Entenda melhor o que é Soft Starter!

Com a difusão da tecnologia veio a necessidade de equipamentos confiáveis, efetivos e, de preferência, com baixo custo. Por esta razão, atualmente usam-se os microcontroladores na maioria dos dispositivos elétricos.

Com os microcontroladores é possível conseguir grandes feitos como por  exemplo baixo gasto de energia, proteção contra choques elétricos, e proteção dos componentes.

No caso do soft starter são usados chaveamento eletrônicos.

Essas chaves contribuem para a diminuição de corrente de partida, que diminui os choques mecânicos do motor, e consequentemente aumenta a vida útil do mesmo.

Pode-se também utilizar o soft starter em fontes de energia não confiável e/ou fracas.

Neste artigo você verá:

1. O que é um Soft Starter
2. Funcionamento
3. Principais funções do Soft Starter
4. Onde e quando usar o Soft Starter
5. Aplicações do Soft Starter
6. Características do Soft Starter
7. Simbologia do Soft Starter
8. Vantagens e Desvantagens

Proteção do sistema: As principais características do motor são monitoradas de acordo com a configuração do soft starter, essas características são monitoradas através da tensão de partida, caso exista algum problema, alguma alteração indesejada na corrente de cada fase, o soft starter interrompe a tensão, protegendo assim o motor.

Controle de desenergização: Ao contrário do controle de energização, esse controle administra, através do mesmo princípio do controle da energização, o tempo de desenergização. Esse tipo de controle visa sempre trabalhar com a melhor performance possível do equipamento a ser controlado.

Vn=Tensão nominal
Vt=Início da desenergização
Vz=Tensão de parada do motor
Tr=Rampa de desenergização

Principais funções do Soft Starter

Power On – Led aceso quando o soft starter estiver alimentado.

Full voltage – Indica que o motor está sendo alimentado com 100% da alimentação.

Start time – determina o tempo de partida, o tempo que o motor levará para ir da Vp (tensão de partida) até Vn (tensão nominal).

Initial voltage – determina o valor de tensão inicial do motor, Vp.

Stop time – Determina o tempo de desligamento (tr) do motor. O tempo que levará para a tensão ir de Vn (tensão nominal) até Vz (tensão de repouso, 0V).

NOTA: Algumas funções são disponíveis apenas para algumas versões de soft starter

Onde e quando usar o Soft Starter?

Os soft starters são geralmente usados para partidas de motores de indução CA (corrente alternada) tipo gaiola, podendo assim substituir as partidas mais convencionais como as partidas estrela-triangulo, chave compensadora e direta.

É um equipamento eletrônico capaz de controlar a energização do motor no momento da partida, permitindo assim, que o motor tenha a melhor performance possível. E por esta razão o soft starter é comumente utilizado.

Principais aplicações

• Bombas centrífugas (saneamento, irrigação, petróleo);
• Ventiladores, exaustores e sopradores;
• Compressores de ar e refrigeração;
• Misturadores e aeradores;
• Britadores e moedores;
• Fornos rotativos;
• Serras e plainas (madeira);

Características principais

• Eficiência melhorada: Trabalha da melhor forma possível, fazendo assim que o motor tenha a melhor performance possível.
• Energização controlada: A corrente de partida pode ser controlada, alterando assim facilmente a tensão de partida e isto assegura o arranque suave do motor, sem trancos.
• Desenergização controlada: O tempo de desligamento do motor é controlado.

∎ Partida Direta
∎ Partida Estrela Triângulo
∎ Partida com Soft Starter

 

 Simbologia do Soft Starter

ATS: Nome do componente
1, 3 e 5: Alimentação da rede
2, 4 e 6: Saída para o motor
PE: Aterramento

Vantagens e desvantagens

VANTAGENS	DESVANTAGENS
Ajuste da tensão de partida por um tempo pré-definido; Pulso de tensão na partida para cargas com alto conjugado de partida; Proteção contra falta de fase, sobrecorrente e subcorrente, etc. É uma partida eletrônica fazendo com que a corrente de partida do motor tenha uma performance muito melhor que as demais partidas.	Redução do torque na partida (é possível programar um pulso de torque para o arranque) Os SCR’s provocam perda de potência se continuarem ligados ao circuito após a partida

Conclusão

Assim, sabendo que com a evolução da tecnologia foi necessário desenvolver dispositivos contendo microcontroladores, um dos dispositivos criados diante disso foi o soft starter.

