Corrente de partida do motor
Por Andy Sagl
A corrente de partida do motor – o grande pico de corrente consumida por um motor durante a partida – pode afetar negativamente as redes de fornecimento e os sistemas de proteção, como explica Andy Sagl, Gerente de Produto da Megger.
Quando um motor de corrente alternada é energizado usando uma partida por contator convencional, um grande pico de corrente flui através do motor e dos condutores que o alimentam. Essa corrente, que excede bem a corrente nominal indicada na placa de identificação do motor, é necessária para superar a inércia combinada do eixo estacionário do motor e a carga que o motor está acionando.
Quando a energia trifásica é aplicada a um motor, os enrolamentos do estator, que são os enrolamentos estacionários na estrutura do motor, são energizados. A corrente nesses enrolamentos gera um campo magnético giratório que induz uma corrente no enrolamento do rotor, que é o enrolamento da parte rotativa do motor. A corrente do rotor também produz um campo magnético, e os campos produzidos pelo estator e pelo rotor interagem de maneira a fazer o rotor girar.
Figura 1: Corrente de partida do motor na partida
Figura 2: Tensão de linha (superior) e corrente do motor durante a partida do motor
Figura 3: Efeito da carga na duração da corrente de partida do motor
Figura 4: Efeito da tensão de alimentação na duração da corrente de partida do motor
O rotor acelera até atingir uma velocidade próxima à velocidade síncrona, que é a velocidade do campo giratório produzido pelo estator. No entanto, o rotor nunca atinge completamente a velocidade síncrona, porque, se isso acontecesse, não haveria corrente induzida no rotor e o motor não geraria torque. A diferença entre a velocidade real do rotor e a velocidade síncrona é geralmente expressa em termos de deslizamento, onde: deslizamento = (velocidade síncrona - velocidade de rotação) ÷ velocidade síncrona
Quando o motor está parado, o deslizamento é 1. Quando está funcionando normalmente, o valor do deslizamento depende da carga, mas normalmente varia de cerca de 0,05 em motores pequenos até 0,01 em motores grandes.
Na partida, o deslizamento = 1, e esse grande valor de deslizamento é o maior responsável pela corrente de arranque. À medida que o rotor acelera, o deslizamento diminui e a corrente de arranque diminui para a corrente de funcionamento normal do motor, como mostrado na Figura 1. A magnitude da corrente de arranque depende do tipo de motor e do método de partida. Para motores industriais padrão iniciados diretamente em linha, as correntes de arranque variam entre oito e dez vezes a corrente de funcionamento normal. Para motores de alta eficiência, a corrente de arranque pode ser ainda maior.
Figura 5: Variação da corrente de arranque para um motor durante um período de duas semanas
Figura 6: Transientes de corrente (inferior) e quedas de tensão resultantes de alterações na carga de um motor
A corrente de arranque pode fazer com que os dispositivos de proteção do motor (sobrecarga e fusíveis) acionem se não tiverem sido corretamente selecionados. No entanto, mais comumente, a queda de tensão causada pelo grande fluxo de corrente (veja a Figura 2) gera falhas em outros dispositivos conectados ao mesmo circuito que o motor. As quedas de tensão podem desligar controladores e cargas. Dispositivos de potência constante aumentarão seu consumo de corrente para compensar a tensão mais baixa, o que pode levar ao disparo dos dispositivos de proteção contra sobrecorrente. E, em casos graves, a queda de tensão pode ser tão grande que o motor não consiga gerar torque suficiente para iniciar.
A carga do motor, assim como as características do sistema de fornecimento, afetam a corrente de partida do motor. Um motor com carga pesada puxará corrente de arranque por um tempo mais longo do que um motor com carga leve, como pode ser observado na Figura 3. Da mesma forma, se a tensão de alimentação for baixa, o tempo de partida do motor será estendido, assim como a duração da corrente de partida, conforme mostrado na Figura 4. Isso torna mais provável que os dispositivos de proteção sejam ativados.
Ao caracterizar a corrente de partida do motor, é necessário capturar a forma de onda por pelo menos vários segundos para que a corrente possa ser observada desde a partida até o estado estacionário. Além disso, um único teste de arranque pode não fornecer informações suficientes para resolver problemas. Os motores frequentemente começam e param várias vezes durante o dia, com cargas variáveis e alterações nas tensões de fornecimento, o que afeta a corrente de arranque. Portanto, o monitoramento deve ser feito durante um período prolongado. O motor na Figura 5 foi monitorado por duas semanas, e é fácil ver que a corrente de arranque variou significativamente durante esse período.
Em instalações onde ocorrem mudanças no processo, essas mudanças podem alterar a carga no motor e isso afetará a corrente que ele consome. Em aplicações desse tipo, é essencial monitorar o motor durante todo o ciclo de produção, pois mudanças na carga do motor podem causar transientes de corrente que acionam dispositivos de proteção ou geram quedas de tensão que desligam outros equipamentos (consulte a Figura 6).
Para avaliar com precisão a operação de um motor e seu impacto em outros equipamentos, é essencial monitorar o motor por pelo menos um ciclo de produção completo e, de preferência, por vários ciclos. Tensão, corrente, potência ativa, potência reativa, potência aparente e fator de potência devem ser monitorados ciclo a ciclo de produção, pois valores agregados ao longo do tempo podem ser enganosos.
Além disso, um gatilho de aumento de corrente deve ser implementado de modo que, quando a corrente no circuito monitorado exceder um valor predefinido, a captura da forma de onda seja acionada. A captura deve durar pelo menos 10 segundos, observando todos os canais simultaneamente. Isso garantirá que todos os dados, desde a corrente de arranque até o estado estacionário, sejam capturados sempre que o motor for ligado.
Como vimos, a corrente de arranque associada à partida do motor pode causar uma série de problemas nos sistemas de energia. No entanto, com um bom analisador de qualidade de energia, rastrear a origem do problema geralmente é uma tarefa simples.
A solução dependerá da aplicação, mas em alguns casos pode, por exemplo, ser possível substituir os motores de partida eletromecânicos convencionais por partidas suaves ou inversores de frequência. Eles proporcionam aceleração controlada do motor durante a partida e reduzem significativamente a magnitude da corrente de arranque. Eles também reduzem o desgaste mecânico no motor e na carga que ele está acionando e, no caso dos inversores de frequência, muitas vezes tornam possível aumentar significativamente a eficiência energética.
