Soft x Inversor

Ministerio da Educacao

Universidade Tecnologica Federal do Parana

Campus Medianeira

Curso de Especializacao em Automacao e Controle

Acionamentos Eletricos: Inversores de

Frequencia e SoftStarter

O presente texto e parte integrante da

disciplina de Acionamentos Eletronicos,

ministrada no Curso de Especializacao

em Automacao e Controle

Medianeira

2007

Sumario

Lista de Figuras iv

Introducao v

1 Inversores de Frequencia 1

1.1 O Motor de Corrente Alternada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.2 Modulacao PWM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.3 Estrutura do Inversor de Frequencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.4 Como Instalar um Inversor de Frequencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.5 Parametrizando um Inversor de Frequencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.6 Curva Tensao-Frequencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2 Soft-Sarter 16

2.1 Sistemas de Partida Eletromecanica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.2 Soft-Starter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.3 Identificando um Soft-Starter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2.4 Instalacao de um Soft-Starter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2.5 Soft-Starter x Inversor de Frequencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Referencias Bibliograficas 26

ii

Lista de Figuras

1.1 Estrutura basica de motor de corrente alternada . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2 Funcionamento do Campo Girante em um Motor CA Assncrono . . . . . . 2

1.3 Tensao e/ou Corrente Alternada Trifasica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.4 Servo-Motor x Motor de Passo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.5 Ciclo de trabalho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.6 Tecnica PWM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.7 Modulacao PWM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.8 Circuito PWM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.9 Estrutura basica de um inversor de frequencia . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.10 Inversor monofasico simplificado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1.11 Conducao dos transistores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

1.12 Inversor WEG, modelo CFW 08 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.13 Inversor WEG, barramento de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.14 Funcoes do conector XC1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

1.15 Exemplo de conexao 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12



1.18 Exemplo de conexao generica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

1.19 Curva V/f . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.1 Partida direta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.2 Partida estrela-triangulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.3 Partida compensadora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.4 Soft-starter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.5 Interface homem maquina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.6 Controle de uma fase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.7 Uma fase controlada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.8 Duas fases controladas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.9 Duas fases semi-controladas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.10 Tres fases controladas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

2.11 Convencional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

iii

LISTA DE FIGURAS iv

2.12 Inversao de sentido de giro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.13 Frenagem CC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.14 By-pass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.15 Cascata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.16 Reducao da potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Introducao

Os captulos seguintes foram retirados do livro Eletronica para Automacao, de

Alexandre Capelli [1], da Antenna Edicoes Tecnicas.

Esta pequena apostila faz parte do material didatico utilizado na disciplina de

Acionamentos Eletricos, do Curso de Especializacao em Automacao e Controle, da

Universidade Tecnologica Federal do Parana - Campus Medianeira.

v

Captulo 1

Inversores de Frequencia

1.1 O Motor de Corrente Alternada

Para melhor entendermos o inversor de frequencia, temos que fazer uma previa sobre

o funcionamento do motor de corrente alternada.

Por que motor de corrente alternada?

Nos processos de automacao industrial, a tecnologia em corrente contnua praticamente

deixou de existir. E fato que ela ainda pode ser encontrada em equipamentos antigos,

mas seus dias estao contados: a tecnologia em CA e mais barata, versatil e de maior

confiabilidade.

Existem varios tipos de motor CA no mercado (sncrono, assncrono, universal,

servo-motores, etc). No momento, vamos nos ater nos dois mais utilizados na industria:

motor CA assncrono e servo-motor.

a) O Motor CA Assncrono

A Figura 1.1 mostra a estrutura do motor CA simplificada. A carcaca, por nao executar

movimento, recebe o nome de estator. E no estator onde se localizam as bobinas do

motor. A outra parte e o rotor, onde temos a rotacao do eixo. O motor eletrico, portanto,

e uma maquina que converte energia eletrica em mecanica.

No caso do motor CA assncrono o rotor nao tem bobinas. Chamamos isso de rotor

em curto-circuito, ou gaiola de esquilo. O princpio de funcionamento pode ser visto na

Figura 1.2.

