universidade federal do paraná departamento de engenharia...

Universidade Federal do Paraná

Departamento de Engenharia Elétrica

RAPHAEL SALIN

COMPENSAÇÃO DINÂMICA DE REATIVO NA PARTIDA DE

MOTORES DE INDUÇÃO

Curitiba

2011

RAPHAEL SALIN



Trabalho apresentado à Disciplina de

Projeto de Graduação como requisito parcial

à conclusão do Curso de Engenharia Elétrica

da Universidade Federal do Paraná.

Orientador: Prof. Dr. João Américo

Vilela Junior

Curitiba

2011

RAPHAEL SALIN



TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO APRESENTADO A DISCIPLINA DE PROJETO DE

GRADUAÇÃO DO CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO

PARANÁ COMO REQUISITO À OBTENÇÃO DO TÍTULO DE GRADUAÇÃO.

COMISSÃO EXAMINADORA

PROF. DR. ENG. JOÃO AMÉRICO VILELA JUNIOR

PROF. DR. ENG. ODILON LUÍZ TORTELLI

PROF. MSC. ENG. VILSON ROIZ GONÇALVES REBELO DA SILVA

2

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente a Deus pelo dom da vida e por guiar-me acompanhar-

me ao longo da minha vida e da vida das pessoas que eu amo.

Aos familiares e amigos pelo amor e apoio nas horas em que mais precisei.

A Universidade Federal do Paraná por confiar em meu potencial, e me dar a

oportunidade que precisei para desenvolver minhas habilidades e meus

conhecimentos.

Ao meu Professor orientador João Américo Vilela Junior pela orientação, apoio

e comprometimento durante todo o período de realização deste trabalho e aos

Professores Vilson R. G. R. da Silva e Odilon Luiz Tortelli por aceitar formar a banca

analisadora deste Trabalho Final de Graduação.

2

RESUMO

Este trabalho apresenta um estudo do uso de um Compensador Dinâmico de

Reativo para operar no momento do acionamento de motores de indução trifásicos

de alta potência. O objetivo é minimizar os efeitos do acionamento na rede durante

este período atuando de uma forma diferente das tecnologias convencionais.

É feita uma breve introdução falando sobre o motor de indução trifásico e as

tecnologias mais usuais utilizadas no acionamento destes motores. Em seguida é

apresentada a estrutura do Compensador Dinâmico de energia reativa com suas

características. Por último é apresentado um estudo sobre uma situação hipotética

cujo objetivo é comparar o desempenho das alternativas de acionamento

comentadas no trabalho e comprovar as vantagens do uso do compensador

dinâmico de reativo como método de acionamento de motores de alta potência, tais

como tempo de aceleração reduzido, torque de partida superior e ausência de

afundamento de tensão no barramento do motor.

Uma análise focada no valor econômico do compensador dinâmico de reativo

não será desenvolvida neste trabalho e segue como sugestão para trabalhos

futuros.

Palavras Chave: Acionamento a plena tensão, compensador dinâmico de

reativo, afundamento de tensão

3

ABSTRACT

This work present a study regarding the use of a Dynamic Reactive Power

Compensator to operate in the tri-phase induction motor`s starting moment, for sake

of minimizing the upcoming problems in the network during this period; acting with a

different shape of current technology.

A brief introduction about triphase induction motor and convectional

technologies used on the engines activation is first presented, followed by a

description of the Dynamic Reactive Power Compensator with it features. At last will

be present a reduced study, contains, superior starter torque and absence of voltage

sinking at motor´s bus.

This paper will not develop focous an economic analysis of Dynamic Reactive

Power Compensator; left behind this part like a sugestion for future project.

Key Words: Dynamic Reactive Power Compensator, full-voltage starting

4

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 – Modelo equivalente do Motor de Indução Trifásico por fase .................... 10

Figura 1 – Exemplo de curva de torque do Motor de Indução Trifásico .................... 11

Figura 2 – Exemplo de corrente de partida do MIT ................................................... 12

Figura 3 – Esquema de ligação para Partida Direta .................................................. 14

Figura 4 – Esquema de ligação para Partida Estrela-triângulo ................................. 15

Figura 5 – Exemplo de curva de torque do motor acionado por Partida Estrela-

Triângulo ................................................................................................................... 16

Figura 6 – Exemplo de corrente do motor na partida usando esquema estrela-

triângulo .................................................................................................................... 16

Figura 7 – Esquema de ligação para Partida Compensadora ................................... 17

Figura 8 – Exemplo de corrente do motor acionado por Chave Compensadora ....... 18

Figura 9 – Curva de torque do motor acionado pela Chave Compensadora ............ 18

Figura 10 – Esquema de partida do motor com Soft-Starter ..................................... 19

Figura 11 – Senóide de tensão chaveada pelo Soft-Starter ...................................... 20

Figura 12 – Esquema de funcionamento do Conversor de Freqüência .................... 21

Figura 13 – Deslocamento da curva de torque do motor acionado pelo Conversor de

Freqüência ................................................................................................................ 22

Figura 14 – Diagrama de blocos do Compensador Dinâmico ................................... 24

Figura 15 – Diagrama Unifilar da situação de estudo ................................................ 25

Figura 16 – Motor HGF de carcaça 450 [6] ............................................................... 26

Figura 17 – Modelagem do caso proposto utilizando Partida Direta ......................... 28

Figura 18 – Curva de aceleração do motor ............................................................... 28

Figura 19 – Tensões das três fases no barramento do motor ................................... 29

Figura 20 – Curva de torque (N.m) durante o acionamento do motor ....................... 30

Figura 21 – Potência Ativa (Azul) e Reativa (Verde) por fase fornecida pela rede para

o conjunto motor e banco fixo de capacitores ........................................................... 31

Figura 22 – Corrente no barramento da indústria ...................................................... 32

Figura 23 – Esquema do caso proposto com compensador no Simulink .................. 34

Figura 24 – Bloco Compensador Dinâmico de Reativo ............................................. 34

Figura 25 – Curva de aceleração do motor ............................................................... 35

Figura 26 – Tensão da barra do motor ...................................................................... 36

Figura 27 – Tensões das fases na rede no período de instabilidade ........................ 37

5

Figura 28 – Curva de torque (N.m) durante o acionamento do motor ....................... 38

Figura 29 – Curva de Potência Ativa (Azul) e Reativa (Verde) consumida pelo motor

.................................................................................................................................. 39

Figura 30 – Potência Ativa (Azul) e Reativa (Verde) transmitida da rede para o

barramento do motor acionado ................................................................................. 40

Figura 31 – Correntes das fases A, B e C fornecida pela rede ................................. 41

Figura 32 – Aceleração do MIT com Partida Direta e Partida com Compensador

Dinâmico ................................................................................................................... 42

Figura 33 – Tensão no barramento do MIT com Partida Direta e Partida com

Compensador Dinâmico ............................................................................................ 42

Figura 34 – Torque do MIT com Partida Direta e Partida com Compensador

Dinâmico ................................................................................................................... 42

Figura 35 – Potências ativas e reativas fornecidas pela rede para o MIT com Partida

