Partida de Motores de Indução

Procedimento 1:

Aplicação direta da tensão de alimentação. A desvantagem deste método é a elevada corrente de partida que pode chegar a valores superiores à sete vezes a corrente nominal.

Dependendo da característica torque x velocidade e da corrente de partida, os MI trifásicos de rotor gaiola são classificados pela NBR7094 nas seguintes categorias (Figura 6.1):

N - conjugado de partida normal, corrente de partida normal, baixo escorregamento na velocidade nominal, são os motores mais usuais no mercado.

H - conjugado de partida alto, corrente de partida normal, baixo escorregamento. D - conjugado de partida alto, corrente de partida normal, alto escorregamento.

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C

onjugado em percentagem do conjugado de plena carga

Categoria D 300 250 200 150 100 50 Categoria H Categoria N Velocidade 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 %

Figura 6.1 - Curvas torque x velocidade das diferentes categorias de MI gaiola

O torque médio de partida pode ser obtido aproximadamente pela diferença gráfica entre o torque médio do motor e o torque médio da carga. Para o exemplo do capítulo 3, com alimentação direta da rede elétrica, este cálculo seria necessário.

Procedimento 2:

Partidas com tensão reduzida. A aplicação de uma tensão reduzida implicará em uma menor corrente de partida, no entanto, deve-se levar em conta que o torque elétrico produzido também irá diminuir. As formas mais usuais são:

Chave estrela-triângulo. Se os terminais das bobinas de alimentação do motor estiverem disponíveis, elas podem ser inicialmente conectadas em estrela (Y), com tensão √3 vezes menor que a tensão nominal, e, em seguida, após o motor ter desenvolvido alguma velocidade, conectadas em triângulo (∆). As chamadas chave estrela-triângulo permitem que estas modificações sejam facilmente realizadas. O momento de mudança de conexão deve ser escolhido de forma a minimizar os picos de corrente e depende de cada aplicação. A corrente e o torque de partida ficam reduzidos à terça parte do valor da partida direta (exercício 6.2).

Auto-transformador. Um auto-transformador também pode ser empregado para uma elevação suave da tensão de alimentação de motores de indução. Esta solução é mais cara que a anterior.

Resistência ou reatância em série. A introdução de uma impedância em série pode ser uma solução para evitar altas correntes de partida. Naturalmente, isto vem acompanhado de uma redução no torque motriz.

Soft-starter. Atualmente, conversores eletrônicos, baseados em tiristores, também podem ser empregados para reduzir a tensão de alimentação na hora da partida. Comparativamente aos auto-transformadores, esta solução ocupa menor espaço, apresenta menor peso e não depende de contatos mecânicos, no entanto, introduz harmônicos na rede elétrica durante a partida.

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Procedimento 3:

Partida com Inversor Eletrônico. Os inversores permitem o controle do nível da tensão e da freqüência de alimentação do motor. A vantagem desta solução é que mantida a razão entre a tensão e a freqüência de alimentação, conforme visto através da Figura 3.7, o torque elétrico produzido não sofre redução, como ocorre com as técnicas apresentadas no procedimento anterior.

Procedimento 4:

Motores com quatro níveis de tensão. Nestes motores, cada fase é constituída por dois enrolamentos que podem ser conectados em série ou paralelo. Uma vez disponível o acesso aos terminais destas bobinas, pode- se organizar uma seqüência de alimentação similar, porém mais completa, que na partida estrela-triângulo: Y em série ∆ em série  Y em paralelo  ∆ em paralelo.

O torque de partida, função do quadrado da tensão aplicada sobre cada bobina, assume aproximadamente os valores:

M⁄12  M⁄4  M⁄3  M. Procedimento 5:

Ligação Dahlander. Na ligação Dahlander, é possível dobrar o número de polos de uma máquina de indução de gaiola de esquilo e, com isto, sua característica de torque x velocidade.

