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UNIFEI – ISEE Trabalho Final de Graduação

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ

INSTITUTO DE SISTEMAS ELÉTRICOS E ENERGIA

ESTUDO DA APLICAÇÃO DE SOFT-STARTER NA PARTIDA DE

MOTORES E NA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA

JONAS LOMONACO NOGUEIRA DE OLIVEIRA

Itajubá, outubro de 2017


ii

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ

INSTITUTO DE SISTEMAS ELÉTRICOS E ENERGIA

JONAS LOMONACO NOGUEIRA DE OLIVEIRA

ESTUDO DA APLICAÇÃO DE SOFT-STARTER NA PARTIDA DE

MOTORES E NA CONSERVAÇÃO DE ENERGIA

Monografia apresentada ao Instituto de

Sistemas Elétricos e Energia, da

Universidade Federal de Itajubá, como parte

dos requisitos para obtenção do título de

Engenheiro Eletricista.

Orientador: DOUTOR ÂNGELO JOSÉ JUNQUEIRA REZEK

Itajubá, outubro de 2017


iii

Dedicatória

Dedico este trabalho ao professor Ângelo Rezek

pela paciência no incentivo e na orientação que

tornaram possível a realização desta monografia.

Aos familiares que estiveram sempre presentes

para apoiando e incentivando. E por fim, porém

não menos importante, todos amigos e colegas que

sempre incentivaram e apoiaram a conclusão desta

jornada.


iv

Agradecimentos

Primeiramente o agradecimento a família, a qual sempre forneceu todos os meios

necessários para que cada passo nessa jornada pudesse ser realizado. Aos estimados professores

que puderam sempre compartilhar sua sabedoria adquirida aos longos dos anos como modo de

vida. Enormes agradecimentos pela imensa ajuda e disposição do professor Ângelo Rezek, o

qual ajudou muito, e sempre, supervisionando todas as atividades realizadas no laboratório.

Esteve lá em horários que sempre passavam seu expediente, bem como em finais de semana,

com o objetivo do compartilhamento de seu conhecimento. Imensa gratidão também a todos do

laboratório de engenharia elétrica, os quais disponibilizaram materiais e o espaço para que se

fossem trabalhadas as atividades práticas a que se refere este trabalho. E por fim, a Universidade

Federal de Itajubá, que transforma sonhos em realidade, graças as dedicações dos professores

e ex-alunos que por ali passaram e todos que por ali ainda estão.


v

Resumo

O controlador CA/CA é um conversor estático, com variação da tensão de saída e manutenção

da frequência. Pode-se ter o arranjo monofásico ou o arranjo trifásico. Este controlador é

composto de tiristores em antiparalelo por fase para variação da tensão de saída, conseguida

pela modificação dos ângulos de disparo dos tiristores que variam na faixa de 0º a 180º. Assim,

para ângulo de disparo de 180º, tem-se uma tensão de saída igual a zero e diminuindo-se esse

ângulo de disparo em direção a 0º, consegue-se aumentar gradativamente a tensão. O arranjo

monofásico é utilizado por exemplo no controle de luminosidade de lâmpadas elétrica, partida

de motor de indução monofásico e mais recentemente em chuveiros elétricos. O arranjo trifásico

é utilizado largamente nos equipamentos conhecidos como soft-starters, para limitação de

corrente de partida de motores de indução trifásico. A conservação de energia acontece em caso

de carga leve, onde se abaixa a tensão, porque diminui as perdas no ferro. Tem-se no laboratório

de máquinas elétricas da Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI) estes equipamentos dos

fabricantes WEG e Siemens e um soft-starter manual, com os quais se pretende na pesquisa

elaborar um manual de utilização didático simplificado para aulas práticas e pesquisas afins.

PALAVRAS-CHAVE: Conservação de energia; Controlador ca trifásico e monofásico;

Controlador de corrente; Soft-starter.


vi

Abstract

The AC/AC controller is a static converter with varying output voltage and frequency

maintenance. It can have the single-phase arrangement or three-phase arrangement. This

controller is composed of thyristors in anti-parallel per phase for variation of the output voltage,

achieved by modifying the firing angles of the thyristors ranging from 0º to 180º. Thus, for the

180 ° firing angle, an output voltage equal to zero is obtained and the firing angle decreasing in

the direction of 0°, it is possible to increase the voltage gradually. The single-phase arrangement

is used for example in the control of electric lamp brightness, single-phase induction motor

starting and more recently in electric showers. The three-phase arrangement is widely used in

equipments known as soft-starters, for limiting the starting current of three-phase induction

motors. The energy conservation happens in case of light load, where we lower the voltage,

because it reduces the losses in the iron. There are in the laboratory of electrical machines of

the Federal University of Itajubá (UNIFEI) these equipments of the manufacturers WEG and

Siemens, and a manual one, with which it is intended in the research elaborate a manual of

didactic use simplified for practical classes and related researches.

KEY WORDS: Energy conservation; Three-phase and single-phase AC controller; Current

controller; Soft-starter.


vii

Lista de Figuras

FIGURA 1 – CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA NO BRASIL ......................................................... 15

FIGURA 2 – ESTATOR E ROTOR DE UM MIT................................................................................ 16

FIGURA 3 – CIRCUITO ELÉTRICO EQUIVALENTE POR FASE DE UM MOTOR. ................................. 17

FIGURA 4 - PLACA DE UM MOTOR COM A RAZÃO DA CORRENTE DE PARTIDA PELA NOMINAL. .... 18

FIGURA 5 – COMPARATIVO ENTRE MÉTODOS DE PARTIDA. ........................................................ 22

FIGURA 6 - PONTOS DE OPERAÇÃO PARA ELEMENTOS SEMICONDUTORES. ................................. 22

FIGURA 7 - DIODO COM A REPRESENTAÇÃO DE SUA POLARIZAÇÃO INVERSA E DIRETA. ............. 23

FIGURA 8 - CIRCUITO ELÉTRICO COM O USO DE UM DIODO. ....................................................... 24

FIGURA 9 - FORMAS DE ONDA DO CIRCUITO COM O DIODO ......................................................... 24

FIGURA 10 – CIRCUITO COM O TIRISTOR .................................................................................... 25

FIGURA 11 – TENSÃO MÉDIA ..................................................................................................... 25

FIGURA 12 - SOFT-STARTER COM A REPRESENTAÇÃO DOS TIRISTORES ACOPLADOS AO MOTOR. 26

FIGURA 13 - ESQUEMA DE UM SOFT-STARTER IMPLEMENTADO COM 6 TIRISTORES PARA ACIONAR

UM MIT ............................................................................................................................. 26

FIGURA 14 - CIRCUITO DE DISPARO. .......................................................................................... 29

FIGURA 15 - SOFT-STARTER MANUAL E CIRCUITO DE DISPARO. ................................................. 29

FIGURA 16 - PARTE FRONTAL DO MEDIDOR VOLTECH. .............................................................. 30

FIGURA 17 - PARTE TRASEIRA DO MEDIDOR VOLTECH. ............................................................. 30

FIGURA 18: ESQUEMÁTICO DE LIGAÇÕES DO MEDIDOR VOLTECH ............................................. 31

FIGURA 19: DADOS DE PLACA DO MOTOR WEG ........................................................................ 31

FIGURA 20: MOTOR ACOPLADO AO FREIO DE FOUCAULT .......................................................... 32

FIGURA 21: DINAMÔMETRO....................................................................................................... 33

