partidas de motores e qualidade da energia
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Divisão Tecnologia em Automação
Partidas de Motores
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Motores
� Hoje 60% da eletricidade consumida em todo o território nacional são através de motores
� Se analisarmos, estamos rodeados de motores por todos os lados.
� Com esta grandeza em nossa volta precisamos analisar e entender mais afundo sobre os motores seus efeitos e características
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Motores
� Muitos problemas encontrados na industria são devidos a grande quantidade de partidas de motores e seus dimensionamentos errôneos em relação a sua carga.
� Tendo-se assim um agravamento com sérias conseqüências nos alimentadores da industria e manutenção dos motores
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Motores – Tipos de Motores
� Podemos verificar 2 tipos de motores :� Sincrono:
� Assincrono:
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Motores - Sincronos
� Os motores sincronos são idênticos aos geradores, a diferença é que o motor produz um trabalho na ponta do eixo sendo alimentado em seus terminais, já os geradores GERAM eletricidade nos terminais através de um trabalho na ponta do eixo
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� Princípio de funcionamento do motor sincrono.
� O rotor é um ímã permanente que gira entre dois eletroímãs estacionários. Como os eletroímãs são alimentados por corrente alternada, seus pólos invertem suas polaridades conforme o sentido da corrente inverte. O rotor gira enquanto seu pólo norte é 'puxado' primeiramente para o eletroímã esquerdo e 'empurrado' pelo eletroímãdireito. Cada vez que o pólo norte do rotor está a ponto de alcançar o pólo sul de um eletroímã estacionário, a corrente inverte e esse pólo sul transforma-se um pólo norte. O rotor gira continuamente, terminando uma volta para cada ciclo da corrente alternada
Motores - Sincronos
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Motores Assincronos
� 90% dos motores das industria brasileira são motores assincronos.
� Devido a seus custos e suas aplicações são utilizados em larga escala.
� Hoje com o aperfeiçoamento dos inversores e a melhoria da classe de exatidão dos mesmos os motores assincronos atendem todas as aplicações de motores.
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AC1AC1
AC4AC4
AC3AC3
AC2AC2
DC1DC1
DC3DC3DC6DC6
AC8bAC8b
Portanto fornece categorias de utilização para tornar mais simples a escolha de dispositivos
Categoria de utilização
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Quais são as categorias mais importantes para o nosso estudo ?
Todas as partidas diretas pertencem a uma ou mais das seguintes categorias de utilização: AC-3, AC-4, AC-7b, AC-8a e AC-8b
Todas as partidas estrela-triângulo e auto-transformadoras pertencem a categoria de utilização AC-3
Categoria de utilização
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� Cada categoria de utilização é caracterizada por valores de corrente, tensão, fator de potência e constantes de tempo …
� Conseqüentemente para contatores e ou partidas definidas por sua categoria de utilização, dispensam a necessidade de especificar separadamente as capacidades de abertura e suportabilidade dos equipamentos, uma vez que estes valores dependem diretamente da categoria de utilização.
� Antes de colocar determinado dispositivo em uma categoria de utilização o fabricante precisa testar o dispositivo de acordo com os dados da norma.
Categoria de utilização
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Pode ser com disjuntores ou com chaves seccionadoras com base fusível
O disjuntor é normalmente somente magnético
Disjuntores - Vantagens:� Redução de manutenção
� Melhor continuidade de serviço
� Para valores inferiores de curto-circuito o disjuntor interrompe mais rápido que o fusível
Chave Seccionadora fusível – Vantagens:
� Redução de custo
� Chaveamento visível
� Proteção muito eficiente também para altos valores de curto-circuito
Proteção contra Curto-Circuito
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� Tipo 1:
Em condições de curto-circuito, o contator ou a partida não podem danificar as pessoas ou as instalações e, não estarão aptos a operar sem manutenção ou reposição de peças.
A IEC 60947-4 define dois tipos de coordenação de acordo com o nível esperado de continuidade de serviço. Os danos aceitáveis são divididos em 2 tipos:
Coordenação de Partida
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� Tipo 2:
Em condições de curto-circuito, o contator ou a partida não podem danificar as pessoas ou as instalações e estarão aptos para operar imediatamente após. O risco de selo dos contatos é aceitável.
Coordenação de Partida
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� Tipo 1
� Vantagem econômica inicial
� Manutenção cara
� Paradas da planta devido a falhas
� Tipo 2
� Investimento inicial
� Continuidade de serviço
� Fácil Manutenção
* +,- .
