Olá pessoal, tudo bem? Espero que esteja tudo na paz e no artigo de hoje vamos ensinar a vocês o que é o comando de partida estrela - triângulo e como devem ser realizado os cálculos para dimensionamento dos componentes da forma correta.
Você pode baixar o simulador CADe SIMU 3.0 para elaboração do projeto estrela-triângulo.
Tenha uma boa leitura e espero fielmente que você consiga compreender como funciona esse sistema de partida tão comentado entre os eletricistas.
Primeiramente, vamos fazer uma breve introdução sobre o que é Estrela - Triângulo?
Você sabia que a corrente de partida de um motor pode afetar negativamente o sistema elétrico? Por isso a partida direta é bem limitada a uma certa potência nas indústrias, o que depende da tensão de alimentação, da estratégia utilizada para conversão e qualidade da energia e do contrato com a concessionária.
Você pode baixar o simulador CADe SIMU 3.0 para elaboração do projeto estrela-triângulo.
Tenha uma boa leitura e espero fielmente que você consiga compreender como funciona esse sistema de partida tão comentado entre os eletricistas.
Primeiramente, vamos fazer uma breve introdução sobre o que é Estrela - Triângulo?
Você sabia que a corrente de partida de um motor pode afetar negativamente o sistema elétrico? Por isso a partida direta é bem limitada a uma certa potência nas indústrias, o que depende da tensão de alimentação, da estratégia utilizada para conversão e qualidade da energia e do contrato com a concessionária.
Geralmente motores abaixo de 15CV podem partir diretamente, mas isso varia conforme a necessidade do sistema. Motores com potência superior ao estabelecido não devem partir diretamente. Utiliza-se um sistema que reduza a corrente no momento da partida.
São diversos os sistemas que visam a redução do pico de corrente na partida. Alguns mais tradicionais, como os baseados em ligações no circuito de força, outros mais modernos como as chaves eletrônicas (SoftStarter).
Ligação Estrela, Ligação Triângulo mas como assim?
Para possibilitar a utilização da chave estrela - triângulo, é necessário que o motor possua 6 pontas e que a tensão da ligação em triângulo coincida com a tensão da rede. O objetivo da chave ao partir o motor no primeiro momento é fechar o motor em estrela e após a partida, com o motor em velocidade próxima a nominal, muda a ligação para triângulo.
Mas como assim muda a ligação?
Observem os dois tipo de fechamento que um motor trifásico de 6 pontas possuem:
Agora, suponhamos que um motor 220V/380V, respectivamente triângulo/estrela conforme desenho acima, se a tensão do motor na ligação triângulo coincide com a rede, quando o motor é ligado em estrela no momento da partida, o motor está preparado para receber uma tensão √3
maior que a tensão para ligação em triângulo, mas ele recebe apenas 57% dessa tensão (220V equivale a 57% de 380V). Uma redução para 57% da tensão provocada, sob condições adequadas, uma redução da corrente e do conjugado da partida a 0,579, isto é aproximadamente 1/3. Isso pode ser provado matematicamente pela análise da ligação estrela nas condições apresentadas abaixo:
São diversos os sistemas que visam a redução do pico de corrente na partida. Alguns mais tradicionais, como os baseados em ligações no circuito de força, outros mais modernos como as chaves eletrônicas (SoftStarter).
Ligação Estrela, Ligação Triângulo mas como assim?
Para possibilitar a utilização da chave estrela - triângulo, é necessário que o motor possua 6 pontas e que a tensão da ligação em triângulo coincida com a tensão da rede. O objetivo da chave ao partir o motor no primeiro momento é fechar o motor em estrela e após a partida, com o motor em velocidade próxima a nominal, muda a ligação para triângulo.
Mas como assim muda a ligação?
