CARLOS AUGUSTO MARCONDES DOS SANTOS12543-3

CARLOS EDUARDO CNDIDO DE ALMEIDA12544-3

THIAGO DE ANDRADE PRADO11525-3

Comandos para Partida e Motores de Induo Trifsico

Guaratinguet2015

1 OBJETIVOS

Neste projeto procura-se aplicar os conhecimentos obtidos durante a disciplina de Instalaes Eltricas, utilizar as tcnicas estudadas na dimensionamento do sistema de partida de um motor de induo trifsico por chave estrela-tringulo e por chave compensadora. Comparar os dois tipos de partida quanto as suas vantagens, desvantagens e custo. Assim como projetar as devidas protees para que o sistema opere de forma segura e eficiente. No projeto, espera-se reforar os conceitos de comandos eltricos aprendidos em sala de aula e adquirir novos conhecimentos atravs de pesquisa em livros e catlogos de fabricantes de componentes eltricos.

2 ELEMENTOS CONCEITUAIS

2.1 PARTIDA DE MOTORES DE INDUO TRIFSICOS (MIT)

A corrente de partida de motores de induo trifsicos costuma a variar na faixa de 6 a 8 vezes o valor da corrente nominal do motor. Se o sistema suportar este pico de corrente na partida, a melhor alternativa utilizar a partida em tenso plena (partida direta). Na placa do motor temos o fator que indica quantas vezes a corrente de partida maior que a nominal. medida que o motor vai vencendo a inrcia (resistncia da carga) e aumentando a rotao, a corrente vai diminuindo, at chegar ao valor de regime permanente (FRANCHI, 2008).A partida de um motor trifsico direta deve ser executada sempre que possvel, sendo possvel somente motores abaixo de 5 cv em partidas diretas e abaixo de 10 cv em instalaes industriais por imposio da concessionria.Entretanto alguns efeitos causados pela partida direta de um motor so mostrados conforme a seguir:

queda de tenso elevada devido alta corrente de partida; provvel cintilao das lmpadas; reduo no conjugado do motor durante a partida; sistema de proteo superdimensionado, acarretando um custo elevado.

A alta corrente de partida pode gerar problemas para a instalao eltrica, relacionados queda de tenso, podendo causar a m operao de outras cargas ligadas ao mesmo barramento. Existem tcnicas de partida que amenizam tais efeitos. Sero apresentadas duas delas, a partida por chave estrela-tringulo e por chave compensadora.

2.2 PARTIDA ESTRELA-TRINGULO

Consiste na alimentao do motor com uma reduo de tenso nas bobinas durante a partida do motor. Assim o motor inicialmente parte em uma ligao em estrela com uma tenso de 58% da tenso nominal, e aps certo tempo a ligao convertida em tringulo, assumindo a tenso nominal.Esta manobra proporciona uma reduo de 33% na corrente de partida. A chave estrela-tringulo, utilizada quase exclusivamente em mquinas sem carga, somente depois de ter atingido a tenso nominal que a carga aplicada. A passagem da ligao estrela para a ligao tringulo controlada por um temporizador. Para que esse tipo de partida possa ser realizada, o motor deve ter no mnimo 6 terminais acessveis e preciso que a tenso nominal da rede seja igual a tenso da ligao em tringulo (FRANCHI, 2008). Ocircuito de comando bem como o de potncia pode ser observado a seguir na Figura 1.

Figura 1 Circuitos de comando para partida estrela-tringulo (CADe Simu).

2.3 PARTIDA DO MIT POR CHAVE COMPENSADORA

Essa partida alimenta as bobinas do motor com tenso reduzida durante a partida. Esta reduo feita por meio da ligao de um auto-transformador em srie com as bobinas. Aps a partida, as partidas do motor recebem a tenso nominal. Na maior dos casos a chve compensadora contem os seguinte equipamentos:

Auto transformador ligado em Y; Contatores Rel de sobrecarga Fusveis Rel de tempo

Em relao partida estrela-tringulo, a partida por chave compensadora mais cara e tem dimenses um pouco maiores, aumentando o volume no Centro de Controle de Motores (CCM). Todavia, se for usada a derivao em 65%, a corrente de partida na linha se aproxima da corrente de acionamento da chave Y-.A chave compensadora composta basicamente de um autotransformador com vrias derivaes, as mais comuns so 50, 65 e 80% da tenso nominal. O autotransformador ligado ao circuito do estator. Seu ponto estrela fica acessvel e, durante a partida, curto circuitado, sendo desfeita essa ligao logo que o motor conectado diretamente rede. Normalmente, esse tipo de partida empregado em motores de potncia elevada, que acionam cargas com alto ndice de atrito (). Ocircuito de comando bem como o de potncia pode ser observado a seguir na Figura 2.

