Partida estrela-triângulo: corrente 1/3, torque e timer
Um skid de bomba ou um compressor vindo do Japão chega com um painel de partida marcado "Y-Δ shido" (partida estrela-triângulo). Anos depois o motor falha, e o substituto disponível no almoxarifado tem a mesma potência, mas outra placa de identificação. Ele pode ser ligado direto no painel existente? O temporizador pode ficar como está? A resposta depende do que o "1/3" da partida estrela-triângulo realmente significa.
Resposta curta: a chave estrela-triângulo parte um motor de indução trifásico com os enrolamentos ligados em estrela (Y) e, depois que o motor acelera, passa a ligação para triângulo (Δ). Em estrela, a corrente de linha na partida é um terço da corrente que o mesmo motor puxaria numa partida direta em triângulo, na mesma rede. O conjugado (torque) de partida também cai para cerca de um terço. Esse um terço não é uma fração da corrente nominal de operação, e não significa que contatores, cabos ou consumo de energia possam ser reduzidos a um terço.
Este guia explica como a ligação funciona, de onde vem o 1/3, como pensar no tempo em estrela e no tempo morto da comutação, quando o método faz sentido e o que verificar antes de trocar um motor em um painel estrela-triângulo. No final há um checklist, perguntas para o fornecedor japonês e um modelo de e-mail.
Sumário
- O que é a partida estrela-triângulo?
- Por que a corrente de partida cai para um terço
- O conjugado (torque) de partida também cai para um terço
- Sequência de comutação e ajuste do temporizador
- Quando usar a partida estrela-triângulo
- Trocando o motor em uma chave estrela-triângulo
- Checklist: trocando o motor em um painel estrela-triângulo
- Limites deste guia
- Perguntas frequentes
- Fontes
O que é a partida estrela-triângulo?
Quando um motor de indução trifásico de gaiola parte do repouso com tensão plena, ele puxa uma corrente alta por um curto período. É a partida direta, chamada de jikaire shido nos desenhos japoneses. Dependendo da rede, essa corrente causa um afundamento de tensão que outros equipamentos percebem.
A corrente alta não é só o esforço mecânico de pôr o eixo em movimento. Ela vem do estado elétrico de um motor de indução cujo rotor ainda está parado, que consome bem mais corrente do que em operação nominal. Quantas vezes mais depende do projeto do motor e das condições de partida. Você pode encontrar valores como "8 a 10 vezes", mas esse múltiplo não é fixo. O ponto de partida são os dados do fabricante: corrente de partida, conjugado (torque) de partida e tempo de partida admissível.
A partida estrela-triângulo é um tipo de partida com tensão reduzida (gen-den'atsu shido). Ela reduz a tensão sobre cada enrolamento apenas durante a partida. Em vez de mudar a tensão de linha da rede, ela muda a forma como os três enrolamentos são ligados.
Na ligação em estrela, uma das pontas de cada um dos três enrolamentos é unida em um ponto comum, e as outras pontas vão para a rede trifásica. Na ligação em triângulo, os enrolamentos formam um triângulo, e os três vértices são ligados à rede.
Circuito conceitual para uma rede trifásica equilibrada. Cada retângulo representa a mesma impedância de enrolamento por fase, Z.
O que o motor precisa ter
Para a partida estrela-triângulo, as duas pontas de cada enrolamento precisam chegar à caixa de ligação, para que a chave possa religá-las. O motor típico tem seis terminais ou cabos, embora alguns motores de várias tensões tenham 12. Os seis bornes podem estar numerados de 1 a 6 ou marcados U1, V1, W1 e U2, V2, W2; em equipamentos antigos pode aparecer U, V, W e X, Y, Z. Confirme o pareamento no diagrama de ligação do fabricante, em vez de supor.
O motor também precisa ser projetado para operar em triângulo na tensão da rede. Ter seis terminais não basta: não dá para ligar qualquer motor em estrela-triângulo em qualquer rede. Tome uma placa de identificação (meiban) com Δ230 V / Y400 V. Em uma rede de 400 V, esse motor foi feito para operar continuamente em estrela. Passá-lo para triângulo em 400 V ultrapassaria a tensão dos enrolamentos, então leia a tensão e a ligação da placa como um par.