Observem os dois tipo de fechamento que um motor trifásico de 6 pontas possuem:
Agora, suponhamos que um motor 220V/380V, respectivamente triângulo/estrela conforme desenho acima, se a tensão do motor na ligação triângulo coincide com a rede, quando o motor é ligado em estrela no momento da partida, o motor está preparado para receber uma tensão √3
maior que a tensão para ligação em triângulo, mas ele recebe apenas 57% dessa tensão (220V equivale a 57% de 380V). Uma redução para 57% da tensão provocada, sob condições adequadas, uma redução da corrente e do conjugado da partida a 0,579, isto é aproximadamente 1/3. Isso pode ser provado matematicamente pela análise da ligação estrela nas condições apresentadas abaixo:
Se a impedância Z é igual a tensão sobre a corrente, então na ligação estrela temos tensão sobre a corrente vezes √3, assim como podemos fazer tensão sobre √3 dividida pela corrente em estrela. Igualando os dois termos e isolando Iny, temos...
A redução da corrente de partida é uma vantagem da chave, mas a redução do conjugado não. O motor, quando em estrela, está com conjugado muito reduzido e essa condição só se normaliza depois da passagem para triângulo. O conjugado reduzido pode ser um problema na partida e após a partida também, portanto, quando possível, deve-se montar circuitos de proteção que evitam que o motor continue trabalhando em estrela se, por uma falha no circuito de comando, a comutação para triângulo não ocorrer.
Curva de Conjugado como assim?
Você sabia que o que pode impossibilitar a utilização da chave estrela triângulo é a posição do conjugado resistente em relação ao conjugado de partida do motor? O conjugado de partida do motor deve ser suficientemente superior ao conjugado resistente na ligação estrela no momento da partida.
Ao selecionar o motor, o projetista considera as curvas de conjugado da carga e do motor de maneira que o motor consiga acelerar e manter a rotação nominal para carga nominal. O conjugado do motor pode não ser adequado nesse tipo de partida para determinadas aplicações. Por essa razão, a chave estrela - triângulo não é indicada para máquinas pesadas, que partem com carga considerável.
Dimensionamento dos Componentes
Esse é um detalhe que poucos eletricistas sabem realizar corretamente ou tem milhares de dúvidas, os componentes da chave estrela - triângulo devem ser dimensionados de um a um. Na chave estrela - triângulo podemos utilizar tabelas e curvas, mas é preciso também verificar as correntes nos ramos do circuitos, pois temos mais de um caminho para a corrente.
Os componentes a serem dimensionados de uma chave estrela triângulo são os contatores tripolares, o relé térmico, os fusíveis e cabos. Além desses componentes dimensionados, deve-se escolher corretamente os terminais de compreensão e os bornes.
Vamos trabalhar nesse artigo com um exemplo de especificação dos componentes de uma chave estrela - triângulo para um motor de 20CV, 220V tensão nominal da rede, quatro polos, In= 52,6A, Ip/In = 6,3, seis terminais, com fator de serviço 1,15 e tempo de partida de 7 segundos.
➤ O fator de serviço é aplicado apenas em situações muito especiais, vamos fazer apenas como exemplo didático.
Primeiramente aplicamos a correção a corrente do motor devido ao fator de serviço então temos:
In nova = In x FS = 52,6 x 1,15 = 60,5A
Em regime permanente o contator teria que suportar essa corrente. Na chave estrela - triângulo essa corrente será distribuída entre dois contatores.
Observando o desenho abaixo, podemos notar que essa corrente é distribuída entre os ramos do triângulo quando a chave está em triângulo, de forma que:
Quando a chave está em estrela, a corrente que percorre o sistema é aproximadamente 1/3 da corrente calculada, 20,1A. A corrente no contator 1K3 pode ser calculada por 1K3 = In/3.
Com as correntes calculadas, basta selecionar um modelo de contator que suporte essa corrente em regime permanente, categoria AC3. Então como exemplo, os contatores selecionados foram para 1K1 e 1K2 - CWM40 e 1K3 foi CWM25. Se o fator de serviço fosse unitário, teríamos contatores um pouco menores, pois a corrente nominal seria 52,6A, o que resultaria em 1K1 e 1K2 iguais a 30,37A e 1K3 igual a 17,5A, resultando em dois contatores CWM32 e um contator CWM18.
