WIN-SOFT STARTER. Software de simulação e especificação para soft starters SIRIUS 3RW. Win-Soft Starter Versão 1. - PDF
WIN-SOFT STARTER. Software de simulação e especificação para soft starters SIRIUS 3RW. Win-Soft Starter Versão 1.
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Sérgio João Victor Amado Alvarenga
1 WIN-SOFT STARTER Software de simulação e especificação para soft starters SIRIUS 3RW Versão: 1.1-BR Edição: 08/ Agosto 2011 Página 1
2 Conteúdo 1. Introdução Soft Starters SIRIUS 3RW Princípio básico de operação de um motor assíncrono trifásico e modo de operação com soft starters Motor assíncrono trifásico Modo de operação das soft starters Aplicações Comparativo de equipamentos Soft starters SIRIUS 3RW Seleção e simulação de soft starters através do software Win-Soft Starter Instruções de utilização Win-Soft Starter Acesso e instalação Utilização Ajustes de opções e idiomas Criando um novo projeto Dados de rede Selecionando o motor Selecionando a carga (aplicação) Selecionando os requisitos das soft starters Parâmetros para simulação Simulação e otimização de parâmetros Seleção da soft starter Ficha de coleta de dados para uso com o software Win-Soft Starter Anotações gerais Siemens Ltda 2011 Todos os direitos reservados. As informações aqui contidas correspondem ao estado atual da técnica, e estão sujeitas a alterações. Agosto 2011 Página 2
3 1. Introdução O programa de seleção e simulação Win-Soft Starter proporciona a melhor forma de especificarmos uma soft starter SIRIUS. Com ele, podemos verificar através de curvas e dados como ficará sua aplicação utilizando uma soft stater SIRIUS, mesmo em condições extremas de partida, como alta inércia de partida ou uma alta frequência de manobras. O programa de seleção e simulação Win-Soft Starter irá lhe ajudar a encontrar a melhor soft starter para sua aplicação, dentro de nossa família de soluções: - SIRIUS 3RW30 aplicações simples, que não requerem alta funcionalidade, até 55 kw (380 VCA) - SIRIUS 3RW40 aplicações básicas, até 220 kw (380VCA); - SIRIUS 3RW44 aplicações que exigem alta funcionalidade, 1000 kw (380 VCA) Novas características na nova versão V3.0 - Saída gráfica durante a simulação de corrente, tensão e conjugado - Novos idiomas - Novo visual e interfaces - Relatório de simulação em arquivo PDF - Banco de dados de motores Siemens ABNT e IEC Atenção: O software Win-Soft Starter é uma ferramenta de análise da aplicação de maneira prática. O resultado fornecido deverá ser avaliado pelo usuário. A Siemens não se responsabiliza por perdas ou danos decorrentes de aplicações indevidas do software em questão. Agosto 2011 Página 3
4 2. Soft Starters SIRIUS 3RW 2.1 Princípio básico de operação de um motor assíncrono trifásico e modo de operação com soft starters Para maiores detalhes sobre os modos de operação das soft starters SIRIUS 3RW, consulte os manuais correspondentes Motor assíncrono trifásico Aplicações de motores assíncronos trifásicos Graças a sua robustez, operação simples e baixa manutenção, os motores assíncronos trifásicos são usados em larga escala nas mais diversas aplicações. Problema Se acionado de forma direta, o comportamento típico da corrente e do torque destes motores pode ocasionar distúrbios na rede de fornecimento e a máquina durante sua partida. Corrente de partida Motores assíncronos trifásicos possuem uma corrente de partida direta elevada (Ip). Conforme a versão do motor, esta corrente pode estar entre 3 e 15 vezes a corrente nominal do motor (In). Como valores típicos, podemos adotar 7 ou 8 vezes a corrente nominal do motor. Desvantagem Sobrecarga da rede de alimentação. Isto significa que a rede de alimentação deve estar dimensionada para esta maior capacidade durante a partida do motor. Figura 1 - Comportamento típico de corrente de partida de um motor assíncrono trifásico Torque de partida O torque de partida e o torque máximo normalmente podem ser considerados 2 a 4 vezes o torque nominal. Para a máquina a ser acionada isto significa que as forças de partida e de aceleração que ocorrem em relação à operação nominal, causam uma sobrecarga mecânica sobre a máquina e ao material a ser transportado. Desvantagens a parte mecânica da máquina é submetida a um maior esforço os custos devido ao desgaste e manutenção aumentam na aplicação Agosto 2011 Página 4
