Estudo da ferrorressonância em motores de indução trifásicos devido a conexão de bancos de capacitores

Abstract

A correção do fator de potência é essencial para garantir a eficiência energética e a estabilidade dos sistemas elétricos industriais. Entre as diversas formas de compensação reativa, destaca-se a instalação de bancos de capacitores diretamente nos terminais dos motores de indução trifásicos, por proporcionar uma correção localizada. No entanto, essa prática pode provocar um fenômeno não linear conhecido como ferrorressonância, especialmente quando motor e banco de capacitores compartilham o mesmo dispositivo de manobra. Este trabalho de graduação tem como objetivo estudar o comportamento do sistema motor-capacitor em diferentes condições operacionais, a fim de identificar a manifestação da ferrorressonância e validar os limites de segurança propostos na literatura técnica. Foram realizadas simulações no ambiente MATLAB/Simulink utilizando os blocos do Simscape Electrical, com três motores de potências distintas operando em carga plena. Para cada motor, aplicou-se um banco de capacitores dimensionado dentro dos limites recomendados e, em seguida, um banco superdimensionado. Os resultados demonstraram que, dentro dos limites da tabela de referência, as oscilações de corrente permanecem dentro dos padrões seguros. No entanto, quando esses limites são ultrapassados, verificam-se picos de corrente elevados, que podem comprometer a integridade dos capacitores e dos motores. Conclui-se que, em situações que exijam bancos de capacitores acima do limite recomendado, é necessário adotar outras estratégias de correção do fator de potência, como a manobra independente entre motor e banco, de modo a evitar a ferrorressonância e preservar a segurança do sistema elétrico.

Power factor correction is essential to ensure energy efficiency and stability in industrial electrical systems. Among the various methods of reactive power compensation, the installation of capacitor banks directly at the terminals of three-phase induction motors stands out for providing localized correction. However, this practice may trigger nonlinear phenomenon known as ferroresonance, especially when the motor and the capacitor bank share the same switching device. This undergraduate thesis aims to study the behavior of the motor-capacitor system under different operating conditions to identify the occurrence of ferroresonance and validate the safety limits proposed in the technical literature. Simulations were conducted in MATLAB/Simulink using Simscape Electrical blocks, with three motors of different power ratings operating under full load. For each motor, a capacitor bank was applied within the recommended limits, followed by an oversized bank. The results showed that, within the reference table limits, current oscillations remain within safe standards. However, when these limits are exceeded, high current peaks occur, potentially compromising the integrity of the capacitors and motors. It is concluded that in situations requiring capacitor banks above the recommended limit, alternative power factor correction strategies should be adopted, such as independent switching between the motor and the capacitor bank, in order to prevent ferroresonance and ensure the safety of the electrical system.