Use unidades de partida suave para solucionar problemas de segurança cibernética e de partida de motores

Os motores assíncronos trifásicos alimentados pela linha CA e dimensionados em dezenas a centenas de cavalos de potência (HP) são a força motriz de muitas aplicações comerciais e industriais. Normalmente, eles têm correntes de acionamento do motor que variam de cerca de 10 amperes (A) a mais de 1000 A em tensões de linha de pouco mais de 200 volts CA (V_CA) a até 700 V_CA. O problema para os projetistas é que, ao dar a partida, eles puxam grandes correntes de irrupção que podem danificar o motor e afetar a carga.

Uma unidade de controle de partida suave entre a linha CA e o motor controla essa corrente de irrupção, gerenciando a aceleração e o torque de partida do motor, otimizando assim o desempenho e minimizando as consequências indesejadas. Os soft-starters, ou chaves de partida suave, mais avançados adicionam recursos sofisticados para maximizar o desempenho, fornecer proteção elétrica e térmica, incluir um conjunto robusto de opções de conectividade e proteger contra ataques cibernéticos.

Este artigo descreve as funções de um dispositivo de partida suave. Em seguida, ele apresenta e mostra como aplicar as unidades de controle Altivar Soft Starter ATS480 da Schneider Electric.

Funções de soft-starter

Um soft-starter é usado com um motor para reduzir a corrente de irrupção e controlar o torque durante a partida durante um período de transição. Ele aumenta gradualmente a tensão aplicada ao motor, o que resulta em uma aceleração suave com arranque mínimo (a taxa de variação da aceleração).

Em geral, os dispositivos de partida suave oferecem recurso que permite o ajuste do torque de partida e do tempo de aceleração pelo usuário para atender a diferentes aplicações. Eles podem reduzir significativamente a corrente de partida para alcançar a frenagem e reter a corrente durante a aceleração.

Os soft-starters mais recentes oferecem recursos adicionais que aumentam a eficiência, mantêm o alto fator de potência (FP) usando a correção dinâmica de FP, aprimoram a segurança elétrica, detectam anomalias na linha e no motor, fornecem conectividade de rede e abordam questões de segurança cibernética.

Um exemplo das capacidades e dos recursos dos soft-starters do estado da arte é o Altivar Soft Starter série ATS480 da Schneider Electric (Figura 1).

Figura 1: A série ATS480 do Altivar Soft Starter acrescenta muitos recursos avançados à sua função principal. (Fonte da imagem: Schneider Electric)

Essas unidades incorporam seis tiristores e um algoritmo de controle de torque para controlar a aceleração, a desaceleração e a parada de motores assíncronos trifásicos com gaiola de esquilo de até 900 quilowatts (kW). A ampla gama de modelos dessa série suporta tensões operacionais de 208 a 690 volts e correntes de 17 a 1200 A. Todas as unidades atendem aos padrões, certificações e exigências regulatórias mundiais que definem o desempenho, a segurança, a eficiência, a compatibilidade eletromagnética (EMC), o grau de poluição e os choques e vibrações.

As unidades ATS480 incorporam muitos tipos de proteções de linha, partida e carga, inclusive:

• Falha de fase (linha)
• Proteção térmica integrada (motor)
• Proteção térmica (chave de partida)
• Sobrecarga de corrente (motor)
• Subcarga (motor)
• Tempo de partida excessivo, rotor travado (motor)
• Perda de fase do motor (motor)
• Perda de fase na alimentação de linha (linha, motor)
• Proteção térmica (motor) por meio de uma conexão direta a um termistor de coeficiente positivo de temperatura (PTC) ou a uma sonda de detector resistivo de temperatura (RTD) de platina 100 (PT100) de 2 ou 3 fios

Há muitas possibilidades de conexão de circuitos para atender às diversas necessidades das aplicações de destino. Por exemplo, uma configuração básica visa ao controle local, em que se deseja exigir intervenção manual para dar nova partida após uma redefinição de erro, mesmo no caso de controle remoto (Figura 2). Aqui, o operador pressiona a botoeira S3 para reiniciar.

Figura 2: É mostrada uma das muitas opções de fiação para o soft-starter; o usuário precisa iniciar manualmente uma nova partida após uma redefinição de erro pressionando S3. (Fonte da imagem: Schneider Electric)

Os detalhes das designações dos componentes estão definidos na Tabela 1.

Tabela 1: São mostradas as designações dos componentes da Figura 2. (Fonte da imagem: Schneider Electric)

As unidades ATS480 também apresentam contatos de relé eletromecânicos discretos normalmente abertos (NA) e normalmente fechados (NF) dimensionados para 2 A/250 V_CA e saídas digitais de coletor aberto de 30 volts. Esses contatos e saídas simplificam a implementação de recursos adicionais, como lâmpadas indicadoras ou equipamentos auxiliares.

