Partidas de Motor Explicadas: Tipos, Funções e Técnicas de Partida

Tipos de Partidas de Motor e Técnicas de Partida de Motor

O que é uma Partida de Motor?

Uma partida de motor é um dispositivo elétrico usado para dar partida e parar um motor com segurança. Semelhante a um relé, a partida de motor comuta a energia LIGA/DESLIGA e, diferentemente de um relé, também fornece proteção contra baixa tensão e sobrecorrente.

A principal função de uma partida de motor é:

• Dar partida em um motor com segurança
• Parar um motor com segurança
• Inverter a direção de um motor
• Proteger o motor contra baixa tensão e sobrecorrente.

Uma partida de motor é composta por dois componentes principais que trabalham juntos para controlar e proteger o motor:

• Contator Elétrico: O propósito do contator é ligar/desligar a alimentação do motor fazendo ou interrompendo os terminais de contato.
• Circuito de proteção contra sobrecarga: O propósito deste circuito é proteger o motor de danos potenciais devido à condição de sobrecarga. Corrente enorme através do rotor pode danificar o enrolamento, bem como outros aparelhos conectados à alimentação. Ele detecta a corrente e interrompe a alimentação.

Por Que Precisamos de uma Partida com Motor?

Uma partida de motor é essencial para dar partida em motor de indução. É por causa de sua baixa impedância do rotor. A impedância do rotor depende do deslizamento do motor de indução, que é a velocidade relativa entre o rotor e o estator. A impedância varia inversamente com o deslizamento.

O deslizamento do motor de indução é máximo, ou seja, 1 em repouso (posição de descanso), assim a impedância está no mínimo e consome uma enorme quantidade de corrente chamada corrente de partida. A alta corrente de partida magnetiza o entreferro entre o rotor e o estator, induzindo uma FEM no enrolamento do rotor. Esta FEM produz uma corrente elétrica no enrolamento do rotor que cria um campo magnético para gerar torque no rotor. À medida que a velocidade do rotor aumenta, o deslizamento do motor diminui e a corrente consumida pelo motor é reduzida.

 

A alta corrente de partida é 5-8 vezes a corrente nominal de carga total normal. Tal quantidade de corrente pode danificar ou queimar os enrolamentos do motor, tornando a máquina inútil, e pode causar uma enorme queda de tensão na linha de alimentação que pode danificar outros aparelhos conectados à mesma linha.

Para proteger o motor de tais quantidades enormes de correntes, usamos uma partida que limita a corrente inicial por uma curta duração na partida e, uma vez que o motor atinge certa velocidade, a alimentação normal ao motor é retomada. Eles também fornecem proteção contra condições de falta, como baixa tensão e sobrecorrente durante operação normal.

Embora motores pequenos com potência abaixo de 1 cavalo-vapor tenham alta impedância e possam suportar a corrente inicial, portanto não precisam de tal partida de motor, no entanto, precisam de sistema de proteção contra sobrecorrente que é fornecido pelas partidas DOL (Direct On-Line). A explicação acima mostra por que precisamos de uma partida para instalar com motor?

Como Funciona uma Partida de Motor?

Uma partida é um dispositivo de controle usado para comutar o motor manual ou automaticamente. É usado para controle seguro LIGA/DESLIGA de motores elétricos fazendo ou interrompendo seus contatos.

A partida manual é usada para motores menores onde a alavanca operada manualmente é operada (move a posição dos contatos) para posição LIGA ou DESLIGA. A desvantagem destes tipos de partidas é que precisam ser ligadas após falha de energia. Em outras palavras, precisam de controle manual para cada operação (LIGA ou DESLIGA). Às vezes, esta operação pode levar a fluxo de altas correntes no enrolamento do motor, que pode queimar o motor. É por isso que não é recomendado na maioria dos casos onde outras partidas de motor alternativas com proteção são usadas, como partidas automáticas.

Por outro lado, as partidas automáticas que consistem em relés eletromecânicos e contatores são usadas para comutar a operação LIGA/DESLIGA do motor. Quando a corrente passa pelas bobinas do contator, elas se energizam e produzem campo eletromagnético que puxa ou empurra os contatos para fazer a conexão dos enrolamentos do motor à alimentação.