/�02143 5
Coordenação de Partida
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Os dispositivos de proteção contra curto-circuito são:� M.C.C.B. (Molded Case Circuit Breaker)� M.C.B. ( Miniature Circuit Breaker)� Switch-fuse� M.M.S (Manual Motor Starter)
Coordination Tables
D�E F G H�F�I J E K L J F�M K�N O O P M K Q R S O�M KUT J P I V M JUK F I S OUM V F T O Q W X K V FYQ O�F V I K GZ�Z�Z�[ J E E [ N O \�] L O Z X O L I J ^ K
Coordenação de Partida
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Partidas de Motores
� As partidas mais comuns em aplicações industriais são:� Partida Direta
� Partida Estrela/Triângulo
� Partida Compensadora
� Novas tendências de partidas impulsionam o setor industrial com melhorias, diminuição de paradas e redução de consumo de energia.� Softstart
� Inversores
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Queima de motores em partida
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Limites para as partidas de motores
� Conforme a portaria da ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica) cada partida tem potências máximas para o uso:
� Partida Direta: até 15 CV
� Estrela Triângulo: 15 CV a 30 CV
� Compensadora: < 30CV
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Contator
Relé Térmico de Sobrecor-rente
� Alta corrente de partida
� Alto torque de partida (desgaste mecânico)
� Menor tempo de partida possível
� Solução barata
Partidas de Motores – Partida Direta
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Partidas de Motores – Partida Direta
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Partidas de Motores – Partida Direta
n
M
n
M
n
M
Alto torque de partida
Alta corrente de partida
n
I
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� Comando básico para partida direta.
� Picos de corrente de 6 a 10x In
� Maior desgaste do motor� Desgaste dos mancais
� Rotor
� Estator
Partidas de Motores – Partida Direta
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Contatores
Relé Térmico de Sobrecor-rente
� Baixa Corrente de Partida (somente em partidas bem sucedidas)
� Picos de transmissão em partida de carga
� Baixo torque de partida (freqüência muito baixa)
� Longo tempo de partida� Parada sempre direta
Partidas de Motores – Partida Estrela/Triângulo
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Alta corrente de pico na partida
n
M
n
M
n
M
Torque de partida muito baixo & picos de transmissão
n
I
Métodos de partida
Partidas de Motores – Partida Estrela/Triângulo
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Partidas de Motores – Partida Estrela/Triângulo
� Comando básico para partida estrela/triângulo
� Picos de corrente de 3 a 4x In
� Maior desgaste do motor� Rotor
� Estator
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� Corrente de partida ajustável� Torque de partida correto� Possibilidade de parada suave � Tempo médio-longo de partida � Desgaste mecânico mínimo
Relé Térmico de Sobrecor-rente
Contator
Softstarter
Exemplo
Partidas de Motores – Softstart
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Tiristores
Conexão Anti-paralela
Redução de tensãoFunção Principal
Métodos de partida
Partidas de Motores – Softstart
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n
M
n
M
n
M
n
I
n
I
n
Carga alta Carga média
Corrente ótima & torque
Carga baixa I
Métodos de partida
Partidas de Motores – Softstart
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Comparação entre as Partidas
Corrente
Velocidade
������������ ��
�����
���������
������������������
Torque
Velocidade
������������ ��
�����
���������
���� �����������
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M
Conversor
� Torque nominal de velocidade zero
� Corrente de partida ~1,5 *In
� Possível para ajustar o tempo de partida
� Possível parada suave
� Caro quando não for necessária a regulação de velocidade
� Não é compacto como um softstarter
Partidas de Motores – Inversor de Frequência
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BombasBombas Partida Normal
VentiladoresVentiladores Partida pesada
CompressoresCompressores Partida Normal
Exemplos de aplicação
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EsteirasEsteiras Normal ou Partida Pesada
Trituradores, Trituradores, Misturadores, Misturadores, MoinhosMoinhos
Partida pesada
Elevadores, Elevadores, Escadas Escadas RolantesRolantes
Partida Normal ou Pesada
Exemplos de aplicação
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Dúvidas
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Palestrante
Paulo Boccardo
Engenharia de Aplicação
Tel: (11) 3688 8628
Cel: (11) 8354 6338
e-mail: [email protected]
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Divisão Tecnologia em Automação
Sistemas de Qualidade de Energia
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Introdução
� A cada dia aumenta-se a preocupação com a produtividade dos sistemas elétricos.
