Controladores POWERBOSS

Visão Técnica Geral

Motores Trifásicos de indução

Desde a sua invenção há mais de cem anos, os motores trifásicos de indução tornaram-se o equipamento mais comum nas instalações industriais. Devido a sua simplicidade construtiva, baixo custo, confiabilidade e alta eficiência, certamente permanecerão sendo a principal fonte de energia mecânica.

O maior problema dos motores elétricos é a sua inabilidade de ajustar o torque do motor ao da carga durante as altas correntes de partida e em uso normal. Durante sua partida os motores elétricos produzem 150 e 200% de seu torque nominal, até acelerarem sua carga à velocidade de trabalho em uma fração de segundo, o que pode causar danos ao mecanismo acoplado à ele. Ao mesmo tempo pode consumir entre 8 a 10 vezes a sua corrente nominal, causando problemas de instabilidade à rede elétrica.

Quando um motor está operando sob baixa carga por longos períodos, sua eficiência cai drasticamente devido ao alto fluxo magnético de seus enrolamentos em relação ao torque particular necessário para manter esta baixa carga. Com uma voltagem constante aplicada aos seus terminais este alto fluxo magnético é responsável por perdas energéticas entre 30% e 50%.

Soft Start & Soft Stop

O Powerboss apresenta uma seleção de tempos de rampa de aceleração e de desaceleração, fazendo com que seja possível controlar-se as correntes de partida e de desligamento sem gerar as distorções harmônicas comuns dos inversores. Existem inúmeros problemas relacionados com a partida e parada de motores elétricos – todos com implicações sérias serão minimizados pela utilização do Powerboss.

O Powerboss tem uma maneira sem igual de mudar a voltagem aplicada, assim reduzindo o impacto das perdas relacionadas como os motores elétricos de indução. Da mesma maneira que os dispositivos convencionais de soft start, o Powerboss utiliza tiristores para controlar de forma precisa a voltagem aplicada aos terminais dos motores. A principal característica dos tiristores é a de comutar-se rapidamente entre seu estado desligado-ligado, permanecendo ligado até que a corrente circulante por ele caia a zero, o que ocorre a cada meio ciclo da corrente alternada. Este ciclo é chamado de autocomutação.

A Tecnologia de controle

Controlando-se o ponto de disparo dos tiristores relativamente ao ponto de cruzamento pelo zero volt, o que ocorre a cada meio ciclo senoidal, é possível controlar-se a corrente que flui pelo tiristor. Quanto mais próximo estiver o ponto de disparo do tiristor do final do ciclo de meia senóide, menor será a passagem de corrente elétrica.De forma inversa, quanto mais próximo for o ponto de disparo do início do ciclo senoidal maior será a corrente elétrica.

Utilizando-se deste princípio, e conectando-se dois tiristores na configuração antiparalela a cada terminal do motor, o Powerboss pode ajustar continuamente a tensão presente nos terminais do motor, através de um preciso controle dos chaveamentos dos tiristores, desta maneira suprindo somente a energia necessária para deixar a carga mecânica girando na velocidade nominal do motor. Assim, através de um controle sobre o atraso no disparo dos tiristores, pode-se obter um controle muito flexível da voltagem aplicada ao motor elétrico, de forma gradual, até atingir-se a plena carga. Devido ao fato do torque ser proporcional ao quadrado da voltagem aplicada, proporciona-se uma partida suave sem solavancos para o motor e sua carga mecânica.

Otimização

Utilizando um poderoso microprocessador e um programa exclusivo gravado em sua memória, é possível de forma contínua e dinâmica controlar um motor elétrico. O controle da fase de disparo dos tiristores é utilizado para controlar a voltagem aplicada aos terminais do motor em resposta à variação de carga. Reduzindo a tensão aplicada ao motor elétrico com carga pequena e variável, é possível reduzir a saturação no núcleo magnético do mesmo, minimizando as perdas resistivas do enrolamento e melhorando-se a eficiência total do motor, tendo como resultado, economia de energia elétrica.

Qualquer variação de carga é automaticamente compensada, através de uma mudança de voltagem nos terminais de saída do Powerboss, satisfazendo em 1/120 s a nova situação de carga. Em razão do Powerboss ser um dispositivo constituído de inteligência própria, que avalia a necessidade particular de um motor elétrico, ele deve ser instalado de forma individual para cada motor. Ligar o Powerboss a mais de um motor é ineficaz.