No Brasil, o caso mais comum é o motor de seis terminais com placa 220/380 V (Δ220 V / Y380 V). Em uma rede trifásica de 220 V, ele opera em triângulo e pode partir em estrela-triângulo. Em uma rede de 380 V, ele opera em estrela; para partir em estrela-triângulo nessa rede, é preciso um motor com placa Δ380 V / Y660 V (380/660 V).
Verifique também a frequência. Equipamentos japoneses podem ter motores de 50 Hz ou de 60 Hz, conforme a região do Japão para a qual foram feitos, e a rede brasileira é de 60 Hz. Para as classes de tensão japonesas (200 V e 400 V) e as frequências de 50/60 Hz, veja o artigo sobre tensões industriais do Japão.
Por que a corrente de partida cai para um terço
Para comparar correntes, separe a corrente de linha, que circula nos condutores da rede, da corrente de fase, que circula em um enrolamento. A relação entre as duas é diferente em estrela e em triângulo.
O modelo a seguir supõe uma rede trifásica equilibrada com tensão de linha VL e |Z| como o módulo da impedância por fase na partida. Ele compara estrela e triângulo para o mesmo motor, na mesma condição de rotor parado.
Em estrela, cada enrolamento recebe 1/√3 da tensão de linha. A corrente que passa por um enrolamento é a mesma que circula na linha, portanto:
Em triângulo, a tensão de linha inteira aparece sobre cada enrolamento. Em um sistema equilibrado, a corrente de linha é √3 vezes a corrente de fase:
Um fator 1/√3 vem da tensão menor no enrolamento, e outro vem da relação entre corrente de linha e de fase. Juntos, dão 1/3. Mantenha as duas comparações separadas: a corrente em um enrolamento cai por 1/√3, enquanto a corrente de linha, do lado da rede, cai por 1/3.
Mesmos VL e |Z|, rede trifásica equilibrada, mesma condição de partida.
Como exemplo numérico, suponha tensão de linha de 200 V e |Z| de 2 Ω por fase. Em estrela, cada enrolamento recebe cerca de 115,47 V, e tanto a corrente de fase quanto a de linha ficam em torno de 57,74 A.
Comparar 57,74 A com 173,21 A confirma a relação de cerca de 1/3. Depois que o motor ganha velocidade, seu estado elétrico muda, então a corrente após a passagem para triângulo nem sempre será 173,21 A.
Ao comparar valores medidos, confira se as duas leituras foram feitas no mesmo ponto: nos condutores da rede ou dentro do laço do triângulo, no lado dos enrolamentos.
O conjugado (torque) de partida também cai para um terço
O preço da corrente menor é um conjugado de partida menor. Se você aproximar o conjugado como proporcional ao quadrado da tensão, na mesma frequência e na mesma condição de partida, o conjugado em estrela também é cerca de um terço do da partida direta em triângulo.
Para acelerar, o conjugado do motor precisa superar o conjugado exigido pela carga. Se a folga for pequena, a aceleração demora mais. Se o conjugado da carga for maior, o motor não atinge velocidade adequada em estrela.
Comparação qualitativa. A altura das curvas mostra qual é maior, não dados reais de um motor.
Por isso, a partida estrela-triângulo serve para máquinas que partem a vazio ou com carga leve. Mesmo bombas diferem conforme o tipo e a condição de operação, então não suponha que toda bomba tenha a mesma carga na partida.
Sequência de comutação e ajuste do temporizador
Uma chave estrela-triângulo comum, com três contatores, usa um contator principal (de linha), um contator de estrela e um contator de triângulo. O principal e o de estrela fecham, e o motor acelera em estrela. Em seguida, o contator de estrela abre, o de triângulo fecha e o motor passa à operação normal.
Se os contatores de estrela e de triângulo fecharem ao mesmo tempo, podem provocar curto-circuito na rede. Não confie só no temporizador: a sequência dos contatores precisa trabalhar junto com intertravamentos elétricos e mecânicos.
Exemplo de chave com três contatores e transição aberta. O eixo horizontal mostra a sequência, não segundos reais.
