Divisão Tecnologia em Automação
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Partidas de Motores
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.
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Com esta grandeza em nossa volta precisamos analisar e entender mais afundo sobre os motores seus efeitos e características
Motores Muitos problemas encontrados na industria são devidos a grande quantidade de partidas de motores e seus dimensionamentos errôneos em relação a sua carga.
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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:
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Assincrono:
Motores - Sincronos
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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
Motores - Sincronos
Princípio de funcionamento do motor sincrono.
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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 eletroímã direito. 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
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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.
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Hoje com o aperfeiçoamento dos inversores e a melhoria da classe de exatidão dos mesmos os motores assincronos atendem todas as aplicações de motores.
Categoria de utilização
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AC8b
DC6 AC1 DC1
DC3 AC3 AC4
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Portanto fornece categorias de utilização para tornar mais simples a escolha de dispositivos
Categoria de utilização 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
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Todas as partidas estrela-triângulo e auto-transformadoras pertencem a categoria de utilização AC-3
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Categoria de utilização 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.
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Antes de colocar determinado dispositivo em uma categoria de utilização o fabricante precisa testar o dispositivo de acordo com os dados da norma.
Proteção contra Curto-Circuito 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
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Chaveamento visível Proteção muito eficiente também para altos valores de curto-circuito
Coordenação de Partida 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: Tipo 1:
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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.
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Coordenação de Partida Tipo 2:
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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
Tipo 1 Vantagem econômica inicial Manutenção cara Paradas da planta devido a falhas
-. * +,
Tipo 2
/02143 5
Investimento inicial Continuidade de serviço
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Fácil Manutenção
Coordenação de Partida
6 & 7& 2828:9 ;:# <=>?@A ?9& B ) "C 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
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DE F ZG HZFZI J[ J E E K E L J [ N FO M\K ] L ON OZ O X P O M L KI J Q ^ R K S OM 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 G
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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
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Inversores
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Queima de motores em partida
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
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Compensadora: < 30CV
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Partidas de Motores – Partida Direta
Contator
Relé Térmico de Sobrecorrente
Alta corrente de partida Alto torque de partida (desgaste mecânico) Menor tempo de partida possível
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Solução barata
Partidas de Motores – Partida Direta
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M
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M
M
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% n: 1U0: n5: 21 02 5 5 : 3 5 n 5 3 5 0 0: 5:15: 0:1 552 0: ¡ ¢52£
Partidas de Motores – Partida Direta
M
Alto torque de partida n
M
I
Alta corrente de partida
M n n
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n
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Partidas de Motores – Partida Direta Comando básico para partida direta. Picos de corrente de 6 a 10x In Maior desgaste do motor Desgaste dos mancais Rotor
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Estator
Partidas de Motores – Partida Estrela/Triângulo
Contatores 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
Relé Térmico de Sobrecorrente
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Parada sempre direta
Partidas de Motores – Partida Estrela/Triângulo Métodos de partida M
Alta corrente de pico na partida
n
M
Torque de partida muito baixo & picos de transmissão
I
M
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n n
n
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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
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Estator
Partidas de Motores – Softstart plo em Ex
Contator Softstarter Corrente de partida ajustável Torque de partida correto Possibilidade de parada suave Tempo médio-longo de partida
Relé Térmico de Sobrecorrente ABB Ltda. - 26
Desgaste mecânico mínimo
Partidas de Motores – Softstart Métodos de partida Função Principal Tiristores
Redução de tensão
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Conexão Anti-paralela
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Partidas de Motores – Softstart Métodos de partida Corrente ótima & torque M
M
M
n
Carga baixa
I
n I
n
Carga alta
n
I
Carga média
n
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n
Comparação entre as Partidas
Corrente
Torque
Velocidade
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Velocidade
Partidas de Motores – Inversor de Frequência
Torque nominal de velocidade zero Conversor
Corrente de partida ~1,5 *In Possível para ajustar o tempo de partida Possível parada suave
M
Caro quando não for necessária a regulação de velocidade
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Não é compacto como um softstarter
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Exemplos de aplicação Bombas
Partida Normal
Ventiladores
Partida pesada
Partida Normal
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Compressores
Exemplos de aplicação Esteiras
Trituradores, Misturadores, Moinhos
Partida pesada
Partida Normal ou Pesada
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Elevadores, Escadas Rolantes
Normal ou Partida Pesada
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Dúvidas
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Palestrante Paulo Boccardo Engenharia de Aplicação Tel: (11) 3688 8628 Cel: (11) 8354 6338
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e-mail:
[email protected]
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Sistemas de Qualidade de Energia
Introdução A cada dia aumenta-se a preocupação com a produtividade dos sistemas elétricos. Economia de energia Qualidade de energia
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CONSUMIR com PRODUTIVIDADE e QUALIDADE
Orgão regulador
Para a otimização do uso da energia elétrica o extinto “DNAEE”, hoje denominado ANEEL, estabeleceu algumas alterações.