Direta e Partida com Compensador Dinâmico .......................................................... 43

Figura 36 – Corrente de fase ncias ativas e reativas fornecidas pela rede para o MIT

com Partida Direta e Partida com Compensador Dinâmico ...................................... 43

6

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Lógica de chaveamento do Compensador .............................................. 24

Tabela 2 – Características construtivas e de desempenho do motor escolhido ........ 26

Tabela 3 – Características do cabo de 185 mm² utilizado ......................................... 27

Tabela 4 – Comparação entre Partida Direta e Partida com Compensador ............. 44

7

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 9

1.1 O Motor de Indução Trifásico - MIT ..................................................................... 9

1.2 Métodos Convencionais de Acionamento de Motores ....................................... 13

1.2.1 Partida Direta ............................................................................................. 13

1.2.2 Partida Estrela-Triângulo ........................................................................... 14

1.2.3 Partida Compensadora .............................................................................. 17

1.2.4 Partida com Soft-Starter ............................................................................ 19

1.2.5 Partida com Conversor de Frequência ...................................................... 21

2 O COMPENSADOR DINÂMICO DE REATIVO ............... ...................................... 23

2.1 Estrutura de funcionamento e lógica ................................................................. 23

3. SITUAÇÃO PARA ESTUDO ........................... ...................................................... 25

4 OS MÉTODOS DE ACIONAMENTO ....................... .............................................. 27

4.1 Partida Direta ..................................................................................................... 27

4.1.1 Esquema do caso proposto no Simulink .................................................... 27

4.1.2 Análise dos Resultados ............................................................................. 28

4.2 Demais métodos convencionais de partida ....................................................... 32

4.2.1 Partida Estrela – Triângulo, Compensadora e Soft - Starter ...................... 32

4.2.2 Partida com Conversor de Freqüência ...................................................... 33

4.3 Compensador Dinâmico de Reativo .................................................................. 33

4.3.1 Esquema do caso proposto no Simulink .................................................... 33

4.3.2 Resultados obtidos .................................................................................... 35

5 COMPARATIVO DOS MÉTODOS ......................... ................................................ 41

8

5.1 Gráficos de Desempenho .................................................................................. 42

5.2 Tabela Comparativa .......................................................................................... 43

6 CONCLUSÃO ....................................... ................................................................. 45

7 PROPOSTAS PARA TRABALHOS FUTUROS ................ .................................... 46

8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................... ................................................ 46

Apêndice A ........................................ ....................................................................... 48

9

1 INTRODUÇÃO

A maioria das cargas presentes em um sistema elétrico são projetadas para

operar em condições onde as características da rede (tensão, freqüência, ângulo de

fase, forma de onda), não sofrem variações significativas. Em se tratando de

sistemas elétricos industriais, as cargas costumam ser ainda mais sensíveis a

variações da rede, devido a alta precisão que seus respectivos processos exigem.

Freqüentemente nestes mesmos sistemas estão conectados motores de

indução que, principalmente durante a partida, provocam afundamento de tensão,

devido a elevada corrente requerida, o que prejudica as demais cargas da indústria.

As soluções disponíveis no mercado para atenuar os problemas causados

pelo acionamento deste tipo de motor nem sempre correspondem de forma

satisfatória, causando outros problemas para a rede, prejudicando o desempenho do

motor ou tornando o processo todo mais caro.

Em se tratando de motores de alta potência o impacto na rede é bastante

acentuado, devido a alta corrente de partida e da energia reativa consumida pelo

motor de indução durante a partida. O método de acionamento pode muitas vezes

ser determinante para a viabilidade de algum processo.

Uma análise completa para a escolha do método de acionamento mais

indicado pode prevenir problemas, poupar investimentos futuros e garantir um

desempenho melhor para a indústria, tanto do motor como de todas as cargas

conectadas no sistema.

1.1 O Motor de Indução Trifásico - MIT

O motor elétrico é uma máquina que faz a conversão de energia elétrica em

energia mecânica. Entre os tipos de motores elétricos, destaca-se o motor de

indução trifásico por ser amplamente utilizados na indústria moderna, quando se fala

em motores de alta potência, devido a sua simplicidade, robustez e baixo custo em

comparação com os demais tipos de motores.

O motor de indução trifásico pode ser definido por seu modelo equivalente,

representado na Figura 1:

10

Figura 1 – Modelo equivalente do Motor de Indução Trifásico por fase

Onde:

V1 = tensão do equivalente de Thévenin aplicada no motor

R1 e X1 = resistência e reatância do estator

R0 = resistência referentes às perdas no ferro por corrente de Foucault e

histerese magnética das chapas

Xm = reatância de magnetização

R2 e X2 = resistência e reatância equivalente do rotor referido ao estator

s = escorregamento da máquina

Através do modelo equivalente, o torque do motor de indução trifásico pode

ser calculado através da equação 1.1:

(1.1)

Onde:

T = torque na ponta do eixo do motor

Rth e Xth = resistência e reatância equivalentes de Thévenin do estator

ws = velocidade síncrona do motor (função da freqüência da rede e do

numero de pólos da máquina)

11

A curva característica do torque do motor em função da velocidade de rotação

esta representada na Figura 1.

Figura 2 – Exemplo de curva de torque do Motor de Indução Trifásico

Através da análise da equação característica do MIT junto com a curva

característica, pode-se concluir que o torque no eixo do motor varia com o

escorregamento do motor, a freqüência da rede e a tensão aplicada nos terminais, já

que os demais parâmetros são constantes do próprio motor.

Durante a partida do motor o escorregamento é máximo e o torque do eixo

pode apenas ser controlado pela tensão aplicada no motor. Como o torque do motor

varia na proporção quadrática da tensão, o conjugado de partida de um motor

quando aplicada em seus terminais uma tensão diferente da nominal, pode ser

calculado através da equação 1.2:

(1.2)

Onde:

Cp = Conjugado de partida do motor

Cnp = Conjugado de partida do motor quando acionado com tensão nominal

Vtm = Tensão aplicada no motor

Vnm = Tensão nominal no motor

A corrente do motor é dada pela equação 1.3:

12

(1.3)

Onde:

Ir = Corrente do motor

s = Escorregamento do motor

Erb = Tensão aplicada no motor

Rr = Resistência do rotor

Xrb = Reatância de rotor bloqueado

Durante a partida do motor, o escorregamento tem valor unitário e a equação

da corrente de partida pode ser simplificada pela equação 1.4:

(1.4)

Como a resistência é muito menor que a reatância do motor, o resultado é um

baixo fator de potência durante a partida. Mesmo consumindo uma potência ativa

não tão alta, o motor absorve uma quantidade bastante grande de energia reativa da

rede neste período. O resultado é uma elevada corrente de partida, conforme

observada na Figura 2.

Figura 3 – Exemplo de corrente de partida do MIT

A medida que o motor vai acelerando o escorregamento vai diminuindo, assim

como a corrente, até o valor nominal.

13

Dependendo das características do motor, a corrente de partida pode variar

de 5 a 10 vezes o valor da corrente nominal, o que quando se trata de motores de

alta potência pode perturbar a rede que alimenta este motor, tais como quedas de

tensão, sobreaquecimento de condutores, etc.