Figura 2 Circuitos de comando para partida com chave compensadora (CADe Simu).

3 DESENVOLVIMENTO DO PROJETO

3.1 DETERMINAO DO MOTOR DE INDUO TRIFSICO (MIT)

Ao iniciar o desenvolvimento das partidas necessita-se saber a potncia do motor que ser trabalhada no projeto. O uso do mtodo de reduo numrica foi feito que diz respeito aos nmeros de matrcula dos membros deste grupo de trabalho. A reduo numrica foi proposta pelo professor Doutor Rubens e consiste em somar os algarismos de todos os nmeros de matrcula, um a um, at obter um valor numrico compreendido entre 0 e 9. Caso isso no ocorra de imediato deve-se proceder da mesma maneira quantas vezes forem necessrias at encontrar o valor numrico. A operao pode ser vista na Tabela 1. Uma vez encontrado o nmero neste intervalo, obtm-se a potncia do motor em cavalos que est relacionada diretamente ao valor numrico encontrado na reduo que fornecido na Tabela 2.

Tabela 1: Relao de integrantes do grupo, reduo numrica e ID obtido. Membros do grupoMatrculaReduo numricaID do motor

Carlos A.12543-31+2+5+4+3+3+1+1+5+2+5+3+1+2+5+4+4+3 = 545+4=99

Carlos E.12544-3

Thiago11525-3

Tabela 2 correspondncia entre o ID obtido e a potncia do MIT. ID123456789

P (cv)3040506075100125150175

Como o ID resultante 9 a potncia correspondente de 175cv. O motor escolhido possui as caractersticas apresentadas na Tabela 3.

Tabela 3 Caractersticas do Motor W22 IR4 Super Premium WEG.Fabricante: WEGModelo: W22 IR4 Super Premium

Carcaa315S/MConjugado Nominal705 Nm

Potncia175 cvConjugado de Partida270%

Frequncia60 HzConjugado Mximo280%

PolosIVTempo de Rotor Bloqueado30 s

Rotao Nominal1790 rpmFator de Servio1,25

Tenso Nominal220/380/440 VMassa aproximada1040 kg

Corrente Nominal422/244/211 AMomento de Inrcia3,5446 kgm

Fator de Potncia0,85Rendimento96,5

Ip/In7,7Nvel de Rudo75 dB(A)

3.2 CORRENTE NOMINAL E MTODO DE INSTALAO

Aps escolhida o motor deve-se determinar a corrente nominal do motor, isso pode ser feito atravs dos dados do fabricante ou utilizando a equao (1), importante resaltar que os valores de rendimento e fator de potncia variam com a carga acoplada ao motor .

(1)

Sendo:In: corrente nominal do motor [A];P: potncia do motor [cv];U: tenso de linha do motor [V];: rendimento do motor [%] aplicar na forma decimal;FP: fator de potncia do motor

Neste caso foi considerado que o motor trabalha com tenso de 380 V e a corrente nominal indicada pelo fabricante de 244 A.

3.3 DIMENSIONAMENTO DO CIRCUITO ALIMENTADOR

Os condutores do circuito que alimenta um ou mais motores devem possuir uma capacidade de conduo de corrente igual ou superior soma das correntes nominais de cada motor (), multiplicadas pelos respectivos fatores de servio (), conforme a equao (2):

(2)

Sendo:IB: Corrente de projeto [A];FS: Fator de servio do motor;IN: Corrente nominal do motor.

Pela equao (2), para n = 1 (est sendo utilizado apenas um motor), fs = 1,25 (dado do fabricante) e In = 244 A, calcula-se: I(alimentador) 305 A.Sabendo-se o valor da corrente no condutor do alimentador e sendo o mtodo de instalao B1 (canaleta ventiladas encaixas no piso ou alvenaria) pelo mtodo da corrente tem-se que a seo do condutor de 185 mm.Obs: A equao (2) no leva em conta os fatores de correo. Se as condies do projeto forem crticas, quanto temperatura e ao agrupamento dos condutores, por exemplo, tais fatores devem ser considerados.

3.4 QUEDA DE TENSO NO CIRCUITO ALIMENTADOR

Aps a determinao da seo do condutor necessrio saber se a mesma atende os critrios mximos de queda de tenso estabelecidos pela norma NBR 5410:2004 (MAMEDE FILHO, 2010).A queda de tenso no circuito alimentador obtida pela equao (3):

(3)

Sendo:V: queda de tenso em circuito trifsico [%]; I: corrente do circuito [A];lc: comprimento do circuito [m];R: resistncia de sequncia positiva do condutor [m/m];X: reatncia de sequncia positiva do condutor [m/m];: ngulo do fator de potncia da carga [graus];Ncp: nmero de condutores em paralelo;E: tenso de linha [V].

