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Em instalações de produção industrial, o ponteiro do amperímetro de motores CA (especialmente motores assíncronos) frequentemente oscila bruscamente na partida, exibindo uma “corrente de pico” muito superior à corrente nominal. A corrente de partida de alguns motores de pequeno e médio porte pode atingir de 5 a 7 vezes o valor nominal, e a de grandes motores de alta tensão é ainda maior. Esse fenômeno não só causa transtornos aos operadores e pessoal de manutenção dos equipamentos, como também representa um risco potencial à segurança. Para responder a essa questão, precisamos partir do princípio de funcionamento dos motores CA e analisar os danos e as medidas corretivas em conjunto com as condições reais de trabalho.
1. Principais causas de corrente de partida excessiva
As características de partida dos motores assíncronos de corrente alternada estão intimamente relacionadas ao “campo magnético rotativo” e à “razão de escorregamento”. Quando o motor está parado, a velocidade do rotor é 0 e a razão de escorregamento s = 1 (razão de escorregamento s = (velocidade síncrona – velocidade do rotor)/velocidade síncrona). Nesse momento, a velocidade na qual o condutor do rotor corta o campo magnético rotativo atinge o valor máximo, e a força eletromotriz induzida no rotor e a corrente induzida também atingem o máximo correspondentemente. De acordo com o princípio da indução eletromagnética, o campo magnético gerado pela corrente do rotor interage com o campo magnético do estator. Para manter o equilíbrio do campo magnético, o estator aumenta automaticamente a corrente para compensar a influência do campo magnético do rotor, resultando em um aumento acentuado na corrente de partida do estator.
Do ponto de vista do circuito, a impedância equivalente extremamente baixa do motor na partida é outro fator crucial. No estado estático, o enrolamento do estator do motor pode ser considerado um circuito em série de “resistência + reatância de dispersão”. Nesse momento, a reatância indutiva do enrolamento está no valor mínimo, pois o rotor não gira, e a própria resistência é pequena. De acordo com a lei de Ohm (I = U/Z), sob a tensão nominal, a diminuição da impedância Z leva diretamente a um aumento significativo da corrente I. Além disso, as barras do rotor dos motores assíncronos de gaiola são feitas de alumínio fundido ou cobre, e a resistência do circuito do rotor é pequena na partida, o que agrava ainda mais o efeito de amplificação de corrente.
2. Principais malefícios da alta corrente de partida
Correntes de partida excessivas impactam negativamente a rede elétrica, o próprio motor e os equipamentos relacionados. Na rede elétrica, o pico de corrente de curta duração causa uma queda instantânea na tensão, o que pode provocar o funcionamento anormal de outros equipamentos na mesma rede (como instrumentos de precisão e sistemas de controle PLC), podendo até mesmo causar desligamentos e falhas de energia. No motor, a corrente excessiva submete o enrolamento do estator a uma enorme força elétrica. Partidas frequentes e prolongadas podem levar ao envelhecimento e danos na camada isolante do enrolamento, causando curto-circuito entre as espiras. Além disso, o calor Joule gerado pela corrente causa um aumento acentuado na temperatura do enrolamento, reduzindo a vida útil do motor.
Na produção industrial, o pico de corrente na partida também pode afetar a estabilidade do sistema mecânico. A flutuação do torque de partida, correspondente à alta corrente, fará com que a conexão entre o motor e a carga (como ventiladores, bombas d'água e transportadores) sofra impactos, levando a falhas mecânicas como acoplamentos frouxos e desgaste de engrenagens, além de aumentar os custos de manutenção do equipamento. Em ambientes inflamáveis e explosivos (como na indústria química e em minas de carvão), a corrente de partida pode causar faíscas elétricas, representando um risco à segurança.
3. Estratégias eficazes de supressão em cenários industriais
De acordo com os diferentes níveis de potência e requisitos de condições de operação, os métodos de supressão mais comuns na indústria podem ser divididos em duas categorias: “partida com redução de tensão” e “partida suave”. Para motores assíncronos de pequeno e médio porte (geralmente abaixo de 55 kW), a partida com redução de tensão é uma opção econômica e prática. A ideia principal é reduzir a tensão do estator na partida para diminuir a corrente de partida. Os métodos comuns incluem a partida estrela-triângulo (Y-Δ), a partida com redução de tensão por autotransformador e a partida com redução de tensão por reator. Dentre eles, a partida estrela-triângulo é a mais utilizada. Durante a partida, o enrolamento do estator é conectado em forma de estrela, de modo que a tensão de cada fase caia para 1/√3 do valor nominal, e a corrente de partida seja então reduzida para 1/3 da corrente de partida direta. Após o aumento da velocidade do motor, a conexão é alterada para triângulo para restaurar a tensão nominal de operação.
Para motores de grande porte (acima de 100 kW) ou em cenários com alta exigência de partida suave (como elevadores e máquinas-ferramenta de precisão), os soft starters e conversores de frequência são as melhores soluções. O soft starter utiliza o controle de fase de retificadores controlados de silício (SCR) para fazer com que a tensão do estator suba suavemente de um valor baixo para um valor alto. A corrente de partida pode ser controlada em 2 a 3 vezes o valor nominal, evitando picos e quedas bruscas de tensão. Ao mesmo tempo, possui funções de proteção contra sobrecorrente e sobrecarga, sendo adequado para diversas características de carga. O conversor de frequência controla a partida do motor alterando a frequência da rede elétrica. Durante a partida, a frequência aumenta gradualmente a partir de 0, e a velocidade aumenta suavemente e de forma síncrona. A corrente de partida pode ser limitada ao valor nominal, e o conversor de frequência também permite a regulação de velocidade, o que resolve dois problemas simultaneamente em cenários que exigem operação com velocidade variável (como a regulação de velocidade por conversão de frequência em ventiladores e a economia de energia).
Além disso, medidas auxiliares como “partida gradual” ou “partida com descarga de carga” podem ser adotadas para cargas específicas. Por exemplo, para equipamentos de carga pesada, como transportadores de correia, a carga é cortada por uma embreagem antes da partida e a carga é engatada depois que o motor atinge a velocidade nominal; para equipamentos de compressão, a válvula de bypass pode ser usada para aliviar a pressão do cilindro, reduzir a resistência de partida e, indiretamente, reduzir a corrente de partida.
Em conclusão, a corrente de partida excessiva dos motores CA é um fenômeno inerente determinado por suas características eletromagnéticas, mas seus malefícios podem ser controlados eficazmente por meio de métodos de partida científicos. Em cenários industriais, é necessário combinar fatores como potência do motor, características da carga e capacidade da rede elétrica para selecionar um esquema de supressão “econômico e aplicável” ou “preciso e controlável”, de modo a garantir a segurança do equipamento e melhorar a estabilidade da produção.
