Aula 47 - Dispositivos de partida de motores elétricos trifásicos

 Dispositivo de partida é o termo geral para um equipamento com um ou mais contatores que permite a conexão de um motor elétrico trifásico à sua fonte de alimentação principal.

Dispositivos de partida também podem ser usados ​​para limitar a corrente de partida de um motor a um valor aceitável quando conectado à rede elétrica principal. Um valor aceitável é aquele que não perturba o bom funcionamento da fonte de energia, como um gerador, pois isso também perturbaria outros equipamentos da instalação.

Limitar a corrente de partida também limitará o torque de partida de um motor elétrico. Isto pode ser necessário para proteger, por exemplo, uma caixa de redução de velocidades delicada, que poderia se danificar por causa do excesso de força no arranque direto.

Alguns exemplos de dispositivos de partida são: Partidas Diretas; Partidas Estrela Triângulo; Partidas com Autotransformadores; Partidas com Conversores (Soft-Starter) e  Inversores de frequência e Partidas com estrangulamento de alta tensão.

 1.1. Partida Direta 

A maneira mais simples de dar partida em um motor de corrente alternada trifásico é a partida direta on-line. Com este dispositivo o tempo de partida é mínimo, o torque de partida é máximo em plena tensão, mas a queda de tensão provocada na rede elétrica é máxima.

Os valores dos níveis de queda de tensão podem ser calculados quando os dados das cargas são conhecidos, bem como os dados da rede rede elétrica e capacidade dos transformadores e geradores. Em geral, um gerador é capaz de fornecer uma sobrecarga repentina de 50% da sua capacidade nominal de kVA, resultando numa queda de tensão nos terminais do gerador inferior a 15%.

Isto permite mais 5% de queda de tensão na rede de distribuição, para ficar abaixo da queda de tensão máxima permitida de 20% durante a partida de um grande consumidor. A queda de tensão é resultado das capacidades do gerador, pois a carga do motor diesel durante a partida é determinada pelo fator de potência, geralmente inferior a 0,4 durante a partida.

Figura 01 - Partida Direta

No caso de um grupo motor gerador á diesel, deve ser capaz de suportar um passo de carga de 20% ou mais sem uma queda de frequência superior a 10%, que deve ser recuperada em 15 segundos. O requisito mínimo para cargas escalonadas em geradores com motor diesel é de 33%. No entanto, os modernos motores diesel com injeção eletrônica de pressão constante e comumente utilizados têm alguma dificuldade em lidar com tais cargas escalonadas.

Inicialmente na partida direta, uma corrente muito grande (5-8 vezes) flui no motor em plena carga. Essa corrente de surto diminui à medida que o motor acelera até sua velocidade de operação. Esta corrente de partida não causará danos ao motor, a menos que o motor seja iniciado e parado repetidamente em um curto espaço de tempo. 

Exemplo de partida direta: 1. Tensão de entrada; 2. Motor elétrico; 3. Disjuntor motor Q1;  4. Contator K1, 5. Botão Iniciar S2, 6. Botão Parar S1; 7. Fusível de controle F1; 8. Sinalização H1.

Diagrama elétrico de Partida Direta de Motor de Indução Trifásico protegida por disjuntor com comando em 220 Vac está disponível em: 17_11_01 Partida Direta em 220 Vac de Motor de Indução Trifásico  .

1.2. Partida Estrela Triângulo

A partida estrela triângulo é um método muito utilizado, pois é econômico, utiliza tecnologias comprovadas e está amplamente disponível. Esta é uma maneira de reduzir a corrente de partida do motor de indução conectando inicialmente o enrolamento do estator em "Estrela",  e assim que o motor atingir a velocidade (68%) será conectado em "Triângulo".

Um exemplo de partida estrela-triângulo é fornecido abaixo. Para motores grandes, que requerem contatores grandes (K1,K2 e КЗ), esses contatores podem ser alimentados pela tensão primária em vez do transformador de tensão. Os contatores principais mostrados serão então substituídos por contatores auxiliares.