FIGURA 22: TACÔMETRO. .......................................................................................................... 33

FIGURA 23: VARIVOLT. ............................................................................................................. 34

FIGURA 24: PONTE DE DIODOS. .................................................................................................. 34

FIGURA 25: AMPERÍMETRO UTILIZADO PARA A MEDIÇÃO DE CARGA ......................................... 35

FIGURA 26: AMPERÍMETRO ALICATE. ........................................................................................ 35

FIGURA 27: BANCADA COMPLETA ............................................................................................. 36

FIGURA 28: DADOS OBTIDOS DO MEDIDOR VOLTECH ................................................................ 38


viii

Lista de Tabelas

TABELA 1: DADOS DE PLACA DO MOTOR WEG .......................................................................... 32

TABELA 2: TENSÃO PLENA APLICADA AO MOTOR. ..................................................................... 41

TABELA 3: REDUÇÃO DE TENSÃO COM A UTILIZAÇÃO DO SOFT-STARTER. ................................. 42







TABELA 10: TENSÃO PLENA APLICADA AO MOTOR. ................................................................... 47

TABELA 11: REDUÇÃO DE TENSÃO COM A UTILIZAÇÃO DO SOFT-STARTER. ............................... 48

TABELA 12: TENSÃO PLENA APLICADA AO MOTOR. ................................................................... 49

TABELA 13: REDUÇÃO DE TENSÃO COM A UTILIZAÇÃO DO SOFT-STARTER. ............................... 49


ix

Lista de Abreviaturas e Siglas

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

ISEE Instituto de Sistemas Elétricos e Energia

SI Sistema Internacional de Unidades

TFG Trabalho Final de Graduação

UNIFEI Universidade Federal de Itajubá

MIT Motor de Indução Trifásico


x

Lista de Símbolos

constante matemática com valor aproximado de 3,1415

dcV tensão contínua entre os terminais da ponte de diodos

aI corrente na fase A

E força eletromotriz

N número de espiras

Φ fluxo magnético

mecP potência mecânica

eleP potência elétrica

m massa

C conjugado

g gravidade

n rotação

d distância do braço onde o torque é aplicado

rendimento

mX impedância de magnetização


xi

Sumário

1 INTRODUÇÃO .............................................................................................................. 13

1.1 Motivação ................................................................................................................ 13

1.2 Objetivo ................................................................................................................... 14

1.3 Organização do trabalho ....................................................................................... 14

2 REVISÃO DA LITERATURA ..................................................................................... 15

3 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ................................................................................. 21

3.1 Princípio de funcionamento do soft-starter.......................................................... 22

3.2 Recursos de um soft-starter ................................................................................... 26

3.2.1 Proteção do motor ..................................................................................................... 27

3.2.2 Sensibilidade à sequência de fase ............................................................................. 27

3.2.3 Plug-in ...................................................................................................................... 27

3.2.4 Circuito de economia de energia .............................................................................. 27

4 ANÁLISE EXPERIMENTAL ....................................................................................... 28

4.1 Equipamentos e Instrumentos utilizados ............................................................. 28

4.1.1 Circuito de Disparo ................................................................................................... 28

4.1.2 Soft-Starter ............................................................................................................... 29

4.1.3 Medidor Voltech ....................................................................................................... 30

4.1.4 Motor Weg acoplado ao Freio de Foucault .............................................................. 31

4.1.5 Outros equipamentos e instrumentos utilizados ....................................................... 34

4.2 Procedimento Experimental .................................................................................. 37

4.2.1 Partida do motor ....................................................................................................... 37

4.2.2 Variação de carga ..................................................................................................... 37

4.2.3 Tensão de alimentação do motor .............................................................................. 37


xii

4.2.4 Coleta de dados ......................................................................................................... 38

4.2.5 Cálculos .................................................................................................................... 39

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................................... 40

5.1 Motor a vazio - 0 [mA] ........................................................................................... 41

5.2 Carga leve no motor - 100 [mA] ............................................................................ 42

5.3 Aumento da carga no motor – 150 [mA] .............................................................. 44




6 CONCLUSÃO ................................................................................................................. 51

REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 52


13

1 Introdução

1.1 Motivação

A conservação de energia elétrica é assunto bastante evidenciado atualmente pois um

gasto considerável em energia elétrica é efetuado em nossos dias. Assim, qualquer iniciativa

em termos de redução de consumo é relevante. Dentro desta ideia, tem-se como objetivo propor

uma iniciativa visando a reduzir o consumo do motor de indução trifásico na indústria.

Cabe lembrar que este setor representa uma grande parcela do consumo elétrico

industrial e total, já que o setor industrial é responsável por 44% do consumo da energia elétrica

produzida no país, dentro dos quais os motores elétricos representam aproximadamente 55%

do consumo. Ou seja, o consumo de energia elétrica por parte dos motores elétricos representa

cerca de 24,2% do consumo de energia nacional (FREITAS, 2008).

O motor de indução trifásico apresenta como inconveniente elevadas correntes de

partida, podendo atingir de seis a dez vezes a sua corrente nominal (MAMEDE FILHO, 2013).

Este fato faz com que outros consumidores sejam prejudicados durante este período de partida

do motor, uma vez que ocorre uma queda de tensão da rede de suprimento de energia elétrica.

Para minimizar este efeito indesejável, alguns métodos são usados na partida do motor

de indução trifásico, quais sejam:

- Método de partida usando chave estrela-triângulo;

- Método de partida usando chave compensadora;

- Método de partida usando reatores limitadores de corrente;

- Método de partida suave (soft-starter).

Este último é um método eletrônico recente e vem sendo bastante utilizado na indústria.

Consiste em se aplicar uma tensão que é aumentada gradativamente em forma de rampa,

possibilitando a partida do motor. Utiliza-se para tal, o dispositivo eletrônico de potência

controlador CA trifásico. Este equipamento é constituído por dois tiristores em antiparalelo por

fase, sendo que a entrada é conectada à respectiva fase da rede e a saída à cada fase do motor.

O ângulo de disparo dos tiristores pode ser variado convenientemente, começando com

um valor próximo de 180° e diminuindo gradativamente em direção à 0°.

Desta maneira, uma tensão elevada em forma de uma rampa é aplicada ao motor de

modo que tem uma partida satisfatória, sem provocar uma grande perturbação aos demais

consumidores, como ocorre no caso da partida direta.


14

Levando-se em consideração que os motores representam grande parte da energia

consumida no meio industrial, pretende-se utilizar o “soft-start” para possibilitar também uma

economia de energia. No caso de funcionamento do motor com baixa carga, pode-se reduzir

um pouco a tensão do mesmo. Desta maneira consegue-se uma redução nas perdas do ferro,

que dependem da tensão. Pode-se por exemplo, observar a corrente do motor e proceder à

redução da tensão até o ponto em que a corrente começa a subir, ou até que a velocidade comece

a variar substancialmente. Este é o ponto em que se deve parar com a redução da tensão.