Sendo , lc = 60 m (escolhido), R = 0,1226 m/m, X = 0,1073 m/m, = arccos (0,85) = 31,78 , Ncp = 1 e E = 380 V, calcula-se, pela equao (3): V = 1.07%.Obs.: Os valores de R e X so correspondentes ao condutor de seo de 185 mm e foram obtidos pela Tabela 3.22 (MAMEDE FILHO, 2010).Supondo que a alimentao seja feita diretamente da rede secundria, a mxima queda de tenso permitida de 5%, portanto, o condutor escolhido atende tal condio.

3.5 DIMENSIONAMENTO DA PARTIDA DO MIT POR CHAVE ESTRELA-TRINGULOA corrente de partida, em estrela, dada pela equao (4):

(4)

O fabricante fornece, para o motor em questo, a relao: Ip / In = 7,7, ou seja, a corrente de partida 7,7 vezes maior que a nominal. Sendo In = 244 A, tem-se que Ip = 1878,8 A, que corresponde ao valor de Ip.Portanto, pela equao (4), calcula-se: IYp = 626,26 A.Para calcular a queda de tenso na partida, deve-se considerar o fator de potncia do motor igual a 0,3 ( = 72,54) e o valor de IYp, assim, pela equao (3), obtm-se: V = 2.38%.O valor encontrado menor que a queda de tenso mxima durante a partida estabelecida pela NBR 5410:2004 (10%), portanto, pode-se realizar a partida do MIT por chave estrela-tringulo nas condies at agora apresentadas.

3.5.1 CONTATORES K1 E K2

Para o dimensionamento de K1 e K2 foi calculada, pela equao (4), a corrente de ambos os componentes, levando-se em conta o valor da corrente nominal (In = 244 A ). = 0,58 (4)

Consultou-se a tabela do fabricante e pode-se desta forma obter o cdigo dos contatores K1 e K2 que suportam a corrente calculada, obteve-se: CWM150-22-30 (WEG).

3.5.2 CONTATOR K3

Para o dimensionamento dos contatores K3, atende-se a seguinte condio.(5)

Consultou-se a tabela do fabricante e pode-se assim obter o cdigo do contator K3 que suporta a corrente calculada, obteve-se: CWM95-22-30 (WEG).

3.5.3 DIMENSIONAMENTO DO REL DE SOBRECORRENTE

A corrente que circula pelo rel de sobrecarga dado pela corrente de fechamento do circuito em tringulo, ou seja, A.Consultou-se uma tabela do fabricante e pode-se obter o cdigo do rel trmico, que : RW317-1D 100...150 (Rel de sobrecarga trmico da WEG).

3.5.4 DIMENSIONAMENTO DOS FUSVEIS

No momento da partida, tem-se:

(6)

(7)

Logo:

Considerando o tempo de partida , utiliza-se a curva caracterstica da Figura 3.

Figura 3 Curva caracterstica fusvel NH WEG Tempo x Corrente.

Em seguida deve-se testar o fusvel nas seguintes condies:(8)

(9)

(10)

O fusvel que atende essas 3 consideraes o FNH1-200U (Fusveis tipo NH WEG).

3.5.5 CHAVE SECCIONADORA

A chave seccionadora proporciona maior segurana ao sistema de partida, pois corta as 3 conexes de fase que alimentam os fusveis. Para sua escolha levou-se em considerao o fato da seccionadora suportar uma corrente maior que a corrente dos fusveis.Conforme tabela do fabricante a chave seccionadora escolhida a S32 400/3 tripolar da Holec.

3.5.6 LISTAGEM DOS COMPONENTES USADOS NA PARTIDA ESTRELA TRINGULO

A Tabela 5 resume a lista de componentes usada para atender o projeto de partida indireta em estrela tringulo.

Tabela 4 Lista de componentes utilizados no projetoDescrio do componenteFabricanteQtde.Preo unit. (R$)Preo total (R$)

Motor 175 CVWEG11R$17000,00

Chave seccionadora Holec1600600,00

Fusvel NH (200A)WEG3 37,00111,00

ContatorWEG2 500,001000,00

ContatorWEG1 400,00400,00

Rel trmicoWEG1 300,00300,00

Fusvel Diazed (4A)Siemens2 25,0050,00

Botoeira (parada)Schneider140,0040,00

Botoeira (start)Schneider140,0040,00

TemporizadorCoel170,0070,00

O custo total estimado para os componentes de R$ 19611,00.

3.6 PARTIDA POR CHAVE COMPENSADORA

A corrente de partida ao se utilizar a chave compensadora dado por:(11)

Sendo:: corrente de partida [A]: corrente nominal [A] K: fator de reduo correspondente porcentagem de tenso ajustada no autotransformador [%] aplicar na forma decimal.

