Dimensionamento de soft-starter — corrente, categoria AC53, modelo WEG e a rampa de partida

Como dimensionar a soft-starter passo a passo

A soft-starter (ou chave de partida estática) é um conversor que controla a tensão eficaz aplicada ao motor de indução por meio de pares de SCRs (tiristores) em antiparalelo — um par por fase. Na partida, a tensão sobe em rampa de um valor inicial U_i até a tensão nominal V_n, e isso reduz a corrente de arranque e o esforço mecânico. Dimensionar a chave corretamente é o que separa uma partida suave de um equipamento subdimensionado que aquece, ou de um motor que não arranca. O caminho tem três passos.

1. A corrente nominal do motor (In). Quando a placa não traz a corrente, ela sai de In = P_n ÷ (√3 × V_n × cosφ × η). Esse é o número-mãe: tudo no dimensionamento da soft-starter deriva dele. Um motor de 15 kW em 380 V, com cosφ 0,86 e η 0,92, tem In ≈ 28,9 A.

2. A corrente mínima da soft-starter. A chave precisa suportar a corrente do motor em regime, com a folga do fator de serviço: I_ss ≥ In × SF. Para cargas variáveis use SF 1,15; para alta inércia ou ciclo pesado, SF 1,25. No exemplo, I_ss ≥ 28,9 × 1,15 ≈ 33,2 A.

3. A seleção do modelo. Escolhe-se o equipamento cuja corrente nominal seja a primeira faixa do catálogo igual ou superior a I_ss. Para 33,2 A, o primeiro modelo WEG que atende é o SSW07-0040T (40 A). A ferramenta faz essa busca automaticamente e avisa quando o resultado fica na borda da faixa — com menos de 5% de folga —, caso em que vale subir para o modelo seguinte.

In = 15.000 ÷ (1,732 × 380 × 0,86 × 0,92) ≈ 28,9 A
I_ss = In × SF = 28,9 × 1,15 ≈ 33,2 A
Modelo: primeira faixa ≥ 33,2 A -> WEG SSW07-0040T (40 A)
I_partida (limite 3,5x) = 3,5 × 28,9 ≈ 101,2 A

Esses são exatamente os números que aparecem no card de resultado. Trocar o tipo de carga, o limite de corrente ou a tensão inicial recalcula tudo na hora, inclusive a curva de rampa.

A rampa de tensão: por que torque e corrente não caem juntos

O coração da soft-starter é a rampa de tensão. A tensão no motor segue V(t) = U_i + (V_n − U_i) × (t ÷ t_r), ou seja, parte de U_i e chega a V_n ao fim do tempo de rampa t_r. A consequência prática vem de duas relações do motor de indução: o torque é proporcional ao quadrado da tensão (T ∝ V²) e a corrente é proporcional à tensão (I ∝ V). Reduzir a tensão para suavizar a partida reduz a corrente de forma linear, mas reduz o torque de forma quadrática.

É daí que nasce o compromisso central do ajuste. Com tensão inicial de 50% de V_n, o torque disponível cai para cerca de 25% do nominal; com 40%, para cerca de 16%. Para cargas com torque resistivo desde o repouso — uma esteira carregada, por exemplo — tensão inicial baixa demais simplesmente não arranca o motor: ocorre travamento de rotor e a proteção atua. A ferramenta acende um alerta vermelho quando U_i fica abaixo de 40% de V_n, justamente para evitar esse erro de ajuste, que muita gente confunde com defeito da chave.

Limite de corrente e classe de partida

O segundo ajuste decisivo é o limite de corrente, que teta o pico durante a rampa. Na partida direta, a corrente de rotor bloqueado chega a 6 a 8 vezes a corrente nominal. A soft-starter mantém esse pico tipicamente entre 2 e 5 vezes In, conforme o ajuste — o valor de referência usual é 3,5 vezes In. Limitar demais, porém, esbarra no mesmo problema da tensão inicial: menos corrente significa menos torque, e a carga pode não acelerar.

A classe de partida (ou trip class do relé de sobrecarga) define quanto tempo a proteção tolera a corrente de partida antes de atuar. Em linguagem de campo: a classe 10 é para partida rápida, com cargas normais; a classe 20, para maior inércia e rampa mais longa; a classe 30, para alta inércia, como moinhos e centrífugas. Casar a classe de partida com o tempo de rampa real é o que evita o disparo indevido no momento em que o motor liga.