5 Figura 2: Comportamento típico do torque de partida Solução Com a soft starter SIRIUS 3RW, o comportamento da corrente e do torque na partida podem ser adequados aos requisitos da aplicação Modo de operação das soft starters Através do controle do ângulo de fase, o valor eficaz da tensão do motor é aumentado a partir de uma tensão inicial ajustável ou um torque inicial também ajustável através de diferentes procedimentos de controle sobre a tensão nominal do motor, dentro de um tempo de partida ajustável. Figura 3: Controle por ângulo de fase A corrente do motor mantém-se proporcional à tensão aplicada no motor. Com isto, a corrente de partida é reduzida pelo fator da tensão aplicada no motor. O torque mantém-se ao quadrado da tensão aplicada no motor. Com isto, o torque de partida é reduzido de forma quadrática à tensão aplicada no motor. Figura 4: Características típicas de corrente e torque no uso com soft starters Quando a tensão de partida for, por exemplo, 50% da tensão nominal Ue, teremos os seguintes valores da corrente e do torque de partida em relação a uma partida direta: Agosto 2011 Página 5
6 Corrente de partida aproximada em 50%. Torque de partida aproximado em 25% Exemplo Os gráficos a seguir representam o comportamento da corrente de partida e do torque de partida de um motor assíncrono trifásico em ligação com uma soft starter: Figura 5: Comportamento da corrente reduzida do motor assíncrono trifásico na partida com soft starters Figura 6: Comportamento de torque reduzido do motor assíncrono trifásico na partida com soft starters Agosto 2011 Página 6
7 Win-Soft Starter Versão 1.0 A tensão de partida não deve ser ajustada muito baixa, devido à relação quadrática entre ela e o torque. Para que um motor alcance sua velocidade nominal, o torque do motor deve ser maior que o torque exigido pela carga durante todo o processo de aceleração, caso contrário não se alcança o ponto de trabalho na rotação nominal do motor. A diferença entre o torque do motor e o torque da carga é chamada de torque de aceleração (Maceler) o qual é responsável pelo aumento da velocidade do motor e onde sempre deverá ser maior que zero. Quanto menor o torque de aceleração, maior o tempo para o motor alcançar a velocidade nominal. Figura 7: Torque do motor/carga e rampa de partida típica de elevação de tensão durante a partida com soft starters. Sistema de bypass Após a aceleração do motor os tiristores encontram-se totalmente em estado de condução, e assim a tensão de rede é entregue 100% aos bornes do motor. Uma vez que durante a operação não há necessidade de ajuste da tensão do motor, os tiristores são operados em paralelo através de contatos de bypass instalados internamente. Assim, durante a operação nominal, temos uma redução drástica da potência dissipada de até 92%, reduzindo assim o calor gerado. Como resultado também poderá ser reduzido o aquecimento interno do painel onde está instalado. Figura 8: : Estrutura interna de uma soft starter com controle em 2 e 3 fases, respectivamente. 2.2 Aplicações Abaixo são exibidos alguns exemplos de aplicações relacionadas aos tipos de partida e suas típicas classes de disparo assim como com os modelos de chaves disponíveis. Agosto 2011 Página 7
8 2.3 Comparativo de equipamentos Soft starters SIRIUS 3RW Abaixo temos algumas características de nossas soft starters SIRIUS. Agosto 2011 Página 8
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10 Win-Soft Starter Versão Seleção e simulação de soft starters através do software Win-Soft Starter Com este software podem ser simuladas e selecionadas todas as soft starters SIRIUS 3RW considerando diversos parâmetros como condições de rede, dados do motor, dados de carga, requisitos especiais de aplicação etc. O software é um recurso auxiliar importante, que torna supérfluos cálculos manuais complexos e dispendiosos para a determinação da soft starter adequada. Selecionando a aplicação Projeto Rede Motor Carga Requisitos da soft starter Selecionando a Soft Starter Simulação dos parâmetros com ajustes do usuário Seleção do tipo de soft starter e simulação com ajustes padrões Não Parâmetros padrões de ajustes estão adequados? Documentação Relatório de Simulação Figura 9: Estrutura do programa Win-Soft Starter Agosto 2011 Página 10