O tempo em estrela é definido a partir das características do motor e da carga, para que o motor acelere de forma suficiente antes da comutação. O tempo morto é definido pelas especificações do fabricante da chave, para que o contator de estrela esteja totalmente aberto antes de o de triângulo fechar. Alguns relés temporizadores estrela-triângulo têm o tempo morto fixo; o ABB CT-YDEW, por exemplo, usa uma comutação fixa de cerca de 50 ms depois de um tempo em estrela ajustável. Trate isso como o projeto de um produto, não como um ajuste geral.
Um número único como "comutar cerca de 0,5 segundo após a partida" não serve como ajuste universal. Comutar cedo demais significa abrir e fechar contatos enquanto ainda circula uma corrente alta. Prolongar o tempo em estrela também não resolve: verifique se a aceleração não travou e se a partida fica dentro do tempo de partida admissível do motor.
Em uma chave com transição aberta, o motor fica desconectado da rede por um instante. Quando o triângulo fecha, a tensão residual do motor e a tensão da rede interagem, e isso pode causar um pico de corrente e um tranco mecânico. Mesmo que a corrente de partida seja reduzida a um terço, a corrente no instante da comutação não fica necessariamente na mesma proporção.
O mesmo princípio de impedir o fechamento simultâneo vale para circuitos de intertravamento em geral. Ao diagnosticar uma chave que não parte, siga qual condição não está satisfeita. Não anule as condições de proteção só para fazer o motor girar.
Quando usar a partida estrela-triângulo
1. Efeito sobre a rede. A primeira pergunta é como a corrente de partida afeta a alimentação elétrica. O mesmo motor causa um afundamento de tensão diferente conforme a capacidade da entrada de energia, a impedância do sistema e o comprimento dos cabos. Partir um motor grande em um transformador pequeno, por exemplo, pode afetar outras cargas. Não decida só pelos kW do motor; considere juntos a potência e as características do transformador, as outras cargas em operação ao mesmo tempo e a variação de tensão admissível. No Brasil, a concessionária de energia pode ter regras próprias para a partida de motores ligados à sua rede, então consulte a norma técnica dela quando for o caso.
2. O conjugado reduzido consegue acelerar a carga? Mesmo que o lado da rede esteja bem, a chave falha no seu objetivo se o motor não girar em estrela ou travar no meio da aceleração. Além da carga em si, importam a inércia das partes rotativas e o número de partidas. Em máquinas que demoram a acelerar ou partem com frequência, verifique também a elevação de temperatura do motor e o regime de trabalho dos contatores.
3. O motor é adequado? Confirme que o motor opera em triângulo na tensão da rede e que as pontas dos enrolamentos podem ser comutadas. Não se deve forçar um motor de outra especificação em um painel existente só para manter o método de partida.
Você pode ver limites de potência citados, como "11 kW ou mais em 200 V" (cerca de 15 cv) ou "30 kW ou mais em 400 V" (cerca de 40 cv). Decidir só por esses números ignora os três pontos acima. Consulte as condições de fornecimento da concessionária, os padrões de projeto da planta e os dados de seleção do fabricante antes de escolher o método de partida.
Comparação de métodos de partida. Escolha conforme a aceleração necessária, as condições da rede e a operação normal.
A partida estrela-triângulo não é um dispositivo de economia de energia que reduz a potência de operação a um terço. Depois da aceleração, o motor aciona a carga em triângulo e consome energia elétrica conforme a potência no eixo que a carga exige.
Se você quer variar a velocidade conforme a vazão ou o fluxo de ar, trate o controle de velocidade separadamente do método de partida. Soft-starters e inversores de frequência fazem trabalhos diferentes; um não substitui o outro só porque ambos "limitam a corrente".
A comparação de custos também precisa ir além do preço do contator. Compare no nível do sistema: espaço no painel, fiação, comando, proteção, manutenção e o efeito da comutação sobre a máquina.
Trocando o motor em uma chave estrela-triângulo
Motor: placa de identificação e caixa de ligação
Ao trocar um motor, igualar a potência não basta. Confira tensão, frequência, número de polos, corrente nominal e ligação. No Brasil a potência costuma vir em cv (1 cv é cerca de 0,7355 kW); converta e compare, mas sempre junto com os demais dados. Diferenças de rendimento podem mudar as características de corrente para a mesma potência, então talvez seja preciso reavaliar a compatibilidade com a chave existente.
