Guia do motor de partida DOL: fiação, classificações de corrente e seleção de relé de controle

Uma bomba de poço de 7,5 kW desarma o disjuntor do alimentador pela terceira vez este mês. Os enrolamentos testam bem, o isolamento está limpo e a corrente sem carga fica onde deveria. A falha está no painel de partida: um contator subdimensionado, uma sobrecarga muito reduzida ou um arranjo direto na linha aplicado a uma carga que nunca deveria ter tido um.

Para a maioria dos motores trifásicos de gaiola de esquilo entre 0,37 kW e 15 kW, um circuito de motor de partida DOL ainda é a resposta mais simples, mais barata e mais útil, desde que duas condições sejam mantidas. A alimentação deve ser capaz de absorver a irrupção sem arrastar a tensão do terminal abaixo do limite de retenção do contator, e a carga acionada deve tolerar uma partida difícil e descontrolada. Tudo a seguir é sobre como testar essas duas condições antes de solicitar peças.

O que um DOL Starter faz nos primeiros dois segundos

Uma partida direta on-line faz exatamente uma coisa: aplica tensão total de linha ao estator por meio de um contator. Não há estágio de tensão reduzida, nem tap de transformador, nem rampa de semicondutores. No instante em que a bobina é energizada, os terminais do motor recebem 380 V ou 415 V e o rotor acelera tão rapidamente quanto a inércia da carga permite.

Isso não é um defeito. No momento da comutação, o escorregamento é igual a um e o rotor da gaiola se comporta como um secundário de transformador em curto-circuito. A corrente é correspondentemente grande. Um motor com classificação IEC normalmente consome uma corrente de rotor bloqueado de seis a oito vezes a corrente de carga total, com um fator de potência próximo de 0,3, o que significa que a maior parte desse surto é reativa e causa danos reais à tensão da linha, e não ao próprio motor.

O lado do torque da equação é mais amigável. Em plena tensão, o torque de partida geralmente fica entre 1,5 e 2,5 vezes o torque de plena carga, dependendo do projeto do rotor. Essa é a troca que um starter DOL faz: torque generoso, corrente punitiva.

Na prática, isso significa que uma partida direta on-line é a escolha certa quando a fonte pode suportar o surto e a carga não precisa de uma rampa suave. É uma decisão errada quando ambos são falsos, e é um cara ou coroa quando apenas um é.

Dentro do painel: quais peças falham primeiro

A maioria das falhas do DOL nunca atinge o motor. Um componente desiste primeiro e leva consigo um circuito vizinho.

• Contator: liga e desliga o motor em plena tensão. Classificado para serviço AC-3, com capacidade de corrente de contato cobrindo a corrente de partida e de operação.
• Relé de sobrecarga térmica: desarma devido ao excesso de corrente sustentado, e não ao surto de partida normal. Sua classe de desarme decide quantos segundos de seis vezes a corrente ela tolerará.
• MCB ou fusível: lida com a proteção contra curto-circuito, que é uma tarefa diferente da proteção contra sobrecarga. A coordenação entre os dois é a verificação mais comumente ignorada.
• Botões de arranque e paragem: peças baratas com maior número de comutação e as primeiras a oxidar em ambientes poeirentos ou húmidos.
• Relé de controle: conecta sinais remotos, temporizadores e intertravamentos à bobina do contator. À medida que os painéis crescem, é aqui que se concentram as falhas intermitentes.

O circuito de controle é a metade subestimada de uma partida. Um pequeno relé intermediário ou um relé eletromagnético de uso geral permite que um cabo de controle fino acione uma bobina do contator pesada e os contatos do relé sofram o desgaste da comutação em vez da bobina.

A tensão da bobina, a classificação do contato e se o relé oferece uma alavanca de teste manual são mais importantes do que o título da folha de dados. Em painéis com vários motores, os módulos montados em trilho DIN eliminam a necessidade de cabear bases de relé individuais e tornam a substituição uma tarefa de dez segundos.

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A tabela abaixo resume o que cada parte realmente está sendo solicitada a fazer e onde isso tende a dar errado.

Quanta corrente um DOL Start realmente puxa

O gráfico abaixo compara o múltiplo de inrush de quatro métodos de partida comuns na mesma escala, de modo que a lacuna entre uma partida direta na linha e uma rampa controlada é visível à primeira vista.

Os comprimentos das barras são desenhados em uma única escala comum, de modo que uma barra de 6,0x é genuinamente três vezes o comprimento de uma barra de 2,0x, em vez de uma impressão estilizada. Uma partida direta em linha em um motor de 11 kW a 415 V significa aproximadamente 130 A fluindo durante o primeiro ou dois segundos, o que é suficiente para piscar a iluminação no mesmo quadro de distribuição. Estrela-triângulo reduz isso para cerca de um terço, alimentando cada enrolamento com 58% da tensão da linha durante a fase de aceleração. Um soft starter alcança uma redução semelhante através do controle do ângulo de fase, chegando a aproximadamente metade da tensão total de entrada. Um inversor de frequência variável limita a corrente com mais força, mantendo-a perto de 1,5 vezes a corrente de operação, mas o torque disponível em baixa frequência é correspondentemente modesto. A consequência prática é que a escolha nunca é puramente sobre inrush, porque cada redução na corrente é paga com torque de partida reduzido e custo adicional de hardware.

O perfil atual que sua proteção realmente vê

Os múltiplos de irrupção descrevem um único instante. O relé de sobrecarga responde ao formato de toda a partida, e é por isso que uma curva de corrente versus tempo é uma ferramenta de projeto mais útil do que um único número.