Conectividade e segurança cibernética

Além da funcionalidade avançada do soft-starter, todas as unidades ATS480 suportam uma ampla gama de opções de conectividade. Cada unidade ATS480 tem duas portas RJ45 para conexões com atualizações de configuração e firmware e um terminal externo de exibição gráfica ou de texto simples. Além disso, cada um é equipado com um slot para um módulo de comunicação adicional compatível com os formatos Modbus TCP, Ethernet/IP, CANopen, PROFINET ou PROFIBUS DP.

Essa conectividade traz inevitavelmente preocupações com a segurança. Para lidar com isso, a série tem "práticas recomendadas" de segurança cibernética incorporadas nas unidades para proteger contra danos deliberados (hacking) e atividades bem-intencionadas, mas descuidadas, por parte de funcionários ou contratados. Essas proteções incorporam o gerenciamento de contas, incluindo autenticação e autorização de usuários, e várias camadas de proteção por senha. Há também restrições deliberadas em várias portas, funções e fontes.

A segurança de nível mais alto inclui defesas profundas e proativas para gerenciar eventos relacionados à segurança cibernética, incluindo registros detalhados de atividades com carimbo de usuário e tempo. A autenticidade do firmware instalado e de quaisquer atualizações é aprimorada por firmware assinado digitalmente e chaves criptográficas. Isso garante que o firmware válido seja usado em cada ciclo de energização.

A interface homem-máquina também está alojada

Além da ampla conectividade, muitas instalações de partida suave também precisam de provisões para acessibilidade imediata e direta do operador. Esse acesso começa com uma iniciação básica de EXECUÇÃO e PARADA por meio de botões discretos, altamente visíveis e claramente rotulados no motor ou na instalação, ou próximo a eles. Em geral, eles são exigidos por normas de segurança regulamentares.

Para implementar esses requisitos, as unidades ATS480 podem ser conectadas com dois botões independentes de execução e parada ou com um único botão de execução/parada (Figura 3).

Figura 3: O soft-starter pode ser conectado para usar duas botoeiras independentes de parada e execução ou um botão com função dupla. (Fonte da imagem: Schneider Electric)

Para configuração básica, execução e consulta, os projetistas podem usar o terminal de exibição de texto simples de oito linhas VW3A1113 (Figura 4). Usando o conector RJ45 disponível, esse terminal pode ser conectado e montado na parte frontal do soft-starter ou montado em uma porta de gabinete usando um acessório de montagem remota.

Figura 4: O terminal de exibição de texto simples VW3A1113 se conecta ao soft-starter usando o conector RJ45 incluído e suporta funções básicas de configuração, execução e consulta. (Fonte da imagem: Schneider Electric)

Essa unidade multilíngue (inglês, francês, espanhol, italiano, alemão e chinês, com outros idiomas disponíveis por download) exige uma senha para o login a fim de garantir a segurança do sistema. Uma vez conectado, ele pode ser usado para:

• Controle, ajuste e configuração do soft-starter
• Exibir valores de corrente do motor, entrada/saída e dados da máquina
• Armazenar e baixar configurações
• Duplicar a configuração de um soft-starter energizado em outro que também esteja energizado

Para diagnósticos, controle, monitoramento e gerenciamento de arquivos mais avançados, o Device Type Manager (DTM) e o software SoMove da Schneider podem ser usados com um arranjo de exibição de terminal gráfico baseado em PC.

A potência nominal determina o encapsulamento e o fator de forma

Embora as unidades da família Altivar Soft Starter ATS480 ofereçam as mesmas funções, recursos, interfaces de usuário e conectividade, elas diferem em seus níveis de potência de acionamento. Isso determina o encapsulamento e o fator de forma apropriados, que podem ser facilmente observados ao analisar os membros de menor e maior potência da série.

O ATS480D17Y (Figura 5, à esquerda) é dimensionado para alimentar e controlar motores CA trifásicos com uma corrente de 17 A de uma linha de 208 a 690 V_CA e opera usando uma fonte de controle de 110 a 230 V_CA. Ele mede 275 milímetros (mm) de altura, 160 mm de largura, 8 mm de profundidade e pesa pouco menos de 5 quilogramas (kg).

Figura 5: As unidades menores (à esquerda) e maiores (à direita) da família Altivar Soft Starter ATS480 são funcionalmente semelhantes, mas abrangem uma ampla faixa em suas especificações de capacidade de corrente e peso. (Fonte da imagem: Schneider Electric)

Em contraste, o ATS480M12Y (Figura 5, à direita) é dimensionado para 1200 A muito mais potentes de uma linha de 208 a 690 V_CA e opera usando uma fonte de controle de 110 a 230 V_CA. Embora ofereça recursos e funções quase idênticos aos da unidade de 17 A, ela é bem maior, com 890 mm de altura, 770 mm de largura e 329 mm de profundidade, com um peso de 115 kg.

Conclusão

As soft-starters, ou chaves de partida suave, são um elo essencial entre a linha CA multifásica e os motores CA trifásicos de médio a grande porte, onde gerenciam a corrente de irrupção. A família Altivar Soft Starter ATS480 da Schneider Electric suporta motores que variam de 17 A a 1200 A com ampla conectividade de rede e segurança cibernética aprimorada. Também oferecem várias funções para melhorar o desempenho, a segurança e a confiabilidade.