Basicamente, o que temos e um campo girante que induz uma corrente no rotor. Como

esse esta em curto-circuito, um campo eletromagnetico cria-se ao seu redor, e e atrado

pelo campo. Analogamente, e como um ma permanente atraindo um objeto metalico

sobre a mesa.

Mas por que o nome assncrono?

1

CAPITULO 1. INVERSORES DE FREQUENCIA 2

Figura 1.1: Estrutura basica de motor de corrente alternada

Figura 1.2: Funcionamento do Campo Girante em um Motor CA Assncrono

No ambiente industrial a maior parte da rede eletrica e trifasica. Em uma rede deste

tipo temos tres senoides defasadas de 120o eletricos uma da outra, conforme Figura 1.3.

A propria natureza da tensao, portanto, causa o campo girante entre os polos.

Obviamente a velocidade com que esse campo gira e proporcional a` frequencia da rede

eletrica. O fato e que, sob carga, temos uma forca contraria atuando no rotor, afinal, ele

esta movimentando uma carga mecanica. Isso cria um fenomeno chamado escorregamento,

ou seja, a velocidade do campo girante e sempre maior que a velocidade de rotacao do

rotor, uma vez que ele esta sendo atrasado devido a` forca necessaria para provocar tal

movimento. Sendo assim, quanto maior o torque exigido no motor, maior sera o atraso


Figura 1.3: Tensao e/ou Corrente Alternada Trifasica

em relacao ao campo girante. Da o nome motor assncrono.

Mesmo girando em vazio, sem carga, a propria massa do rotor, e os atritos com os

rolamentos ja provocam um torque resistente, e uma consequente assincroniaentre a

velocidade do campo girante e o rotor. Bem, o fato e que ha nparametros a serem

considerados em um motor eletrico.

Por hora, vamos nos concentrar apenas em dois deles: a velocidade de rotacao e a

potencia. A velocidade do motor CA pode ser calculada pela formula.

n =120 f

p(1.1)

onde:

n = velocidade de rotacao em rpm.

f = frequencia da rede de alimentacao

p= numero de polos.

Podemos concluir, entao, que a velocidade e diretamente proporcional a` frequencia de

alimentacao, e inversamente ao numero de polos. A formula, entretanto, e valida apenas

para o motor em vazio, ou seja, sem carga. A` medida que colocamos um torque resistente

ao seu eixo, sua velocidade tende a cair.

Uma das funcoes do inversor de frequencia e justamente impedir que isto ocorra atraves

de compensacoes. A potencia eletrica do motor e o produto da tensao de alimentacao pela

corrente e pelo fator de potencia.

Para um motor monofasico teremos:

P = U I cos (1.2)


Para um motor trifasico:

P =3 U I cos (1.3)

O fator de potencia e uma caracterstica construtiva do motor, e como nao e o foco

deste captulo, nao abordaremos este assunto agora. De qualquer forma, este e um dado

que deve vir expresso no catalogo, e ate no proprio motor, e seu valor medio encontra-se

entre 0,85 a 0,95 (sempre menor do que um).

A potencia mecanica e o produto do seu torque (Newton x metro) pela velocidade de

rotacao. Normalmente, ela e expressa em HP. Para converter Watts em HP, basta fazer

uma regra de tres sendo: 1 HP = 746W Algumas vezes utiliza-se tambem o CV, e, neste

caso temos: 1 CV = 736W.

b) O Servo-Motor

Todos os conceitos anteriores aplicam-se tambem ao servo-motor. Mas afinal: por que o

nome servoantes do motor? A principal diferenca entre o servo-motor e o motor CA

convencional e que ao inves de termos um rotor em curto-circuito (gaiola de esquilo), o

rotor do servo e um ma permanente.

Esta tecnica atribui algumas caractersticas de funcionamento que proporciona um

outro tipo de aplicacao. Enquanto o motor AC convencional pode atingir altssimas

velocidades (10000 rpm, por exemplo) e ainda ter um bom torque, seu peso e volume sao

grandes se comparados a um servo-motor. O servo nao consegue atingir velocidades tao

altas, porem, como seu rotor e um ma permanente, ele tem grande torque. Alem disso,

suas dimensoes (tamanho e peso) sao bem menores. Este tipo de motor e muito utilizado

na movimentacao de partes de maquinas (eixos), e bracos roboticos, etc. Ja o motor

CA assncrono convencional e utilizado para cargas maiores (pontes rolantes, placasde

tornos etc).