Em um soft-starter esse ponto pode ser automaticamente determinado, pela supervisão

que o mesmo faz do sistema, devido à facilidade de programação. Aquisita-se, por exemplo, a

corrente e vai-se diminuindo a tensão até o ponto em que a corrente começa a aumentar. Isto

pode ser feito automaticamente por programação conveniente, sendo esta uma das funções

existentes no soft-starter

1.2 Objetivo

Este trabalho tem como objetivo o estudo de aplicações práticas industriais de soft-

starters na partida de motores e na conservação de energia, para uma viabilização didática do

emprego dos mesmos nos laboratórios de eletricidade da UNIFEI, possibilitando assim a

melhoria das aulas práticas e pesquisas afins.

1.3 Organização do trabalho

Este trabalho está disposto em 6 capítulos. O primeiro capitulo, já apresentado, expõe

as motivações e os objetivos da presente dissertação. Uma breve abordagem de trabalhos

anteriores e de tópicos importantes relacionados ao trabalho é realizada no capítulo dois. Deste

modo, no terceiro capítulo são apresentados os fundamentos teóricos do funcionamento de um

soft-starter, que é o componente em que esse trabalho tem como foco principal.

Prosseguindo, o quarto capítulo mostra a análise experimental que foi feita para que

todos os resultados pudessem ser obtidos. Nele, todos os equipamentos e instrumentos

utilizados no trabalho são descritos, e em seguida é explicado como foi realizado o

procedimento experimental, passo-a-passo. Após o embasamento do trabalho feito nos

capítulos anteriores, o capítulo cinco traz os resultados obtidos com os experimentos e faz uma

discussão a repeito destes resultados.

Por fim, no capitulo seis são apresentadas as conclusões a respeito da conservação de

energia com a utilização do soft-starter, bem como uma perspectiva para trabalhos futuros.


15

2 Revisão da Literatura

Os Motores de Indução Trifásico (MIT) representam uma carga bastante significante e

de extrema importância no contexto industrial. Estudos de Haddad (2007, p87), por exemplo,

indicam que no cenário Brasileiro, aproximadamente 25% de todo o consumo de energia

elétrica é proveniente do setor industrial, além disso a Figura 1 mostra com mais detalhes a

distribuição do consumo de energia como citado anteriormente.

Figura 1 – Consumo de energia elétrica no Brasil

Fonte: ELETROBRÁS (2007).

A utilização de motores no setor industrial é fundamental, pois é através dele que se é

possível realizar a conversão eletromecânica de energia, ou seja, a partir do momento que se

tem um sistema de geração com grandes potências e um sistema de transmissão que consiga

diminuir a distância elétrica equivalente entre o sistema gerador e à carga, é o motor que fica

encarregado então de converter a potência elétrica gerada para a potência mecânica que será

posteriormente consumido pela carga.

O princípio de funcionamento do motor se dá através de uma interação principalmente

entre as partes físicas do rotor e do estator. A Figura 2 mostra onde essas partes se encontram

em um motor na maioria dos casos:


16

Figura 2 – Estator e rotor de um MIT

Fonte: Autor próprio.

Na Figura 2, a parte circulada em azul é a parte associada ao estator, ela é responsável

pela criação do campo magnético girante do motor. A alimentação do motor se dá através da

aplicação de tensão em seus terminais de entrada. Assim que há alimentação, haverá circulação

de corrente nos enrolamentos do estator e essa passagem de corrente nos fios fará com que se

tenha a criação de um campo magnético girante nesse motor. A partir do momento que esse

campo seja produzido, haverá uma interação entre ele e o rotor do motor, que está indicado

através da parte circulada em vermelho.

Através da Lei de Lenz Faraday, demonstrada na Equação 1, haverá uma tensão

induzida no rotor, essa tensão também resultará em uma corrente circulante nessa região e fará

com que finalmente haja uma força resultante que terá como principal característica a rotação

do eixo do motor.

𝐸 = −𝑁 𝑑Φ

𝑑𝑡 (1)

Onde E é a Força Eletromotriz, N o número de espiras equivalente do sistema e Φ o

fluxo magnético que essas espiras estarão submetidas ao decorrer do tempo.


17

Uma outra forma de se observar a relação de tensões entre a entrada do motor até as

correntes no rotor responsáveis pela força equivalente que resultará no torque na ponta do eixo

do motor, é através do circuito elétrico equivalente, que pode ser visto na Figura 3. Esse circuito

relaciona a tensão de entrada com as impedâncias características de um motor e finalmente com

uma corrente equivalente em seu rotor. É importante salientar que a maior impedância deste

sistema é representada pela indutância Xm que é a impedância de magnetização do motor. Essa

impedância é de extrema importância para esta pesquisa já que ela implica diretamente em altas

correntes na partida do motor.

Figura 3 – Circuito elétrico equivalente por fase de um motor.

Fonte: Apostila do professor Hermeto.

A utilização do motor em condições de regime permanente, implica em utilizá-lo dentro

dos padrões especificados pelo fabricante, isto implica numa utilização saudável de um motor

e dificilmente implicará em danos muito acentuados a longo prazo, como falhas de rotor

quebrado, curto-circuito entre espiras, ressecamento do isolamento, entre outras.

A operação do motor fora das condições ditas como nominais é prejudicial para a

máquina e pode acarretar danos em pontos específicos ou, até mesmo, que causem a

deterioração total do motor e a substituição do mesmo para que se possa continuar a realizar o

mesmo ciclo de trabalho exigido pela carga.

Contudo, em algumas situações específicas, o uso do motor fora das condições nominais

pode ser considerado não prejudicial para o motor, mais especificamente na partida do MIT,

segundo (MAMEDE FILHO, 2013) as correntes podem se elevar, de seis até dez vezes a

corrente nominal especificada pelo fabricante, esse fenômeno acontece pois quando o motor se

encontra parado é necessário uma corrente muito alta para que seja possível se ter a

magnetização dos enrolamentos do estator e assim entrar nas condições operacionais de regime

permanente.


18

Para Franchi (2015) um dos momentos mais críticos para a análise e para o uso de um

motor elétrico é na sua partida, já que a solicitação decorrente do sistema de alimentação por

parte do motor se encontra muito mais alta do que o consumo de corrente em regime contínuo

sem grandes perturbações ou transitórios.

Contudo, o fato da corrente de partida ser bastante elevada é algo regulamentado pelos

fabricantes, e em geral a própria placa do motor já indica essa relação, como pode ser visto na

Figura 4. Desta forma o cliente e o operador desse equipamento podem ter o pleno

conhecimento da operação do motor.

Figura 4 - Placa de um motor com a razão da corrente de partida pela nominal.


Por mais que essa relação na partida do motor seja considerada normal e não haja uma

deterioração muito acentuada já que esse fenômeno ocorre em um baixo intervalo de tempo,

ainda assim há um desgaste natural e será muito mais evidente se houver muitas partidas no

motor em um intervalo pequeno de tempo.

Alguns métodos de se reduzir este efeito de correntes elevadas são retratados através do

estudo do professor Dr. Rezek (REZEK, 2010):


19

- Método de partida através da configuração estrela delta (Y – Δ);

- Método de partida através de uma chave compensadora;

- Método de partida através de um reator limitador de corrente;

- Método de partida através do Soft-Starter. (RESEK, 2000)

Neste cenário encontra-se a utilização de um método de partida suave, ou, como a

literatura especializada da engenharia elétrica, o Institute of Electrical and Eletronics Engineers

(IEEE) referido simplesmente como soft-starter.