11 3. Instruções de utilização Win-Soft Starter 3.1 Acesso e instalação Acesso e download O software está disponível para download na internet conforme caminho descrito abaixo: 1. Acesse o site da linha SIRIUS: 2. Clique em Soft Starters 3. Clique em Win-Soft starter 4. Clique no link e faça o download: Instalação Após realizar o download, siga os procedimentos abaixo: 1. Descompacte o arquivo. 2. Clique no arquivo start. 3. Após clicar, serão exibidas as condições de licença do software. Somente será permitida sua utilização após aceitar as condições expostas. Nesta etapa, selecione sempre a primeira opção colocada. 4. Defina um diretório para instalação e clique em OK. 5. Cliquem em sim para permitir atualizações. 6. Pronto! Basta clicar no ícone Win-Soft Starter em seu desktop. 3.2 Utilização Ajustes de opções e idiomas Após iniciar o software, clique em Opções no canto superior esquerdo. Nesta tela, você poderá selecionar: - Idiomas - Forma de atualização * As alterações serão realizadas apenas após a nova inicialização do software. Agosto 2011 Página 11
12 3.2.2 Criando um novo projeto Neste módulo serão fornecidas informações gerais sobre o projeto. Estas especificações serão armazenadas no banco de dados e utilizadas na documentação a ser gerada. Procurar um projeto Campos em negrito são utilizados para busca de projetos. Estes campos atuam como filtros dentro da lista. Após a busca, aparecerá seu projeto selecionado logo abaixo. Escolher projeto Você pode selecionar um projeto quando clicar em uma entrada na lista de projetos ou acionar a tecla ENTER. O projeto correspondente será então mostrado. Se você tentar sobre escrever o projeto, a seleção é cancelada. Entrar novo projeto Com um clique no botão NOVO você poderá adicionar um novo projeto ao seu banco de dados, e todos os campos estarão abertos à entrada. O botão ASSUMIR salva o projeto. Os campos em vermelho são obrigatórios. Você poderá criar um projeto totalmente em branco ou a partir de uma cópia de outros projetos. Alterar projeto Através do botão EDITAR, você poderá editar os dados do projeto selecionado. Clicando em ASSUMIR você confirma seus novos dados inseridos e CANCELAR você cancela a entrada de dados. Apagar projeto Agosto 2011 Página 12
13 O botão APAGAR apaga o projeto atual escolhido. Gravar projeto No início de cada simulação o projeto é gravado. Assim, todos os dados selecionados e os valores dos parâmetros programados serão salvos, estando novamente disponíveis no futuro. Importar e exportar projeto Projetos importados/realizados podem ser lidos de outros arquivos de dados através do menu Importar o projeto, e através de Exportar o Projeto, o projeto selecionado poderá ser armazenado em um arquivo de dados para envio por , por exemplo Dados de rede Nesta tela você pode especificar a frequência e tensão de sua rede. Exemplo Vamos selecionar uma rede em 380V / 60 Hz Selecionando o motor Aqui você poderá selecionar o motor, para o qual sua soft starter deverá ser dimensionada. Você tem a possibilidade de entrar ou com um motor pré-definido escolhido na lista de motores Siemens, ou com um motor próprio, editando dados ou entrando com dados novos. Agosto 2011 Página 13
