inicialAjusta o valor inicial de tenso (% da tenso darede) que ser aplicado ao motor.P02 - Tempo da rampa de aceleraoDefine o tempo da rampa de incremento detenso, conforme mostrado na figura 5.4,desde que a Soft-Starter no entre emlimitao de corrente (P11).Figura 5.4 - Tempo da rampa de aceleraoP11 - Limitao da corrente da chaveAjusta o valor mximo de corrente que serfornecido ao motor (carga) durante aacelerao.A limitao de corrente utilizada para cargascom alto ou constante torque de partida.A limitao de corrente deve ser ajustada paraum nvel que se observe a acelerao do motor,caso contrrio o motor no partir.NOTA1)Se no final do tempo da rampa de acelerao (P02)no for atingido a tenso plena, haver a atuaodo erro E02 que desabilitar o motor.2)A proteo trmica dos tiristores, inclusive durantea limitao de corrente feita atravs de sensoresda prpria chave.5.2 PARMETROS DEREGULAO87PARMETROS DA SOFT-STARTER5Figura 5.5 - Limitao de corrente durante a aceleraoP11 - Exemplo de clculo para ajuste dalimitao de correnteLimitar a corrente em 2,5x do motorIn da chave = 170AIn do motor = 140AILIM = 250% da Indo motor2,5 x 140A = 350A350A 350A = = 2,05 x In da ChaveIn da Chave 170AP11 = 205% da IN da chave = 2,5 X IN do motor.Obs.: Esta funo (P11) no atua se o pulso de tensona partida (P41) estiver habilitado.P12 - Sobrecorrente imediata (% IN da chave)Ajusta o nvel de sobrecorrente instantneaque o motor ou Soft-Starter permite, duranteum tempo pr-ajustado em P13, aps o qual achave desliga, indicando E06. Mostrado nafigura 5.6.88PARMETROS DA SOFT-STARTER5Figura 5.6 - Sobrecorrente imediata: o valor de P12 ser maior que acorrente nominal definida em P22NOTAEsta funo tem atuao apenas em tenso plena, apsa partida do motor.P12 - Exemplo de clculo para ajuste dasobrecorrente imediataValor mximo de corrente igual a 1,4x do motorInda chave = 170AIn do motor = 140A1,4 x 140A = 196A196A 196A = = 1,15 x In da ChaveIn da Chave 170AP12 = 115% da In da chave =140% da In do motorP14 - Subcorrente imediata (% IN da chave)Ajusta o nvel de subcorrente mnimo que omotor + carga pode operar sem problemas.Esta proteo atua quando a corrente da carga(figura 5.6) cai a um valor inferior ao ajustadoem P14; e por um tempo igual ou superior aoajustado em P15, indicando erro E05.NOTAEsta funo tem atuao apenas em tenso plena, apsa partida do motor.89PARMETROS DA SOFT-STARTER5P14 - Exemplo de clculo para ajuste desubcorrente imediataValor mnimo de corrente igual a 70% do motor.In da chave = 170AIn do motor = 140A70% de 140A= 0,7 x 140A = 98A98A 196A = = 0,57 x In da ChaveIn da Chave 170AP14 = 57% da In da chave = 70% da do motorP13 - Tempo de sobrecorrente imediata (s)Atravs deste parmetro determina-se o tempomximo que a carga pode operar comsobrecorrente, conforme ajustado em P12.P15 - Tempo de subcorrente imediata (s)Este parmetro determina o tempo mximoque a carga pode operar com subcorrente,conforme ajustado em P14. Aplicao tpicadesta funo em sistemas de bombeamento,para evitar o escorvamento (pgina 73).P22 - Corrente Nominal da Chave (A)Sua funo ajustar o software a determinadascondies do hardware, servindo como basepara as funes de: Limitao de corrente napartida (P11); sobrecorrente imediata (P12) emregime; subcorrente em regime (P14).P23 - Tenso Nominal da Chave (V)Sua funo para indicao das potnciasfornecidas carga.P31 - Seqncia de fase (ON = RST; OFF =Qualquer seqncia)Pode ser habilitada ou desabilitada, sendo quequando habilitada sua funo a de protegercargas que no podem