O soft-starter é um dispositivo eletrônico que funciona através de tiristores em

antiparalelo. Contudo a ideia do uso dele consiste em reduzir a tensão na alimentação do motor

durante a partida do MIT, isso terá como consequência uma redução drástica na corrente de

partida do motor, consequentemente o consumo de energia neste instante de partida será

reduzido se comparado com a partida de forma direta.

Dessa forma, uma análise recorrente na literatura é de que é possível economizar energia

elétrica através desta partida suave. Conforme Guangqiang et al. (2004, p1) menciona em seus

estudos que o desenvolvimento desta tecnologia não se preocupou com a economia de energia,

e sim em um menor esforço nos motores para tentar diminuir o stress causado na partida, após

a consolidação do uso desta ferramenta, foi observado que era possível se economizar bastante

energia elétrica apenas dimensionando corretamente o dispositivo de partida suave.

Pelo fato de que há uma grande demanda de consumo de energia elétrica em países mais

industrializados, no Brasil não se encontra como exceção, e já que aproximadamente um quarto

de toda a energia consumida é pelos motores de indução, qualquer tipo de economia é bem-

vinda e em um contexto geral pode vir a fazer um impacto significativo, o método para que se

possa realizar este melhor aproveitamento é através dos tiristores e como cita o professor Dr.

Rezek:

Este método eletrônico de partida é um dos mais recentes e que vem sendo utilizado

com mais frequência na indústria. Consiste em aplicar uma tensão baixa no motor que

será aumentada gradativamente que dessa forma permitirá o motor partir. Para se ter

essa operação necessária será usado dois tiristores conectados por fase em uma

conexão antiparalelo.

O ângulo de disparo nos tiristores pode ser convencionalmente variado entre perto de

180º até ser diminuído gradualmente para 0º. Esta manobra é utilizada para que não

haja consumo de corrente muito alta e que dessa forma não perturbe outros

consumidores ou até mesmo em ocasiões extremas fazer com que o sistema de

proteção atua para a alta corrente de partida direta. (REZEK, et al. 2000)

A motivação para uma melhor eficiência e um melhor aproveitamento da energia

elétrica consumida no país fica evidente através da aprovação da “Lei de Eficiência Energética”

(Lei nº 10.295 de 17.out.2001 -BRASIL, 2001b), ou seja, em um contexto mais amplo, cada


20

oportunidade de se fazer um uso mais consciente e a tentativa de se ter um melhor

aproveitamento da energia elétrica é algo muito requisitado no país.

Além de diminuir um possível stress no motor com as altas correntes de partida e uma

economia do consumo de energia elétrica, o estudo de (SOUZA, M. O. el. Al., 2017) salienta

que as altas correntes consumidas pelo motor em sua energização podem fazer com que o

sistema em que se encontra instalado esse MIT pode acarretar em uma diminuição de tensão,

podendo ocasionar sérios distúrbios nos circuitos de comando e de proteção.

Nos estudos de (ROSA, 2003), ficou evidenciado que a economia de energia na partida

de motores por soft-starter reduziu principalmente as perdas no ferro, já que essas perdas são

mais relevantes quando se tem baixas cargas, ou um carregamento de no máximo 50% da

corrente nominal do motor. Ou seja, se for reduzido a tensão de alimentação do MIT, pode

haver uma economia considerável e conclui-se que o uso de partida suave pode implicar em

economias evidentes quando o motor parte à vazio por exemplo.

Além disso, o autor (ROSA, 2003) cita diversas cargas das industrias que podem utilizar

do método de partida através do soft-starter, como por exemplo:

• Bombas centrífugas (saneamento, irrigação, petróleo);

• Ventiladores, exaustores e sopradores;

• Compressores de ar e refrigeração;

• Misturadores e aeradores;

• Britadores e moedores;

• Picadores de madeira;

• Refinadores de papel;

• Fornos rotativos;

• Serras e plainas (madeira);

• Moinhos (bolas e martelo);

• Transportadores de carga.

Com as três primeiras sendo as cargas mais frequentes no ramo industrial.


21

3 Fundamentação Teórica

Os soft-starters são usados nos processos modernos de partida do motor de indução, que

através de comando microprocessado, controlam tiristores que ajustam a tensão enviada ao

estator do motor. Assim, é possível, de um lado, proteger a rede elétrica das correntes de partida

elevadas e, de outro aliviar o acionamento dos altos conjugados de aceleração do motor de

indução.

As chaves de partida estática são chaves microprocessadas, que são projetadas para

acelerar, quanto para desacelerar, e proteger motores elétricos de indução trifásicos. A tensão

aplicada ao motor é controlada através do ajuste do ângulo de disparo de tiristores. Com o ajuste

correto das variáveis, o torque e a corrente são ajustados às necessidades da carga, assim, a

corrente exigida será a mínima necessária para acelerar a carga, sem mudanças de frequência.

Algumas das características e vantagens das chaves soft-starters:

- Pulso de tensão na partida para cargas com alto conjugado de partida;

- Redução rápida de tensão a um nível ajustável;

- Ajuste da tensão de partida por um tempo pré-definido;

- Proteção contra falta de fase, sobrecorrente e subcorrente, etc.

Quando em partida direta, os motores assíncronos trifásicos de rotor em gaiola

apresentam picos de corrente e de conjugados indesejáveis. São utilizados vários métodos para

facilitar a partida, como chave estrela-triângulo, chave compensadora, etc.

Uma redução na corrente de partida é conseguida através destes métodos, porém a

comutação é por degraus de tensão. Porém, nenhum deles se compara com o método de partida

suave, que é o método que utiliza o soft-starter. Na Figura 5 pode ser visto o comparativo de

corrente entre os métodos mais usuais de partida:


22

Figura 5 – Comparativo entre métodos de partida.

Fonte: ROSA (2003).

3.1 Princípio de funcionamento do soft-starter

O princípio de funcionamento de um Soft-Starter se dá na aplicação de dispositivos

semicondutores em série com o motor em que se deseja suavizar a partida. De uma forma geral

esses dispositivos são feitos de Silício ou Germânio, a utilização desses elementos em

específico é explicada através da Figura 6:

Figura 6 - Pontos de operação para elementos semicondutores.

Fonte: CEFET/BA.

Ou seja, a utilização de um semicondutor é analisada em dois momentos, no primeiro

se encontra quando ele está polarizado diretamente. Nesta configuração esse elemento é visto


23

como um curto circuito, ou seja, não há praticamente nenhuma resistência associada a ele. Em

um outro momento, quando ele está polarizado reversamente, a resposta dele se dá através da

abertura dos seus terminais, ou em outras palavras, ele não permite a condução de corrente nos

seus terminais.

A Figura 7 mostra um diodo, que é o exemplo mais comum de semicondutores utilizados

para a configuração exposta anteriormente, e sua forma de polarização direta e inversa.

Figura 7 - Diodo com a representação de sua polarização inversa e direta.

Fonte: CEFET/BA.

A diferença entre o diodo previamente exemplificado e o tiristor que é utilizado para a

concepção do soft-starter se dá exatamente na polarização direta, a diferença básica entre esses

dois dispositivos é que enquanto no diodo o momento da polarização direta se encontra fixa e

invariável, o tiristor permite que se escolha o momento exato desejado para a atuação na

polarização direta.