Servo-motor e motor de passo e a mesma coisa?

Nao. Cada um tem sua propria estrutura, e aplicacoes distintas. Basicamente, a

principal diferenca entre um motor-de-passo (Stepper) e o servo-motor e o numero de

polos.

A Figura 1.4 mostra o perfil dos dois tipos. Enquanto um servo-motor tem, no

maximo, oito polos, o de passo tem, no mnimo, quinze. Com certeza, isto causa uma

performance diferente entre eles. O motor-de-passo e indicado para movimentacao em

curtas distancias e alto torque. Por ter mais polos, entretanto, suas paradas sao mais

bruscas. O servo-motor, por outro lado, tem um comportamento mais suave. Veja que

isto e uma questao pura e simplesmente de aplicacao. O que e desvantagem em uma pode

ser vantagem em outra, e vice-versa.

A Tabela 1.1 mostra um pequeno comparativo entre os dois tipos.


Figura 1.4: Servo-Motor x Motor de Passo

Tabela 1.1: Comparacao entre Servo-Motor e Motor de Passo

Servo-motor Motor de passoBaixo rudo otimo medioPreco alto medioTorque medio altoSuavidade de operacao otimo baixa

1.2 Modulacao PWM

Agora que ja temos uma boa ideia do motor de corrente alternada, vamos a outro

conceito fundamental para entendermos o inversor: a tecnica de PWM, que significa pulse

width modulation. Se traduzirmos a sigla PWM para portugues temos modulacao por

largura de pulso. Ela e uma tecnica de controle de potencia, tensao, ou corrente atraves

da largura do pulso de excitacao oriundos dos sistemas de controle. Esse controle e feito

atraves do seu ciclo de trabalho (Duty Cycle). O ciclo de trabalho e uma caracterstica

de um sinal quadrado que representa a porcentagem ativa do seu perodo.

Podemos entender melhor o processo atraves da Figura 1.5. Nela notamos tres sinais

cuja forma de onda e quadrada. A amplitude dos tres tambem e mesma, no exemplo,

igual a 5 Vcc. Como os tres tem mesmo perodo, entao, a frequencia tem o mesmo valor

para todos (f = 1/T ).

Se os sinais tem a mesma forma-de-onda, mesma amplitude, e mesma frequencia, qual

a diferenca entre eles? O ciclo de trabalho.

O primeiro sinal tem o seu ciclo divido em duas partes iguais: metade ativa(on), e


Figura 1.5: Ciclo de trabalho

metade desativada(off ). Nesse caso temos um ciclo de trabalho de 50%, ou 0,5. Ja, na

segunda situacao, apenas 30% do total do perodo, esta em ON , portanto, temos um

ciclo de trabalho igual a 30%. E, finalmente, na terceira situacao um ciclo de 70%.

E para que isso serve?Podemos controlar a tensao sob uma carga atraves desta

tecnica. Imaginem, ainda com base no exemplo anterior, que o sinal de ciclo de trabalho

de 50% fosse aplicado a uma lampada, o de 30% em outra, e o de 70% em uma terceira

(todas com as mesmas caractersticas). A primeira lampada teria um brilho medio, a

segunda pouco brilho, e a terceira seria a mais brilhante.

Como isso aconteceu se nao variamos a amplitude? A resposta a esta pergunta e

justamente a razao de ser da tecnica de controle da potencia atraves da largura de pulso,

e nao da amplitude. Em outras palavras, variamos sim a tensao, mas a eficaz, e nao a

tensao da fonte-de-alimentacao. Esta, permanece invariavel. Com a tecnica de PWM,

entao, podemos alterar a tensao eficaz na carga sem alterar a tensao na fonte.

Como isto pode ser feito na pratica? A Figura 1.6 mostra um amplificador operacional

em malha aberta (sem realimentacao). Desta maneira ele se comporta como um

comparador de tensao. Em sua sada, como o ganho e infinito, ou temos toda a tensao

da fonte (+ Vcc), ou nada (0 Volt, terra).

Depende apenas de qual sinal tem maior amplitude em determinado momento.