funcionar em duplosentido de rotao.90PARMETROS DA SOFT-STARTER5NOTAA seqncia de fase apenas detectada a primeira vezque se aciona a potncia aps a eletrnica serenergizada. Portanto nova seqncia s ser detectadadesligando-se ou resetando-se a eletrnica.P33 - Nvel da tenso da funo JOGExecuta a rampa de acelerao at o valorajustado da tenso de JOG, durante o tempoem que a entrada digital (DI4) estiver fechada.Aps abrir a entrada DI4 realiza adesacelerao via rampa, desde que estafuno esteja habilitada em P04.A funo JOG permite girar o motor com umtorque reduzido, enquanto algum (umoperador, um CLP, etc) manda um sinal digitalpara a Soft-Starter.Esta funo til em condies em que sedeseja observar o comportamento da mquinagirando pela primeira vez (como um teste dasituao mecnica geral), desta maneira sendopossvel corrigir uma montagem incorreta semos transtornos de colocar a mquina a plenavelocidade na primeira operao.Outra aplicao o posicionamento de materialdentro da mquina. A funo JOG d umempurro enquanto o operador segura umboto JOG (contato seco ligado entradaprogramada para JOG na Soft-Starter),permitindo que o material a ser trabalhado (ouqualquer elemento da mquina) possa serajustado no comeo do processo.NOTA1)O tempo mximo da atuao da funo JOG determinado pelo tempo ajustado em P02, sendoque aps transcorrido este tempo haver atuaodo erro E02 que desabilita o motor.2)Para tanto P55 = 4.P34 - Tempo da frenagem cc(s)Ajusta o tempo da frenagem cc, desde queP52=3.Esta funo somente possvel com o auxlio deum contator que dever ser ligado conforme91PARMETROS DA SOFT-STARTER5itemDiagramas de ligao tpicos neste Guia.Esta funo deve ser utilizada quando se querreduzir o tempo de desacelerao imposto pelacarga ao sistema.NOTASempre que utilizar esta funo deve-se levar em contaa possvel sobrecarga trmica nos enrolamentos domotor. A proteo de sobrecarga da SSW no funcionana frenagem CC.P35 - Nvel da tenso de frenagem cc (%UN)Ajusta o valor da tenso de linha Vacconvertido diretamente em Vcc aplicado aosterminais do motor, durante a frenagem.P41 - Pulso de Tenso na Partida (Kick Start)Quando habilitado, o pulso de tenso napartida define o tempo em que este pulso detenso (P42) ser aplicado ao motor, para queeste consiga vencer o esforo inercial inicial dacarga aplicada ao seu eixo, conforme mostradona figura 5.7.Figura 5.7 - Kick-Start: auxilia a partida de cargas cominrcia elevadaNOTAUtilizar esta funo apenas para aplicaes especficasonde se apresente uma resistncia inicial aomovimento.P45 - Pump ControlA Weg, em sua Soft-Starter, desenvolveu umalgoritmo especial para aplicaes combombascentrfugas. Este algoritmo especial, destina-se92PARMETROS DA SOFT-STARTER5a minimizar os golpes de Ariete, overshootsde presso nas tubulaes hidrulicas quepodem provocar rupturas ou desgastesexcessivos nas mesmas.Ao colocar P45 em On e pressionar a teclaP, o display ir indicar PuPe os seguintesparmetros sero ajustados automaticamente:P02 = 15 s (Tempo de acelerao)P03 = 80% (Degrau de tenso nadesacelerao)P04 = 15 s (Tempo de desacelerao)P11 = OFF (Limitao de corrente)P14 = 70% (Subcorrente da chave)P15 = 5s (Tempo de subcorrente)Sendo que os demais parmetros permanecemcom o seu valor anterior.NOTAOs valores ajustados automaticamente apesar deatender o maior nmero de aplicaes, podem sermelhorados para atender as necessidades da suaaplicao.Segue abaixo um procedimento para melhorar odesempenho do controle de bombas.Ajuste final da funo de controle de bombas:NOTAEste ajuste somente