Em outras palavras, como a rede de energia elétrica Brasileira é uma senóide à 60 Hz,

isso implica que metade do tempo da onda o diodo se encontrará polarizado diretamente e na

outra metade do tempo ele estará polarizado reversamente, assim sendo o diodo irá conduzir

apenas na metade da duração da onda, conforme mostra a Figura 8 e a Figura 9. Entretanto,

para o uso do tiristor e a possibilidade de alterar o momento de condução na polarização reversa

a condução do mesmo será por uma quantidade de tempo inferior ao do diodo. Este raciocínio

também pode ser visto na Figura 10 e na Figura 11.


24

Figura 8 - Circuito elétrico com o uso de um diodo.

Fonte: Notas de aula do professor Rafael di Lorenzo

Figura 9 - Formas de onda do circuito com o diodo

Fonte: Notas de aula do professor Rafael di Lorenzo

Na Figura 9, a curva vermelha se dá pela passagem de corrente no circuito, a forma de

onda verde representa a tensão da fonte e a onda azul representa a tensão equivalente na carga.


25

Figura 10 – Circuito com o tiristor

Fonte: AHMED,(2006).

Figura 11 – Tensão média

Fonte: AHMED (2006).

Através da análise da Figura 10 e da Figura 11, pode-se reparar então que a tensão eficaz

que chega nos terminais da carga é afetada diretamente pelo disparo de condução do dispositivo

do Soft-Starter. Já que a carga alimentada é um motor, a tensão eficaz na partida do motor é

diminuída radicalmente, fazendo com que assim finalmente se chegue ao fenômeno desejado

de que a corrente será reduzida à valores muito inferiores do que se for feito a partida de uma

forma direta por exemplo.

Em uma análise geral, a Figura 12 demonstra como se faz a utilização do Soft-Starter

entre a fonte de alimentação da rede com a carga de um motor trifásico com a representação

dos tiristores fazendo a função do dispositivo em questão:


26

Figura 12 - Soft-Starter com a representação dos tiristores acoplados ao motor.

Fonte: Guangqiang et al.

O soft-starter é um equipamento eletrônico capaz de controlar a potência e frenagem do

motor no instante da partida. Diferentemente de sistemas elétricos convencionais que são

utilizados para essa função (partida com autotransformador, chave estrela-triângulo, etc.).

Um esquema genérico de um soft-starter pode ser visto na Figura 13.

Figura 13 - Esquema de um soft-starter implementado com 6 tiristores para acionar um MIT

Fonte: ROSA (2003).

A tensão na partida é reduzida através do ângulo de condução dos tiristores, diminuindo

assim os picos de corrente gerados pela inércia da carga mecânica.

O soft-starter controla a potência do motor, porém ele não altera sua frequência

(velocidade de rotação).

3.2 Recursos de um soft-starter

Os soft-starters existentes hoje no mercado (fabricados pela WEG, SIEMENS e outras)

são equipados com interfaces homem-máquina, ou painel de LEDs para informar o status do


27

sistema. Quanto aos recursos que um soft-starter deve ter, os mais importantes serão detalhados

a seguir:

3.2.1 Proteção do motor

Uma curva típica de sobrecorrente de um soft-starter determina interrupções e bloqueios

em caso de falta de fase ou falha do tiristor. Normalmente, esses equipamentos também

possuem relés eletrônicos de sobrecarga. Durante o tempo de operação, um relé eletrônico de

carga entra em operação quando necessário.

O dispositivo pode ser configurado para dar proteção tanto para subcorrentes quanto

para sobrecorrentes.

3.2.2 Sensibilidade à sequência de fase

É possível configurar os soft-starters de modo que operem somente se a sequência de

fase estiver correta. Este é um recurso que assegura a proteção, principalmente mecânica, para

cargas que não podem girar em sentido contrário. Quando existe a necessidade de reversão, é

possível realizá-la com contatores externos ao soft-starter.

3.2.3 Plug-in

O plug-in é um conjunto de facilidades que podem ser disponibilizadas no soft-starter

através de um módulo extra, ou através de parâmetros, como frenagem AC ou CC, relé

eletrônico, realimentação de velocidade para aceleração independente das flutuações de carga

e dupla rampa de aceleração para motores de duas velocidades.

3.2.4 Circuito de economia de energia

Grande parte dos soft-starters modernos tem um circuito de economia de energia, de

modo que é possível uma redução da tensão aplicada em motores a vazio, diminuindo as perdas

no ferro, que representam a maior parcela de perda nos motores com baixas cargas. Uma

economia significante pode ser experimentada para motores que operam com cargas leves. No

entanto, por conta desta função, correntes harmônicas indesejáveis são geradas na rede devido

à abertura do ângulo de condução para diminuição da tensão.


28

4 Análise Experimental

Durante a análise experimental foram realizados diversos passos e medidas de dados, os

quais serão explicados passo a passo nesta seção. Primeiramente será feito um detalhamento de

todos instrumentos que foram utilizados durante esta etapa e logo em seguida será feito uma

apresentação explicando as etapas que foram realizadas e como os cálculos foram feitos.

4.1 Equipamentos e Instrumentos utilizados

4.1.1 Circuito de Disparo

Foi utilizado um circuito de disparo, que está representado na Figura 14, para que fosse

possível a variação do ângulo de disparo. Deste modo o soft-starter podia atuar, diminuindo a

tensão aplicada. Neste circuito existem 12 saídas que são conectadas aos tiristores, das quais 6

vão para o gate e 6 vão para o catodo. O circuito é alimentado por uma fonte trifásica utilizada

no laboratório, e desta fonte trifásica é puxada uma fase e um neutro para obter uma alimentação

de 127 [V].

Existe também um visor que mostra o ângulo de disparo, que é variado em um

potenciômetro na própria caixa do circuito de disparo. Quando o potenciômetro é girado no

sentido horário seu ângulo aumenta e a tensão diminui, e quando o potenciômetro é girado no

sentido anti-horário seu ângulo diminui e a tensão aumenta. Além disso, a caixa do circuito

possui 4 chaves:

- 110/220 [V], que são as opções de alimentação da caixa;

- Liga/Desliga, onde é decidido se o circuito vai ser ligado ou desligado;

- Libera/Bloqueia, onde é decidido se os pulsos serão bloqueados ou liberados;

- Auto/Manual, onde é decidido se o disparo será manual ou automático.

Os dados foram obtidos com a chave em 110 [V], ligada, pulsos liberados e manual.


29

Figura 14 - Circuito de disparo.


4.1.2 Soft-Starter

Foi utilizado um soft-starter manual, o qual está à esquerda na

Figura 15, que foi montado pela equipe do laboratório e pelo professor Rezek. Este, que é

composto de seis tiristores em antiparalelo, foi alimentado por uma fonte trifásica que foi levada

para a caixa do circuito de disparo. Também da caixa do circuito de disparo vem os cabos do

catodo e gate que são conectados em cada tiristor do soft-starter, conforme explicado

anteriormente. Na parte superior deste soft-starter, temos as fases A, B e C, onde é possível

medir a tensão que alimenta o motor, a qual é reduzida de acordo que se varia o ângulo no

circuito de disparo. Para um ângulo de 180° a tensão aplicada ao motor é de 0 [V], enquanto

que para um ângulo de 0° a tensão aplicada ao motor nesta situação é de 220 [V].