14 Buscar um motor Os campos em negrito são campos de busca. Estes campos atuam como filtro na lista de motores. Com a tecla Tab você pode se mover entre os campos, e pressionando a tecla Enter o filtro será utilizado e aparecerá na lista apenas o motor correspondente. Na lista de motores apresentada, temos as opções para motores IEC e motores ABNT. Os motores ABNT são indicados na coluna Fabricante como SIEMENS-BR. Criar um novo motor Com um clique no botão ADICIONAR, você poderá adicionar um novo motor, e todos os campos estarão abertos à entrada de dados. Você poderá escolher campos em vazio ou utilizar os dados de algum outro motor. Veja abaixo: Alterar o motor Com o botão EDITAR você poderá modificar os dados do motor selecionado. Somente motores adicionados para os projetos criados poderão ser modificados. Apagar um motor O botão APAGAR deleta o motor atual escolhido. Agosto 2011 Página 14
15 Exemplo Seguindo com nosso exemplo, vamos selecionar o seguinte motor: 380 V / 60 Hz / 4 pólos / 110 kw. Modelo Siemens definido 1LG4288-4EA-9* Selecionando a carga (aplicação) Nesta tela você irá especificar a carga para o qual a soft starter deverá ser dimensionada. Você tem a possibilidade de entrar ou com uma carga pré-definida escolhida ou com uma carga própria (dados reais da aplicação/carga), alterando os dados existentes ou criando uma nova carga. Está integrado um editor gráfico, com o qual a curva característica da carga pode ser modelada ponto a ponto, utilizando apenas o mouse. Buscar uma carga Os campos em negrito são de busca, atuando como filtros. Propor uma nova carga Clique no botão SUGERIR CARGA para adicionar, de forma automática, uma carga baseando-se nos dados do motor previamente selecionado. Estes dados poderão ser alterados a qualquer momento. Clique em ASSUMIR para adicionar a carga ao banco de dados. Entrar com uma nova carga Com um clique no botão ADICIONAR você poderá entrar com uma nova carga, onde todos os campos estarão abertos a entrada de dados. Calculando o momento de inércia da carga referida ao eixo do motor Clicando em MOMENTO DE INÉRCIA você tem a opção de calcular o valor aproximado do momento de inércia de uma carga, baseado no tipo de carga, ou nos tempos de partida estrela-triângulo ou partida direta, Agosto 2011 Página 15
16 respectivamente. Você precisará entrar com a potência do motor, rotação do motor e da carga. Após estas entradas, o momento de inércia aproximado é calculado. Este valor pode ser transferido aos dados de carga clicando em OK. Os valores utilizados de rotação e potência devem corresponder com os dados atuais inseridos. Obs.: Este método de cálculo de momento de inércia deve ser utilizado quando não temos o valor real da carga. Suporte ao cálculo da carga Apesar do auxílio do software com os cálculos da carga, sempre existirá maior exatidão com a inserção dos dados reais da máquina a ser acionada. Dependendo das características físicas de cada carga, diferentes performances de partida poderão ocorrer. v Potência nominal: A potência nominal da carga define a potência a ser fornecida a ela durante o regime nominal. Esta potência não deverá ser superior a do motor, o que poderia causar um aquecimento não permitido do motor (o software calcula este valor de forma automática se você já inseriu, primeiramente, o valor do torque nominal). v Rotação nominal: Define a velocidade na qual a potência nominal da carga é alcançada. v Rendimento da transmissão: Fator de eficiência da máquina definida por suas perdas. Como exemplo temos as perdas devido a fricção entre rolamentos e engrenagens. Valores típicos podem ser consultados na tabela abaixo. v Torque nominal: Define o valor o qual a carga demanda do motor durante o regime nominal de operação (o software calcula este valor de forma automática se você já inseriu, primeiramente, o valor da potência nominal). v Momento de inércia (J): A inércia da carga é uma característica determinante para o regime de partida (duração). Um alto valor de momento de inércia significa um procedimento de partida mais longo e consequentemente uma chave de partida maior e até uma melhor e mais apropriada fonte de alimentação. O software sugere um valor típico para a carga selecionada. Atenção: Os valores típicos calculados são apenas valores aproximados! O valor real da aplicação pode diferir deste valor. v Quando substituímos uma partida direta ou estrela-triângulo existente o tempo de partida destas pode ser usado para o cálculo do momento de inércia aproximado. Exemplo abaixo para substituição de uma partida estrela-triângulo: Agosto 2011 Página 16
