Um motor trifásico consome entre cinco a oito vezes a sua corrente de plena carga enquanto atinge a velocidade nominal. Esse pico de corrente não constitui uma avaria — mas é a razão pela qual o método de arranque é uma decisão de conceção e não uma configuração predefinida. Se se arrancar um motor de grande porte diretamente da rede, obtém-se o binário máximo, a corrente máxima e o choque mecânico máximo. Se o arrancar suavemente, protege a alimentação, o acoplamento e a máquina acionada, à custa de custos e de espaço no quadro elétrico.
Este guia compara os três métodos entre os quais irá efetivamente escolher — arranque direto em linha, estrela-triângulo e arrancadores suaves eletrónicos — com base nos critérios que determinam a escolha: binário, corrente, esforço mecânico, custo e os requisitos de cada um em relação ao quadro elétrico.
Quando um motor arranca em ligação direta, ocorrem três coisas:
Um pequeno motor ligado a uma rede de alimentação estável torna os três fatores irrelevantes. Uma bomba de 90 kW ligada a uma rede de alimentação fraca ou a um cabo de alimentação longo torna os três fatores a principal limitação do projeto.
O DOL liga o motor diretamente à rede elétrica à tensão nominal. É o método de arranque mais simples, mais económico e mais robusto que existe: um contactor, um relé de sobrecarga, um disjuntor.
A DOL funciona corretamente sempre que a fonte de alimentação consegue absorver o pico de corrente e a carga consegue suportar o binário. Na prática, isso significa motores mais pequenos — em muitas instalações, normalmente até cerca de 5–7,5 kW, e maiores quando a alimentação é rígida e a carga tolera um arranque em carga. Bombas, ventiladores e compressores que arrancam sem carga ou contra uma válvula fechada são frequentemente ligados diretamente à rede (DOL) com potências nominais bem superiores a essas valores.
O contactor deve ser dimensionado para a corrente de arranque, e não apenas para a corrente de funcionamento — trata-se da questão da categoria de utilização AC-3 que abordamos no nosso Guia de seleção de contactores de corrente alternada. E o dispositivo de proteção deve ser selecionado de forma a não disparar devido ao pico de corrente de arranque: um disjuntor com um ajuste instantâneo demasiado baixo irá disparar indevidamente sempre que o motor arrancar. O nosso SMO-K 25–38 A e SMO-K 40–65 A Os contactores abrangem a maior parte das aplicações DOL.
O arranque em estrela-triângulo reduz a tensão em cada enrolamento durante a aceleração. O motor é inicialmente ligado em estrela, o que faz com que cada enrolamento fique sujeito à tensão fase-neutro, em vez da tensão fase-fase — um fator de 1/√3, ou cerca de 58%.
Tanto a corrente de arranque como o binário de arranque variam, aproximadamente, proporcionalmente ao quadrado da tensão aplicada. No caso da tensão 58%, isso significa cerca de um terço de ambos: a corrente de arranque desce para cerca de 2–3 × a corrente em plena carga e o binário de arranque desce para cerca de um terço do valor DOL.
O arranque estrela-triângulo é adequado para motores que arrancam luz — ventiladores, centrífugas, compressores sem carga, bombas ligadas com uma válvula fechada. É uma má escolha para qualquer coisa que necessite de um binário significativo para arrancar, porque um terço do binário pode simplesmente não ser suficiente para mover a carga.
Três contactores em vez de um, interligados mecanicamente e eletricamente, além de um temporizador. O motor deve ter os seis terminais do enrolamento expostos e deve estar concebido para funcionar em triângulo com a tensão de alimentação. Há também o pico de transição: quando o motor é momentaneamente desligado e voltado a ligar, pode absorver um transiente de corrente à medida que se ressincroniza, o que compensa parcialmente a redução que se pretendia alcançar.