Figura 15 - Soft-Starter manual e circuito de disparo.



30

4.1.3 Medidor Voltech

Foi utilizado um sistema de medição de potências para formas de ondas não senoidais.

Este equipamento é o modelo PM300 da Voltech. A potência absorvida pelo motor foi medida

para tensão plena aplicada à máquina, para posterior comparação com a potência absorvida

quando se reduz a tensão aplicada, por intermédio da utilização do soft-starter.

A parte frontal deste medidor pode ser vista na Figura 16, onde é possível selecionar os

dados que se deseja obter, tais como tensão, corrente, potência ativa, potência aparente, potência

reativa e fator de potência. Já a parte traseira deste medidor pode ser vista na Figura 17, onde

se tem diversas entradas que foram conectadas com os cabos, que vieram junto com o medidor,

já fornecidos pelo próprio fabricante.

Figura 16 - Parte frontal do medidor Voltech.


Figura 17 - Parte traseira do medidor Voltech.



31

As conexões na parte traseira do medidor Voltech foram feitas de acordo com o manual

fornecido pelo fabricante. O esquemático dessas ligações pode ser visto na Figura 18, que foi

retirada do próprio manual.

Figura 18: Esquemático de ligações do medidor Voltech

Fonte: (ANALYZERS; MANUAL)

4.1.4 Motor Weg acoplado ao Freio de Foucault

Este foi o motor utilizado para o estudo da conservação de energia utilizando o soft-starter. O

motor já estava acoplado ao Freio de Foucault no laboratório, bastando apenas fazer alguns

ajustes nos cabos do motor, para que o circuito pudesse ser montado com sucesso. Na

Figura 19 é possível ver os dados de placa do motor.

Figura 19: Dados de placa do Motor Weg



32

Seus dados nominais para uma tensão de 220 [V], que foi a tensão aplicada ao motor,

também podem ser vistos na Tabela 1.

Tabela 1: Dados de placa do Motor Weg


O motor e o Freio de Foucault já acoplados podem ser vistos Figura 20. Os dados foram

obtidos com diversas variações de cargas aplicadas neste, as quais serão discutidas com maior

profundidade no final deste capítulo.

Figura 20: Motor acoplado ao Freio de Foucault


Conforme a corrente contínua injetada nas bobinas do freio de Foucault ia aumentando,

maior era o torque e a frenagem, de forma que o braço fazia uma força no sentido anti-horário.

Para que o cálculo do torque fosse possível foi utilizado um dinamômetro para medir a massa,

mostrado na Figura 21, que já estava acoplado juntamente ao Freio de Foucault.

O cálculo da potência mecânica também foi necessário para o cálculo do rendimento,

portanto também era necessário saber a rotação do motor em todas as situações de carga e

tensão. Esta rotação foi calculada com a utilização de um tacômetro, mostrado na Figura 22,

que estava disponível no laboratório.


33

Figura 21: Dinamômetro.


Figura 22: Tacômetro.



34

4.1.5 Outros equipamentos e instrumentos utilizados

Nesta seção serão demonstrados os outros equipamentos e instrumentos que foram

utilizados para que todos os dados pudessem ser coletados apropriadamente.

Para que a corrente contínua fosse injetada nas bobinas do freio, que consequentemente

gerava uma carga de frenagem, foi utilizado um varivolt, o qual pode ser visto na Figura 23. O

motor era partido sem carga, com o varivolt zerado. Para injetar a corrente contínua nas bobinas

do freio bastava girar na parte superior do equipamento no sentido horário.

Figura 23: Varivolt.


Do varivolt, as 3 fases vão para uma ponte de diodos, que pode ser vista na Figura 24.

Da ponte de diodos, um cabo vai para um amperímetro, que pode ser visto Figura 25, e o

outro vai para o Freio de Foucault.

Figura 24: Ponte de diodos.



35

Já no amperímetro, um dos cabos vem da ponte de diodos, conforme dito anteriormente,

e o outro vai para o Freio de Foucault. Desta forma a medição da corrente contínua injetada nas

bobinas do freio pode ser feita com a utilização deste equipamento.

Figura 25: Amperímetro utilizado para a medição de corrente contínua.


Além disso, também foi utilizado um amperímetro alicate, que pode ser visto Figura 26,

para medir a corrente que alimentava o motor na fase A. E por fim, utilizamos mais dois

voltímetros, um para medir a tensão que alimentava o motor para checar se todas as fases

estavam equilibradas e outro para medir a tensão contínua entre os terminais da ponte de diodos.

Figura 26: Amperímetro alicate.



36

Por fim, tem-se que o circuito completo com todos os componentes, equipamentos e

instrumentos pode ser visualizado na Figura 27, onde se encontra o circuito de disparo no canto

direito, o soft-starter no centro, o varivolt à esquerda, o motor acoplado ao Freio de Foucault

ao fundo no canto esquerdo, e os multímetros e medidor Voltech na bancada atrás do soft-

starter.

Figura 27: Bancada completa



37

4.2 Procedimento Experimental

O procedimento experimental desta pesquisa foi desenvolvido conforme as

necessidades do TFG, para assim obter os dados desejados. Conforme proposto pelo professor

Rezek, foram obtidos dados para diferentes tipos de carga. As correntes contínuas injetadas nas

bobinas do freio de Foucault foram nos valores de 300 [mA], 250 [mA], 200 [mA], 150 [mA],

100 [mA] e carga nula.

Dentro de cada valor de carga os dados eram analisados para tensão plena, que na

ocasião foi de aproximadamente 220 [V], e também para o caso do soft-starter atuando, que é

o caso de quando o ângulo de disparo aumenta e consequentemente a tensão diminui

gradativamente.

A seguir será explicado cada passo realizado neste experimento.

4.2.1 Partida do motor

O primeiro procedimento a ser realizado foi partir o motor, variando o ângulo no circuito

de disparo. Após ligar a fonte de alimentação, o ângulo é variado de 180° até atingir 0°, de

modo que a alimentação do motor fica estável em 220 [V]. Esse processo de partida no motor

foi feito sem carga, com o motor a vazio.

4.2.2 Variação de carga

Após o motor partir, é hora de decidir o tipo de carga que será utilizada para as medições.

Conforme dito anteriormente, para que a corrente contínua fosse injetada nas bobinas bastava

girar na parte superior do varivolt no sentido horário e em seguida é verificado o valor da

corrente contínua no amperímetro, mostrado na Figura 25. As medidas foram feitas para o

motor a vazio (0 [mA]), com leve carga (100 [mA]), média carga (150 a 200 [mA]) e alta carga

(250 a 300 [mA]). A carga foi aumentada gradativamente para todas as situações desejadas.

4.2.3 Tensão de alimentação do motor

Assim que o tipo que carga é decidido, deve-se decidir a tensão que alimentará o motor.

O valor desta tensão é reduzido conforme se aumenta o ângulo no circuito de disparo.

As tensões utilizadas foram aproximadamente as seguintes:

- 220 [V]: Tensão plena, sem atuação do soft-starter;

- 200 [V]: Redução de tensão com a utilização do soft-starter;





38

Logo, foram analisados os dados para 6 tipos diferente de carga, e dentro de cada tipo

de carga cerca de 5 diferentes tensões. No entanto, para alta carga o motor não responde bem à

redução da tensão e acaba desligando, o que será discutido novamente no capítulo sobre

resultados.

