Esse artigo mostra algumas particularidades de se alimentar motores elétricos através de transformadores.
Potência
O dimensionamento básico da potência de um transformador segue o princípio de que sua potência tem que ser igual ou maior que a potência da carga que será alimentada.
Quando a carga em questão é composta por um ou mais motores, algumas precauções devem ser tomadas.
- A potência do transformador deve ser superior ou igual à potência aparente do motor em VA (volt-ampéres). Muitas vezes é fornecida a potência mecânica do motor (normalmente em CV), que não leva em conta a eficiência nem o fator de potência do motor.
- Se o motor funcionar com partida direta, sem soft start nem inversor, a corrente de partida pode se elevar a várias vezes a corrente nominal, o que pode gerar problema caso a alimentação venha por um transformador.
Nesse documento iremos nos ater às considerações necessárias devidas à corrente de partida dos motores.
É importante lembrar que equipamento como ares-condicionados, compressores e bombas, entre outros, funcionam a partir de motores e assim sendo as precauções no dimensionamento do transformador devem ser consideradas.
Regulação do transformador
Os transformadores, assim como quaisquer outras fontes de energia, tem uma propriedade chamada regulação da tensão de saída.
A regulação da tensão de saída refere-se à capacidade do transformador de manter o valor da tensão de saída mesmo submetido a variações na carga. Um transformador ideal manteria a mesma tensão de saída independentemente da carga, desde que não ultrapassasse a potência nominal dele, mas transformadores reais não funcionam assim.
Devido às resistências e reatâncias internas das bobinas, assim como perdas no ferro, os transformadores tem a tendência de diminuir a tensão de saída na medida em que a carga aumenta.
Assim, se tivermos, por exemplo, um transformador 380V/220V de potência máxima 1000VA, mas colocarmos uma carga de 2000VA, uma sobrecarga de 100%, podemos acabar tendo uma tensão de saída de menos de 150V.
A imagem acima mostra um exemplo onde o mesmo transformador hipotético, com a mesma tensão de alimentação, gera tensões diferentes de acordo com a carga.
No caso de um transformador alimentando um motor, no momento em que o motor é energizado e a corrente de partida, que é significativamente maior que a nominal, começa a circular, a tensão de saída do transformador cai devido limitação de regulação. Quanto maior a corrente de partida, maior será a queda de tensão, o que em certos casos pode chegar a níveis críticos onde o rotor do motor não consegue girar devido à baixa tensão de alimentação podendo provocar a queima do motor e transformador.
Corrente de partida
Abaixo listamos as especificações de alguns motores de fabricantes nacionais.
| Fabricante | Modelo | Potência (HP) | Polos | Tensão (V) | In (A) | Ip/In |
| WEG | W22 IR3 Super Premium | 0,16 | 2 | 220 | 0,75 | 4,5 |
| WEG | W22 IR3 Super Premium | 0,16 | 8 | 220 | 1,08 | 2,8 |
| WEG | IR4 Super Premium | 60 | 2 | 440 | 69,8 | 9,5 |
| WEG | IR4 Super Premium | 60 | 6 | 440 | 75,5 | 7,9 |
| VOGES | VP Assíncrono | 10 | 2 | 380 | 14,7 | 8,5 |
| VOGES | VP Assíncrono | 10 | 6 | 380 | 17,5 | 6,3 |
| VOGES | VP Assíncrono | 60 | 2 | 380 | 79,4 | 8,0 |
| VOGES | VP Assíncrono | 60 | 6 | 380 | 86,4 | 7,0 |
| Hércules | H-Eco IEC – IP 55 | 0,25 | 2 | 220 | 1,0 | 4,2 |
| Hércules | H-Eco IEC – IP 55 | 0,25 | 4 | 220 | 1,4 | 3,3 |
| Hércules | H-Eco IEC – IP 55 | 5 | 2 | 220 | 13,2 | 8,8 |
| Hércules | H-Eco IEC – IP 55 | 5 | 4 | 220 | 17,5 | 6,0 |
| Potência (HP): Potência do motos em cavalos-vapor. Um HP equivale a aproximadamente 745W.Polos: Número de polos do motor. Esse valor é usado para calcular a velocidade do motor.Tensão (V): Tensão de linha (tensão entre fases) nominal em Volts de alimentação do motor.In(A): Corrente nominal por fase em Ampères.Ip/In: Relação entre a corrente de partida e a corrente nominal. Quanto maior essa relação, maior é a corrente nominal.Fontes:WEG – W22 Motor Elétrico Trifásico – Catálogo Técnico Mercado Brasileiro – 2017 – http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-w22-motor-trifasico-tecnico-mercado-brasil-50023622-catalogo-portugues-br.pdfVOGES MOTORES – Motores para bombas – http://www.voges.com.br/_arquivos/motores/motores_trifasicos_para%20_bombas.pdfHERCULES MOTORES ELÉTRICOS – Motores Trifásicos – http://www.herculesmotores.com.br/media-center/catalogos-e-manuais?pt | ||||||
Através da lista acima podemos verificar que existem motores com corrente de partida de aproximadamente 3 até 10 vezes a corrente nominal.