Conforme pode-se observar, tem-se um sinal dente-de-serra na entrada inversora, e um

sinal perfeitamente contnuo fixo na entrada nao inversora (tambem conhecida como

entrada de referencia).

O resultado e que entre to e t1 a tensao na entrada nao inversora e maior que a

inversora, levando a sada do AmpOp para saturacao (+ Vcc). Ja entre t1 e t2, a tensao

dente-de-serra supera a referencia, levando agora a sada a zero Volt. Ou seja, a sada do


Figura 1.6: Tecnica PWM

circuito e funcao da comparacao entre os sinais, e a largura do pulso depende do nvel da

tensao cc de referencia.

Na Figura 1.7 aumentou-se o valor da entrada nao inversora, e, consequentemente, a

largura do pulso tambem, uma vez que modificou-se o ponto de interseccao entre o sinal

dente-de-serra e o de referencia.

Figura 1.7: Modulacao PWM

Se for mantida a inclinacao da rampa de subida do sinal dente-de-serra, pode-se

controlar a largura do pulso de sada atraves de uma tensao cc de referencia. A Figura

1.8 mostra uma sugestao de como isto pode ser feito utilizando dois CIs bem famosos:

o 555 e o 741. E fato que este PWM nao e tao preciso, visto que a forma dente-de-serra

no 555 e um pouco diferente de uma rampa, porem, funciona bem para aplicacoes nao

crticas. Os valores de C1, RA e RB dependem da frequencia de PWM desejada. Apenas

como parametro, para fontes chaveadas ela varia de 20 kHz a 50 kHz. Ja, para inversores,

de 2,5 kHz a 16 kHz.


Figura 1.8: Circuito PWM

1.3 Estrutura do Inversor de Frequencia

O inversor de frequencia, tambem chamado por alguns fabricantes de conversor de

frequencia, e um equipamento capaz de controlar a velocidade e torque de motores de

corrente alternada.

Esse equipamento pode ter varias filosofias de controle e varias potencias. Nesse

captulo vamos falar de inversor mais basico, conhecido como inversor de frequencia

escalar.

Independentemente do fabricante, e ate modelo, a estrutura basica do inversor e a

mesma, conforme ilustra a Figura 1.9. O que muda significativamente de um tipo para

outro e a filosofia de controle.

Podemos notar que a rede AC e retificada logo na entrada. Atraves de um capacitor

(filtro), forma-se um barramento de tensao contnua (barramento DC), ou circuito

intermediario. A tensao DC, que, pode chegar a 380 Vcc para redes trifasicas de 220VCA

(2203), e ate 660 Vcc (380

3) para redes de 380VCA, alimenta seis IGBTs (transistor

bipolar de gate isolado).

Os IGBTs sao chaveados tres a tres formando uma tensao alternada na sada U, V, e

W, defasadas de 1200 eletricos, exatamente como a rede.

A unica diferenca e que, ao inves de uma senoide, temos uma forma-de-onda quadrada.

Portanto, o motor eletrico AC alimentado por um inversor tem em seus terminais uma

onda quadrada de tensao, isto, conforme veremos, nao afeta muita sua performance.

Mas, como uma tensao DC pode tornar-se AC?Nada melhor que um exemplo pratico


Figura 1.9: Estrutura basica de um inversor de frequencia

para responder esta questao. Embora a grande maioria dos inversores de frequencia

encontrados no mercado sejam trifasicos, para fins didaticos, nos utilizaremos um modelo

monofasico. Afinal o que e corrente alternada?A corrente alternada, portanto, e uma

corrente que muda de sentido periodicamente. Ou seja, ora vai do positivo para o negativo,

ora ao contrario.

A Figura 1.10 ilustra um diagrama de blocos de um inversor monofasico. A diferenca

entre o trifasico e que ele possui apenas quatro transistores chaveadoresna sada. Mas

o princpio de funcionamento e o mesmo.

Figura 1.10: Inversor monofasico simplificado

O funcionamento e simples: a tensao da rede e retificada e filtrada, formando um

barramento DC. De um lado da ponte de transistores temos um polo positivo, e do outro

negativo. Imaginem que a logica de controle, representada agora como apenas um bloco,

envie pulsos de disparo para os transistores na seguinte ordem: ora TR1 e TR4 conduzem,

ficando TR2 e TR3 em corte; ora TR2 e TR3 em conducao, e TR1 e TR4 no corte 1.11.