Os botões de partida e parada conectados ao motor e à partida podem ser usados para operação LIGA e DESLIGA dos motores. As bobinas do contator podem ser desenergizadas pressionando o botão de parada, o que leva a desenergizar a bobina. Dessa forma, os contatos do contator voltam devido ao arranjo de mola à sua posição normal, o que leva a desligar o motor. No caso de falha de energia ou operação manual de desligamento, o motor não iniciará automaticamente até que iniciemos manualmente o motor pressionando o "botão de partida". O diagrama a seguir mostra como uma partida de motor DOL opera para operação LIGA/DESLIGA.

Tipos de Partidas de Motor Baseados em Métodos e Técnicas de Partida

Na indústria, várias técnicas de partida são usadas para dar partida em motor de indução. Antes de discutir os tipos de motores, aqui estão algumas das técnicas usadas nas partidas de motor.

• Partida de Tensão Total ou Across The Line

Tais partidas conectam diretamente o motor à linha de alimentação fornecendo a tensão total. Os motores conectados através de tais partidas têm baixas potências nominais para que não criem uma enorme queda de tensão na linha de alimentação. São usadas em aplicações onde motores têm baixas potências e precisam operar em uma direção.

• Partida de Tensão Total Reversível

A direção de motor de indução trifásico pode ser invertida trocando quaisquer duas fases. Tal partida incorpora dois contatores magneticamente interligados mecanicamente com fases trocadas para direção forward e reverse. É usada em aplicação onde o motor precisa operar em ambas as direções e os contatores são usados para controlá-lo.

• Partida Multivelocidade

Para variar a velocidade de um motor CA, você precisa variar a frequência da alimentação CA ou variar o número de polos (reconectando os enrolamentos em alguns) do motor. Tais tipos de partida operam o motor em algumas velocidades pré-selecionadas para atender suas aplicações.

• Partida de Tensão Reduzida

O tipo mais comum de técnica de partida é reduzir a tensão na partida do motor para reduzir a corrente de partida que poderia danificar os enrolamentos do motor e também causar uma enorme queda de tensão. Estas partidas são usadas para motores de alta potência.

Baseado nas técnicas descritas acima, os seguintes tipos de partidas de motor são usados na indústria.

Tipos de Partidas de Motor:

Discutiremos os seguintes tipos de motores e seus métodos de partida baseados nos métodos de partida de motor acima com vantagens e desvantagens.

1. Partida Direta Online (DOL)
2. Partida por Resistência do Estator
3. Partida por Resistência do Rotor ou Partida de Motor de Anéis Deslizantes
4. Partida por Autotransformador
5. Partida Estrela-Triângulo
6. Partida Suave (Soft Starter)
7. Inversor de Frequência Variável (VFD)

As partidas de motor têm muitos tipos, mas principalmente são classificadas em dois tipos.

• Partida Manual

Este tipo de partida opera manualmente e não requer experiência. Um botão é usado para desligar e ligar o motor conectado a ela. O mecanismo por trás do botão inclui um interruptor mecânico que interrompe ou faz o circuito para parar ou iniciar o motor.

Elas também fornecem proteção contra sobrecarga. No entanto, estas partidas não têm LVP (proteção contra baixa tensão), ou seja, não interrompem o circuito na falha de energia. Pode ser perigoso para algumas aplicações porque o motor reinicia quando a energia é restaurada. Assim, são usadas para motor de baixa potência. Partida Direct On-Line (DOL) é uma partida manual que fornece proteção contra sobrecarga.

• Partida Magnética

Partidas magnéticas são o tipo mais comum de partida e são usadas principalmente para motores CA de alta potência. Estas partidas operam eletromagneticamente como um relé que interrompe ou faz os contatos usando magnetismo.

Fornece tensão mais baixa e segura para partida e também inclui proteção contra baixa tensão e sobrecorrente. Durante falha de energia, a partida magnética interrompe automaticamente o circuito. Diferente das partidas manuais, inclui operação automática e remota que exclui o operador.

A partida magnética consiste em dois circuitos:

• Circuito de potência; este circuito é responsável por fornecer potência ao motor. Consiste em contatos elétricos que ligam/desligam a potência fornecida da linha de alimentação ao motor através do relé de sobrecarga.
• Circuito de controle; este circuito controla os contatos do circuito de potência para fazer ou interromper a alimentação ao motor. A bobina eletromagnética energiza ou desenergiza para puxar ou empurrar os contatos elétricos. Assim, fornecendo controle remoto para a partida magnética.