Um arrancador suave utiliza tiristores antiparalelos para aumentar gradualmente a tensão, desde um valor inicial definido até à tensão máxima, ao longo de um período de tempo controlado. O binário e a corrente acompanham a tensão, pelo que ambos podem ser ajustados de forma a adequarem-se à carga.
| Critério | Em linha direta | Estrela-triângulo | Arranque suave |
|---|---|---|---|
| Corrente de arranque | 6–8 × FLC | 2–3 × FLC | Ajustável, normalmente 2–5 × FLC |
| Binário de arranque | Completo (1,5–2,5 × FLT) | Cerca de 1/3 do DOL | Ajustável, definido acima do binário de desengate |
| Choque mecânico | Mais alto | Moderado, com um pico de transição | O mais baixo dos três |
| Queda de tensão na alimentação | O maior | Com desconto | Controlado e limitado |
| Componentes principais | 1 contactor + sobrecarga | 3 contactores + temporizador | Controlador eletrónico + contator de derivação |
| Requisitos relativos aos cabos do motor | 3 núcleos | 6 núcleos | 3 núcleos |
| Custo de capital | Mais baixo | Baixo–moderado | O mais alto dos três |
| Espaço do painel | O mais pequeno | Moderado | Mais grande, com calor para gerir |
| Controlo da velocidade durante a corrida | Não | Não | Não — para isso é necessário um VFD |
| Mais adequado para | Motores pequenos, alimentação rígida, carga tolerante | Motores maiores com arranque suave | Quando for necessário um limite de corrente, uma rampa suave ou uma paragem suave |
Responda às quatro perguntas por ordem:
Seja qual for o método escolhido, o dispositivo de proteção tem de ser regulado em função da corrente de arranque, e não da corrente de funcionamento. Um MCCB com um limiar de disparo instantâneo regulado num valor demasiado baixo disparará em cada arranque; se for regulado num valor demasiado alto, deixará de proteger o cabo. Trata-se de uma questão relacionada com a regulação da unidade de disparo, que é abordada em pormenor no nosso guia sobre Regulações da unidade de disparo do MCCB (Ir, Isd, Ii, Ig).
Os contactores também têm de ser selecionados de acordo com as condições de funcionamento. Arranques e paragens frequentes — e, em particular, a comutação estrela-triângulo — constituem condições de funcionamento mais exigentes do que simplesmente manter um motor ligado ao circuito. Se estiver a colocar em funcionamento ou a resolver problemas num arrancador, o nosso Guia de resolução de problemas de contactores CA abrange os modos de falha que ocorrem com maior frequência. No caso de motores de maior dimensão, o SMO-K 80–95 A e SMO-K 115–150 A os intervalos abrangem a extremidade superior.
Não existe um limiar universal em kW — o limite é determinado pela capacidade da rede elétrica de absorver o pico de corrente inicial e pela tolerância da carga ao binário máximo. A título de orientação geral, muitas instalações utilizam o arranque direto (DOL) até 5–7,5 kW como prática habitual, e em potências superiores quando a rede elétrica é robusta e a carga tem um arranque suave.
Tanto o binário como a corrente variam aproximadamente com o quadrado da tensão aplicada. Numa ligação em estrela, cada enrolamento recebe 1/√3 da tensão de linha, pelo que ambos diminuem para cerca de um terço do valor de arranque direto (DOL). É precisamente por isso que a ligação estrela-triângulo só funciona com cargas de arranque leve.
Normalmente sim, e elimina a necessidade de um cabo de seis condutores e a transição em aberto. As desvantagens são um custo de capital mais elevado, o aquecimento do painel e a necessidade de confirmar que a carga não requer controlo de velocidade durante o funcionamento.
A maioria das instalações utiliza um. Assim que o motor atinge a velocidade nominal, o contactor desliga os tiristores, eliminando a dissipação de calor destes durante o funcionamento normal e prolongando a sua vida útil.
Sim. Os ajustes instantâneos e de curta duração do disjuntor devem ser superiores à corrente de arranque, para evitar disparos indesejados, enquanto a proteção de longa duração continua a ter de proteger o cabo. Uma corrente de arranque mais baixa facilita esse equilíbrio.
A questão decisiva quase nunca é “qual é o mais barato” — é “qual deles conseguirá, de facto, pôr esta carga a funcionar com esta fonte de alimentação”. Responda primeiro às questões relativas ao binário e à corrente de arranque, e a questão do custo resolve-se normalmente por si só.
Está a construir arrancadores de motor e precisa de contactores e de proteções adequados ao serviço? Envie-nos os parâmetros do motor e o método de arranque. Contacte a nossa equipa de engenharia e iremos confirmar a combinação correta de contactor e disjuntor MCCB.