Reparem que no primeiro comando a corrente circula pelo motor no sentido de A para


Figura 1.11: Conducao dos transistores

B. Ja, na segunda situacao, a corrente circula no sentido oposto, ou seja, de B para A.

Pronto! Esta feita uma corrente alternada atraves de um barramento DC. O mesmo vale

para circuitos trifasicos, basta a logica de controle obedecer a uma sequencia correta de

disparo. Em circuitos trifasicos os transistores sao disparados tres a tres, sendo sempre

dois na parte superiorda ponte de IGBTs, e um na inferior, e vice-versa.

1.4 Como Instalar um Inversor de Frequencia

A unica regra comum a todos os modelos e aplicacoes e tomar cuidado para nao

confundir os bornes de entrada de energia (R, S, e T); com a sada para o motor (U,

V, e W). Com excecao desta regra, o restante da instalacao dependera do modelo e da

aplicacao. Para concretizar melhor a ideia vamos a um exemplo pratico, no qual utilizamos

um inversor da WEG, modelo CFW 08.

Podemos notar atraves da Figura 1.12 que temos tres conexoes, sendo dois barramentos

(o de potencia, e o de comando), e um ponto de aterramento. A Figura 1.13 detalha o

barramento de potencia. Vejam que os pontos de entrada e sada estao bem definidos.

Jamais os inverta, isto e fatal para o dispositivo.

Pois bem, uma vez conectada a rede e a sada para o motor, temos o barramento de

comando. E justamente, nessa parte que podemos encontrar muitas variacoes, porem, de

posse do manual do fabricante e do projeto tudo fica facil. A Figura 1.14 mostra a tabela

descritiva da funcao de cada borne no conector de controle (XC) deste inversor.

Na Figura 1.15 temos um exemplo de acionamento por controle remoto (distante do

aparelho). A chave S1 controla o sentido de giro do inversor (horario / anti-horario). A

chave S2 e o Reset. A chave S3 comanda parar / girar; e a R1 e um potenciometro que

ajusta a velocidade do motor atraves de uma tensao DC de controle. Esta tensao, alias,

e tpica, e varia de 0 a 10 Vcc.


Figura 1.12: Inversor WEG, modelo CFW 08

Figura 1.13: Inversor WEG, barramento de potencia

A Figura 1.16 mostra outro exemplo. Agora S1 liga o motor, S2 desliga, e S3 comanda

o sentido de giro.

A Figura 1.17 ilustra outra possibilidade, sendo: S1 aberta = parar; S1 fechada =

avanco. S2 aberta = parar; S2 fechada = retorno. Enfim, temos nmodos de se ligar o

comando de um inversor.

Finalmente, a Figura 1.18 nos mostra uma instalacao generica, e seus devidos cuidados

como filtro de linha e aterramento.

1.5 Parametrizando um Inversor de Frequencia

Cada borne para se tornar ativo ou nao deve ser parametrizado (programado). Se

o inversor nao for informado atraves de um parametro que a velocidade de rotacao do

motor deve ser controlada atraves de 0 a 10 Vcc no borne 6 por exemplo, o equipamento

obedecera ao comando local da IHM (Inferface Homem Maquina) no painel, visto que


Figura 1.14: Funcoes do conector XC1

Figura 1.15: Exemplo de conexao 1

esta e a programacao default(de fabrica). Portanto, alem de instalado, o inversor deve

ser programado(parametrizado de acordo com cada aplicacao especfica).




Consultando o manual do aparelho, o leitor podera confirmar como esta tarefa e

simples de ser feita. Entretanto, e difcil discorrer sobre este assunto em um unico captulo,

pois cada fabricante tem sua propria logica. Se serve de consolo, entender como se faz a`

parametrizacao de um inversor, na grande maioria dos casos, e mais facil do que programar

um vdeo cassete. Basta ler o manual com atencao.


Figura 1.18: Exemplo de conexao generica

1.6 Curva Tensao-Frequencia

Para os leitores que estao se perguntando: Por que tive que ler toda uma teoria sobre

PWM?Chegou a` hora da resposta.