Para poder minimizar a corrente de partida do MIT é aconselhável utilizar

algum método de acionamento que minimize possíveis perturbações na rede, desde

que atenda as características de partida da carga. A escolha do método de partida

depende de vários fatores que o projetista deve levar em conta, tais como torque de

partida, investimento disponível, nível de controle do processo, etc.

1.2 Métodos Convencionais de Acionamento de Motores

Existem cinco formas mais usuais de se acionar um motor na indústria

moderna. São elas:

• Partida Direta

• Chave Estrela-Triângulo;

• Chave Compensadora;

• Soft-Starter;

• Conversor de Freqüência.

Cabe ao projetista analisar cada caso e escolher um método que atenda as

necessidades da carga sem provocar perturbações na rede e que seja

economicamente viável.

1.2.1 Partida Direta

O acionamento através de Partida Direta corresponde a simples conexão do

motor na rede de alimentação. O esquema de ligação é apresentado na Figura 3.

Pode-se dizer que

nenhum componente para controlar as características de partida ou operação do

motor. É indicado para

suficiente para suportar as condições de

características fundamentais.

A corrente que a rede fornece para o motor de indução trifásico acionado pela

partida direta, devido principalmente ao a

este processo, pode chegar a 10 vezes o valor da corrente nominal, dependendo do

modelo do motor. Em processos

hora, a alta corrente no sistema

da rede, tais como condutores e transformadores.

Em se tratando de motores de alta potência, a ausência de qualquer

componente que diminua a

neste período faz com que o afundamento

sentido pelas demais cargas do sistema.

1.2.2 Partida Estrela

Com este método de partida

estrela até atingir uma velocidade próxima da nominal, para então ser ligado na

configuração delta, para qual o motor foi projetado.

apresentado na Figura 4.

Figura 4 – Esquema de ligação para Partida Direta

se dizer que corresponde ao método mais simples,

para controlar as características de partida ou operação do

indicado para situações onde o sistema que alimenta o MIT é forte

para suportar as condições de partida sem sofrer mudanças nas suas

características fundamentais.


partida direta, devido principalmente ao alto reativo consumido pelo motor durante


Em processos que funcionam com várias partidas

corrente no sistema pode causar sobreaquecimento dos componentes

da rede, tais como condutores e transformadores.


componente que diminua a alta corrente de partida e o alto reativo que consomem

com que o afundamento da tensão da rede seja

sentido pelas demais cargas do sistema.

Partida Estrela-Triângulo

Com este método de partida o motor é inicialmente ligado na configuração


configuração delta, para qual o motor foi projetado. O esquema de ligação é

apresentado na Figura 4.

14

Partida Direta

mais simples, já que não utiliza

para controlar as características de partida ou operação do

que alimenta o MIT é forte

mudanças nas suas


lto reativo consumido pelo motor durante


rias partidas do MIT por

to dos componentes


e o alto reativo que consomem

tensão da rede seja ainda mais

o motor é inicialmente ligado na configuração


O esquema de ligação é

Figura

O uso deste método faz com que o motor seja acionado com uma tensão

menor do que a nominal

reduza na mesma proporção,

partida direta.

Conforme a equação 1.2, o torque de partida d

é diretamente proporcional ao quadrado da tensão aplicada

Quando o motor, mesmo sendo projetado para ser

acionado na configuração de estrela, a tensão durante a partida se reduz

57,7% da nominal e o torque de partida

motor desenvolveria caso fosse

O sistema, após algum tempo

menos 70% da nominal,

Neste momento a curva de torque, que inicialmente estava

que apresenta quando o motor

tempo de partida. A curva de torque do motor acionado por

é apresentado na Figura 5.

Figura 5 – Esquema de ligação para Partida Estrela-triângulo


inal apenas durante a partida, fazendo com que a corrente se

na mesma proporção, em relação a corrente do motor quando acionado por

a equação 1.2, o torque de partida de um motor

é diretamente proporcional ao quadrado da tensão aplicada

Quando o motor, mesmo sendo projetado para ser acionado na configuração delta, é

acionado na configuração de estrela, a tensão durante a partida se reduz

57,7% da nominal e o torque de partida se reduz a um terço do valor do

motor desenvolveria caso fosse acionado com tensão nominal.

ma, após algum tempo quando o motor atinge uma velocidade

menos 70% da nominal, altera a alimentação do motor de estrela para triâ

a curva de torque, que inicialmente estava deslocada

que apresenta quando o motor é acionado com tensão nominal durante todo o

A curva de torque do motor acionado por Partida

na Figura 5.

15

triângulo


apenas durante a partida, fazendo com que a corrente se

e do motor quando acionado por

motor de indução trifásico

em seus terminais.

configuração delta, é

acionado na configuração de estrela, a tensão durante a partida se reduz para

se reduz a um terço do valor do torque que o

uma velocidade de pelo

ão do motor de estrela para triângulo.

deslocada, volta ao valor

com tensão nominal durante todo o

artida Estrela-Triângulo

16

Figura 6 – Exemplo de curva de torque do motor acionado por Partida Estrela-Triângulo

Por conta disso, os acionamentos através de partidas estrela-triângulo são

recomendados para processos onde o motor parte com uma carga baixa.

A baixa complexidade dos componentes envolvidos garante a este método de

partida um baixo custo de implantação. Além do reduzido torque de partida, o pico

de corrente durante a mudança de ligação das bobinas do motor de estrela para

triângulo devem ser analisado com cuidado, pois pode muitas vezes superar a

corrente que o motor consome quando acionado por partida direta.

A amplitude da corrente do motor quando acionado por Partida Estrela-

Triângulo é apresentada na Figura 6.

Figura 7 – Exemplo de corrente do motor na partida usando esquema estrela-triângulo

17

Este pico de corrente pode, além de prejudicar a estabilidade da rede,

diminuir a vida útil do motor, prejudicando a isolação interna do mesmo.

1.2.3 Partida Compensadora

Neste método a tensão aplicada no motor é reduzida na partida através de

um autotransformador que altera o seu TAP conforme a velocidade do motor vai

aumentando.

O esquema de ligação da partida com Chave Compensadora é apresentado

na Figura 7.

Figura 8 – Esquema de ligação para Partida Compensadora

Desta forma a corrente de partida pode ser controlada e, devido ao caráter

indutivo do autotransformador, não ocorre o pico de corrente da partida estrela-

triângulo. Os taps convencionais do transformador utilizado são 50, 65 e 80%.

A corrente do motor quando acionado por Chave Compensadora é

apresentada na Figura 8.

18

Figura 9 – Exemplo de corrente do motor acionado por Chave Compensadora

Os degraus de corrente representados no gráfico correspondem ao momento

de mudança de tap do autotransformador.

O conjugado do motor durante a partida fica reduzido utilizando este método,

pois da mesma forma que na partida estrela-triângulo, o motor parte com uma

tensão inferior a tensão nominal. Cada vez que o tap do transformador muda a

tensão aplicada no motor sobe e a curva de torque se aproxima da curva

desenvolvida quando acionado por tensão nominal.