AC53a x AC53b: o que muda em campo

As categorias de utilização da norma IEC 60947-4-2 (cuja versão brasileira é a ABNT NBR IEC 60947-4-2) dizem como a soft-starter foi ensaiada e, na prática, se ela trabalha com ou sem by-pass:

• AC53a — sem by-pass. Os SCRs conduzem em regime permanente, durante a partida e em operação contínua. A chave precisa ser dimensionada para a corrente nominal do motor em regime, porque dissipa calor o tempo todo. A notação normativa usa traço: por exemplo, AC53a: 3.5-10: 99-2 indica 3,5 vezes In por 10 s, 99% do tempo em carga e 2 partidas por hora.
• AC53b — com by-pass. Os SCRs conduzem apenas durante a partida e a parada; após a rampa, um contator de by-pass assume a corrente em regime. A soft-starter pode ser fisicamente menor, porque a eletrônica não aquece em regime, mas o contator de by-pass passa a ser obrigatório. A notação indica o tempo mínimo entre partidas (resfriamento dos SCRs), por exemplo AC53b: 3-52: 1440.

O erro mais comum em campo é montar uma instalação AC53b e esquecer de especificar o contator de by-pass. Sem ele, os SCRs ficam conduzindo em regime e superaquecem prematuramente. Por isso a ferramenta, ao ativar o modo AC53b, já informa o contator necessário: categoria AC-1 e corrente mínima igual à corrente nominal do motor.

O contator de by-pass: categoria AC-1, In do motor

Quando a aplicação é AC53b, o contator de by-pass fecha logo após o fim da rampa e conduz a corrente de regime no lugar dos SCRs. Como, nesse ponto, o motor já está em rotação plena e a carga é essencialmente resistiva do ponto de vista da comutação, o contator é de categoria AC-1, e não AC-3. A corrente mínima é a própria corrente nominal do motor. A instrução de campo é simples: fechar o by-pass após o fim da rampa e verificar o tempo de atuação do relé de by-pass, para que ele não feche antes de a partida terminar nem deixe os SCRs em regime por tempo demais.

Soft-starter, partida direta, estrela-triângulo ou inversor

Escolher a soft-starter só faz sentido depois de comparar com as alternativas para o mesmo motor. A tabela abaixo mostra a ordem de grandeza para um motor com In de 28,9 A. A partida direta é barata, mas joga 6 a 8 vezes In na rede e impõe choque mecânico. A estrela-triângulo reduz a corrente para cerca de um terço, mas entrega também apenas cerca de um terço do torque — e o instante da comutação gera um transitório. A soft-starter dá a partida suave, ajustável, com baixo impacto. O inversor de frequência entrega torque pleno com a menor corrente e ainda controla a velocidade, mas a um custo maior.

Repare numa distinção conceitual que confunde muita gente: a partida estrela-triângulo (energizar em estrela e comutar para triângulo) é uma técnica de redução da corrente de partida, enquanto a ligação de um motor dual conforme a tensão da rede (220Δ / 380Y) é a seleção da ligação certa para a tensão disponível. São coisas diferentes. A soft-starter substitui a técnica de partida, não a ligação do motor.

Soft-starter não é inversor de frequência

Esta é a confusão mais cara do tema. A soft-starter controla apenas a rampa de partida e de parada. Terminada a rampa, a tensão no motor é plena e a velocidade é a da rede — a chave não varia velocidade em regime. Para controle de processo, variação contínua de velocidade ou economia de energia em carga parcial, o equipamento correto é o inversor de frequência (VFD), que ajusta frequência e tensão em todo o regime.

A regra prática: se a necessidade é só suavizar o arranque de uma bomba, um ventilador ou um compressor — reduzir o golpe de aríete, o pico de corrente e o desgaste mecânico —, a soft-starter resolve com menor custo. Se a aplicação exige mudar a velocidade durante a operação, só o inversor atende. Especificar uma soft-starter onde se precisa de inversor (ou o contrário) é um erro de projeto, não de ajuste.

Frequência de partidas: o limite que costuma passar batido

Cada partida aquece os SCRs (ou o motor, no caso de partida direta). Por isso há um limite de partidas por hora, que cai conforme a potência: motores até 15 kW toleram tipicamente até 12 partidas por hora; de 15 a 75 kW, em torno de 4 a 6; acima de 75 kW, 1 a 2. Um compressor que liga 10 vezes por hora pode estourar o limite do modelo escolhido. A ferramenta estima esse teto e acende um alerta quando a frequência informada o ultrapassa, sugerindo um modelo de ciclo mais pesado (SSW08 ou SSW900) ou a redução das partidas. Esse é um dado de comportamento de uso, não um valor medido — sempre confirme o ciclo de serviço no catálogo do fabricante.