O inversor que estamos analisando e denominado escalar. Ha um outro tipo para

aplicacoes mais crticas, onde a precisao e alto torque em velocidades muito baixas sao

necessarios, chamado vetorial.

Para que o torque se mantenha constante diante de uma variacao de carga no eixo do

motor, a razao tensao pela frequencia de alimentacao tambem deve permanecer constante.

Por exemplo: Imaginem que um motor AC esta sendo acionado com 200 Vca em 60 Hz.

Se dividirmos tensao pela frequencia (V/f), teremos: 220/60 = 3, 7(aproximadamente).

Esta, entao, e a constante V/f .

Pois bem, vamos supor que facamos uma reducao de velocidade proporcional a 15 Hz.

Para que nao haja variacao no torque, a tensao deve ser reduzida na mesma proporcao, a

fim de manter V/f constante. Assim, a nova tensao sera:

V

15Hz= 3, 7 V = 55, 5V ca (1.4)

Pode parecer estranho ter que reduzir a tensao para manter constante o torque. A

Figura 1.19 mostra um exemplo de curva V/f na qual podemos observar que, na pratica,

ha limites para se manter o torque constante. No exemplo, o torque e constante apenas

entre os pontos A e B. Para frequencias menores que 5 Hz o motor nem gira, pois nao

ha tensao suficiente para faze-lo. Ja, para frequencias acima de 60 Hz, a tensao de

alimentacao nominal permanece constante, mesmo se aumentarmos a frequencia.

Embora seja possvel aumentar a velocidade do motor, seu torque sofrera alteracoes


Figura 1.19: Curva V/f

segundo a variacao de carga.

Resumindo, fora da regiao limitada pelos pontos A e B, o torque nao pode ser

considerado constante.

A funcao do inversor escalar e tentar manter a curva V/f o mais invariavel possvel.

Como a tensao no barramento DC e fixa, a unica forma de aumentarmos ou reduzirmos a

tensao de alimentacao do motor segundo uma variacao na frequencia e atraves da tecnica

de PWM. Lembre-se: A largura do pulso pode controlar a tensao eficaz na carga sem

alterar a tensao da fonte.

Quando e solicitado um aumento de velocidade (frequencia), a largura do pulso de

sada e aumentada, de forma a manter V/f invariavel. Ja, quando reduzimos a frequencia,

a largura do pulso e reduzida, pela mesma razao.

Captulo 2

Soft-Sarter

Com a reducao do preco dos componentes estaticos de potencia (tiristores, SCRs,

etc), utilizar um sistema de partida suave para motores eletricos de inducao tornou-se

uma alternativa mais economica e eficaz.

2.1 Sistemas de Partida Eletromecanica

E fato de que ainda hoje encontramos em campo varios sistemas de partida que

utilizam contatores como elementos chaveadores. Antes de iniciarmos nossos estudos

sobre soft-starters, vamos a uma previa sobre eles.

a) Partida Direta

O primeiro e mais simples sistema e o de partida direta, ilustrado na Figura 2.1. Nele, o

motor e ligado de uma so vez na rede eletrica. A corrente de partida pode atingir mais de

seis vezes a corrente nominal. Caso a carga mecanica tenha alta inercia, este valor pode

perdurar por varios segundos ate o motor atingir sua rotacao nominal. A rede eletrica,

bem como os equipamentos a ela ligados, deve suportar esse transiente. Para motores

com potencia acima de 3 CV (aproximadamente 2208 W) isso nao e uma tarefa facil.

16

CAPITULO 2. SOFT-SARTER 17

Figura 2.1: Partida direta

b) Partida Estrela-Triangulo

A tecnica da partida estrela-triangulo e simples e pode ser vista na Figura 2.2. Trata-se

de alterar o fechamento das bobinas internas do motor, inicialmente em estrela (Y), para

triangulo (4). Um rele temporizador e regulado de modo que o tempo seja suficiente paravencer a inercia. O motor parte com tensao reduzida, uma vez que, ligado em estrela, a

tensao em cada bobina e3 vezes menor que a tensao da rede. Apos o tempo de partida,

porem, as bobinas sao fechadas em triangulo (ou fechamento delta), onde, entao, toda a

tensao e aplicada a cada conjunto de bobinas. Na verdade esse sistema divide um grande

pico de corrente de partida em dois menores, sendo um de duas a tres vezes a corrente

nominal para partida em estrela, e o segundo de mesma magnitude para mudanca de

estrela para delta.