A curva de torque do motor, quando acionado por Chave Compensadora, é

apresentada na Figura 9.

Figura 10 – Curva de torque do motor acionado pela Chave Compensadora

19

O esquema para partida compensadora utiliza, além de componentes

relativamente simples tais como chaves para comutação e temporizador, um

autotransformador com tap variável. Dependendo do valor de potência do motor, o

autotransformador que será necessário para suportar toda a potência consumida

pelo motor durante a partida pode vir a representar um custo bastante elevado.

Ainda assim o esquema de partida com chave compensadora é amplamente

utilizado para o controle da corrente de partida de motores de indução.

1.2.4 Partida com Soft-Starter

No esquema de partida com Soft-Starter a tensão de alimentação dos

motores é chaveada através de tiristores SCR`s, de forma a controlar a tensão

aplicada no motor durante a partida.

O esquema de ligação da partida do MIT com Soft-Starter é apresentado na

Figura 10.

Figura 11 – Esquema de partida do motor com Soft-Starter

O esquema de partida com Soft-Starter é formado por equipamentos da

eletrônica de potência que consistem em elementos de comutação bidirecionais,

20

compostos por pontes de tiristores (SCR) que atuam como chaves de partida

estáticas, projetadas para controlar a rampa de aceleração da partida de um MIT,

controlando desta forma a corrente de partida do motor.

Durante a aceleração, os SCR`s chaveiam a tensão de alimentação do motor,

de forma a diminuir a tensão aplicada no mesmo e limitar a corrente que circula no

equipamento. A partir do momento em que o motor vai aumentando sua velocidade,

a corrente consumida pelo motor vai diminuindo e o Soft-Starter vai aos poucos

aumentando a tensão aplicada no motor até o valor nominal, mantendo a corrente

sempre no mesmo patamar, fazendo com que o motor seja acionado, como o próprio

nome já diz, com uma partida suave.

O Soft-Starter realiza esta operação controlando o ângulo alfa de disparo dos

SCR`s. Esta operação esta apresentada na Figura 11.

Figura 12 – Senóide de tensão chaveada pelo Soft-Starter

Este tipo de acionamento é bastante utilizado para cargas com várias partidas

por hora, como bombas, compressores e esteiras. É também um método utilizado

algumas vezes para atuar na rampa de desaceleração do motor durante o processo

de parada.

Além do custo mais elevado deste método de acionamento, o chaveamento

da onda de tensão que o Soft-Starter faz introduz harmônicos no sistema e pode

distorcer a senóide de toda a rede. Em locais onde a rede é relativamente fraca, o

Soft-Starter até protege o motor, mas pode prejudicar as demais cargas conectadas

no mesmo sistema, prejudicando a qualidade da energia.

1.2.5 Partida com Conversor de Frequência

Também chamado de Inversor de Freqüência, o conversor

estágios fundamentais, sendo o primeiro um retificador não

segundo um inversor controlado (CC/CA).

O esquema de ligação é apresentado na Figura 12.

Figura 13

O primeiro estágio é responsável por retificar a tensão da rede enquanto que

no segundo a onda de tensão é reconstruída

Com esta configuração, o inversor

e freqüência que alimenta o motor,

desempenho do motor e da rede

em processos e situações

funcionamento adequado

A velocidade do motor

de tensão que alimenta o motor.

tensão de alimentação n

utilizadas, desde que se observe a temperatura do motor, já que em velocidades

mais baixas os ventiladores internos e externos do motor, normalmente acoplados

ao eixo, perdem em eficiência.

de projeto (usualmente 80

compromete a vida útil do motor.

Partida com Conversor de Frequência

Também chamado de Inversor de Freqüência, o conversor

mentais, sendo o primeiro um retificador não-controlado (CA/CC) e o

segundo um inversor controlado (CC/CA).

O esquema de ligação é apresentado na Figura 12.

13 – Esquema de funcionamento do Conversor de Freqüência


o segundo a onda de tensão é reconstruída para alimentar o MIT

Com esta configuração, o inversor garante o controle da amplitude de

freqüência que alimenta o motor, permitindo um controle da

desempenho do motor e da rede, tais como torque, corrente e velocidade. É

situações onde o controle destas características é necessário para o

funcionamento adequado.

A velocidade do motor é controlada através do ajuste da freqüência

que alimenta o motor. Normalmente o inversor altera a

na faixa de 30 a 60 Hz. Velocidades mais baixas podem ser

desde que se observe a temperatura do motor, já que em velocidades


ao eixo, perdem em eficiência. A operação em temperaturas acima da

80o Celsius) prejudica a isolação dos condutores

compromete a vida útil do motor. Um dispositivo para ventilação

21

Também chamado de Inversor de Freqüência, o conversor é formado por dois

controlado (CA/CC) e o

squema de funcionamento do Conversor de Freqüência


para alimentar o MIT.

amplitude de tensão

um controle das características de

, corrente e velocidade. É utilizado

onde o controle destas características é necessário para o

da freqüência da onda

inversor altera a freqüência da

a faixa de 30 a 60 Hz. Velocidades mais baixas podem ser

desde que se observe a temperatura do motor, já que em velocidades


em temperaturas acima das temperaturas

a isolação dos condutores internos e

m dispositivo para ventilação independente da

velocidade do motor pode ser

prejudiquem o motor.

Durante a partida do motor,

freqüência e da tensão aplicada

acelere de forma suave e controlada.

O deslocamento da curva de torque do motor é apresentado na Figura 13.

Figura 14 – Deslocamento da curva de torque do motor acionado pelo

Desta forma tanto a corrente do motor como a potência reativa consumida

podem ser controladas.

corrente do motor a 100% da nominal, mesmo durante a partida. Desta for

se alto consumo de potê

este período.

O conversor, por conta do estágio de retificação da tensão da rede, acaba

injetando harmônicos no sistema. Em indústrias onde existem muitas

acionadas por Conversor

comprometem a qualidade da energia

O custo total deste equipamento é bem maior quando comparado com os

demais métodos de acionamento utilizados. Em motores de alta potência o custo de

um conversor de freqüência adequado pode muitas vezes superar

motor.

pode ser utilizado para manter a temperatura em níveis que não

a do motor, o conversor de freqüência através do controle da

freqüência e da tensão aplicada desloca a curva de torque para que o mesmo

de forma suave e controlada.


Deslocamento da curva de torque do motor acionado pelo Freqüência


podem ser controladas. Tipicamente o conversor é configurado para limitar

corrente do motor a 100% da nominal, mesmo durante a partida. Desta for

se alto consumo de potência e esforços no enrolamento do motor e na rede

, por conta do estágio de retificação da tensão da rede, acaba

ando harmônicos no sistema. Em indústrias onde existem muitas

acionadas por Conversor de Freqüência, estes harmônicos

a qualidade da energia da rede.