4.2.4 Coleta de dados

A coleta de dados se inicia assim que a corrente contínua desejada foi injetada nas

bobinas do freio e a tensão de alimentação do motor que se deseja utilizar já foi estabilizada.

Assim, segue abaixo os passos que devem ser feitos para a coleta de dados.

- 1° dado: Valor de carga, mostrada no amperímetro da Figura 25;

- 2° dado: Tensão de alimentação do motor, utilizando um voltímetro entre duas fases

na saída do soft-starter;

- 3° dado: Corrente na fase A do motor, utilizando o amperímetro alicate da Figura 26;

- 4° dado: Tensão contínua na carga utilizando um voltímetro;

- 5° dado: Rotação, utilizando o tacômetro da Figura 22;

- 6° dado: Massa, utilizando o dinamômetro do Freio de Foucault que foi mostrado na

Figura 21;

- 7° dado: Comprimento do braço do Freio de Foucault que é responsável pelo torque

realizado, o qual foi medido com uma régua e obteve-se o valor de 0,25 [m];

- 8° dado: Por fim, os valores de tensão, corrente, potência ativa, potência reativa,

potência aparente e fator de potência para cada fase que são disponibilizados pelo medidor

Voltech, conforme mostra a Figura 28. Para que os dados desejados apareçam basta apertar os

botões em questão, que já possuem as siglas disponíveis para fácil entendimento.

Figura 28: Dados obtidos do medidor Voltech



39

4.2.5 Cálculos

Com todos os dados em mãos é possível agora fazer os cálculos para obter outros valores

que são necessários para o trabalho, tais como o conjugado, potência mecânica e rendimento.

Para o cálculo do conjugado é necessário saber a massa resultante do torque que pode

ser medida no dinamômetro utilizado, a gravidade, que na ocasião é 9,81 [m/s²], e por fim a

distância do braço em que o conjugado será aplicado, que na ocasião é 0,25 [m]. O cálculo é

feito através da Equação 2.

dgmC (2)

Para o cálculo da potência mecânica é necessário saber o valor do conjugado, que pode

ser calculado pela Equação 2, e também na rotação, que é medida pelo tacômetro. O cálculo é

feito de acordo com a Equação 3.

nCPmec 602 (3)

E finalmente, o cálculo do rendimento, onde é preciso apenas do valor da potência

mecânica que pode ser calculada pela Equação 3 e da potência elétrica consumida pelo motor,

que podemos obter no visor do medidor Voltech. O cálculo do rendimento é feito de acordo

com a Equação 4.

Pele

Pmec (4)


40

5 Resultados e Discussão

Após a apresentação do embasamento teórico e da descrição do procedimento

experimental, este item traz os resultados obtidos no trabalho e, por fim, uma discussão a

respeito dos valores obtidos. O tipo de carga analisado se constitui de uma carga cujo conjugado

é proporcional à rotação. Em uma continuação deste trabalho pretende-se fazer uma análise

para cargas de conjugado constante, que é o caso de calandras, e também para cargas cujo

conjugado é dependente do quadrado da rotação, que é o caso de acionamento de bombas e

ventiladores.

As seções deste capítulo estão dividas de acordo com a carga utilizada, e dentro de cada

seção é possível observar os resultados com a utilização de tensão plena e com tensão reduzida,

que é quando o soft-starter entra em funcionamento. Assim é possível comparar os resultados

e fazer uma análise se há ou não uma economia de energia e uma possível melhoria no

rendimento com a utilização do soft-starter.

Em cada seção serão demonstradas tabelas com todos os dados e resultados obtidos para

cada carga em questão. Os resultados e dados que serão demonstrados são os seguintes:

- Tensão [V]: Tensão fornecida pela fonte de alimentação do sistema, para cada fase e

a média total, medida em Volts;

- Corrente [A]: Corrente fornecida pela fonte de alimentação do sistema, para cada fase

e a média total, medida em Amperes;

- Potência Ativa [W]: Potência ativa elétrica que alimenta a máquina, para cada fase e a

média total, medida em Watts;

- Potência Aparente [VA]: Potência aparente elétrica que alimenta a máquina, para cada

fase e a média total, medida em Volt-Ampere;

- Potência Reativa [VAr]: Potência reativa elétrica que alimenta a máquina, para cada

fase e a média total, medida em Volt-Ampere reativo;

- Fator de Potência: Medido para cada fase e a média total;

- Rotação [rpm]: Rotação do motor medida em rotações por minuto;

- Massa [kg]: Massa observada no dinamômetro medida em quilogramas;

- Vdc [V]: Tensão continua entre os terminais da ponte de diodos, medida em Volts;

- Ia Motor [A]: Corrente de alimentação do motor na fase A, medida em Amperes;

- Potência Mecânica [W]: Potência mecânica calculada do motor, medida em Watts;

- Rendimento [%]: Rendimento do motor, em porcentagem;


41

- Economia de Energia [%]: Economia de energia obtida, em porcentagem, com a

utilização do soft-starter, sempre em relação ao dado obtido com tensão plena;

- Melhoria do Rendimento [%]: Melhoria do rendimento obtida, em porcentagem, com

a utilização do soft-starter, sempre em relação ao dado obtido com tensão plena.

5.1 Motor a vazio - 0 [mA]

A) Tensão plena aplicada ao motor:

Com uma tensão de 221,5 [V], medida entre os terminas de saída do soft-starter, foi

possível obter os dados demonstrados na Tabela 2.

Tabela 2: Tensão plena aplicada ao motor.


B) Redução de tensão com a utilização do soft-starter:

Com a utilização do soft-starter, foi possível reduzir a tensão medida entre os terminais

de sua saída, utilizando os valores de 201,4 [V], 178,1 [V], 157,6 [V] e 134,5 [V] para assim

obter os resultados demonstrados na Tabela 3.


42

Tabela 3: Redução de tensão com a utilização do soft-starter.


Pode-se observar que com a utilização do soft-starter no motor a vazio foi possível obter

uma economia de energia de até 23,5% quando a tensão aplicada ao motor era de 134,5 [V], já

que sua potência ativa consumida pelo motor foi bem menor, na ordem de 24,7 [W] a menos

do que quando o motor operava com tensão plena. Nesta situação, conforme a tensão aplicada

ao motor era reduzida, maior era a economia de energia obtida.

Em relação ao rendimento não foi obtido nenhum dado, já que não havia carga no motor

e sua potência mecânica era nula.

É importante ressaltar que não foram demonstrados dados para a injeção de corrente

contínua no valor de 50 [mA] pois assim como para carga nula, não havia potência mecânica já

que a carga era muito baixa e, consequentemente, os dados foram muito similares aos de carga

nula.

5.2 Carga leve no motor - 100 [mA]





43









Com carga leve no motor foi possível observar que a utilização do soft-starter resultou

em uma economia de energia de até 10,5% quando a tensão aplicada ao motor era de 159,6 [V],


44

já que a potência ativa consumida pelo motor foi menor, na ordem de 23,4 [W] a menos do que

quando o motor operava com tensão plena.