c) Partida com Auto Transformador

A Figura 2.3 ilustra o esquema da partida com auto-transformador. Nesse caso, o motor

e ligado a um tap, que pode ser de 50%, 65% e 80% da tensao nominal da rede. Apos

vencida a inercia, o motor e ligado diretamente. No instante da partida os contatores

K2 e K3 fecham-se, enquanto K, permanece aberto. Desta maneira o motor parte com

tensao reduzida, oriunda do tapo Apos a inercia da partida, K2 e K3 abrem, e K1, liga

o motor a` rede. Essa transicao pode ser feita manualmente atraves de botoeiras, ou

automaticamente com reles temporizadores.


Figura 2.2: Partida estrela-triangulo

Figura 2.3: Partida compensadora

2.2 Soft-Starter

O soft-starter e um equipamento eletronico dedicado a` partida de motores eletricos de

inducao e totalmente em estado solido.

A filosofia de funcionamento do soft-starter e, assim como os sistemas eletromecanicos,

reduzir a tensao inicial de partida. Como o torque e proporcional a` corrente, e essa a`

tensao, o motor parte com torque reduzido. Geralmente, os soft-starters tem ajuste de


rampa de aceleracao. Esse ajuste, conforme podemos ver na Figuras 2.4 e 2.5, pode ser

feito via potenciometro ou IHM (Interface Homem Maquina).

Figura 2.4: Soft-starter

Figura 2.5: Interface homem maquina

Ao contrario do que muitos pensam, nem todo soft-starter controla as tres fases. Na

verdade temos quatro possibilidades.

a) Uma fase controlada

Ha modelos no mercado que controlam apenas uma das tres fases na partida. Com

certeza, esses modelos sao mais baratos, porem, por razoes obvias, mais limitados. A fase

controlada, alias, e, de fato, controlada apenas na janela de tempo de partida. Quando

o motor atinge a rotacao nominal, o soft-starter funciona como um contator, ligando-o

diretamente a` rede eletrica. A unica funcao que permanece nessa situacao e a de protecao


Figura 2.6: Controle de uma fase

termica. Veja na Figura 2.6 como uma fase tem sua potencia limitada ate o instante de

plena potencia (motor em rotacao nominal).

A Figura 2.7 ilustra nosso primeiro tipo, onde apenas a fase R e controlada atraves

de um circuito que adianta ou atrasa o angulo de disparo , e cujos pulsos de disparo sao

enviados a um TRIAC. Notem que, a` medida que o tempo passa (inercia sendo vencida),

o angulo de disparo vai diminuindo. Conforme o angulo de disparo reduz, o de conducao

aumenta, permitindo que uma maior parcela da senoide chegue a` carga. Entao, com maior

tensao temos maior corrente e, consequentemente, mais torque.

Figura 2.7: Uma fase controlada

b) Duas fases controladas

Essa e a arquitetura mais popular no mercado. A Figura 2.8 ilustra como R e T sao

controladas enquanto S vai direto a motor. O circuito de controle nao foi mostrado pois

e comum a esses modelos mudando apenas sua complexidade em funcao do numero de

pulsos de disparo necessario para cada arquitetura.

c) Duas fases semi-controladas


Figura 2.8: Duas fases controladas

Um outro tipo bastante interessante e ilustrado na Figura 2.9 Temos dois SCRs ligados

em anti-paralelo com dois diodos. Isso prove uma senoide semi-controlada nas fases R e

T, sendo que apenas um semi-ciclo e chaveado.

Figura 2.9: Duas fases semi-controladas

d) Tres fases controladas

A Figura 2.10 mostra a ultima e melhor arquitetura onde R, S e T sao controladas.

Esse e o melhor soft-starter em termos de performance, uma vez que temos o controle

mais preciso, e maior simetria entre as potencia nas tres fases.


Figura 2.10: Tres fases controladas

2.3 Identificando um Soft-Starter

Para reconhecer a arquitetura um soft-starter, ha duas formas:

A primeira, e consultando o manual do fabricante. La voce encontrara um desenho

com a etapa de potencia.