Partida Direta Online (DOL)

DOL, também conhecida como Partida Direta Online, é a forma mais simples de partida de motor que conecta o motor diretamente à alimentação. Consiste em um contator magnético que conecta o motor com uma linha de alimentação e um relé de sobrecarga para proteção contra sobrecorrente. Não há redução de tensão para partida segura de um motor. Portanto, o motor usado com tais partidas tem potência abaixo de 5 hp. Tem dois botões simples que iniciam e param o motor.

Pressionar o botão de partida energiza a bobina que puxa os contatores juntos para fechar o circuito. E pressionar o botão de parada desenergiza a bobina do contator e afasta seus contatos, interrompendo o circuito. O interruptor usado para ligar/desligar a alimentação pode ser de qualquer tipo, como rotativo, nível, flutuador, etc.

Embora esta partida não forneça tensão de partida segura, o relé de sobrecarga fornece proteção contra superaquecimento e sobrecorrente. O relé de sobrecarga tem contatos normalmente fechados que energizam a bobina do contator. Quando o relé dispara, a bobina do contator desenergiza e interrompe o circuito.

Vantagens da Partida de Motor DOL

• Tem design muito simples e custo-efetivo.
• É muito fácil de entender e operar.
• Fornece alto torque de partida devido à alta corrente de partida.

Desvantagens da Partida de Motor DOL

• A alta corrente de partida pode danificar os enrolamentos
• A alta corrente de partida causa queda de tensão na linha de alimentação.
• Não é adequada para motores pesados
• Pode diminuir a vida útil de um motor

Partida por Resistência do Estator

A partida por resistência do estator usa a técnica RVS (partida de tensão reduzida) para dar partida em um motor. Resistência externa é adicionada em série com cada fase do estator de um motor de indução trifásico. O trabalho do resistor é reduzir a tensão de linha (subsequentemente reduzindo a corrente inicial) aplicada ao estator.

Inicialmente, o resistor variável é mantido na posição máxima oferecendo resistência máxima. Portanto, a tensão no motor é mínima (em nível seguro) devido à queda de tensão no resistor. A baixa tensão do estator limita a corrente de partida que pode danificar os enrolamentos do motor. À medida que o motor ganha velocidade, a resistência é reduzida e a fase do estator é conectada diretamente às linhas de alimentação.

Como a corrente é diretamente proporcional à tensão e o torque varia com o quadrado da corrente, uma diminuição de 2 vezes na tensão diminui o torque em 4 vezes. Assim, o torque de partida usando tal partida é muito baixo e precisa ser mantido.

Vantagens da partida de motor por resistência do estator

• Fornece flexibilidade nas características de partida.
• A alimentação de tensão variável permite aceleração suave
• Pode ser conectada a motor estrela ou triângulo.

Desvantagens da partida de motor por resistência do estator

• Os resistores dissipam a potência
• O torque de partida é muito baixo devido à redução de tensão
• Os resistores são bastante caros para motores grandes.

Partida por Resistência do Rotor ou Partida de Motor de Anéis Deslizantes

Este tipo de partida de motor funciona com técnica de partida de motor de tensão total. Funciona apenas em motor de indução de anéis deslizantes, por isso também é conhecido como partida de motor de anéis deslizantes.

Resistências externas são conectadas ao rotor em combinação estrela através dos anéis deslizantes. Esses resistores limitam a corrente do rotor e aumentam o torque. Isso, por sua vez, reduz a corrente de partida do estator. Também ajuda a melhorar o fator de potência.

Os resistores são usados apenas durante a partida do motor e são removidos uma vez que o motor atinge sua velocidade nominal.

Vantagens da Partida de Motor por Resistência do Rotor

• Fornece baixa corrente de partida usando tensão total.
• Devido ao alto torque de partida, o motor pode ser iniciado sob carga
• Este método melhora o fator de potência.
• Fornece ampla faixa de controle de velocidade

Desvantagens da Partida de Motor por Resistência do Rotor

• Funciona apenas em motor de indução de anéis deslizantes
• O rotor é caro e mais pesado.

Partida por Autotransformador

Tal tipo de partidas de motor usa um autotransformador como transformador abaixador para reduzir a tensão aplicada ao estator durante o estágio de partida. Pode ser conectado a motores conectados em estrela e triângulo.

O secundário do autotransformador é conectado com cada fase do motor. As múltiplas derivações do autotransformador fornecem uma fração da tensão nominal. Durante a partida, o relé está na posição inicial, ou seja, o ponto de derivação fornecendo tensão reduzida para a partida. O relé comuta entre os pontos de derivação para aumentar a tensão com a velocidade do motor. Por fim, conecta com a tensão nominal total.