Examine a placa de identificação (meiban) e a caixa de ligação. As pontas de enrolamento necessárias estão disponíveis, e o motor pode operar na ligação especificada? Mesmo que a carcaça se encaixe na base, o número de bornes, os parafusos dos terminais e as entradas de cabo podem ser diferentes.
Mesmo ao trocar só o motor, confira juntos os requisitos elétricos e mecânicos.
Painel: valores e ajustes de proteção
No painel, confira o tipo e a faixa de ajuste do disjuntor, dos contatores e da proteção contra sobrecarga. Uma corrente de partida de um terço não significa que todos os dispositivos e cabos possam ser reduzidos a um terço da capacidade. Para circuitos e cabos de baixa tensão, siga o projeto elétrico e a ABNT NBR 5410; para contatores e chaves de partida, a série IEC 60947-4-1 (no Brasil, ABNT NBR IEC 60947-4-1) é a referência, e vale confirmar a edição com o fabricante.
Um relé de sobrecarga pode medir a corrente de linha ou a corrente de fase (do enrolamento), conforme a posição no circuito. A orientação da Schneider Electric, por exemplo, ajusta um relé dentro do laço do triângulo em 0,58 vez a corrente de plena carga do motor, e um relé a montante, na linha, em 100%. Não aplique um único multiplicador a todos os circuitos; confirme o ajuste no diagrama e na tabela de seleção do fabricante. Para entender disjuntores e proteção em painéis japoneses, veja os artigos sobre NFB, MCCB e ELB e sobre relé de choque x relé de sobrecarga. Mantenha separados, na sua cabeça, os contatores de partida e os dispositivos de proteção: um parte o motor, o outro protege o circuito quando algo dá errado.
Mudando a potência do motor
Motor maior: reavalie se a corrente e o tempo de partida continuam dentro da faixa dos equipamentos existentes. Verifique também a queda de tensão no cabo atual, a dissipação de calor no painel e o espaço para eventuais componentes adicionais.
Motor menor: verifique a faixa de ajuste dos dispositivos de proteção e também o tamanho das conexões. Em vez de forçar um cabo grosso existente em um borne novo e menor, combine com o instalador um método de conexão aceitável.
Carga: potência no eixo e condições de partida
Do lado da carga, confirme a potência no eixo de que a bomba ou outra máquina precisa e a carga na partida. Um motor menor não economiza energia automaticamente; entenda antes a potência necessária e o ponto de operação. Uma corrente baixa em operação normal não dispensa a verificação do conjugado de partida e das condições transitórias.
Comando, teste de funcionamento e registros
No circuito de comando, revise o tempo em estrela, o tempo morto, os intertravamentos e a verificação do estado dos contatos. Antes de copiar os ajustes do motor antigo para o novo, confirme como a partida realmente evolui e quais são os limites admissíveis.
Depois de qualquer alteração na fiação, confira o sentido de giro e a condição de carga durante o teste de funcionamento especificado. Para entender por que o sentido de giro se inverte, veja o artigo sobre bomba girando ao contrário e sequência de fases. O serviço em si deve seguir os procedimentos da planta para parada, desenergização e verificação de ausência de tensão.
No registro do teste, anote corrente e tempo separadamente para o período em estrela, para a comutação e para a operação normal. Se o disjuntor desarma apenas no instante da comutação, investigue isso à parte de um caso em que a corrente normal de carga está alta demais.
Por fim, guarde juntos, no estado após a alteração, os dados da nova placa, os ajustes de proteção, os valores do temporizador e os diagramas elétricos. Evitar que a próxima inspeção encontre documentos do motor antigo misturados com ajustes novos faz parte do trabalho de substituição.