Dimensionamento – queda de tensão
Segundo a norma ABNT NBR 17904 o motor elétrico deve ser capaz de exercer sua função principal continuamente com tensão de alimentação entre ±5% do valor nominal. Ele também deve exercer sua função principal, mas não continuamente, com tensão de alimentação entre ±10% do valor nominal.
Uma estratégia para definir a potência do transformador seria garantir a partida do motor de acordo com a norma ABNT NBR 17904, especificando um transformador cuja tensão de secundário não seja menor que 10% do valor nominal da tensão do motor mesmo considerando a corrente de partida.
Para calcularmos a queda de tensão no secundário do transformador, usamos a seguinte relação:
Um motor pode partir com tensão menor que 90% da nominal (autotransformadores de partida normalmente tem TAPS em 50%, 65% e 80%), porém cada caso deve ser avaliado em relação ao modelo do motor, tipo de carga mecânica e número de partidas por hora.
| Exemplo 60HP | Pegando como exemplo um motor WEG W22 IR4 Super Premium 60 HP (45kVA) II polos 440V alimentado por uma rede de 220V através de um autotransformador trifásico 220V/440V. Temos uma Ip=663,1A, consideraremos um autotransformador com impedância de 6% e uma queda máxima de tensão de 10%.  Se a corrente nominal de secundário do transformador é de 397,86A, precisamos de uma potência de: Assim, um autotransformador de impedância 6% teria uma potência nominal de 6,7 vezes a potência do motor para garantir uma partir com tensão não menor que 10% da tensão nominal. |
| Exemplo 10HP | Pegando como exemplo um motor VOGES VP Assíncrono 2 polos 10HP (7,5kVA) 380V alimentado por uma rede de 220V através de um autotransformador trifásico 220V/380V. Temos uma Ip=125A, consideraremos uma autotransformador com impedância de 6% e uma queda máxima de tensão de 10%.  Se a corrente nominal de secundário do transformador é de 75A, precisamos de uma potência de: Assim, um autotransformador de impedância 6% teria uma potência nominal de 6,6 vezes a potência do motor para garantir uma partir com tensão não menor que 10% da tensão nominal. |
Os cálculos acima permitem selecionar um transformador cuja queda de tensão quando submetido à corrente de partida do motor será menor que o máximo de queda especificado em norma para partir o motor. Porém é importante notar que durante a partida do motor o transformador irá funcionar com uma corrente maior que a sua corrente nominal e isso pode causar um sobreaquecimento principalmente em situações onde há várias partidas em curtos espaços de tempo. Podem se fazer necessárias medidas adicionais para a refrigeração do transformador.
Dimensionamento – aquecimento
Pelos cálculos feitos anteriormente notamos que ao dimensionar um transformador para suprir a corrente de partida de um motor com queda de tensão não maior que 10% obtemos um transformador com potência bastante elevada. Nos dois casos calculados temos 6,6 e 6,7 vezes a potência nominal, e a maior parte dessa capacidade ficará ociosa assim que o motor sair da partida e entrar em regime permanente.
A maioria dos motores consegue partir com uma tensão menor que 90% da tensão declarada. Autotransformadores de partida, por exemplo, usam tensões de 50%, 65% e 80% normalmente. Por isso é possível utilizar transformadores que durante a partida do motor entreguem uma tensão menor que 90% da tensão declarada e ainda assim obter um desempenho satisfatório. O dimensionamento do transformador nesse caso vai depender de:
- Potência do motor e corrente de partida do motor: A potência do transformador deve ser maior que a potência do motor. Quanto maior a corrente de partida, maior o transformador.
- Quantidade de partidas por hora: Como a partida irá colocar o transformador em sobrecarga, haverá um aquecimento adicional a cada partida. Se houverem muitas partidas seguidas o transformador não terá tempo de resfriar e poderá sofrer danos.
- Refrigeração do transformador: Uma refrigeração adequada pode ajudar a aliviar o aquecimento adicional causado pela partida do motor.
- Carga mecânica do motor durante a partida: Se o motor partir com uma carga mecânica elevada, a corrente de partida é maior.
Como há vários fatores a serem considerados no dimensionamento do transformador, cada caso deve ser analisado para que a potência apropriada possa ser selecionada.
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