� Economia de energia
� Qualidade de energia
� CONSUMIR com PRODUTIVIDADE e QUALIDADE
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Orgão regulador
� Para a otimização do uso da energia elétrica o extinto “DNAEE”, hoje denominado ANEEL, estabeleceu algumas alterações.� Através da resolução número
479 de 20 de março de 1992, o novo fator de potência passou de 0,85 a 0,92
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Limites do Fator de Potência
� Conforme a determinação, o órgão regulador ANEEL (Agência Nacional Energia Elétrica), existem limites mínimos e máximos a serem aplicados para o Fator de Potência conforme a portaria número 456
� Mínimo 0,92 Indutivo
� Máximo 0,92 Capacitivo
0,92 capacitivo0,92 indutivo
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As concessionárias
� Estima-se que 10% da energia produzida é perdida da geração até o consumo final
� Nos cabos de transmissão cerca de 16% da potência é considerada reativa, gerando perdas para a concessionária.
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Torres de transmissão
� Nos cabos de transmissão, circulam desde eletricidade até informações de um ponto ao outro
� Consumir com qualidade e objetividade, este é o lema das Concessionárias.
� As empresas de geração recebem apenas pelo kW, MW. Por este motivo, existe a preocupação com o tipo de energia que circula
Potência Ativa
Potência Reativa
Dados
Fibra Óptica
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Novo apagão???? Racionamento??
� O apagão e o racionamento ocorridos nos anos de 2000 a 2002, mostraram a fragilidade dos sistemas elétricos do Brasil
� Despertou-se uma consciência de consumir com qualidade e produtividade.
� Novos investimentos no setor elétrico evitam que tenhamos novos apagões no Brasil
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A consciência dos futuros profissionais
� A cada dia a tecnologia quebra as suas barreiras, porém faz-se fundamental a conscientização dos futuros profissionais para a questão da qualidade e o consumo de energia.
� Iremos vêr uma parte da melhoria de sistemas pela correção do Fator de Potência, veremos suas aplicações, seus problemas e suas soluções.
Consciência
Tecnologia
Social
Sucesso
Ambiente
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Tipos de potências
� Existem 3 tipos de potências
� Potência Ativa (W) - Potência que realmente é transformada em algum fenômeno (realiza trabalho útil)
� Potência Reativa (VAr) -Potência necessária para produzir campos eletromagnéticos. (não realiza nenhum trabalho)
Energia Ativa
“P” - kW
Energia Reativa
“Q” - kVAr
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Tipos de potências II
� Potência Aparente (VA) -Somatória VETORIAL, da potência Ativa e potência Reativa
� Fator de potência - Fisicamente representa o cosseno do ângulo de defassagem entre a tensão e a corrente.� Por definição é a porcentagem
da potência total fornecida que efetivamente é utilizada
Energia Aparente
“S” - kVA
Cos ϕ
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Não entenderam ????
Potência Reativa -VAr
Potência Ativa - W
Potência Aparente - VA
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Exemplos de aplicação
� Instalação Industrial - Baixo F.P.� S = 1000 kVA
� Cos ϕ = 0,7
� P = 700 kW
� Instalação Industrial - Alto F.P.� S = 1000 kVA
� Cos ϕ = 0,95
� P = 950 kW
Ganho de 250 kW, apenas alterando o F.P. de 0,7 para 0,95
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� Alterando o Fator de Potência, alteramos diretamente a corrente.
Exemplos de aplicação - II
Fator de Potência 1 0,9 0,8 0,7 0,6I (A) 120 133,7 150,5 170 201
Carga de 100 kW em 480 Vca
� Se aumentarmos o Fator de Potência, a corrente automaticamente cai, diminuindo as secções dos cabos e o “stress” das máquinas indutivas (transformadores, motores e outras máquinas)
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Principais causadores de baixo Fator de Potência
� Motores de Indução operando em vazio
� Transformadores operando em vazio ou com pequenas cargas
� Lâmpadas de descarga
� Grande quantidade de pequenos motores operando continuamente
� Cargas especiais� Fornos a Arco
� Máquinas de solda
� Equipamentos eletrônicos
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Conseqüências de baixo Fator de Potência
� Perdas na Instalação� Perdas em forma de calor
(Perdas Joule)
� Queda de tensão� Aumento da corrente, podendo
ocasionar interrupções
� Substituição da capacidade instalada (Transformadores)
Fator de PotênciaPotência Ativa
Disponível(kW)
1 10000,95 9500,92 9200,9 900
0,85 8500,7 7000,6 600
Transformador 1000 kVa
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Fator de Potência típicos das industrias
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Como evitar as perdas por baixo F.P.?
