ELE618 - Sistemas Elétricos Industriais

Apostila de Comandos Elétricos
Partida de Motores

Prof. Dr. Thales A. C. Maia

UFMG - DEE

Partida de Motores

Partida Direta

Tem alto conjugado de partida ao custo de elevada corrente até que se atinja o ponto de operação nominal — o motor é ligado diretamente à tensão de linha, sem redução.

Fig. 1: Curva de torque e corrente na partida direta.

Esquemático da Partida Direta

Usa o circuito de selo para manter o motor acionado sem a necessidade de segurar o botão de partida:

Fig. 2: Esquemático de partida direta (potência e comando).

Componentes: 1 disjuntor tripolar (Q1); 1 disjuntor bipolar (Q2); 3 fusíveis (F1); 1 relé térmico (F2); 2 fusíveis (F3); 1 contator (K1); 1 botoeira NF (S0); 1 botoeira NA (S1); 1 motor trifásico (M1).

Partida Direta com Reversão

Usa o intertravamento para impedir que os dois contatores (sentido horário/anti-horário) fechem ao mesmo tempo — o que causaria curto-circuito entre fases:

Fig. 3: Esquemático de partida direta com reversão.

Componentes: os mesmos da partida direta, mas com 2 contatores (K1 e K2) e 2 botoeiras NA (S1 e S2) — uma para cada sentido de giro.

Partida com Chave Estrela-Triângulo

Requer motor com os 6 terminais acessíveis e dupla tensão (220/380 V, 380/660 V ou 440/760 V), partindo a vazio ou com carga leve.

Exemplo: rede de 220 V, motor 220/380 V. Em triângulo, a tensão de fase é 220 V; em estrela, a tensão de fase cai para \(220/\sqrt{3} \approx 127\) V (≈58% da tensão em triângulo):

Vlinha = 220.0        # V, tensao de linha da rede
Vfase_estrela = Vlinha / sqrt(3)
razao = Vfase_estrela / Vlinha

println("V fase (ligacao estrela) = ", round(Vfase_estrela, digits=1), " V")
println("Razao em relacao a tensao em triangulo = ", round(razao*100, digits=1), "%")

V fase (ligacao estrela) = 127.0 V
Razao em relacao a tensao em triangulo = 57.7%

Redução de Torque e Corrente

Como \(T \propto V^2\) (mesma física da ?@eq-torqueMedioReduzida do deck de Seleção da Máquina Elétrica), a redução de tensão para \(1/\sqrt{3}\) implica:

\[ \dfrac{T_{\rm{estrela}}}{T_{\rm{triangulo}}} = \dfrac{I_{\rm{estrela}}}{I_{\rm{triangulo}}} = \left(\dfrac{1}{\sqrt{3}}\right)^{2} = \dfrac{1}{3} \]

Fig. 4: Redução de corrente e torque de partida na chave estrela-triângulo.

razaoV = 1/sqrt(3)
razaoTorqueCorrente = razaoV^2
println("razao V (estrela/triangulo) = ", round(razaoV, digits=4))
println("razao T e I (estrela/triangulo) = ", round(razaoTorqueCorrente, digits=4), " (= 1/3)")

razao V (estrela/triangulo) = 0.5774
razao T e I (estrela/triangulo) = 0.3333 (= 1/3)

Se o motor for acionado a vazio, essa redução de torque de partida não é problemática — e ainda há o benefício de reduzir a corrente nos enrolamentos e na rede. Após o motor atingir cerca de 95% da velocidade nominal, a conexão comuta de estrela para triângulo.

Esquemáticos e Dimensionamento

Fig. 5: Circuito de potência.

Fig. 6: Circuito de comando (usa temporizador para a comutação).

O dimensionamento dos fusíveis segue os mesmos 3 critérios da partida direta — mas, no critério 1, a corrente de partida do estrela-triângulo é \(1/3\) da corrente de partida em partida direta (mesma razão do slide anterior).

Partida com Chave Compensadora (Autotransformador)

Um autotransformador reduz a tensão aplicada ao motor por um fator \(K\) (tipicamente \(65\%\) ou \(80\%\)) durante a partida:

Fig. 7: Esquemático da chave compensadora.

Diferente da estrela-triângulo, aqui a redução de corrente de linha ganha um fator extra da relação de transformação — por isso a corrente de partida cai com \(K^2\), e não apenas com \(K\).

Exemplo: Redução com Chave Compensadora

Para um tap \(K = 65\%\) (redução usual de catálogo):

K = 0.65   # tap do autotransformador

reducaoCorrente = K^2
reducaoTorque = K^2   # mesma fisica: T ~ V^2

println("K = ", K)
println("Corrente de partida cai para ", round(reducaoCorrente*100, digits=1), "% da partida direta")
println("Torque de partida cai para ", round(reducaoTorque*100, digits=1), "% da partida direta")

K = 0.65
Corrente de partida cai para 42.3% da partida direta
Torque de partida cai para 42.3% da partida direta

O dimensionamento dos fusíveis segue os mesmos 3 critérios de sempre, mas no critério 1 a corrente de partida é proporcional a \(K^2\), e não a \(1/3\) como no estrela-triângulo — a chave compensadora permite escolher o tap \(K\) (65%, 80%, etc.) e assim ajustar a redução de torque/corrente à necessidade específica da carga, algo que a estrela-triângulo (com razão fixa de \(1/\sqrt{3}\)) não permite.