Nesta situação, a economia de energia obteve seu pico em cerca de 159,6 [V]. Quando

a tensão era reduzida ainda mais, essa economia de energia ainda existia, porém com um

resultado menos satisfatório, na ordem de 4,8%.

Também foi possível observar que a melhoria no rendimento da máquina acompanhou

os resultados obtidos na economia de energia, tendo seu melhor resultado quando as tensões

aplicadas eram de 179,5 [V] e 159,6 [V], cujas melhorais foram também de 10,5%.

5.3 Aumento da carga no motor – 150 [mA]






B) Redução de tensão com a utilização do soft-starter





45



Com uma injeção de corrente contínua nas bobinas do freio na ordem de 150 [mA], já

foi possível perceber que conforme a carga ia aumentando, a economia de energia diminuía.

Nesta situação foi possível observar que a utilização do soft-starter resultou em uma economia

de energia de até 6,6% quando a tensão aplicada ao motor era de 178,8 [V], já que a potência

ativa consumida pelo motor foi menor, na ordem de 19,8 [W] a menos do que quando o motor

operava com tensão plena.

Nesta situação, a economia de energia obteve seu pico em cerca de 178,8 [V]. Quando

a tensão era reduzida ainda mais, essa economia de energia ainda existia, porém com um

resultado menos satisfatório, chegando a até 4,9%.

Assim como para a carga anterior, foi possível observar que a melhoria no rendimento

da máquina acompanhou os resultados obtidos na economia de energia, tendo seu melhor

resultado quando a tensão aplicada era de 178,8 [V], obtendo uma melhoria na ordem de 8,3%.






46









Agora, com uma injeção de corrente contínua na ordem de 200 [mA], ainda foi possível

obter economia de energia para algumas reduções de tensão, porém somente quando foi

reduzida até 160 [V]. Quando o motor chegava próximo de uma alimentação na ordem de 140

[V] ele ficava muito instável e apresentava um consumo de energia maior com a utilização do


47

soft-starter, que foi o caso das medições para uma tensão de alimentação no motor em 139,4

[V], onde acabou consumindo 3,1% a mais de energia comparando quando o motor operava

com tensão plena.

Nesta situação, a economia de energia obteve seu pico em cerca de 179,3[V]. Quando a

tensão era reduzida ainda mais, essa economia de energia piorava consideravelmente, chegando

a até ficar negativa.

Assim como para as cargas anteriores, foi possível observar que a melhoria no

rendimento da máquina acompanhou os resultados obtidos na economia de energia, tendo seu

melhor resultado quando a tensão aplicada era de 179,3 [V], obtendo uma melhoria na ordem

de 5,4%. Importante ressaltar que o rendimento também acompanhou os resultados negativos

da economia de energia, mostrando que a utilização do soft-starter para esse tipo de carga não

é recomendada quando se diminui muito a tensão aplicada ao motor.








48



de sua saída, utilizando os valores de 199,6 [V], 175,7 [V] e 160,5 [V] para assim obter os

resultados demonstrados na Tabela 11.



Com uma injeção de corrente contínua na ordem de 250 [mA] não houve economia de

energia para nenhuma das tensões reduzidas com a utilização do soft-starter. E conforme a

tensão era reduzida, mais energia o motor consumia, chegando a consumir até 15,3% a mais de

energia do que quando alimentado com tensão plena. Nesta situação o motor chegou a desligar

quando uma tensão na ordem de 140 [V] era aplicada.

O mesmo raciocínio seguiu para a melhoria do rendimento da máquina, que só piorou

conforme a tensão aplicada era reduzida, chegando a ter resultados até 20,9% piores do que

quando alimentado com tensão plena.

Logo, nesta situação a utilização do soft-starter tanto para a economia de energia quanto

para a melhoria do rendimento da máquina não é recomendada, já que obtém resultados que só

pioram a operação do motor.




possível obter os dados mostrados na Tabela 12.


49





de sua saída, utilizando o valor de 199,3 [V] para assim obter os resultados demonstrados na

Tabela 13.



Com uma injeção de corrente contínua na ordem de 300 [mA] foi quando se obteve o

pior resultado de todos, com uma corrente de alimentação do motor bem alta e acima da corrente


50

nominal, que é de 3 [A], ainda quando alimentado com tensão plena. Nesta situação o motor

desligava logo que chegava perto de uma alimentação de 190 e 180 [V].

Assim como para a carga anterior não houve economia de energia com a utilização do

soft-starter, chegando a consumir 5,1% a mais de energia do que quando alimentado com tensão

plena. No entanto, o consumo de energia só não foi ainda maior pois só foi possível medir os

dados com uma alimentação de 199,3 [V] no motor.

O mesmo raciocínio seguiu para a melhoria do rendimento da máquina, que teve seu

rendimento reduzido em 8,8%. Logo, nesta situação a utilização do soft-starter tanto para a

economia de energia quanto para a melhoria do rendimento da máquina não é recomendada, já

que obtém resultados que só pioram a operação do motor.


51

6 Conclusão

Com o decorrer das atividades desenvolvidas foi adquirido grande conhecimento a

respeito dos soft-starters, principalmente sobre seu funcionamento e como colocá-lo em

operação. Analisando as medições feitas em todas as condições de carga, pode-se concluir que

houve uma economia de energia com a utilização do soft-starter apenas para cargas leves, isto

é, até 150 [mA]. A economia de energia conseguida chegou a 23,5% quando à vazio, 10,5%

com 100 [mA] e 6,6% com 150 [mA].

O rendimento da máquina também obteve melhorias quando o motor operava com

cargas em 100 [mA] e 150 [mA], com resultados melhores do que quando o motor era

alimentado com tensão plena. Essas melhorias chegaram a 10,5% para uma injeção de corrente

contínua de 100 [mA], e chegaram a 8,3% quando essa injeção era na ordem de 150 [mA]

Nos demais casos, além da economia de energia e a melhoria no rendimento não serem

significativos, houve também um decréscimo do fator de potência.

Logo, conclui-se que para o tipo de carga analisado, que se constitui de uma carga cujo

conjugado é proporcional à velocidade, a utilização do soft-starter na redução de tensão para

que se economize energia somente é vantajosa para o motor subcarregado.

Além disso, foi possível observar e comprovar alguns fundamentos que são ditos na

literatura. Um deles foi que, através dos dados obtidos, observou-se que quanto maior era a

corrente contínua injetada nas bobinas do freio, maior era a frenagem aplicada, já que a rotação

acabou diminuindo conforme a carga foi aumentando, de forma que o Freio de Foucault

funcionava com sucesso. Outro fundamento é a questão de economia de energia só acontecer

no caso de cargas leves, que de fato, foi exatamente o que os resultados demonstraram.

Fica proposto como uma continuação deste trabalho, uma análise para cargas de

conjugado constante e para cargas cujo conjugado é dependente do quadrado da rotação, que é

o caso típico de acionamento de bombas e ventiladores. Além disso, também fica proposto para

um trabalho futuro encontrar uma tensão ótima a ser aplicada conforme a carga, já que durante

os experimentos aqui realizados pode-se observar que esta tensão ótima variava entre 160 e 180

[V].


52

Referências

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53

CEFET/BA. Curso de Tecnologia em Automação Industrial. Bahia: Cefet, 2010.

Notas de aula do professor Hermeto

Notas de aula do professor Rafael de lorenzo

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