étodos de acionamento utilizados. Em motores de alta potência o custo de

um conversor de freqüência adequado pode muitas vezes superar

22

utilizado para manter a temperatura em níveis que não

através do controle da

desloca a curva de torque para que o mesmo


Deslocamento da curva de torque do motor acionado pelo Conversor de


Tipicamente o conversor é configurado para limitar a

corrente do motor a 100% da nominal, mesmo durante a partida. Desta forma evita-

ncia e esforços no enrolamento do motor e na rede durante

, por conta do estágio de retificação da tensão da rede, acaba

ando harmônicos no sistema. Em indústrias onde existem muitas cargas

de Freqüência, estes harmônicos se somam e


étodos de acionamento utilizados. Em motores de alta potência o custo de

um conversor de freqüência adequado pode muitas vezes superar o custo do próprio

23

2 O COMPENSADOR DINÂMICO DE REATIVO

O grande objetivo do Compensador Dinâmico é impedir o afundamento de

tensão por conta do alto fluxo de potência reativa na rede durante a partida de um

motor de indução. Desta forma o motor consegue ter um desempenho melhor do

que teria durante uma partida com a tensão sofrendo afundamento. Além do motor,

as demais cargas conectadas no barramento também não sentem a partida, mesmo

para um motor de alta potência.

Ao contrário de outras formas de acionamento, o Compensador Dinâmico de

Reativo não atua na tensão aplicada no motor para diminuir a corrente de partida,

permitindo que o mesmo seja acionado com um torque maior, acelerando mais

rápido e permitindo um acionamento com carga maior.

O compensador dinâmico de reativo pode ser usado para compensar um

motor ou vários, desde que conectados no mesmo barramento, diminuindo o custo

global de uma aplicação com diversos motores.

Por reduzir o fluxo de reativo na rede da concessionária, a corrente de

entrada da indústria também fica menor, permitindo evitar o sobre-dimensionamento

de condutores e componentes da rede tais como transformadores e equipamentos

de proteção. [5]

2.1 Estrutura de funcionamento e lógica

O método de partida com Compensador Dinâmico de Reativo é formado por

bancos de capacitores acionados por tiristores, os quais são controlados por um

Sistema de Controle com CLP.

O diagrama de blocos do compensador é apresentado na Figura 14.

24

Figura 15 – Diagrama de blocos do Compensador Dinâmico

A lógica de chaveamento dos bancos de capacitores é apresentada na Tabela

1 (sendo 1 para o banco ligado e 0 para o banco desligado), supondo um

Compensador com 4 bancos e 16 estágios:

Tabela 1 – Lógica de chaveamento do Compensador

Com esta estratégia de controle, o compensador consegue um grande

número de estágios de chaveamento utilizando um número reduzido de bancos de

capacitores.

O Sistema de Controle do Compensador de reativo faz a troca de bancos de

capacitores em cada fase no momento que a tensão daquela fase esta passando

pelo zero.

O Compensador Dinâmico de Reativo mede o reativo consumido no

barramento onde o(s) motor(es) estão conectado(s). Com o valor de reativo

25

consumido pelo barramento, o Compensador aciona os bancos de capacitores para

que a estes fornecerem o reativo que o barramento esta consumindo, e não a rede

da concessionária, o que não geraria o fluxo excessivo de reativo fornecido pela

rede, responsável pelo afundamento de tensão.

3. SITUAÇÃO PARA ESTUDO

Neste trabalho será apresentado um estudo sobre uma situação hipotética

contendo o acionamento de um motor de alta potência, com o objetivo de comparar

o desempenho do compensador dinâmico de reativo com os outros métodos mais

usuais de partida.

A situação escolhida para estudo é apresentada na Figura 15 através de um

Diagrama Unifilar:

Figura 16 – Diagrama Unifilar da situação de estudo

A situação escolhida corresponde a uma indústria que planeja instalar um

novo processo utilizando um motor de 1400 kW que precisa ser acionado com uma

carga constante de 5000 Nm e Inércia de 50 kgm².

Na Figura 16 está representado um motor do mesmo modelo a ser utilizado.

26

Figura 17 – Motor HGF de carcaça 450 [6]

As especificações do motor escolhido, definidas pela fabricante WEG, são

apresentadas na Tabela 2. [6]

Tabela 2 – Características construtivas e de desempenho do motor escolhido

Este motor será alimentado por uma rede definida como tendo um valor de

200 MVA para corrente de curto circuito. A indústria é alimentada pela

concessionária em tensão de 23,1 kV fase-fase rms, sendo que a mesma já dispõe

de um transformador de 5 MVA com relação de transformação de 23,1/2,3 kV em

sua propriedade. Além deste motor, a indústria possui mais um transformador

Fabricante WEGModelo HGFCarcaça 450Potência 1400 kWTensão 2300 VN. de Pólos 4Freqüência 60 HzConjugado Nominal 7500 NmConjugado de Partida 1 puConjugado Mínimo 0,9 puConjugado Máximo 3 puCorrente Nominal 410 ACorrente de Partida 7 puInércia do Motor 30 kgm²

27

2,3/0,22 kV localizado a 20 metros do transformador de entrada com mais cargas

conectadas.

Nos terminais do motor será considerado um banco de capacitores fixo de

300 kVar para compensação do fator de potência.

O motor é conectado por três cabos de 185 mm², com comprimento de 200 m

desde o transformador até o barramento dos motores, instalados afastados de pelo

menos 20 cm entre eles e com as características da Tabela 3: [8]

Tabela 3 – Características do cabo de 185 mm² utilizado

4 OS MÉTODOS DE ACIONAMENTO

O primeiro método a ser estudado para resolver a situação proposta é o da

Partida Direta.

4.1 Partida Direta

4.1.1 Esquema do caso proposto no Simulink

Para estudar o caso proposto no capítulo 3 foi utilizado o modo Simulink, do

programa Matlab da Mathwork. [7]

A modelagem utilizada é apresentada na Figura 17.

Resistência 0.12731 Ohm/kmIndutância 0.28979 Ohm/km

28

Figura 18 – Modelagem do caso proposto utilizando Partida Direta

4.1.2 Análise dos Resultados

A curva de aceleração motor é apresentada na Figura 18:

Figura 19 – Curva de aceleração do motor

29

O tempo de partida do motor estudado foi de 8,8 segundos para estabilizar na

velocidade angular nominal de 186 wm (radianos/s). Este será o período

considerado como o transitório de partida do motor.

A envoltória da tensão das três fases na barra B1 do caso estudado é

apresentad na Figura 19:

Figura 20 – Tensões das três fases no barramento do motor

A forma de onda da tensão apresentou um afundamento durante a partida do

motor de 1858 V para 1522 V (pico) em cada fase, o que representa um

afundamento de 18,08%. Este afundamento ocorreu na barra B1, a qual motor esta

conectado, e impacta em todas as cargas conectadas nesta barra, inclusive o

próprio motor que, projetado para partir com tensão nominal aplicada em seus

terminais altera o seu desempenho em função do afundamento da tensão.

A tensão aplicada no motor mesmo em regime não corresponde a tensão

nominal do lado de baixa do transformador na entrada da indústria (1878 V de pico).

Isto acontece devido a queda de tensão nos 200 metros de cabos entre o

transformador e a barra B1.

