PARTIDA E ACIONAMENTO DE MOTORES

CAPÍTULO V - PARTIDA E ACELERAÇÃO DE MOTORES

5.1 – Introdução

A partida e aceleração constituem períodos transitórios na operação dos motores ao qual estão associados alguns dos mais importantes problemas do acionamento elétrico. Ao ser ligado à rede elétrica de modo a receber a tensão plena, o motor elétrico absorve uma elevada corrente, cujo surto inicial chega a atingir 4 a 8 vezes o valor da corrente nominal. À medida que o motor se acelera, o surto vai se reduzindo até atingir o valor de regime. Esta elevada corrente, cuja duração está associada ao tempo de aceleração do motor, é denominada corrente de partida e sua presença pode provocar os seguintes problemas:

no motor:

• Um forte aquecimento, num tempo muito curto (tempo que o motor gasta para se acelerar), devido às elevadas perdas Joule. Esta sobrecarga térmica não tem tempo suficiente para ser dissipada para o meio ambiente, de modo que todo o calor gerado se destina a elevar a temperatura do rotor e do enrolamento do estator. Os efeitos desta elevação de temperatura podem causar no rotor sérios problemas, tais como dilatação dos anéis de curto-circuito e deformação das barras da gaiola. No estator, a elevação da temperatura pode atingir valores superiores à classe de isolamento térmico do motor e, com isto, provocar uma rápida deterioração do isolamento. • Esforços eletrodinâmicos entre espiras das bobinas do enrolamento do estator, na parte do enrolamento chamada coroa, constituída pelas cabeças das bobinas. Elas se atraem e se repelem, causando atrito entre elas que resulta em fadiga e abrasão, erodindo o isolamento. Tais esforços são proporcionais ao quadrado da corrente. • Atuação indevida de fusíveis ou de relés de proteção contra sobrecarga, se o tempo de aceleração for muito longo.

na máquina acionada e no sistema de transmissão:

• Choques mecânicos nos componentes do sistema de transmissão, devido ao conjugado resultante da corrente de partida, que podem danificá-los. Um sistema de transmissão por correias múltiplas e polias pode deslizar (“patinar”) sob a ação de um conjugado de valor muito elevado. • Uma aceleração muito rápida devido a um alto conjugado de partida pode provocar problemas ao produto. Máquinas têxteis, por exemplo, têm um limite máximo de aceleração pois esta pode provocar danos aos delicados tecidos e fios. Os elevadores têm também um limite máximo de aceleração, pois, se esta for muito alta, pode acarretar mal estar e desconforto para os usuários.

na rede elétrica e instalações:

• Quedas de tensão que prejudicam a operação de outros aparelhos e equipamentos, principalmente aparelhos eletrônicos. • Cintilação de lâmpadas, em especial as de vapor de mercúrio e vapor de sódio que são muito sensíveis à variação de tensão. • Possível desligamento de outros motores pela abertura de seus contatores. Com cerca de 30% de queda de tensão no barramento, pode ocorrer a abertura do contator. • Redução momentânea do conjugado máximo disponível de outros motores em operação, o que pode provocar sua desaceleração e desligamento. Os problemas descritos serão tanto maiores quanto menor for a capacidade do sistema elétrico que alimenta o motor e maior a potência do motor para tensões de 220, 380 ou 440 volts. A solução para tais problemas está associada ao conhecimento do tempo que

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o motor gasta para atingir, a partir do repouso, sua velocidade nominal, denominado tempo de aceleração, e à redução da corrente de partida pela redução da tensão aplicada ao motor. Neste capítulo, vamos estudar estes assuntos, destacando-se sempre o motor de indução, com breves comentários sobre motores de corrente contínua.

5.2 - Tempo de partida ou tempo de aceleração

A equação (5.1) abaixo, pode ter a seguinte leitura: para ter um acréscimo de velocidade d ω do conjunto cujo momento de inércia é J, o motor deve aplicar um conjugado de aceleração Ca = Cm - Cr, durante um tempo dt.

dt d

JCCC arm ω ω ω ω ==− (5.1)

Portanto, pode-se explicitar o tempo dt e obter-se a equação (5.2) abaixo

.dt J

d Ca

= ω

(5.2)

A integração da equação (5.2) entre os limites de velocidade ω

1 e ω

2, correspondentes aos instantes inicial e final do movimento, nos dará o tempo para o motor partindo de ω 1, atingir ω 2,. Chamando de ta este tempo, pode-se escrever:

∫∫ = −

=

2

1

2

1 ω ω ω ω ω ω ω ω ω ω ω ω ω ω ω ω ω ω ω ωω ω ω ω arm a C d J CC d Jt (5.3)

O momento de inércia do conjunto, J, é uma grandeza constante. Vê-se, portanto, que o problema está perfeitamente equacionado e a sua solução depende apenas da solução da integral. Porém, não há uma solução exata da integral pois Ca não é uma função integrável. Assim sendo, o problema real consiste em se lançar mão de métodos aproximados que forneçam resultados que satisfaçam as aplicações. O que se deseja, quase sempre, nos problemas de acionamento, é o tempo de aceleração do motor desde o repouso até a sua velocidade nominal, isto é, deve-se fazer ω 1 = 0 e ω 2 = ω n. Vamos estudar dois métodos muito aplicados na solução deste tipo de problemas: um, conhecido como Método da Integração Gráfica e o outro, Método dos Conjugados Médios.

5.2.1 - Método da integração gráfica

Neste método, a solução da integral da equação (5.3) é feita graficamente, isto é, dispondo-se das curvas características do motor e da máquina acionada obtém-se, em um gráfico, a curva Ca que é a diferença, ponto por ponto, entre as curvas Cm e Cr . Esta curva é então dividida em vários segmentos, conforme mostrado na Figura 5.1.

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