17 Alguns fabricantes de máquinas indicam o momento de arranque (GD 2 ) e não o momento de inércia (J). O valor do momento de inércia (J) pode ser determinado pela seguinte fórmula (em kgf.m 2 ou kgm 2 ). = 4 Exemplo Seguindo com nosso exemplo, vamos agora selecionar a carga. 1. Como não temos todos os dados reais da aplicação, vamos sugerir uma carga, clicando apenas no botão SUGERIR CARGA. 2. Com os dados obtidos, preenchemos os dados de fabricante e designação, e selecionaremos a curva de carga para uma bomba hidráulica. Caso tenha a curva real, você poderá alterar os valores ponto-a-ponto ou clicando apenas no gráfico para edição gráfica. 3. Não foi informado o valor real, porém podemos calcular o momento de inércia clicando no botão MOMENTO DE INÉRCIA. 4. Sabemos que a soft starter irá substituir uma partida estrela-triângulo, onde temos hoje um tempo de partida de 5 segundos. 5. Entramos então com a potência do motor (110 kw), rotação do motor e da carga (ambos 1789 rpm), e o tempo de partida estrela-triângulo. Clique em CALCULAR e depois OK para transferir o dado. Agosto 2011 Página 17
18 Figura 10: Editor gráfico da curva de torque da carga Selecionando os requisitos das soft starters Nesta tela você pode especificar os seus requisitos para uma soft starter, dentro de 4 grupos: Condição ambiente Condições de montagem/instalação Funcionalidades especiais Modos de operação Na parte inferior, á esquerda da tela, existe um Semáforo o qual indica o respectivo estado das especificações, sendo: encontrar Vermelho : Favor reduzir os seus requisitos! Amarelo: Você especificou adequadamente a sua utilização! Verde: Você pode melhorar ainda mais sua especificação! Enquanto o Semáforo estiver vermelho, não se pode iniciar a simulação. Agosto 2011 Página 18
19 Condição ambiente Aqui será definida a temperatura ambiente ao redor do soft starter no local da instalação (p.ex. dentro de um painel). A definição sobre a altura de montagem/instalação (altitude) também é possível. Condições de montagem/instalação Para determinadas famílias de soft starter é importante saber se o aparelho será montado lado a lado ou na horizontal. Além disso deve ser informado se o aparelho irá operar na conexão no triângulo (dentro do delta do motor) ou na conexão direta (ligação direta da rede aos terminais do motor). A escolha de uma conexão no triângulo poderá reduzir a dimensão e o custo do equipamento. Funções do aparelho Tipos de partida: - Controle de torque: O Soft starter 3RW44 inclui um novo método de partida chamada de controle de torque. Este método é diferente do utilizado nos 3RW30 e 3RW40, sendo o método utilizado nestes o controle de tensão. Se o controle de torque não for selecionado no 3RW44, será utilizado o controle de tensão. - Impulso de partida: Algumas aplicações, como as que possuem cargas inversas (curva característica), como por exemplo misturadores e moinhos, possuem uma alta inércia de partida. Para amenizarmos os efeitos desta inércia, podemos utilizar a função impulso de partida, para facilitar a partida do motor. - Limite de corrente: Usado em muitas aplicações com condições de partida severas, com longos tempos de partida (alta inércia). Esta função pode ajudar a proteger a rede de alimentação. Tipos de parada: - Parada de bombas/suave: É utilizada quando necessitamos parar suave o motor, devido a cargas como bombas e esteiras de transporte. Agosto 2011 Página 19