deve ser feito para melhorar odesempenho do controle de bombas quando amotobomba j estiver instalada e apta a funcionar emregime pleno.1. Colocar P45 (Pump Control) em On.2. Ajustar P14 (Subcorrente) ou colocar P15 (Tempode Subcorrente) em OFF at o fim do ajuste.Depois reprogram-lo.3. Verificar o correto sentido de giro do motor,indicado na carcaa da bomba.4. Ajustar P01 (Tenso inicial % UN) no nvelnecessrio que comece a girar o motor, sem quehaja trepidao.5. Ajustar P02 (Tempo de acelerao [s]) para otempo de partida exigido pela carga.93PARMETROS DA SOFT-STARTER5Com o auxlio do manmetro da tubulao,verificar o aumento da presso, que deve sercontnua at o nvel mximo exigido sem que hajaovershoots. Se houver, aumente o tempo deacelerao at reduzir ao mximo essesovershoots de presso.6. P03 (Degrau de tenso % uN) usar esta funo paraprovocar uma queda imediata ou mais linear depresso na desacelerao da moto-bomba.7. P04 (Tempo de desacelerao) com o auxlio domanmetro, ao desacelerar o motor, deve-severificar a contnua queda de presso at que seatinja o nvel mnimo sem que haja o golpe deArete no fechamento da vlvula de reteno. Sehouver, aumente o tempo de desacelerao atreduzir ao mximo as oscilaes.NOTAS Se no houver manmetros de observao nastubulaes hidrulicas os golpes de Aretes podemser observados atravs das vlvulas de alvio depresso. Tempos de acelerao e desacelerao muitograndes sobreaquecem os motores. Programe ostempos mnimos necessrios para sua aplicao.P47 - Tempo para auto-reset (s)Quando ocorre um erro, exceto E01, E02 e E07ou E2x, a Soft-starter poder provocar umreset automaticamente, aps transcorrido otempo programado em P47.Se P47= OFF no ocorrer Auto-Reset. Apstranscorrido o Auto-Reset, se o mesmo errovoltar a ocorrer por trs vezes consecutivas (*),a funo de Auto-reset ser inibida. Portanto,se um erro ocorrer quatro vezes consecutivas,este permanecer sendo indicado (e a Soft-Starter bloqueada) permanentemente.(*) Um erro considerado reincidente, se este voltar aocorrer at 60 segundos aps o ltimo erro terocorrido.94PARMETROS DA SOFT-STARTER5P43 - Rel By- PassEsta funo quando habilitada permite autilizao da indicao de Tenso Plena,atravs do RL1 ou RL2(P51 ou P52), acionar um contador de By-Pass.A principal funo do By-Pass da soft-starter eliminar as perdas em forma de calorocasionadas pela Soft-Starter.NOTA1)Sempre que for utilizado o contator de by-passdeve-se programar esta funo.2)Para no perder as protees referentes a leiturade corrente do motor, os transformadores decorrente devero ser colocados externamente aconexo do contador de by-pass atravs do mduloMAC-0x.3)Quando P43 em On os parmetros P74 e P76ficaminativos OFF.P44 - Economia de energiaPode ser habilitada ou desabilitada, sendo quequando habilitada sua funo a de diminuiras perdas no entreferro do motor, quando semou com pouca carga.NOTAS1)A economia total de energia depende de que cargaest o motor.2)Esta funo gera correntes harmnicasindesejveis na rede devido a abertura do ngulode conduo para diminuio da tenso.3)Quando P44 em On os parmetros P74 e P76ficaminativos (OFF).4)No pode ser habilitada com by-pass (P43 emOn).5)O Led Run fica piscando quando a funoeconomia de energia est habilitada.5.3 PARMETROS DECONFIGURAO95PARMETROS DA SOFT-STARTER5Figura 5.8 - Economia de energiaP46 - Valores Default (carrega parmetros defbrica)Quando colocada em ON esta funo fora aparametrizao da Soft-Starter conforme valo-res de fbrica, exceto os parmetros P22 e P23.P50 - Programao do Rel RL3Habilita