Checklist: trocando o motor em um painel estrela-triângulo
Use esta lista antes de ligar o motor novo. Ela resume os pontos acima; as decisões cabem aos responsáveis pelo projeto elétrico e pelo equipamento.
| Item | O que confirmar | Onde encontrar |
|---|---|---|
| Tensão e ligação | O motor opera em triângulo na tensão da rede (não é só estrela nessa tensão); ex.: 220/380 V em rede de 220 V, 380/660 V em rede de 380 V | Placa de identificação, dados do fabricante |
| Bornes | Seis (ou mais) pontas de enrolamento acessíveis; marcação e pareamento dos bornes | Caixa de ligação, diagrama de ligação do fabricante |
| Potência, frequência, polos, corrente nominal | Compatíveis com o painel e a carga existentes (kW e cv convertidos; 60 Hz); anotar qualquer mudança na corrente nominal | Placa de identificação, registros do motor antigo |
| Dados de partida | Corrente de partida, conjugado de partida, tempo de partida admissível | Folha de dados do fabricante |
| Carga na partida | Conjugado e inércia da carga podem ser acelerados com o conjugado em estrela; número de partidas | Dados da máquina, condições de operação |
| Contatores e disjuntor | Valores e regime de trabalho ainda adequados à nova corrente e ao tempo de partida | Desenhos do painel, tabelas de seleção |
| Relé de sobrecarga | Posição (dentro do laço do triângulo ou na linha) e ajuste conforme essa posição | Diagrama elétrico, orientação do fabricante do relé |
| Cabos e conexões | Queda de tensão, tamanho dos bornes, método de conexão aceitável | Lista de cabos, instalador |
| Temporizador | Tempo em estrela e tempo morto revistos para o motor novo, não copiados às cegas | Desenhos de comando, especificações do fabricante da chave |
| Intertravamentos | Intertravamentos elétrico e mecânico entre os contatores de estrela e de triângulo íntegros | Desenhos de comando, inspeção do painel |
| Teste de funcionamento | Sentido de giro; corrente e tempo registrados em estrela, na comutação e em operação | Registro do teste |
| Documentos | Dados da placa, ajustes, valores do temporizador e diagramas atualizados juntos | Registros de manutenção |
Perguntas para o fornecedor japonês
- Em qual ligação o motor foi projetado para operar na nossa tensão de rede, e ele é adequado para partida estrela-triângulo?
- Vocês podem enviar o diagrama de bornes do motor e a corrente de partida, o conjugado de partida e o tempo de partida admissível?
- Quais tempos em estrela e tempo morto foram ajustados na fábrica, e como foram determinados?
- Onde está o relé de sobrecarga no circuito da chave (dentro do laço do triângulo ou na linha), e qual ajuste vocês recomendam para a corrente nominal do motor novo?
- Os contatores, o disjuntor e os cabos existentes continuam dentro dos seus valores com o motor de reposição?
- O método de partida foi escolhido por causa das condições de rede do local original? Essas condições se aplicam à nossa planta?
Modelo de e-mail para o fornecedor
O número do equipamento e os detalhes abaixo são fictícios. Substitua pelos seus. Se o contato for o fornecedor japonês, envie a mesma mensagem em inglês.
Assunto: Motor de reposição da chave estrela-triângulo da P-201: solicitação de dados
Prezados,
Pretendemos substituir o motor da bomba P-201 (pedido nº XXXX de vocês), que usa uma chave estrela-triângulo no painel fornecido por vocês. O motor de reposição tem a mesma potência, mas outra placa de identificação. Antes de ligá-lo, vocês poderiam confirmar os pontos abaixo?
1. A ligação em que o motor original opera na nossa rede de 380 V e se o motor novo (placa em anexo) pode ser usado em partida estrela-triângulo neste painel.
2. Os ajustes de fábrica do tempo em estrela e do tempo morto estrela-triângulo, e a base para eles.
3. A posição do relé de sobrecarga no circuito e o ajuste recomendado para o motor novo.
4. Se os contatores, o disjuntor e os cabos existentes continuam dentro dos seus valores.Seguem em anexo os desenhos atuais do painel e a folha de dados do motor novo. Agradecemos o apoio.
Atenciosamente,
Limites deste guia
- As relações de 1/3 são valores teóricos para uma rede equilibrada e a mesma condição de rotor parado. Motores e cargas reais diferem; use os dados do fabricante.
- Este guia trata da chave comum com três contatores e transição aberta. Outros projetos de chave se comportam de forma diferente na comutação.
- Os valores de temporizador, relé de sobrecarga e disjuntor citados são exemplos de produtos ou fabricantes específicos, não ajustes para copiar.