A curva de torque do motor é apresentada na Figura 20:

30

Figura 21 – Curva de torque (N.m) durante o acionamento do motor

A curva de torque do motor é característica de motores da categoria N, com o

conjugado máximo sendo atingido depois de 8,7 segundos da partida e alcançando

o valor de 20500 N.m. O conjugado mínimo não fica claro com este modelo de

motor, porém pode ser estimado como 5500 N.m no momento em que o gráfico

estabiliza.

O torque do motor sofre alterações significativas com o afundamento de

tensão da rede, devido ao fato de ser proporcional ao quadrado da tensão aplicada

nos terminais do motor, conforme a equação (1.2). Assim o torque fica abaixo do

especificado em placa, acelera mais lentamente e aumenta a duração do transitório

de partida.

A curva de potência ativa e reativa, por fase, fornecidas pela rede são

apresentada na Figura 21:

31

Figura 22 – Potência Ativa (Azul) e Reativa (Verde) por fase fornecida pela rede para o

conjunto motor e banco fixo de capacitores

Logo que o motor parte, a rede começa a fornecer uma potência reativa de

2410 kVar/fase e este valor vai diminuindo lentamente até 7,15 segundos após o

acionamento, quando a rede fornece 2350 kVar/fase, caindo para 58 kVar/fase em

1,8 segundo quando o motor estabiliza. A curva de potência ativa acompanha a

curva de torque do motor, partindo do valor de 495 kW/fase até o pico de 1370

kW/fase para então cair até estabilizar em 316 kW/fase, suficiente para a carga

aplicada.

Tanto a potência ativa quanto a potência reativa fornecidas pela rede foram

afetadas pela queda de tensão no barramento durante o período de partida. Isto

acontece por conta da potência ativa e reativa consumida pelo motor serem

proporcionais a tensão aplicada no mesmo.

A curva de Corrente/fase do motor é apresentada na Figura 22:

32

Figura 23 – Corrente no barramento da indústria

A corrente solicitada pela rede para o acionamento do motor durante o

processo de partida foi de 3260 A/fase, caindo lentamente durante 7,1 segundos,

momento que a rede esta fornecendo 3000 A/fase, para então cair em 1,9 segundos

até 346 A/fase quando o motor entra em regime.

Grande parte da corrente que a rede fornece é devido a elevada potência

reativa consumida no acionamento durante o transitório de partida do motor, muito

superior ao banco fixo de capacitores.

A alta corrente fornecida pela rede provoca sobreaquecimento dos

componentes do sistema e aumento significativo das perdas no circuito.

4.2 Demais métodos convencionais de partida

4.2.1 Partida Estrela – Triângulo, Compensadora e Soft - Starter

O acionamento do motor do caso proposto através destes métodos não foi

considerado, pois eles diminuem a tensão aplicada no motor durante a partida.

Como o processo precisa partir com uma carga relativamente alta que possui uma

33

inércia alta, o motor precisa de um alto conjugado de partida. Alternativas que

reduzem a tensão, e conseqüentemente o torque de partida do motor, não se

aplicam a situação proposta.

4.2.2 Partida com Conversor de Freqüência

O Conversor de Freqüência controla o torque de partida do motor durante o

acionamento e poderia ser analisado para resolver a situação proposta.

Porém não será analisado devido ao alto custo que um Conversor de

Freqüência para acionar um motor com esta potência representaria.

Inversores para esta faixa de potência são bem mais caros do que o próprio

motor utilizado. Este investimento se justifica em situações onde o controle de

velocidade do motor é necessário para o funcionamento do processo.

4.3 Compensador Dinâmico de Reativo

Será aplicado o compensador de reativo utilizando 4 bancos, nos valores de

5600, 2800, 1400 e 700 kVar.

4.3.1 Esquema do caso proposto no Simulink

Para o estudo do acionamento utilizando o compensador de reativo também

foi utilizado o modo Simulink do Matlab. Nas Figuras 23 e 24 são apresentados os

esquemas utilizados:

34

Figura 24 – Esquema do caso proposto com compensador no Simulink

Figura 25 – Bloco Compensador Dinâmico de Reativo

35

Para o bloco de controle, foi utilizado o bloco embedded, o qual está presente

na biblioteca do Matlab em todas as versões do programa e permite desenvolver um

comportamento conforme uma função escrita em linguagem de programação [9].

4.3.2 Resultados obtidos

A curva que apresenta a aceleração do motor é apresentada na Figura 25:

Figura 26 – Curva de aceleração do motor

O período de transitório de partida do motor acionado pelo Compensador

Dinâmico de Reativo foi de 3,05 segundos para estabilizar na velocidade nominal.

Este tempo foi bastante inferior ao tempo de 8,8 segundos obtido pelo motor

acionado por partida direta. A diminuição do tempo do transitório colabora para que

o acionamento do motor não prejudique a estabilidade do sistema.

A forma de onda na tensão da barra do motor acionado é apresentada na

Figura 26:

36

Figura 27 – Tensão da barra do motor

Durante os primeiros 2,1 segundos após o acionamento do motor, a tensão

na barra do motor em cada fase foi de aproximadamente 1805 V de pico, o que

corresponde a um afundamento de 2,85% em relação ao valor da tensão da barra

quando o motor atinge a velocidade nominal (1858 V). A partir deste período as

tensões das fases caíram para 1780 V por conta dos bancos de capacitores

começarem a abrir, diminuindo a injeção de reativo capacitivo no barramento do

motor. Este valor representa 4,2% de afundamento. A partir de 3,05 segundos do

acionamento, todos os bancos de capacitores do compensador estão abertos e a

tensão do barramento atinge 1858 V.

Durante os primeiros momentos do acionamento, a potência reativa

consumida pelo motor é bastante alta e praticamente constante. Por conta disto o

compensador dinâmico de reativo fornece para o barramento do motor a quantidade

máxima de potência reativa capacitiva. Como a potência consumida pelo motor cai

lentamente, a abertura dos bancos de capacitores do compensador também ocorre

de forma lenta, evitando variações bruscas de reativo no barramento e mantendo a

amplitude de tensão constante.

37

A medida que o motor vai acelerando, a potência reativa consumida pelo

motor diminui com uma velocidade cada vez maior. Em função disso o compensador

começa a diminuir o reativo capacitivo injetado na rede de uma forma mais rápida.

Quando o motor está próximo de sua velocidade nominal, o reativo indutivo

do motor cai drasticamente e o compensador começa a desligar e ligar os bancos de

capacitores controlados muito rapidamente, provocando variações bruscas de

reativo capacitivo no sistema, o que provoca uma rápida (alguns ciclos) perda de

instabilidade na rede.

As tensões nas fases do barramento são apresentadas na Figura 27

detalhando a região de instabilidade.

Figura 28 – Tensões das fases na rede no período de instabilidade

As fases do barramento sofreram alguns desbalanceamentos e uma delas

apresentou uma sobre-tensão maior com duração de 1 ciclo e valor 34% acima da

tensão normal do barramento.

A curva de torque do motor é apresentada na Figura 28:

38

Figura 29 – Curva de torque (N.m) durante o acionamento do motor

O torque máximo do motor ocorre depois de 2,85 segundos do acionamento e

atinge o valor de 23.500 N.m, bastante próximo do valor de placa do motor e

superior ao torque máximo do mesmo quando acionado pela partida direta, no valor

de 20500 N.m. Este aumento é reflexo da redução no afundamento na tensão da

rede no método com Compensador Dinâmico de Reativo.