O soft starter pode ser usado para resolver problemas de picos de corrente na partida dos motores, trancos e até mesmo fazer a proteção do sistema ligado a ele. Por esta razão ele é comumente usados, assim como o inversor de frequência.

Saber como e quando utilizar este tipo de componente é bastante importante, assim como sempre se atentar para aplicar os conhecimentos da forma mais segura possível, evitando assim, possíveis acidentes elétricos.

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Interface homem máquina.

Escolhemos relacionar nosso trabalho com a indústria 4.0 devido ao tamanho da importância deste assunto para nós, engenheiros eletricistas. Ao estudar sobre o assunto descobrimos alguns pilares da Indústria 4.0, os três mais importantes são:

Big Data: Refere-se à tendência das tecnologias de informação e comunicação de processar enormes quantidades de dados, a fim de obter os dados adequados para tomada de decisão rápida para aumentar a produtividade. Isso pode se referir a qualquer coisa de alguns terabytes para muitos petabytes de dados.

Segurança Virtual: Com o aumento do número de dados disponíveis  online, a robustez e a segurança dos sistemas de informação se torna um desafio. Falhas na comunicação entre máquinas e problemas no sistema podem causar transtornos na produção.

Internet das Coisas: Basicamente é a conexão em rede de dispositivos eletrônicos, veículos, objetos e máquinas que permite constante troca e coleta de dados. 

Escolhemos focar na Internet das Coisas, e para apresentar isso em forma de protótipo, decidimos criar uma IHM remota e portátil.

O Desenvolvimento do protótipo teve inicio com a concepção da estrutura do projeto onde o braço robótico levanta um objeto e coloca na esteira. O ambiente de simulação teve como base as experiências profissionais adquiridas em nossos estágios na área de automação.

Definido  as distancias e disposição dos componentes e quais dispositivos seriam utilizados, o layout inicial foi criado.

A IHM remota foi desenvolvida pelo software Codesys, as telas são criadas para interação em ambiente Web, acessadas por tablet, celular ou Notebook através de conexão Wifi.

Os equipamentos para montagem do painel de controle foram doados pela Murrelektronik do Brasil, compostos por:

§  Fonte de Alimentação 24 V

§  Fonte de Alimentação 5 V

§  Disjuntor Eletrônico 24V

§  Raspberry PI 3 B

§  Switch de 4 portas Ethernet

§  Modulo de entradas e saída Cube20

O desenvolvimento do software de movimentação do braço robótico foi feito no ambiente de desenvolvimento do Arduino, utilizando os conceitos de lógica de programação.

O trabalho introduziu o conceito da Indústria 4.0, simulando um típico ambiente industrial fazendo toda aquisição de leitura de sinais de acesso e operação através de uma Interface Homem Máquina remota. Todos os conceitos abordados podem ser aplicados em qualquer Indústria, considerando que qualquer máquina industrial é controlada e supervisionada.

Entretanto, esse controle nem sempre é o mais adequado ao nível operacional, já que o ambiente fabril possui condições extremamente adversas e, em muitos casos, ambientes com grandes riscos físicos e químicos.

A proposta do trabalho mostrou uma nova tendência industrial, elevando o patamar tecnológico e utilizando-se de sistemas altamente integrados, eficientes, autônomos e customizáveis.

O aprendizado da Indústria 4.0 representa um grande complemento na formação de um engenheiro eletricista, principalmente pelo fato de representar o futuro dessa profissão. Sistemas cada vez mais customizáveis e versáteis estão revolucionando a indústria e o profissional capacitado em novas tecnologias terá um diferencial diante o mercado de trabalho.

A indústria e os fabricantes de máquinas são as principais forças econômicas mundiais. E as tecnologias embarcadas e miniaturizadas estão entrando no mercado com velocidade. As linhas de produção serão beneficiadas se tornando cada vez mais flexíveis e customizadas.

A Indústria 4.0 chegou e esse é o nosso futuro.

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Principios de Funcionamento da Chave Soft-Starter.

Composto por pontes de tiristores (SCRs na configuração antiparalelo) que são acionadas através de placas de circuitos, o Soft-Starter é um dispositivo eletrônicos com a finalidade de conseguir controlar a partida de motores de corrente alternada (motores trifásicos), afim de diminuir quedas de tensão na rede de alimentação, fato muito comum ao se utilizar partidas diretas.