- Este texto não substitui o projeto elétrico, as normas aplicáveis nem os procedimentos de segurança da planta. Serviços em painéis e motores devem seguir os procedimentos de parada, desenergização, bloqueio e verificação de ausência de tensão da planta e a NR-10; a NR-12 trata de dispositivos de partida e parada e da burla de dispositivos de segurança em máquinas. Confira sempre a versão vigente das normas.
Perguntas frequentes
A chave estrela-triângulo parte o motor com um terço da corrente nominal?
Não. A comparação é com a corrente de linha que o mesmo motor puxaria em partida direta em triângulo, na mesma rede. A corrente nominal de operação é outra condição, então a corrente de partida não é um terço da nominal.
Dá para economizar energia deixando o motor em estrela?
Não. Um motor estrela-triângulo é projetado para acionar a carga na ligação em triângulo especificada, depois da aceleração. Operar em estrela pode causar falta de conjugado ou superaquecimento, então não trave o motor em estrela para economizar energia.
Em quanto ajustar o temporizador estrela-triângulo?
Não existe um valor único. Verifique separadamente o tempo em estrela necessário para a aceleração e o tempo morto da comutação dos contatores. Os dois dependem do motor, da carga e da chave, então um valor fixo como 0,5 segundo não vale para todos os casos.
Se o motor tem seis terminais, ele serve para partida estrela-triângulo?
Só se também puder operar em triângulo na tensão da rede. Além de ter pontas de enrolamento comutáveis, o motor precisa ser dimensionado para triângulo nessa tensão. Confira a tensão e a ligação da placa e o circuito especificado pelo fabricante.
O pico de corrente na comutação também fica limitado a um terço?
Não necessariamente. Em uma chave com transição aberta, a tensão residual do motor e a rede interagem na comutação e geram uma corrente transitória. Analise separadamente a partida, a comutação e a operação normal, e confirme que o método de partida, os contatores e a proteção atendem cada etapa.
Fontes
- Partida estrela-triângulo reduz a corrente de partida a 1/3 da partida direta: Mitsubishi Electric FA FAQ 15032, "O que é a partida estrela-triângulo?" (em japonês)
- Estrutura dos terminais e ligações do motor: Mitsubishi Electric, catálogo geral de motores trifásicos, p. 61 (em japonês)
- Métodos de partida de motores: Fuji Electric, "Métodos de partida de motores" (em japonês); Fuji Electric, seleção do método de partida e dados técnicos (em japonês)
- Métodos de partida e partida com tensão reduzida: Mitsubishi Electric e-learning, métodos de partida de motores (em japonês); Mitsubishi Electric e-learning, ligações e seleção de partida com tensão reduzida (em japonês)
- Chaves estrela-triângulo com três contatores: Schneider Electric, TeSys Giga star-delta starters (em inglês)
- Posição e ajuste do relé de sobrecarga (0,58 × corrente de plena carga no laço do triângulo, 100% a montante): Schneider Electric FAQ FA173001 (em inglês)
- Tensão do motor e ligação estrela-triângulo: ABB, Softstarter Handbook (em inglês)
- Comutação estrela-triângulo fixa de 50 ms em um relé temporizador: ABB, folha de dados do temporizador estrela-triângulo CT-YDEW (em inglês)
Artigo original em japonêsEste guia se baseia em um artigo do MONOSCOPE escrito para leitores no Japão: スターデルタ始動法とは？電流1/3の理由・トルクと切替時間、更新時の確認点
Sobre a redação
Redação do MONOSCOPEFOUNDER & EDITORCerca de dez anos de atuação em um fabricante de equipamentos industriais e em uma empresa de engenharia de plantas, com propostas, projeto e comissionamento de equipamentos, seguidos da migração para o marketing digital. Hoje presta consultoria web a fabricantes B2B, ajudando-os a explicar com clareza seus produtos e tecnologias. Possui as licenças nacionais japonesas de Energy Manager e de Engenheiro-Chefe de Eletricidade de Terceira Classe.
Mantém um blog de engenharia desde 2017 (mais de 500 artigos) e um canal no YouTube em japonês com cerca de 20 mil inscritos. Cada guia é escrito do ponto de vista do chão de fábrica japonês e conferido com as normas citadas.