Partida com Chave Série-Paralelo

Requer motor com duas tensões nominais, a maior sendo o dobro da menor (mais comum: 220/440 V). Parte-se na configuração série (440 V) e comuta-se para paralelo (220 V) após atingir a rotação nominal:

Fig. 8: Esquemático da partida série-paralelo.

Exemplo: Redução na Partida Série-Paralelo

A tensão de fase em série (440 V) é o dobro da tensão de fase em paralelo (220 V) — ou seja, partir em série corresponde a uma razão de tensão de \(1/2\) em relação à ligação paralelo:

Vparalelo = 220.0
Vserie = 440.0

razaoV = Vparalelo / Vserie
reducaoCorrenteTorque = razaoV^2

println("razao de tensao (paralelo/serie) = ", razaoV)
println("reducao de corrente/torque de partida = ", reducaoCorrenteTorque, " (= 1/4)")

razao de tensao (paralelo/serie) = 0.5
reducao de corrente/torque de partida = 0.25 (= 1/4)

Corrente e torque de partida caem para 1/4 do valor da partida direta — redução maior que a da estrela-triângulo (1/3), por isso o motor precisa partir praticamente sem carga nessa configuração.

Partida com Chaves Eletrônicas: Soft-Starter

Controla eletronicamente a tensão aplicada ao motor durante a partida (via tiristores/SCRs), elevando-a gradualmente em vez de aplicar o valor nominal em degrau:

Fig. 9: Soft-starter e curva de partida suave.

Permite ajustar a rampa de aceleração e limitar a corrente de partida de forma contínua — muito mais flexível que os taps fixos da chave compensadora.

Partida com Chaves Eletrônicas: Inversor de Frequência

Controla tanto a tensão quanto a frequência aplicadas ao motor — não se limita à partida, permite variação contínua de velocidade em toda a faixa de operação:

Fig. 10: Esquemático de partida com inversor de frequência.

Como já visto no deck de Seleção da Máquina Elétrica, para manter o fluxo constante e evitar saturação/sobrecorrente, a tensão é reduzida linearmente com a frequência abaixo do valor nominal (\(V/f\) constante).

Referências

TOLEDO JÚNIOR, J. A. Apostila de Comandos Elétricos (material complementar em formato .odt, não convertido para LaTeX no material original).

Exercícios

Exercício 1

Por que a partida estrela-triângulo só é recomendada para motores acionados a vazio ou com carga leve?

Porque o torque de partida cai para \(1/3\) do valor da partida direta (mesma razão da redução de corrente, já que \(T \propto V^2\) e a tensão de fase cai para \(1/\sqrt{3}\)). Se a carga precisar de mais torque de partida do que esse \(1/3\) oferece, o motor não consegue sair do repouso na ligação estrela.

Exercício 2

Uma chave compensadora tem tap \(K=80\%\). Calcule a redução de corrente e torque de partida em relação à partida direta.

K = 0.80
reducao = K^2
println("Reducao de corrente e torque = ", round(reducao*100, digits=1), "% da partida direta")

Reducao de corrente e torque = 64.0% da partida direta

Exercício 3

Qual a principal diferença entre a redução de corrente na chave compensadora (\(K^2\)) e na chave estrela-triângulo (\(1/3\) fixo)?

Na estrela-triângulo, a razão de redução é fixa em \(1/3\) (definida pela própria topologia estrela/triângulo, sem parâmetro ajustável). Na chave compensadora, o tap \(K\) do autotransformador é escolhido pelo projetista (tipicamente 65% ou 80%) — permitindo ajustar a redução de corrente/torque à necessidade específica da carga, ao custo de um equipamento mais caro (o autotransformador) que a simples chave estrela-triângulo.

Exercício 4

Por que a partida série-paralelo exige que o motor parta praticamente sem carga?

Porque a redução de torque de partida é de \(1/4\) (mais severa que a da estrela-triângulo, que é \(1/3\)) — sobra pouco torque disponível para vencer qualquer torque resistente da carga, então essa configuração só funciona bem quando a carga oferece pouca ou nenhuma resistência no instante da partida.

Exercício 5

Qual a vantagem do inversor de frequência sobre o soft-starter, além da própria partida do motor?

O soft-starter só controla a tensão e apenas durante a partida (ou parada) — depois de atingida a velocidade nominal, ele é tipicamente contornado (bypass) e o motor opera ligado diretamente à rede, em velocidade fixa. Já o inversor de frequência controla tensão e frequência continuamente, permitindo operar o motor em qualquer velocidade dentro da faixa do acionamento, não só durante a partida.

Obrigado!

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