Erros comuns ao dimensionar e ajustar a soft-starter

• Esquecer o fator de serviço. Dimensionar a chave só pela In, sem o SF, deixa a corrente na borda da faixa e sem margem para o ciclo de serviço real.
• Tensão inicial baixa demais. U_i abaixo de 40% de V_n em carga resistiva não arranca o motor — travamento de rotor e atuação da proteção. Não é falha da chave, é erro de ajuste.
• Omitir o contator de by-pass em AC53b. Deixa os SCRs em regime e superaquece a eletrônica. By-pass AC-1, corrente mínima igual à In do motor.
• Confundir soft-starter com inversor. A soft-starter não controla velocidade em regime; para isso, inversor.
• Ignorar a frequência de partidas. Muitas partidas por hora exigem ciclo de serviço mais pesado — confira o catálogo.
• Hardcodar a faixa do modelo de memória. A linha WEG é SSW05, SSW07, SSW08 e SSW900 (não existe SSW06 nem SSW09); confirme a corrente exata no catálogo 10525004 antes de especificar.

Quando o dimensionamento vira projeto: a Token monta o painel com ART

Dimensionar a soft-starter é uma conta de apoio — e para isso esta ferramenta existe e é gratuita. Mas quando o circuito precisa ser dimensionado, montado ou auditado, entra a engenharia: a seção do cabo conforme a instalação, a proteção e a coordenação, a partida, a queda de tensão, a montagem do painel (QGBT, CCM, partida de motores) e o laudo das instalações elétricas com responsável técnico e ART. A Token Engenharia atua em montagem industrial e eletromecânica em todo o Brasil — do projeto do circuito de força ao comissionamento em campo, incluindo a parametrização de soft-starters e inversores e a partida dos motores.

Perguntas frequentes

Como dimensionar uma soft-starter para um motor?

Parta da corrente nominal do motor (In). A corrente mínima da chave sai de I_ss ≥ In × SF: SF 1,15 para cargas variáveis, 1,25 para alta inércia. Escolha o modelo cuja corrente nominal seja a primeira faixa igual ou superior a I_ss. Exemplo: 15 kW, 380 V, In 28,9 A, SF 1,15 -> I_ss ≥ 33,2 A -> WEG SSW07-0040T (40 A).

Qual a diferença entre AC53a e AC53b?

São as categorias de utilização da IEC 60947-4-2. Em AC53a (sem by-pass) os SCRs conduzem em regime e a chave é dimensionada para a corrente em regime. Em AC53b (com by-pass) os SCRs conduzem só na partida; depois, um contator de by-pass assume a corrente.

O que é a rampa de tensão?

A tensão sobe de U_i até V_n em V(t) = U_i + (V_n − U_i) × (t ÷ t_r). Como T ∝ V² e I ∝ V, reduzir a tensão reduz a corrente de forma linear e o torque de forma quadrática — daí o compromisso entre partir suave e ter torque.

O limite de corrente protege o motor?

Ele teta o pico na partida, tipicamente 2 a 5 vezes In contra 6 a 8 vezes na partida direta. Mas limite baixo demais, ou U_i abaixo de 40% de V_n, pode deixar torque insuficiente e causar travamento de rotor.

Soft-starter é a mesma coisa que inversor?

Não. A soft-starter controla só a rampa de partida e parada; em regime a tensão é plena e a velocidade é a da rede. Para controlar velocidade em processo, o equipamento é o inversor de frequência (VFD).

Quando preciso de contator de by-pass?

Sempre que a aplicação for AC53b. O contator deve ser AC-1, com corrente mínima igual à In do motor, e fechar após o fim da rampa. Omiti-lo deixa os SCRs em regime e superaquece a chave.

Quando o dimensionamento vira projeto de engenharia?

Quando o circuito precisa ser dimensionado ou auditado: seção do cabo, proteção e coordenação, partida, queda de tensão, montagem do painel e laudo das instalações com responsável técnico e ART. A Token Engenharia executa esse projeto, essa montagem e esse laudo em todo o Brasil.