Figura 02 - Partida Estrela Triângulo.

As partidas estrela-triângulo reduzem os valores primários da seguinte forma:

• Tensão em 1,73;
• Corrente de partida em 1/3;
• Torque de partida em 1/3
• Carga do motor em 1/3.

Exemplo de partida estrela-triângulo: 1. Tensão de entrada; 2. Motor elétrico; 3. Contator temporizador КЗ;  4. Contator K2;  5. Contator K1, 6. Botão Iniciar, 7. Botão Parar; 8. Fusíveis de controle; 9. Relé de tempo e 10. Transformador.

Este método de partida de motor de indução trifásico funciona apenas quando a máquina está levemente carregado durante a inicialização. Se o motor estiver muito carregado, não haverá torque suficiente para acelerar o motor até a velocidade antes de passar para a posição triângulo.

Ao dar partida no motor, o torque da carga é baixo no início da partida e aumenta com o quadrado da velocidade. Quando atinge aproximadamente 80-85% da velocidade nominal do motor, o torque da carga é igual ao torque do motor e a aceleração cessa. Para obter a velocidade nominal é necessária uma mudança para a posição Triângulo. A mudança automática para a condição de operação Triângulo é preferível à mudança manual.   

Diagrama elétrico de Partida Estrela Triângulo de Motor de Indução Trifásico está disponível em:  17_11_06 Partida Estrela Triângulo  .

 1.3. Partidas com autotransformadores

As partidas de autotransformadores são baseadas no método de partida com tensão reduzida, em que a corrente de partida é reduzida proporcionalmente à tensão de partida. O torque de partida, entretanto, é reduzido proporcionalmente ao quadrado da tensão. Isto significa que este método de partida só pode ser usado para partidas com baixo torque (sem carga). Mas quando bem projetado, a potência do motor conectado a este tipo de partida pode ser considerável, às vezes na faixa de MW.

Figura 03 - Partida com Autotransformador.

Um exemplo de partida de baixo torque e alta potência é uma partida para um propulsor de proa onde as pás da hélice são colocadas na posição zero antes da partida. As partidas de autotransformadores normalmente são fornecidas com diversas tomadas de tensão secundárias. Isto permite uma mudança na tensão de partida e no torque de partida durante o comissionamento de um sistema. Os valores destas derivações de tensão secundária estão normalmente na faixa de 55 a 70% da tensão nominal. Valores mais baixos aumentariam o tempo de partida, valores mais altos aumentariam as correntes de partida. Ambos os efeitos são indesejáveis.

Exemplo de partida estrela-triângulo: 1. Tensão de entrada; 2. Fusíveis de força F1; 3. Contator КЗ;  4. Contator K2;  5. Contator K1,  6. Relé Térmico, 7. Motor elétrico; 8. Autotransformador T1; 9. Fusíveis de controle; 10. Botão Iniciar S1, 11. Botão Parar S0; 12 Fusíveis de controle F2; 9. Relé de tempo K4.

Diagrama elétrico de Partida Compensadora de Motor de Indução Trifásico está disponível em: 17_11_08 Partida Compensadora .

1.4. Partida por Soft-Starter

Figura 04 - Partida com Soft-Starter.

A partida por Soft-Starter minimiza os choques mecânicos e térmicos de partida na máquina e no motor. Isso resulta em custos de manutenção reduzidos, menos avarias e, portanto, maior vida útil para ambos. A corrente de partida reduzida é uma vantagem adicional. Em um dispositivo de comutação estática de estado sólido, a tensão pode variar suavemente para qualquer valor necessário, de alto para baixo ou de baixo para alto, sem criar uma condição de transiente aberto. Para motores HT em particular e motores LT grandes em geral, ele fornece uma alternativa mais recomendada em relação a um autotransformador ou uma partida Y/Δ.

Diagrama elétrico de Partida por Soft-Starter de Motor de Indução Trifásico está disponível em: 16_04_29 Partida Suave SSW05 .

© Direitos de autor. 2017: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 21/06/2017.