Aplicações viáveis

O Powerboss pode ser instalado em qualquer motor de indução de rotor em curto circuito (gaiola de esquilo). Estes motores representam a vasta maioria dos motores em uso hoje no comércio e na indústria. O Powerboss pode ser instalado diretamente ou através de qualquer chave estrela-triângulo. Sua aceitabilidade e seus relevantes benefícios são determinados pelo ciclo de trabalho do motor. Embora motores utilizados em sua plena carga seja uma aplicação excelente para dispositivos soft-start, não se terá nenhuma otimização relativamente ao consumo de energia elétrica. A partir de 70% da carga de um motor já é possível se obter economia de energia elétrica, mas resultados expressivos somente são alcançados quando a carga é igual ou menor que 50%, pois é a partir deste ponto que a eficiência dos motores elétricos cai significativamente, e pode-se obter uma economia com o uso do Powerboss.

Na Inglaterra, o Departamento de Avaliação de Eficiência Elétrica constatou que tipicamente os motores elétricos trabalham à somente 50% de sua potência nominal. Em muitas situações os motores funcionam continuamente em baixas cargas em razão de sua capacidade de lidar com altas cargas que raramente acontecem. Isto se deve muitas vezes a flutuações de rede elétrica, margens de segurança dos fabricantes, disponibilidade de estoque de motores para uma carga específica.

Motores de Alta Eficiência

O Powerboss pode ser instalado em motores de alta eficiência, proporcionando-lhes um controle soberbo de partida e parada, além disso, também trazendo uma economia adicional de energia elétrica.

Motores de alta eficiência trazem uma redução nas perdas no ferro de seus núcleo, mas estas apesar de reduzidas sempre existem. Com motores de alta eficiência obtém-se uma melhor eficiência energética em plena carga se comparado ao modelo Standard. O Powerboss adiciona a esta baixa perda do núcleo um controle dinâmico da tensão aplicada ao motor quando sua carga muda.

Fator de Potência

É amplamente reconhecido que os motores de indução são os maiores geradores de energia reativa, assim produzindo fatores de potência significativamente baixos. Potência reativa é uma característica intrínseca dos componentes do motor de indução. Quando um motor é utilizado em sua carga plena, a mesma é mais resistiva do que reativa. Conseqüentemente se retirarmos a carga do motor teremos o inverso, isto é, sua carga será mais reativa do que resistiva, deteriorando o fator de potência.

Com a instalação do Powerboss o fator de potência é melhorado. Isto torna desnecessária a instalação de dispositivos individuais de correção de fator de potência. É importante lembrar que os motores elétricos não são os únicos responsáveis pela redução do fator de potência. Existem outras cargas indutivas, tais como equipamentos de solda elétrica, etc, que influenciam negativamente no fator de potência.

Eficiência do Motor

Quando trabalhando perto de sua plena carga, os motor elétricos trifásicos são relativamente eficientes, trabalhando tipicamente ao redor de 80% a 92%. Porém, como mostra o gráfico abaixo, a eficiência do motor cai dramaticamente na medida em que sua carga cai abaixo de 50%. De fato, poucos motores realmente são utilizados em sua carga plena. A vasta maioria opera em cargas menores devido ao seu superdimensionamento ou mesmo variações de carga natural.

Em aplicações onde a velocidade dos motores não precisa ser alterada, o programa embutido no Powerboss vai produzir uma notável economia em motores com carga leve.

Dispositivos de soft-start menos sofisticados permanecem fornecendo a tensão nominal ao motor, como se o mesmo estivesse diretamente conectado à rede elétrica. Entretanto, em cargas leves e à tensão nominal, os motores sempre trabalham com excesso de corrente de magnetização como mostra o gráfico abaixo. Detectando a carga a cada instante, e ajustando a voltagem aplicada aos terminais do motor, o Powerboss é capaz de economizar energia e diminuir as perdas de carga. Isto aumenta o fator de potência quando o motor trabalha sob pequena carga.

Devido ao fato do Powerboss “dimensionar eletricamente” o motor à sua carga a cada instante, pode-se dizer que o motor está trabalhando sempre a plena carga para a carga aplicada. Isto significa que quando o Powerbosss esta instalado, o motor está sempre trabalhando perto de 100% de sua eficiência.