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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 1
0,92 capacitivo
0,92 indutivo
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
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Máximo 0,92 Capacitivo
As concessionárias
Estima-se que 10% da energia produzida é perdida da geração até o consumo final
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Nos cabos de transmissão cerca de 16% da potência é considerada reativa, gerando perdas para a concessionária.
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
Dados Fibra Óptica
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Potência Ativa Potência Reativa
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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.
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Novos investimentos no setor elétrico evitam que tenhamos novos apagões no Brasil
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.
Consciência
Social
Sucesso
Tecnologia
Ambiente
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Iremos vêr uma parte da melhoria de sistemas pela correção do Fator de Potência, veremos suas aplicações, seus problemas e suas soluções.
Tipos de potências Existem 3 tipos de potências
Energia Reativa “Q” - kVAr
Energia Ativa
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)
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“P” - kW
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Tipos de potências II Energia Aparente “S” - kVA
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
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Cos ϕ
Não entenderam ????
Potência Reativa VAr
Potência Aparente - VA
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Potência Ativa - W
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
Ganho de 250 kW, apenas alterando o F.P. de 0,7 para 0,95
Cos ϕ = 0,95
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P = 950 kW
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Exemplos de aplicação - II Alterando o Fator de Potência, alteramos diretamente a corrente.
Fator de Potência I (A)
Carga de 100 kW em 480 Vca 1 0,9 0,8 120 133,7 150,5
0,7 170
0,6 201
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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)
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
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Equipamentos eletrônicos
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)
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Transformador 1000 kVa Potência Ativa Fator de Potência Disponível (kW) 1 1000 0,95 950 0,92 920 0,9 900 0,85 850 0,7 700 0,6 600
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Fator de Potência típicos das industrias
Como evitar as perdas por baixo F.P.? Alguns métodos / equipamentos podem melhorar o Fator de Potência Modificando a rotina operacional Motores Síncronos
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Capacitores
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
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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.
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Retorno rápido para aplicação.
Instalação de Capacitores Com a instalação de capacitores, a rede trabalha com mais energia ativa, não sobrecarregando o sistema.
30 A
Assim a qualidade aumenta, não desperdiçando energia elétrica. 21 A
30 A
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9A
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 principal 3 : Capacitores para alimentar várias cargas 4 : Capacitores individuais para cada carga Localização do Capacitor 1
2e3
Mínimo Mínimo Mínimo
Menos Menos Menor
4 Melhor Melhor Máximo Maior
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Aprox. técnica Flexibilidade Economias Custo por kVAr
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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
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filtro passivo
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Sistemas e produtos para correção do F.P.
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 senoidais de tensão e corrente.
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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
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Cargas não lineares
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Formas de ondas - harmônicas
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
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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
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A ressonância neste circuito, tem sérias conseqüências como elevação da tensão, além de problemas operacionais.
Limites de Harmônicas Os limites de harmônicas são determinados na tensão e na corrente conforme a IEC 1001 & 2.
DHTi =
∞
Uhn ≤ 1,10 n = 2 Un ∞
Ihn ≤ 1,30 n = 2 In
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Os capacitores não são geradores de harmônicas e, sim agravadores dos índices de harmônicas no sistema
DHTu =
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
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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
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Partidas de motores
Palestrante Paulo Boccardo Engenharia de Aplicação Tel: (11) 3688 8628 Cel: (11) 83546339
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e-mail:
[email protected]
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