Como o relé térmico esta instalado em um ramo, ele não pode ser ajustado com base na corrente nominal e sim com base na corrente no ramo, que no início do exemplo calculamos 35A. Se isso não for observado, o relé perde sua eficiência no circuito.
Vamos então escolher um relé térmico que permita o ajuste da corrente 35A (Itérmico = In/√3). Consultando uma tabela de relés, o relé de 32a a 50/100A RW67.1D seria o escolhido (/100 é p fusível máximo em conjunto).
Para dimensionamento dos fusíveis, calculamos a corrente de partida da chave estrela triângulo e aplicamos essa corrente e o tempo de partida na curva de fusível D onde:
Como sabemos, o fusível deve se respeitar as regras IF ≥ 1,2xIn e IF ≤ Imáx. A primeira condição não é satisfeita se escolhermos fusíveis de 63A, o último tipo D. Temos duas opções: utilizar o circuito de força com dois grupos de três fusíveis ou escolher fusíveis NH80A.
Tanto os fusíveis de 63A quando os de 80A são menores que os fusíveis máximo recomendado para o relé de sobrecarga e para os contatores K1 e K2.
Podemos elaborar uma pré lista de componentes:
➤ Dois contatores tripolares 40A 2NA +2 NF
➤ Um contator tripolar 25A 2 NA + 2 NF
➤ Um relé térmico de sobrecarga 32A a 50A
➤Três fusíveis NH00 80A
➤Três bases NH00
Nota: Como K3 não trabalha em regime permanente, não há necessidade de verificar se IF IF ≤ Imáx.
Resta apenas escolher o cabo adequado para o circuito de força, conforme demonstrado acima. Nessa chave como temos correntes diferentes, podemos ter cabos diferentes nos ramos do circuitos. Rapidamente, sem aplicar fatores de correção, adotando o método B1, teremos para os trechos com 35A, cabo de 6mm, e para o trecho de alimentação cabos de 16mm. Os cabos que saem do painel e seguem até o motor devem ser dimensionados por capacidade de corrente pelo critério de queda de tensão, levando em consideração a distância. Dependendo dessa distância, podemos ter sete condutores de no mínimo 6mm saindo do painel (6 para o motor mais PE).
Com a escolha dos cabos podemos especificar os tipos de terminais, bornes e anilhas necessários para uma possível montagem. As quantidades necessárias dependem da quantidade de conexões de cabos a elementos no circuitos. As quantidades só podem ser determinadas com auxílio da documentação final do projeto.
Guias de Seleção de Chaves
Um recurso muito útil disponibilizado pelos fabricantes de chaves, contatores e relés são tabelas de seleção. Elas são fornecidas para facilitar a seleção de uma chave de partida pronta a disposição para compra, mas pode-se utilizá-las como referência na especificação dos componentes. Para o exemplo anterior, no catálogo de chave de partida na tabela logo abaixo com fator de serviço unitário temos:
➤ K1 = K2 = contator de 32A
➤ K3 = contator de 18A
➤ Relé de 22 a 32A
➤ Fusível máximo de 63A
Os dados extraídos da guia coincidem com os dados calculados anteriormente, considerando fator de serviço unitário. Conforme mencionado anteriormente, os contatores são menores com fator de serviço unitário e a guia de seleção de chaves apresentada é destinada apenas a esta situação, portanto é necessário saber especificar o contator sem auxilio de guias, pois podemos ter fatores de cargas diferentes para uma mesma potência de motor.
O Comando Estrela - Triângulo
Neste artigo, o estudante deve se concentrar na eficiência da chave. Para atingir a eficiência, o pico de corrente do motor com relação ao pico com partida direta deve ser reduzido na passagem de estrela para triângulo. Como normalmente em testes o motor trabalha a vazio, se o pico da partida em estrela é comparado com o valor teórico, nota-se uma redução significativa.