A curva sólida mostra o que acontece quando a tensão total atinge o estator em uma única etapa, e a curva tracejada mostra o mesmo motor iniciado através de um arranjo estrela-triângulo. O traço direto na linha salta quase verticalmente para seis vezes a corrente corrente, depois decai suavemente à medida que o deslizamento cai e o rotor alcança o campo rotativo. O traço estrela-delta mantém um patamar próximo de duas vezes a corrente durante os primeiros três segundos, depois aumenta para quase 5,8 vezes no momento da transição de estrela para delta. Esse pico de transição é a parte que a maioria das pessoas esquece e é onde uma sobrecarga térmica marginal irá disparar, mesmo que a partida inicial pareça confortável. A faixa horizontal entre aproximadamente duas e seis vezes a corrente, sustentada por oito ou dez segundos, é a janela de projeto que uma sobrecarga de classe 10 é construída para sobreviver. Quando a aceleração demorar mais que essa janela, porque a carga tem alta inércia ou a alimentação é fraca, o mesmo ajuste do relé que funcionou na máquina anterior irá desarmar nesta.

Regras de dimensionamento e as cargas que as violam

A potência da placa de identificação do motor é o ponto de partida para o dimensionamento, não a resposta. A tabela abaixo reflete o que uma fonte de 415 V pode razoavelmente suportar com uma partida direta na linha, assumindo um transformador de capacidade adequada e um alimentador de comprimento normal.

A disponibilidade de torque decide então se o lado elétrico é relevante. O gráfico abaixo normaliza o torque de partida para uma partida com tensão total, portanto, uma barra em 100 significa que o motor produz exatamente o que produziria através da linha.

O torque cai com o quadrado da tensão aplicada, e é por isso que a partida com tensão reduzida custa mais esforço de tração do que as pessoas esperam. Estrela-triângulo fornece apenas cerca de um terço do torque de tensão total, um valor adequado para bombas centrífugas e ventiladores porque o próprio torque de carga aumenta com o quadrado da velocidade. Ele desmorona em bombas de deslocamento positivo, compressores de parafuso e transportadores totalmente carregados, onde a carga exige torque quase total a partir da velocidade zero. Um soft starter configurado para limitar a corrente se comporta agressivamente da mesma maneira, trocando a aceleração por um pico de demanda mais baixo. A partida do autotransformador fica entre os dois, fornecendo cerca de 42% do torque total na torneira de 65%, ao mesmo tempo que adiciona custo e volume do painel. Quando uma carga realmente precisa de torque de ruptura total e a fonte ainda não consegue suportar a irrupção, a resposta honesta geralmente é um inversor de frequência variável, e não um arranjo mais inteligente de contatores.

Combinando o método inicial com a carga

A classificação do motor por si só não seleciona uma partida. A comparação abaixo pontua quatro métodos entre os critérios que realmente orientam as decisões do painel, com uma pontuação mais alta significando melhor desempenho nessa dimensão.

O polígono vermelho pertence a um iniciador direto na linha e é a forma mais torta do gráfico. Ele pontua no topo em termos de custo inicial, simplicidade de fiação, torque de partida e facilidade de manutenção, porque um contator e um relé de sobrecarga não contêm quase nada que possa ser configurado incorretamente. Ele pontua perto do fundo para controle de inrush, e essa única fraqueza é o que o desqualifica em suprimentos fracos e motores grandes. O formato estrela-triângulo azul é mais equilibrado, mas nunca atinge o topo em nenhum eixo, e adiciona três contatores e um temporizador ao painel. O soft starter âmbar fica mais forte no controle de partida, ao mesmo tempo que abre mão do torque e da simplicidade. O inversor de frequência variável verde vence no controle de inrush e corresponde diretamente ao torque, mas é o mais caro e o mais exigente de manter. Lendo o gráfico como um todo, o Direct Online vence onde quer que os suprimentos sejam rígidos, e todos os outros métodos existem para corrigir uma fraqueza específica, em vez de melhorar em geral.

Erros comuns que encurtam a vida inicial

1. Definir a sobrecarga térmica na corrente da placa de identificação sem levar em conta a temperatura ambiente do painel. Em uma sala funcionando a 55 graus Celsius, o mesmo relé desarmará mais cedo e o operador continuará reiniciando-o.
2. Selecionando um contator com classificação AC-1 em vez de AC-3. A interrupção indutiva de um circuito de motor corrói os contatos muito mais rapidamente do que a comutação de carga resistiva na mesma corrente.
3. Instalar uma bobina de controle de 230 V e alimentá-la a partir de um circuito de controle de 400 V. A bobina queima e a reposição geralmente chega depois que a linha de produção é parada para um turno.
4. Exceder seis partidas por hora sem desclassificação. Contatores e relés de sobrecarga acumulam fadiga térmica e a falha aparece meses depois, e não imediatamente.
5. Comissionamento de uma partida direta sem verificar a capacidade do transformador e o comprimento do alimentador. Se a tensão do terminal cair abaixo de aproximadamente 85% durante a partida, o contator pode cair no meio da aceleração e religar em um motor que ainda está girando.

O pedido de dimensionamento é mais importante do que a escolha da marca. Calcule a corrente de partida que a fonte pode aceitar, confirme o torque de carga que o método fornecerá e só então escolha o contator, a sobrecarga e o relé de controle que se adequam a essa decisão. Esse estágio de correspondência de parâmetros é onde quase três décadas de experiência na fabricação de relés, descritas em nosso sobre a página , foi construído. Uma partida direta on-line que corresponda ao seu motor é o controle de motor mais econômico e confiável disponível. Uma que não funciona é simplesmente uma máquina para queimar contatos.

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