Comparado a outras técnicas de redução de tensão, oferece alta tensão para uma corrente de partida específica. Ajuda a fornecer melhor torque de partida.

Vantagens da Partida por Autotransformador

• Fornece melhor torque de partida.
• É usada para partida de motores grandes com carga significativa.
• Também oferece controle manual de velocidade.
• Também oferece flexibilidade nas características de partida.

Desvantagens da Partida por Autotransformador

• Devido ao grande tamanho do autotransformador, tal partida ocupa muito espaço.
• O circuito é complexo e relativamente mais caro que outras partidas.

Partida Estrela-Triângulo

Este é outro método de partida comum usado na indústria para motores grandes. Os enrolamentos de motor de indução trifásico são comutados entre conexão estrela e triângulo para dar partida no motor.

Para dar partida no motor de indução, ele é conectado em estrela usando um relé de triplo polo dupla comutação. A tensão de fase na conexão estrela é reduzida pelo fator 1/√3 e reduz a corrente de partida e o torque de partida em 1/3 do valor nominal normal.

Quando o motor acelera, um relé temporizador comuta a conexão estrela dos enrolamentos do estator para a conexão triângulo, permitindo a tensão total em cada enrolamento. O motor opera na velocidade nominal.

Vantagens da Partida Estrela-Triângulo

• Seu design é simples e barato
• Não requer manutenção
• Fornece baixa corrente de surto.
• É usada para partida de grandes motores de indução.
• É melhor para longo tempo de aceleração.

Desvantagens da Partida Estrela-Triângulo

• Funciona em motor conectado em triângulo
• Há mais conexões de fios.
• Oferece baixo torque de partida que não pode ser mantido.
• Há flexibilidade muito limitada nas características de partida.
• Há um tranco mecânico ao comutar de estrela para triângulo.

Partida Suave (Soft Starter)

A partida suave também usa a técnica de redução de tensão. Usa chaves semicondutoras como TRIAC para controlar a tensão e a corrente de partida fornecidas ao motor de indução.

Um TRIAC controlado por fase é usado para fornecer tensão variável. A tensão é variada variando o ângulo de condução ou ângulo de disparo do TRIAC. O ângulo de condução é mantido no mínimo para fornecer tensão reduzida. A tensão é aumentada gradualmente aumentando o ângulo de condução. No ângulo de condução máximo, a tensão total da linha é aplicada ao motor de indução e ele opera na velocidade nominal.

Fornece aumento gradual e suave na tensão de partida, corrente e torque. Assim, não há tranco mecânico e fornece operação suave que aumenta a vida útil da máquina.

Vantagens da Partida Suave

• Fornece melhor controle sobre corrente e tensão de partida
• Oferece aceleração suave, sem trancos.
• Reduz os surtos de potência no sistema.
• Estende a vida útil do sistema
• Fornece melhor eficiência e dispensa necessidade de manutenção
• Seu tamanho é pequeno

Desvantagens da Partida Suave

• É relativamente cara
• Há dissipação de energia na forma de calor

Inversor de Frequência Variável (VFD)

Assim como a partida suave, um Inversor de Frequência Variável (VFD) pode variar a tensão e a frequência da corrente de alimentação. É usado principalmente para controlar a velocidade do motor de indução, pois esta depende da frequência de alimentação.

A CA da linha de alimentação é convertida em CC usando retificadores. A CC pura é convertida em CA com frequência e tensão ajustáveis usando técnica de modulação de largura de pulso através de transistores de potência como IGBTs.

Fornece controle total sobre a velocidade do motor de 0 à velocidade nominal. A opção de ajuste de velocidade com tensão variável fornece melhor corrente de partida e aceleração.

Vantagens do Inversor de Frequência Variável

• Fornece melhor e suave aceleração para motor grande
• Oferece controle total de velocidade com aceleração e desaceleração suave.
• Aumenta a vida útil devido à ausência de estresse elétrico e mecânico
• Oferece operação forward e reverse de um motor

Desvantagens do Inversor de Frequência Variável

• É relativamente caro a menos que controle de velocidade seja necessário
• Há dissipação de calor
• VFDs criam harmônicas nas linhas elétricas que podem afetar equipamentos eletrônicos e fator de potência.