Como já foi dito o conjugado mínimo não fica claro com este modelo de

motor, sendo estimado em 8000 N.m. Apesar dos valores de torque mínimo não

estarem claros no gráfico, pode-se dizer que na partida com compensador o torque

mínimo foi maior do que o estimado para partida direta, de 5500 N.m.

O aumento do torque do motor durante a partida com Compensador Dinâmico

é perfeitamente justificável, visto que a tensão não apresentou o mesmo

afundamento de tensão no barramento. A diferença no torque do motor durante a

partida faz com que o mesmo acelere mais rapidamente e diminua o tempo do

transitório da partida do motor.

A curva de torque não sofreu nenhuma alteração significativa por conta da

instabilidade apresentada na tensão do barramento devido a curta duração do surto.

As curvas de potência ativa e reativa consumida pelo motor são apresentadas

na Figura 29:

39

Figura 30 – Curva de Potência Ativa (Azul) e Reativa (Verde) consumida pelo motor

No início da partida o conjunto do motor e do banco de capacitores fixo

consome uma potência reativa de 3400 kVar/fase da rede e diminui lentamente este

valor por 2,5 segundos após o acionamento, quando o reativo consumido pelo motor

passa a cair rapidamente. O conjunto passa de 3000 kVar/fase para 58 kVar/fase em

pouco mais de 0,5 segundos.

A potência ativa consumida no primeiro momento da partida foi de 700

kW/fase. O crescimento da potência ativa acompanhou a curva de torque do motor,

tendo seu valor máximo de 1600 kW/fase ocorrendo 2,9 segundos depois do

acionamento, para então cair até o valor de 316 kW/fase.

Tanto a potência ativa quanto a potência reativa são funções da tensão

aplicada nos terminais do motor. Isto explica o fato das potências absorvidas pelo

motor quando acionado por partida com Compensador Dinâmico de Reativo ser

superior ao verificado quando o mesmo é acionado por Partida Direta, já que

durante a partida com Compensador, o afundamento de tensão é bem inferior

comparado ao afundamento da partida direta.

A potência transmitida pela rede até barramento B1 do motor é apresentada

na Figura 30:

40

Figura 31 – Potência Ativa (Azul) e Reativa (Verde) transmitida da rede para o barramento do

motor acionado

A potência ativa transmitida pela rede até o barramento do motor foi a mesma

consumida pelo motor. Já a potência reativa transmitida pela rede foi bem menor do

que a consumida no conjunto de motor e banco de capacitores fixo, tendo valores

abaixo de 500 kVar/fase durante a partida e 58 kVar/fase quando o motor atinge

velocidade constante. Este valor é bastante inferior ao reativo fornecido pela rede

durante a partida direta, próximos de 2000 kVar/fase.

A maior parte do reativo consumido pelo conjunto, observado na Figura 29, foi

injetado no barramento B1 pelo Compensador Dinâmico, o que faz com que a

quantidade de reativo fornecido pela rede seja muito menor. Desta forma a rede

entende o motor como uma carga com fator de potência mais alto do que o

verdadeiro durante o transitório de partida do motor, tornando o processo de partida

mais suave para a rede.

A corrente fornecida pela rede é apresentada na Figura 31:

41

Figura 32 – Correntes das fases A, B e C fornecida pela rede

A corrente solicitada pela rede para o acionamento do motor durante o

processo de partida foi próxima de 1000 A/fase durante 1,5 segundos, para então

acompanhar o formato das curvas de torque e potência ativa do motor, atingindo um

pico de 1850 A/fase durante poucos ciclos, para então diminuir até o valor de 346

A/fase, suficientes para alimentar a carga aplicada.

A corrente fornecida pela rede quando o motor é acionado pelo Compensador

Dinâmico é bastante inferior a corrente fornecida pela rede quando o conjunto do

motor e banco de capacitor fixo é acionado através da partida direta.

Comparada com a corrente fornecida ao conjunto quando acionado por

partida direta, a curva de corrente das fases A, B e C fornecidas ao barramento foi

bastante inferior. Mesmo durante o pico do gráfico da figura 31, que não ocorre na

partida direta, onde a corrente apresenta um valor elevado durante todo o período

de partida do motor, a queda no valor da corrente de partida foi de 43,25%.

5 COMPARATIVO DOS MÉTODOS

42

5.1 Gráficos de Desempenho

Os gráficos de desempenho do acionamento do caso proposto utilizando

Partida Direta e Partida com Compensador Dinâmico são colocados lado a lado

abaixo, a fim de facilitar a comparação de desempenho dos métodos.

Figura 33 – Aceleração do MIT com Partida Direta e Partida com Compensador Dinâmico

Figura 34 – Tensão no barramento do MIT com Partida Direta e Partida com Compensador

Dinâmico

Figura 35 – Torque do MIT com Partida Direta e Partida com Compensador Dinâmico

43

Figura 36 – Potências ativas e reativas fornecidas pela rede para o MIT com Partida Direta e

Partida com Compensador Dinâmico

Figura 37 – Corrente de fase ncias ativas e reativas fornecidas pela rede para o MIT com

Partida Direta e Partida com Compensador Dinâmico

5.2 Tabela Comparativa

É apresentado na Tabela 4 um comparativo dos resultados de desempenho

dos 2 métodos estudados para o acionamento do motor do caso proposto:

44

Tabela 4 – Comparação entre Partida Direta e Partida com Compensador

A partida com compensador de reativo apresentou um desempenho bastante

superior em comparação com a partida direta, tanto do ponto de vista da rede como

no ponto de vista do desempenho do motor.

A diminuição do afundamento de tensão faz com que as características de

desempenho do motor sejam melhoradas e o sistema todo funciona melhor. A queda

no valor da corrente de partida na maior parte do tempo do acionamento foi de

praticamente 70%.

Partida DiretaPartida com Compensador

Tempo de partida do motor 9 segundos 3,05 segundos

Queda de tensão18,08% durante 8

segundos

2,85% durante 2,1 segundos, 4,2% em 0,95

segundosPotência ativa consumida pelo motor na partida

1485 kW 2100 kW

Potência reativa consumida pelo motor na partida

7140 kVar por 7,15 segundos


Potência ativa fornecida pela rede na partida

1485 kW 2100 kW

Potência reativa fornecida pela rede na partida


380 kVar na partida, oscilando entre valores

abaixo de 500 kVarPotência ativa e reativa fornecida e consumida pelo motor em regime

948 kW e 174 kVar 948 kW e 174 kVar

Torque mínimo estimado 5500 N.m 8000 N.m

Torque máximo 20500 N.m 24000 N.m

Potencia ativa durante período de torque máximo

4110 kW 4800 kW

Corrente fornecida pela rede durante a partida e com o motor em regime

na partida 3260 A/fase durante 7,1 segundos e 346 A/fase em regime

na partida 1000 A/fase, com pico de 1850 A/fase e 346 A/fase em regime

45

6 CONCLUSÃO

O método de acionamento com Compensador Dinâmico de Reativo provou

ser capaz de resolver os problemas encontrados quando foi estudado a situação

proposta utilizando o acionamento com Partida Direta.