Sendo 7,7, com , calcula-se pelo fabricante para o motor ter partida com tenso 65% da tenso ominal, calcula-se utilizando a equao (11):Para calcular a queda de tenso na partida, deve-se considerar o fator de potncia do motor igual a 0,3 ( = 72,54) e o valor de Ip, assim, pela equao (3), obtm-se: V = 3,02%.O valor encontrado menor que a queda de tenso mxima durante a partida estabelecida pela NBR 5410:2004 (10%), portanto, pode-se realizar a partida do MIT por chave compensadora nas condies at agora apresentadas.

3.6.1 CONTATOR K1 Para a corrente de emprego (Ie) de K1, tem-se Ie In, portanto Ie 244 A.Foi escolhido assim o contator: CWM250-22-30 da WEG.

3.6.2 CONTATOR K2

Para K2, Ie dada pela equao (12), em que K o fator de reduo correspondente porcentagem de tenso ajustada no autotransformador. (12)

Como se utiliza no projeto , portanto por (12), tem-se: Ie 102,24 A. Escolheu-se para K2: CWM105-22-30 (WEG).3.6.3 CONTATOR K3

Para K3, Ie dada pela equao (13).(13)

Tem-se ento, para (13): Ie 55,51 AEscolheu-se para K3: CWM65-22-30 (WEG).

3.6.4 REL DE SOBRECORRENTE

Considerando-se para o rel de sobrecarga: Ie In, ou seja, Ie 242 A, deve-se escolher o modelo no qual respeite a condio da corrente Ie.Desta forma, foi escolhido para o rel de sobrecorrente: RW317-1D3-U310 200...310 (WEG).

3.6.5 FUSVEIS F1,2,3

Escolheu-se utilizar fusveis do tipo retardados tipo NH, da WEG. Sendo a corrente de partida (Ip) reduzida pelo fator , considerando , temos 793,7 A e o tempo de partida (tp) igual a 30 s (tempo de rotor bloqueado), pelas curvas mostradas na Figura 3, determina-se que os fusveis portanto devem ser de 250 A Entretanto esse valor de corrente no est compreendida na faixa: 1,2.In If Icontatores/rels, portanto, sero utilizados fusveis de 300 A, cujo modelo FNH2-300U da WEG.

Descrio do componenteModeloFabricanteQtde.Preo unit. (R$)Preo total (R$)

Motor 175 CVW22 Super PremiumWEG1R$17000,00R$17000,00

Fusvel-NH (300A)FNH2-300UWEG3R$ 40,00 R$ 120,00

ContatorCWM250-22-30WEG1 R$2584,00 R$2584,00

ContatorCWM105-22-30WEG1R$ 885,00R$ 885,00

ContatorCWM65-22-30WEG1R$ 396,00R$ 396,00

Rel trmicoRW317-1D 200...310WEG1 R$400,00R$400,00

Botoeira (parada)-Schneider1R$40,00R$40,00

Botoeira (start)-Schneider1R$40,00R$40,00

Temporizador-Coel1R$70,00R$70,00

Autotransformador 200 cvIndusul1R$6200,00

O custo total da partida por chave compensadora : R$27735,00.

X CONSIDERAES FINAIS

Ao final dessa atividade de instalaes eltricas o saldo foi extremamente positivo, onde foi abordado todos mtodos de projeto, consulta e leitura de manuais dos fabricantes de motores eltricos alm de pontos importantes no desenvolvimento do projeto de partidas dos motores eltricos. Analisando-se os modelos de acionamento a fundo foi possvel perceber as vantagens e desvantagens dos mesmos. A partida estrela tringulo, por exemplo, tem como aliado o baixo custo, no ter limite de nmero de manobras e ocupar pouco espao. Entretanto o motor deve ter seis terminais acessveis e o valor da tenso de rede deve coincidir com o valor da tenso da ligao tringulo do motor.O comando por chave compensadora por sua vez no desligado e o segundo pico bem reduzido, o seu valor de tenso da rede pode ser igual tanto ao da estrela quanto do triangulo do motor e o motor s necessita de trs conexes externas. As desvantagens so o nmero de manobras que limitado, o custo do auto transformador elevado e a necessidade de maior espao de componentes.

X REFERNCIAS

FRANCHI, Claiton Moro. Acionamentos eltricos. 4 ed. So Paulo: rica, 2008.MAMEDE FILHO, Joo. Instalaes eltricas industriais. 8 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2010.COTRIM, Ademaro A. M. B. Instalaes Eltricas. So Paulo: Pearson Prentice Hall, 2009, 484 p.