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➤ Em caso de problemas com contatores usar 1K1 para selar 1K1 e outro 1K1 para alimentar 1K2.
Descrição do Funcionamento
Realizando o estudo do circuito de força, nota-se que para partir o motor em estrela é necessário que os contatores 1K1 e 1K3 estejam acionados. Pulsando S1, 1K3 é energizado, energiza 1K1 e o relé de tempo dT1, e o temporizador dT1 inicia a contagem do tempo. Os contatores 1K1 e 1K2 acionados e suas funções são:
➤ 1K1 (21;22) - desliga sinaleiro 1H1 que sinaliza " pronto para partir ";
➤ 1K3 (21;22) - impede a energização de 1K2 (A1;A2);
➤ 1K3 (13;14) - selo que mantém 1K3 energizado;
➤ 1K3 (43;44) - energiza 1K1 (A1;A2);
➤ 1K3 (53;54) - liga sinaleiro 1H2, sinalizando motor em estrela;
➤ 1K1 (13;14) - selo de K1 que manterá depois da saída de K3.
Os contatos de força de 1K3 fecham o motor em estrela e os contatos de força de 1K1 alimentam o motor com tensão trifásica.
Passagem Estrela para Triângulo
Terminada a contagem de tempo, 1dT1 tira K3 do circuito e 1K2 entra, ligando o motor em triângulo. Os contatos que trabalham esta etapa são:
➤ dT1 (15;16) - desliga o contator 1K3;
➤ 1K3 (13;14) - abre voltando a posição inicial;
➤ 1K3 (43;44) - abre voltando a posição inicial;
➤ 1K3 (53;54) - volta a abrir e desliga sinaleiro 1H2;
➤ 1K3 (21;22) - volta a fechar energizando 1K2 (A1;A2) através do selo de 1K1;
➤ 1K2 (13;14) - liga 1H3 sinalizando motor em triângulo.
Neste momento o motor se encontra em triângulo e pode trabalhar com carga nominal.
Parada do Motor
A parada do motor é efetuada pressionando S0(1;2). Esse contato desenergiza qualquer contator que esteja energizado no momento. Seguindo o funcionamento, 1K1 e 1K2, são desenergizados e todos os seus contatos voltam a posição inicial. O sistema está, neste momento, conforme é apresentando pelo diagrama de força e controle, pronto para uma nova partida.
Parada por Defeito
O motor pode parar por um problema de sobrecarga, já que o relé térmico desliga o circuito de comando através de seus contatos (95;95) ou se um dos fusíveis de comando queimar, desligando o circuito de comando, neste caso o sinaleiro 1H1 estará apagado.
A queima de fusíveis de força impede o funcionamento adequando do motor e pode representar um problema grave no motor ou no equipamento por ele acionado. Se um dos fusíveis e força estiver rompido, o motor pode trabalhar durante um período com apenas duas fases, haverá um aumento de corrente e o relé provavelmente desarmará, desligando o circuito de comando. Se dois dos fusíveis de força estiverem queimados, apenas do circuito de controle funcionar, o motor não partirá.
Melhoria no Circuito de Comando
O Circuito apresentado pode ser melhorado com a exclusão de um contator K3, evitando a necessidade de um relé auxiliar para K3. Estude o circuito de comando abaixo que traz a alteração.
Importante ➤ Atualmente, diversos fabricantes disponibilizam contatores no mercado, mas, infelizmente, nem todos têm o comportamento esperado em relação a abrir o contato NF antes de fechar o contato NA depois. Nesses casos, redução de contatos como a sugerida resultam em problemas de curto circuitos. É altamente recomendável avaliação profissional nessas situações, com a realização de testes e ensaios e o conhecimento de materiais elétricos.
Abaixo temos um exemplo de um quadro de comando em estrela - triângulo que foi executado em um dos trabalhos que realizamos:
Fico por aqui meus amigos e espero que esse artigo definitivamente tenha lhe ajudado a entender o que é o comando estrela - triângulo.