Através do circuito de potência, o Soft-Starter consegue controlar a tensão fornecida pela rede.


Formado por seis SCRs, que tem a função de variar o ângulo de disparo e, consequentemente, a tensão eficaz do motor. Dessa forma, se faz possível o controle para uma partida mais suave do motor, controlando a corrente utilizada para partida.

Princípio de funcionamento da chave Soft-Starter

Muito aplicados a ventiladores, motores de potência elevada e bombas centrífugas, as chaves soft-starters operam, basicamente, com a técnica by-pass.
Esta técnica consiste no intervalo de tempo da partida do motor enquanto este está recebendo tensão plena da rede através do soft-starter.

celeração de Motores de Indução Trifásicos com uso de Soft-Starter: Tensão Inicial controlada.

Na figura a seguir, perceba a regulação de tensão que proporciona o desligamento suave do equipamento evitando desgastes.

Desaceleração de Motores de Indução Assíncronos com uso de Soft-Starter

Trabalhando com contatos do tipo NA, um contator trabalha em paralelo com o acondicionamento de tiristores. Aqui, cada fase é acionada de tal forma a assumir uma corrente nominal do motor.



Esta corrente após um tempo passa de fluir através dos tiristores, fluindo através do contator. Este processo permite que os tiristores fiquem em repouso com a ideia de se evitar o seu próprio sobreaquecimento.


Neste processo, também pode ser observado a minimização das perdas de potência e a ação de dissipação de calor pelos tiristores que fazem com que a redução de espaço e a economia de energia sejam aumentados.


Uma observação a ser feita em relação aos seus fabricantes, é que o número de projetos de chaves soft-starter é produzido a fim de controlar apenas duas fases, com a utilização da terceira fase como referência.

Outras palavras e detalhes a mais sobre o modo de controle em paralelo (by-pass)

Para se evitar o provável aumento do consumo de energia com a utilização do soft-starter, o uso do contator em paralelo se faz extremamente necessário para a redução de perdas ocorrentes durante o intervalo de tempo em que o motor estiver permanecendo em funcionamento.


Essa ação faz com que este dispositivo se torne mais eficiente.


Abaixo segue o esquema de ligação do soft-starter com um contator ligado em paralelo.

Finalizações

Com a finalidade de se evitar perdas de energia e eficiência provocada pelo desperdício já comprovado, estes tipos de dispositivos de partidas em motores trifásicos estão sendo cada vez mais recorridos, além de estarem tomando lugar no mercado com grande atração a nível funcional.


A chave soft-starter visa o menor desgaste possível sobre as cargas alimentadas pela rede. Além de compor soluções mais praticas para a parametrização de valores eficazes, afim de definir grandezas associadas ao tipo de funcionamento do sistema.


Falando com outras palavras, observa-se que as cargas presentes na chave soft-starter poderão ser adaptadas, de tal forma a que as condições de funcionamento sejam preservadas, assim como também a sua integridade e sua eficiência atribuída.


As chaves de partida, ainda possuem a ferramenta de poderem ser adaptadas de acordo com as características e necessidades a que se deseja aplicar a mesma.


É neste momento que cabe uma análise profunda do caso para se verificar qual a melhor forma de utiliza-la, atribuindo essa responsabilidade a um engenheiro altamente capacitado e qualificado para que cuide do projeto.

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Como é transformada a frequência em um inversor.

Inversor de frequência é um dispositivo eletrônico usado para controlar a velocidade de um motor trifásico. A frequência que chega na entrada do motor determina a velocidade a qual ele vai operar. Os motores trifásicos tem o principio de funcionamento baseado no campo elétrico girante. Campo que surge quando um sistema de alimentação alternada é aplicado nos polos de um motor, defasados entre si 120º.

A velocidade a qual o motor trabalha é fornecida pelo campo elétrico girante, esta velocidade é chamada de velocidade síncrona. Ela é determinada em função do número de polos do motor (característica construtiva) e em função da frequência a que chega na entrada do motor.

Matematicamente falando, a velocidade síncrona (Ns) é o produto de 120 vezes a frequência (f) em Hz, dividido pelo número de polos (p) do motor. A partir desta fórmula fica claro que quanto maior a frequência que chega ao motor maior é a velocidade de trabalho dele, e o inverso também influencia em uma velocidade e menor do motor. E é essa alteração que o inversos de frequência faz, ele realiza essa intervenção antes da entrada do motor.