A dupicação do número de polos se consegue pela divisão dos enrolamentos de cada fase em duas bobinas, como ilustrado na Figura 6.2 para a fase “a”, composta das bobinas “a1” e “a2”. Como pode ser entendido pela Figura 6.3, o sentido da corrente em cada uma destas bobinas determina o número de polos da máquina. Pelo fato do rotor ser uma gaiola em curto, a troca do número de polos não representa um problema, uma vez que serão induzidos no rotor a mesma quantidade de polos do estator.

a1 -a1 _{a2 -a2}

Figura 6.2 - Divisão do enrolamento da fase “a” em duas bobinas “a1”e “a2”

a1 a1 a1 a1 a1 a1 -a1 -a1 -a1 -a1 -a1 -a1 a2 a2 a2 a2 a2 a2 -a2 -a2 -a2 _-a2 -a2 -a2 N N N S S S 4 POLOS 2 POLOS

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Para a formação do enrolamento da fase “a”, estas bobinas podem ser conectadas em série ou em paralelo (Figura 6.3) e, além disso, dispostas de modo a produzir, neste exemplo ilustrativo, 2 e 4 polos. Outras disposições permitiriam formar 4 e 8 polos, sempre dobrando o número.

A conexão do sistema trifásico, quando são incluídas as fases “b” e “c”, ainda pode ser arranjada em delta ou em estrela, totalizando 8 combinações.

A velocidade de rotação depende do número de polos. Por outro lado, considerada a dispersão constante, o torque é aproximadamente proporcional ao quadrado da tensão aplicada a cada bobina e ao número de polos.

Na ligação em delta, a tensão sobre cada fase é a tensão de linha, na ligação em estrela, a tensão sobre cada fase fica dividida por √3. Bobinas em paralelo recebem toda a tensão de fase, bobinas em série, a metade. Assim, pode-se montar a Tabela 6.1, que resume estas informações.

Tabela 6.1 - Fator de proporcionalidade do torque

‘2n’ POLOS (baixa velocidade) ‘n’ POLOS (alta velocidade) ∆ Y ∆ Y 1 (a) 4 1/3 (c) 4/3 (b) 1/2 (b) 2 1/6 2/3 (a,c) - - (série) // (paralelo)

Para aplicações industriais, as conexões das bobinas de um motor Dahlander já vêm parcialmente fornecidas nas configurações apresentadas na Figura 6.4 e classificadas como torque constante (a), potência constante (b) e torque ventilador (c). As curvas de torque aproximadas, apresentadas na mesma Figura 6.4, justificam esta nomenclatura.

Os fatores de proporcionalidade de torque da Tabela 6.1 são apenas aproximações, no entanto, permitem o entendimento das curvas apresentadas na Figura 6.4.

Em cada uma destas situações, consegue-se a mudança de baixa velocidade para alta velocidade com uma simples alteração nas conexões de 6 terminais disponíveis. Evidentemente, se fossem disponibilizados os terminais de todas as bobinas (ao todo 12 em lugar de 6) um mesmo motor Dahlander poderia ser conectado nas 8 possibilidades apresentadas na Tabela 6.1 e não apenas para os casos (a), (b) e (c), também indicados na tabela. O procedimento adotado industrilamente limita o uso do motor Dahlander, mas evita erros de ligação.

Além disso, as conexões em delta paralelo, que não estão contempladas nos casos (a), (b), e (c) anteriores, trabalham com correntes muito elevadas. A última conexão restante (estrela série de alta velocidade) apresenta baixíssimo torque.

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Rotação L1 L2 L3 terminais tipo

Baixa T₁ T₂ T₃ T4 T5 T6

abertos ∆ --- Alta T₄ T₅ T₆ T1 T2 T3

conectados Y //

Rotação L1 L2 L3 terminais tipo

Baixa T₄ T₅ T₆ T1 T2 T3 conectados Y // Alta T₁ T₂ T₃ T4 T5 T6 abertos ∆ --- (a) (b) a1 a₂ T₄ alta - velocidade Tor q u e velocidade T₂ T₁ T₅ (a) (b) (c) T₆ T3

Rotação L₁ L₂ L₃ terminais tipo Baixa T₁ T₂ T₃ T4T5T6 abertos Y // Alta T₄ T₅ T₆ T1 T2 T3 conectados ∆ --- (c) (d)

Figura 6.4 - Conexões industrias de motores Dahlander

Procedimento 6:

Motor de Indução de Rotor Bobinado. Como apresentado através da Figura 3.6b, as curvas de torque deste tipo de motor podem ser ajustadas pela variação da resistência rotórica. Este fato pode ser aproveitado na partida, iniciando-se com resistências adicionais que permitem um maior torque em baixas velocidades e gradativamente reduzindo-se o valor destas resistências na medida que a velocidade aumenta.

O exercício 6.3 deduz uma interessante propriedade da partida de Motores de Indução.