20 - Frenagem CC: É utilizado em aplicações que requerem uma parada rápida. Este tipo de parada é aplicado em cargas com baixo momento de inércia (< 10 x Jmotor). Para esta função, um contator de frenagem é solicitado. Consulte o manual do equipamento para maiores detalhes. Funções adicionais - Sobrecarga do motor: Proteção térmica do motor. Esta função é exibida junto ao relatório de simulação, onde você encontrará a classe ajustada para o soft starter. - Termistor: Pode ser utilizado se caso exista termistor no motor. - Proteção intrínseca da soft starter: Protege a soft starter contra sobrecarga interna. - Aquecimento do motor: Pode ser utilizada para evitarmos condensação interna do motor devido umidade. Consulte o manual do equipamento para maiores detalhes. Modo de Operação O modo de operação será definido pela especificação da frequência de partida e da duração de seu funcionamento ou através da especificação dos tempos de operação e de pausa. As grandezas individuais são definidas a seguir: Frequência de partidas (por unidade de tempo) e duração de funcionamento/on-time (em %) o Frequência de partidas = 1 / (tempo de operação [h] + tempo de pausa [h]) o Faixa de valores: /h assim como /d o Valor padrão: 6/h o Tempo de funcionamento [%] = tempo de operação / (tempo de operação + tempo de pausa) o Faixa de valores: % o Valor padrão: 30 % Tempo de operação (tempo em que flui a corrente) e Tempo de pausa (tempo sem corrente) o Tempo de operação = tempo de funcionamento [%/100] / Frequência de partidas o Faixa de valores: pelo menos 1 s o Valor padrão: 3 min (calculado) o Tempo de pausa = (1 - tempo de funcionamento [%/100]) / Frequência de partidas o Faixa de valores: pelo menos 1 s o Valor padrão: 7 min (calculado) Exemplo Seguindo com nosso exemplo, vamos agora selecionar alguns requisitos para nossa chave: 1. Temperatura máxima ambiente ao redor do equipamento (dentro do painel): 40 C 2. Funções desejadas: Parada suave, Proteção de sobrecarga do motor 3. Modo de operação: 3 partidas/hora, com tempo de funcionamento de 50% Parâmetros para simulação Aqui você poderá selecionar individualmente os parâmetros a serem utilizados durante a simulação. Após inserção de todos os dados, você poderá iniciar a simulação clicando em AVANÇAR. Após seu término, os resultados serão exibidos, podendo ter sido dimensionado até 3 modelos diferentes. Naturalmente, pode também acontecer o caso de não ser dimensionado um modelo. Você pode acessar os detalhes do resultado nos links rápidos à esquerda ou através dos botões da família correspondente de soft starter. Levando em conta os resultados detalhados você poderá realizar uma otimização nas regulagens dos parâmetros de operação do soft starter. Agosto 2011 Página 20
21 Figura 11 - Seleção individual dos parâmetros Exemplo Seguindo com nosso exemplo, vamos agora selecionar alguns requisitos para nossa chave: 1. Tensão inicial: 40% 2. Tempo de partida: 15 segundos 3. Tempo de parada: 10 segundos 4. Clique em Avançar Simulação e otimização de parâmetros Durante a simulação, será exibida uma simulação segundo a segundo. Acesse nosso site para exemplo. Agosto 2011 Página 21
22 Realizada a simulação, e quando encontrado o modelo adequado, será exibida a tela exemplo abaixo. Caso não seja encontrado um modelo, os valores inseridos até o momento precisarão ser revistos. Ao clicar em uma das famílias, você poderá obter dados adicionais sobre os resultados da simulação. Você poderá também otimizar os ajustes das soft starters Agosto 2011 Página 22
23 Entendendo a tela de resultado: 1. Ajustes dos parâmetros 2. Clique aqui para uma nova simulação após os novos ajustes de parâmetros 3. Variáveis que podem ser exibidas: torque, rotação, corrente e tensão. Esses diagramas são considerados no tempo. De acordo com a seleção você poderá indicar diferentes gráficos. As linhas pontilhadas referem-se a uma partida direta, enquanto a linha contínua representa uma partida com soft starter. 4. Selecione o gráfico que deseja visualizar: curvas em função do tempo e/ou da rotação Seleção da soft starter Quando estiver satisfeito com a simulação, você poderá proceder com a seleção do equipamento. Basta selecionar o modelo desejado. Ao clicar no modelo, você terá um resumo da soft starter desejada. Ao clicar no botão do modelo desejado, você terá acesso a um relatório completo de simulação, com dados e curvas da simulação. Nesta exemplo de tela, você tem: A opção de escolha do idioma do relatório Seleção das páginas do relatório (sempre 3 páginas disponíveis) Opção para inserção de texto livre no campo Cabeçalho Impressão do relatório Visualização e impressão em arquivo PDF Agosto 2011 Página 23