Frequência é uma grandeza, medida em Hertz (Hz). Ela corresponde ao número de oscilações ou ciclos por segundo que ocorrem na corrente elétrica.

Usar um inversor de frequência acarreta uma série de vantagens, tais como: controlar a velocidade do motor, sem grandes perdas de torque; aceleração suave através de programação; frenagem direta no motor, sem necessidade de freios mecânicos; programação de velocidade de acordo com a necessidade; automatização; flexibilidade; segurança; instalação simples; maior precisão; etc.

Para entender como é feita essa mudança na frequência fornecida pela rede para entrada no motor, primeiro é necessário saber as partes de um inversor de frequência.

·         Circuito de entrada (ponte retificadora):

Este bloco retifica a energia alternada disponível, para alimentação do inversor. A configuração mais comum é a de uma ponte de diodos em onda completa e na saída um capacitor que faz a filtragem da tensão obtida.

·         Inversor de potencia:

Esta parte transforma a tensão contínua do bloco anterior em tensão trifásica para alimentar o motor. São usados transistores (IGBTs) que chaveiam a tensão a partir dos sinais de gerador PWM (Modulação por Largura de pulso). Quando estes sinais gerador a uma caraga indutiva como o motor trifásico, elas tomam uma forma quase senoidal, apesar de serem gerados como trens de pulsos.

·         Controle:

Neste circuito são formadas as ondas que determinaram a velocidade e a potência aplicada no motor. O bloco de controle geram pulsos que atuam nos transistores de chaveamento.

·         Proteção contra surtos:

A tensão da rede de energia não é perfeita e pode conter surtos e transientes, para proteção do circuito, no inversos de frequência são usados elementos como varistores, TVS e elementos semelhantes.

·         Proteção interna:

Este bloco analisa as tensões presentes na saída do inversor, de modo que se estas apresentarem algum distúrbio, o bloco de comando é acionado para tomar as providencias necessárias, como interromper o processo.

·         Placa de driver’s (disparo dos IGBT, fontes de alimentação, etc.):

Bloco gerador de sinais para excitação dos transistores de potencia de saída.

Este bloco analisa as condições da carga, determinando qual a tensão devida para ser aplicada a ela gerar o torque necessário.

·         Programação:

Painel que apresenta as informações gerais e também é onde é realizada a programação do inversor.

·         Interface (I/O):

Através deste bloco o inversor se comunica com dispositivos externos, como computadores.

·         Controle:

Neste bloco são tomadas decisões de acordo com a programações, e sinais internos ou externos.

O inversor de frequência é ligado na rede elétrica, e em sua saída há uma carga que receberá a frequência modificada pelo inversor. No primeiro estágio, o inversor utiliza o circuito retificador para transformar a tensão alternada em contínua. Após isso o segundo estágio realiza o inverso, transforma tensão C em tensão CA (conversor), e com a frequência desejada. Na rede a frequência é fixa, geralmente 60 Hz, e a tensão é transformada pelo retificador de entrada em contínua pulsada (retificação de onda completa).

O capacitor (filtro) a transforma e tensão contínua pura. Essa tensão contínua é conectada aos terminais de saída pelos dispositivos semicondutores do inversor, os transistores, que funciona como chave estática. O sistema de comando é quem controla a ação destes semicondutores, para conseguir uma tensão pulsada, com frequências fundamentais desfasadas 120º. A tensão é escolhida de modo que a relação tensão/frequência seja constante, resultando em operação de fluxo constante, e manutenção da máxima capacidade de sobrecarga do motor.

Inversor Escalar X Inversor Vetorial

Os inversores escalar são usados em tarefas mais simples como o controle da partida e da parada e a manutenção da velocidade em um valor constante (regulação). A lógica de controle usada é a relação de tensão/frequência constante.

O inversor vetorial é mais complexo em comparação ao inversor escalar. Basicamente, ele promove o desacoplamento entre o controle do fluxo e o controle da velocidade por meio de transformação de variáveis. Por esta técnica de controle, estes inversores são empregados em tarefas mais complexas, que exigem grande precisão.

A maior diferença entre estes inversores e o modo de operação de cada um é a capacidade de inversão dos fatoriais. Como pode ser percebido, o inversor escalar muda a frequência de acordo com a relação tensão/frequência, enquanto o inversor vetorial faz isso de forma mais complexa, realizando modificações nos parâmetros que influenciam essas grandezas.

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