Caso, porem, esse manual nao esteja disponvel, voce pode utilizar um simples

multmetro e fazer um teste ohmico entre cada fase que entra e sai do dispositivo. Aquela

que apresentar zero ohm nao e controlada, aquela que se mostrar aberta e um TRIAC.

E, se por ventura tivermos aproximadamente 0,7 Vcc no sentido reverso, eis uma fase

semi-controlada. O unico cuidado e fazer o teste com o equipamento desconectado da

rede eletrica e do motor.

Mas nao e somente o numero de fases controladas que indica a sofisticacao de

um soft-starter. Seus recursos tambem sao muito significativos. Alguns modelos sao

totalmente analogicos e possuem apenas potenciometros de ajuste da rampa de partida e

frenagem. Outros tem interfaces homem maquina e sao digitais. Nesses modelos podemos

encontrar centenas de parametros de ajuste ao inves de dois simples potenciometros.

A escolha por um ou outro dependera da complexidade da aplicacao, e da relacao

custo/benefcio.

2.4 Instalacao de um Soft-Starter

Via de regra um soft-starter e instalado como se fosse um contator. Alguns fabricantes

pedem protecao termica, outros nao. O manual deve deixar isso claro ao tecnico de campo.

As Figuras 2.11 a 2.15 ilustram algumas maneiras de instalar um soft-starter.


Figura 2.11: ConvencionalFigura 2.12: Inversao de sentido degiro

Figura 2.13: Frenagem CC Figura 2.14: By-pass


Figura 2.15: Cascata

Ha um modo de instalacao de soft-starter que muito poucos conhecem, e pode ser visto

atraves da Figura 2.16. Notem que o motor tem suas fases ligadas na sada e na entrada

do equipamento. Nem todo modelo permite isso, porem, e uma solucao muito economica.

Dessa forma a potencia necessaria do soft-starter cai para3 vezes menos em funcao da

mesma carga. Isso significa que, no lugar de um soft-starter de 10 CV, podemos utilizar

um de 10/3, ou seja, 5,8 CV.

Figura 2.16: Reducao da potencia


2.5 Soft-Starter x Inversor de Frequencia

Nao confunda soft-starter com inversor de frequencia. Sao equipamentos com estrutura

e finalidade distintas.

Enquanto o inversor e projetado para controlar a velocidade e torque do motor ao

longo do seu funcionamento, o soft-starter e capaz apenas de controlar sua partida e

sua frenagem. E fato que para motores pequenos (menos de 3 CV) um inversor de

frequencia pode ate assemelhar-se em custo a um soft-starter, e, portanto, mostrar-se como

uma vantagem a` medida que tambem pode oferecer uma rampa de partida e frenagem.

Essa relacao, entretanto, desaparece quando tratamos de motores com maior potencia.

Comparem, por exemplo, o preco de um soft-starter com potencia de 50 CV, e um inversor

de frequencia de 50 CV.

Resumindo, temos que os sistemas de partida suave (soft-starters) sao equipamentos

eletronicos destinados a` partida e frenagem de motores eletricos de inducao. Eles variam

em arquitetura (no de fases controladas), e em recursos (presenca ou nao de IHM). Sua

tecnica de operacao e reduzir a tensao da rede e, dessa forma, reduzir o torque inicial ate

que a inercia do motor mais a carga mecanica seja vencida. Ele nao deve ser confundido

com o inversor de frequencia, uma vez que sua estrutura, funcao e custo sao diferentes.

Sua instalacao assemelha-se a um contator, papel, alias, que exerce apos a rotacao nominal

ser atingida.

Referencias Bibliograficas

[1] A. Capelli. Eletronica para Automacao. Antenna Edicoes Tecnicas, Rio de Janeiro,

2004.

26

Lista de FigurasIntroduoInversores de FreqnciaO Motor de Corrente AlternadaModulao PWMEstrutura do Inversor de FreqnciaComo Instalar um Inversor de FreqnciaParametrizando um Inversor de FreqnciaCurva Tenso-Freqncia

Soft-SarterSistemas de Partida EletromecnicaSoft-StarterIdentificando um Soft-StarterInstalao de um Soft-StarterSoft-Starter x Inversor de Freqncia

Referncias Bibliogrficas

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Soft x Inversor