O Compensador Dinâmico de Reativo pode ser uma alternativa bastante

interessante para diversos processos devido a seus benefícios em relação aos

demais métodos de partida mais conhecidos.

Devido a sua estratégia diferente para controle da corrente de partida e

afundamento de tensão, o Compensador Dinâmico apresenta um desempenho com

características que se adaptam melhor a situações onde o uso dos métodos mais

usuais de partida não apresentam um desempenho satisfatório.

O fato de manter a tensão nominal aplicada nos terminais do motor durante

todo o período faz com que o torque no eixo seja superior comparado quando o

mesmo é acionado através dos métodos que reduzem a tensão durante o

acionamento, tornando o motor mais rápido e capaz de partir com cargas maiores.

A diminuição da corrente e do fluxo de reativo fornecido pelo sistema que

alimenta o motor evita o sobreaquecimento dos elementos que compõe o circuito,

melhorando o rendimento e aumentando a vida útil destes equipamentos e

componentes.

O Compensador Dinâmico, ao contrário de todos os métodos usuais de

partida, pode ser utilizado para o acionamento de vários motores, desde que todos

estejam conectados na mesma barra. Desta forma o custo total de implantação de

um empreendimento pode ser reduzido.

O fato de ser uma configuração que utiliza componentes relativamente

simples e proporciona um acionamento com tensão nominal e conjugado de partida

alto, para um ou vários motores, torna o Compensador Dinâmico de Reativo uma

alternativa interessante e economicamente viável para processos que utilizam

motores de alta potência conectados junto com outras cargas em um mesmo

barramento e que apresenta problemas como o afundamento de tensão durante o

acionamento.

46

7 PROPOSTAS PARA TRABALHOS FUTUROS

• Fazer uma análise comparativa focada no aspecto econômico entre o

Compensador Dinâmico de Reativo e outros métodos de acionamento.

• Estudar diferentes tipos de cargas conectadas no barramento junto

com Motores de Indução Trifásicos que utilizam o Compensador

Dinâmico de Reativo na partida.

• Desenvolver uma fórmula para cálculo da configuração do

Compensador, tais como número de estágios e valor dos bancos de

capacitores.

8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] FITZGERALD, A. E.; Kinsley Jr., Charles & Kusko, Alexander: Máquinas

Elétricas, 6a Edição, São Paulo, Editora McGraw-Hill do Brasil Ltda., 2006

[2] DEL TORO, Vincent: Fundamentos de Máquinas Elétricas, Editora

Prentice-Hall do Brasil, 1994.

[3] MAMEDE, João Filho. Instalações Elétricas Industriais, 6a Edição, Rio de

Janeiro, Editora LTC, 2001.

[4] COTRIM, Ademaro A. M. B.. Instalações Elétricas. 5ª Edição, São Paulo,

Editora Pearson, 2009.

[5] LI, Xiaoming; ZHAO, Yun; YANG, Fan; ZHANG, Hanjiang. The Study of

Full-voltage Starting Method of Highpower Asynchronous Motors with Dynamic

Reactive Power Compensation, 5 p. Trabalho não publicado.

[6] Catálogo de Motores HGF da WEG. Disponível em:

<http://catalogo.weg.com.br/files/wegnet/WEG-motores-linha-de-produtos-50009275-

catalogo-portugues-br.pdf>. Acesso em abril, 2011

[7] PET UFMS, Guia prático de Simulink. Disponível em:

<http://www.del.ufms.br/DEL/pet/aapostilas/MATLAB/Simulink.doc> Acesso em abril,

2011.

[8] Catálogo de Cabos de Média Tensão da FICAP. Disponível em:

<http://cavalcante.us/prominp/Cabos/fibep_bf.pdf> Acesso em abril. 2011.

47

[9] JOHANN, Marcelo de Oliveira. Curso de Introdução a Programação em

C++. Disponível em: <http://www.inf.ufrgs.br/~johann/cpp2004/> Acesso em maio,

2011.

48

Apêndice A

A função escrita no bloco Embedded do Simulink é apresentado abaixo:

function [saida7,saida14,saida28,saida56] = fcn(x,u)

persistent ja_foi ;

persistent old7;

persistent old14;

persistent old28;

persistent old56;

if isempty(old7)

old7 =0;

end

if isempty(old14)

old14 =0;

end

if isempty(old28)

old28 =0;

end

if isempty(old56)

old56 =0;

end

if isempty(ja_foi)

ja_foi =0;

end

saida7 =0;

saida14 =0;

saida28 =0;

saida56 =0;

if ja_foi == 1;

saida7 =old7;

saida14 =old14;

saida28 =old28;

saida56 =old56;

end

if (x < 0.1 && x > -0.1)

ja_foi = 1;

if (u < 700000)

saida7 =0;

49

saida14 =0;

saida28 =0;

saida56 =0;

end

if (u < 1400000 && u > 700000)

saida7 =1;

saida14 =0;

saida28 =0;

saida56 =0;

end

if (u < 2100000 && u > 1400000)

saida7 =0;

saida14 =1;

saida28 =0;

saida56 =0;

end

if (u < 2800000 && u > 2100000)

saida7 =1;

saida14 =1;

saida28 =0;

saida56 =0;

end

if (u < 3500000 && u > 2800000)

saida7 =0;

saida14 =0;

saida28 =1;

saida56 =0;

end

if (u < 4200000 && u > 3500000)

saida7 =1;

saida14 =0;

saida28 =1;

saida56 =0;

end

if (u < 4900000 && u > 4200000)

saida7 =0;

saida14 =1;

saida28 =1;

saida56 =0;

end

if (u < 5600000 && u > 4900000)

50

saida7 =1;

saida14 =1;

saida28 =1;

saida56 =0;

end

if (u < 6300000 && u > 5600000)

saida7 =0;

saida14 =0;

saida28 =0;

saida56 =1;

end

if (u < 7000000 && u > 6300000)

saida7 =1;

saida14 =0;

saida28 =0;

saida56 =1;

end

if (u < 7700000 && u > 7000000)

saida7 =0;

saida14 =1;

saida28 =0;

saida56 =1;

end

if (u < 8400000 && u > 7700000)

saida7 =1;

saida14 =1;

saida28 =0;

saida56 =1;

end

if (u < 9100000 && u > 8400000)

saida7 =0;

saida14 =0;

saida28 =1;

saida56 =1;

end

if (u < 9800000 && u > 9100000)

saida7 =1;

saida14 =0;

saida28 =1;

saida56 =1;

end

51

if (u < 10500000 && u > 9800000)

saida7 =0;

saida14 =1;

saida28 =1;

saida56 =1;

end

if (u > 10500000)

saida7 =1;

saida14 =1;

saida28 =1;

saida56 =1;

end

end

old56 = saida56;

old28 = saida28;

old14 =saida14;

old7 =saida7;

end %FUncao

universidade federal do paraná departamento de engenharia...

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