� Alguns métodos / equipamentos podem melhorar o Fator de Potência
� Modificando a rotina operacional
� Motores Síncronos
� Capacitores
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Custos de correção de Fator de Potência
� Praticamente, as soluções com motores síncronos e a alteração da rotina operacional, não são adotadas devido ao seu alto custo
� A mais utilizada, que traz o melhor custo benefício é a instalação de capacitores� Capacitores de potência
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Por que corrigir o Fator de Potência?
� As principais razões da correção de fator de potência é melhor a qualidade de energia e evitar multas com a concessionária local.
� O retorno do investimento da correção de Fator de Potência varia entre 6 a 12 meses.� Retorno rápido para aplicação.
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Instalação de Capacitores
� Com a instalação de capacitores, a rede trabalha com mais energia ativa, não sobrecarregando o sistema.
� Assim a qualidade aumenta, não desperdiçando energia elétrica.
21 A
9A
30 A
30 A
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Tipos de correção de Fator de Potência
Os capacitores podem ser instalados em vários locais nos sistema elétrico:
1 : Capacitores para correção de toda planta 2 : Capacitores para o barramento principal3 : Capacitores para alimentar várias cargas4 : Capacitores individuais para cada carga
Localização do Capacitor
1 2 e 3 4Aprox. técnica Melhor
Flexibilidade Mínimo Menos MelhorEconomias Mínimo Menos Máximo
Custo por kVAr Mínimo Menor Maior
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Soluções para a correção de Fator de Potência
� Tipos de soluções� capacitores de potência
� bancos de capacitores
� bancos de capacitores dessintonizados
� filtro ativo
� filtro passivo
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Sistemas e produtos para correção do F.P.
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Qualidade
� Cada vez mais os técnicos descobrem as dificuldades que causam a “energia suja”.
� Esta expressão é utilizada para descrever a contaminação das formas mais comuns senoidaisde tensão e corrente.� Para esta “energia suja” dá-se o
nome de distorção harmônica.
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O que é distorção harmônica?
� Distorção harmônica é nada menos que o tipo de energia incomum encontrada em redes industriais.
� Normalmente são encontradas e associadas a equipamentos com acionamentos estáticos� Inversores
� Fontes chaveadas
� Cargas não lineares
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Formas de ondas - harmônicas
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Problemas causados pela Harmônica
� Geralmente as harmônicas ímpares são que causam os grandes problemas nas instalações elétricas.� Aquecimento
� Perda de proteção dos dispositivos
� Queima de equipamentos sensíveis
� Aumento da queda de tensão
� Estudos de Fator de Potência necessitam da verificação do percentual de harmônicas
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Correção do Fator de Potência com Harmônicas
� Existem sistemas com alto nível de harmônicas, na qual precisam de uma correção específica (filtros)� Porém encontramos em alguns
casos a correção do F.P. em circuitos com alto nível de harmônica apenas com capacitores
� A ressonância neste circuito, tem sérias conseqüências como elevação da tensão, além de problemas operacionais.
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Limites de Harmônicas
� Os limites de harmônicas são determinados na tensão e na corrente conforme a IEC 1001 & 2.
� Os capacitores não são geradores de harmônicas e, sim agravadores dos índices de harmônicas no sistema
10,12
≤= �∞
=n UnUhn
DHTu
30,12
≤= �∞
=n InIhn
DHTi
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Proteção contra harmônicas
� Existem hoje algumas formas de fazer a correção de Fator de Potência onde possui um alto índice de harmônicas. Os mais comuns são:.� Filtro Passivo
� Filtro Ativo
� Usamos estes métodos quando as cargas não lineares passam de 20% da carga total, conforme IEEE Std 519
� E com estes filtros usamos a tensão nominal do capacitor sempre 10% maior.
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Treinamentos
� Softstart
� Seletividade
� Cálculo de Bco de Capacitores
� Proteções
� Sistemas
� Inversores
� PLC’s
� Relês
� Partidas de motores
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Palestrante
Paulo Boccardo
Engenharia de Aplicação
Tel: (11) 3688 8628
Cel: (11) 83546339
e-mail: [email protected]