o rel RL3 a funcionar conformedescrito a seguir:1. Fecha o contato N.A. sempre que a SSW-03 estiversemERRO.2. Fecha o contato N.A. somente quando a SSW-03estiver em estado de ERRO.P51 - Funo do Rel RL1Habilita o Rel RL1 a funcionar conformeparametrizao abaixo:1. Funo Operao, o rel ligadoinstantaneamente com o comando de aciona daSoft-Starter, s desligando quando a Soft-Starterrecebe um comando de desaciona (P04=OFF), oupor rampa quando a tenso chega 30% UN(P04=OFF). Mostrado na figura 5.9.2. Funo Tenso Plena, o rel ligado somenteaps a Soft-Starter atingir 100% , e desligadoquando a Soft-Starter recebe um comando dedesliga. Conforme mostrado na figura 5.9.NOTAQuando se utilizar da funo de Tenso Plena paraacionar o contador de By-Pass, o parmetro P43 deveestar em On.96PARMETROS DA SOFT-STARTER5Figura 5.9 - Funes operao e tenso plenaFigura 5.10 - Esquema simplificado de aplicao do rel com funo finalde rampa para ligar banco de correo de fator de potncia97PARMETROS DA SOFT-STARTER53. Funo Sentido de Giro, o rel ligado quando aentrada digital (DI3) mantida fechada, edesligado quando aberta. O rel RL1 apenascomandar um contator que dever ser ligado nasada da SSW-03, o qual far a reverso de 2 fasesde alimentao do motor. Conforme mostrado nafigura 5.11.Figura 5.11 - Funo sentido de giroP52 Funo do Rel RL21-2. Habilita o rel RL2 a funcionar.3. Funo Frenagem cc, o rel ligado quando asoft-starter recebe um comando de desliga. Paraesta funo dever ser utilizado um contador.Conforme mostrado na figura 5.12.98PARMETROS DA SOFT-STARTER5Figura 5.12 - Rel para Funo Frenagem CCNOTATanto P51 como P52 quando programados para umafuno, vo execut-las independentemente se oscontatores esto ligados externamente. Portanto antesde realizar suas programaes fazer todas as ligaesexternas necessrias.P53 - Programao da entrada Digital 2Habilita a entrada digital 2 (borne X2:2) afuncionar conforme cdigos descritos:OFF =SemFuno1. Reset de erros, reseta um estado de erro toda vezque a entrada DI2 estiver em +24Vcc (X2:5).2. Erro Externo, pode servir como proteoadicional da carga, atua quando entrada aberta.Ex.: Proteo trmica do motor atravs de contatoseco (Livre de tenso) de um rel de proteo(Termostato).3. Habilita Geral, pode ser utilizada a entrada DI2como emergncia da Soft-Starter, para tanto oborne X2:2 dever estar conectado ao +24Vcc(X2:5).99PARMETROS DA SOFT-STARTER54. Controle a trs fios, possibilita que a soft-Starterseja comandada atravs de duas entradas digitais.DI1 (X2:1) como entrada de aciona e DI2 (X2:2)como entrada de desaciona. Podendo-se assimcolocar diretamente uma botoeira de duas teclas.Conforme item Diagramas de ligao tpicosneste guia.P54 - Programao da entrada digital 3Habilita a entrada digital 3 (Borne X2:3) afuncionar conforme cdigos descritos:OFF =SemFuno1. Reset de Erros2. Erro Externo3. Habilita Geral4. Sentido de Giro, habilita a entrada digital 3 (DI3)quando ligada ao +24Vcc (X2:5), acionar o relRL1 (conforme descrito no item 6.4.5) e fazer afuno de reverso do sentido de giro do motorcom o auxlio de um contator ligado sada daSoft-Starter. Conforme item Diagramas de ligaotpicos neste Guia.NOTAPara esta funo o parmetro P51 dever estarprogramado em 3.P55 - Programao da entrada digital 4Habilita a entrada digital 4 (borne X2:4) afuncionar conforme cdigos descritos:OFF = Semfuno1. Reset de Erros2. Erro Externo3. Habilita Geral4. Funo JOG, Habilita a entrada digital 4 (DI4)quando ligada +24Vcc (X2:5), fazer a soft-starteraplicar a tenso de JOG (P