1. 1
Simulação de Partida de Motores através de Soft
Starter utilizando o ATPDraw
M. Firmino de Medeiros Jr., DCA - UFRN, A. L. A. de Araújo, COSERN, G. D. Sousa, A. O. Salazar,
e J. Tavares de Oliveira, DEE - UFRN
Resumo - O presente artigo descreve o desenvolvimento de
módulos para simulação de partida de motores de indução
através do dispositivo Soft-Starter, usando a ferramenta
computacional ATPDraw. Os resultados são comparados com
outros obtidos através de simulações no SIMULINK MatLabTM ,
que foram utilizados em aplicação de cálculo de afundamento de
tensão em nós próximos ao de instalação de um motor, no
momento de sua partida.
Palavras Chaves—ATPDraw, Soft Starter, partida de
motores.
I. INTRODUÇÃO
Soft-Starter é um dispositivo eletrônico composto por uma
ponte de tiristores em anti-paralelo e um dispositivo de
controle do ângulo de disparo dos tiristores, possibilitando
variar a tensão eficaz no motor. Assim, pode-se controlar a
corrente de partida do motor fazendo com que a mesma seja
elevada suavemente. Através da utilização do Soft-Starter
evitam-se, portanto, os picos de corrente atingidos na partida
direta, que podem variar de 4 a 12 vezes da corrente nominal,
com possibilidade de ocorrer afundamento de tensão na rede.
Neste trabalho foi desenvolvido um modelo de simulação
para a partida de motores com soft starter, dentro do ambiente
ATPDraw, uma plataforma gráfica para o Alternative
Transients Program – ATP. O modelo de simulação é
composto pela ponte de tiristores em anti-paralelo, construído
a partir do componente Valve, já disponível no ATP, e pelo
bloco de controle do ângulo de disparo dos tiristores,
implementado através da ferramenta MODELS do ATP, que é
semelhante a uma linguagem de programação, conforme
detalhada em [1].
II. DESENVOLVIMENTO
A partir do estudo de funcionamento de um soft-starter foi
desenvolvido o seu bloco de controle, através da ferramenta
MODELS.
Este trabalho está sendo financiado pela Cosern, através de seu Programa
de P&D, regulamentado e aprovado pela Aneel.
M. F. de Medeiros Jr. trabalha no Departamento de Engenharia de
Computação e Automação da UFRN (e-mail: firmino@dca.ufrn.br).
A. L. A. de Araújo trabalha na Companhia Energética do Rio Grande do
Norte - COSERN (e-mail: andre.araujo@cosern.com.br).
G. D. Sousa é aluno de iniciação científica e estudante do Curso de
Graduação em Engenharia Elétrica (e-mail: gabriel@dca.ufrn.br).
A. O. Salazar trabalha no Departamento de Engenharia de Computação e
Automação da UFRN (e-mail: andrés@dca.ufrn.br)
J. T. de Oliveira trabalha no Departamento de Engenharia Elétrica da
UFRN (e-mail: jtavares@ct.ufrn.br)
Por ser uma ferramenta dedicada ao ATPDraw, MODELS
já disponibiliza algumas variáveis para utilização do usuário.
Nesse caso, utilizou-se a TIMESTEP, que faz referência ao
valor do passo de tempo das iterações.
Simplificadamente, o algoritmo possui a seguinte lógica:
PASSO 1 – Inicialização das variáveis, a partir dos dados de
entrada fornecidos pelo usuário, que são: freqüência da rede,
ângulo de disparo inicial e tempo de partida. O valor de alfa
(ângulo de disparo) é convertido de graus para um valor
correspondente em segundos.
PASSO 2 – A fim de verificar se decorreu um tempo
correspondente a um período, o algoritmo verifica se a tensão
da rede cruzou o valor zero. Em caso positivo, segue para o
passo 3, em caso negativo, segue para o passo 4.
PASSO 3 – O valor do ângulo de disparo é decrementado de
um valor calculado no passo 1, a partir do valor do ângulo
inicial e do tempo de partida, e a variável “tempo” é zerada.
PASSO 4 – Testa se tempo é maior do que a variável alfa
(convertida em segundos). Em caso afirmativo, os tiristores
são “gatilhados”; caso contrário, deixam de conduzir.
PASSO 5 – A variável tempo é incrementada de TIMESTEP;
em seguida, retorna-se ao passo 2 para a próxima iteração até
que o tempo de simulação determinado seja atingido.
III. SIMULAÇÕES
Fig 1. Circuito para simulação do soft starter no ATPDraw
Primeiramente realizou-se a simulação do bloco construído
através de um circuito monofásico com carga RL, mostrado na
fig. 1. Os resultados obtidos foram considerados satisfatórios,
como mostra a forma de onda da tensão representada na fig 2.
A simulação foi realizada com ângulo de disparo inicial de
180º, um tempo de partida de 0,3 segundos e freqüência da
rede de 60 Hz. O objetivo dessa simulação é verificar a
eficácia do método numérico implementado no ATP, em

2. 2
comparação com uma outra simulação obtida através de outro
simulador, no qual o método numérico pode ser escolhido.
300
[V]
200
100
0
-100
-200
-300
SIMULAÇÃO SOFT-STARTER
Gráfico: Vout ( 0 - 0,6 s )
0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 [s] 0,6
Fig 2. Gráfico da Tensão de Saída ( V )
Fig 3. Motor de Indução no ATPDraw
A fig 3. representa o motor de indução simulado no
ATPDraw, com as seguintes especificações:
2.2 CV, 220V, 60Hz, 4 pólos
RS = 1.63 Ω, Rr = 0.74 Ω,
Llr = 2.1 mH, Lls = 4.7 mH, Lh = 85 mH
Jm = 4,5.10-3 Kg.m², Tn = 8.144 N – m, ωn = 1725 RPM
70
[A]
40
10
-20
-50
-80
SIMULAÇÃO PARTIDA DIRETA
CORRENTE ESTATOR
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 [s] 0,30
Fig 4. Corrente no Estator (A)
A fig 5. apresenta o resultado obtido no SIMULINK
(MatLabTM) para o mesmo motor. A escala do gráfico
apresenta 20A/divisão.
Fig 5. Corrente no Estator (A) – Partida Direta -Simulação realizada no
SIMULINK MatLabTM
250
[V]
200
150
100
50
0
PARTIDA DORETA
VELOCIDADE [ RAD/s ]
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 [s] 3,0
Fig 6. Velocidade Rotor ( rad/s )
As figs. 4 e 6 representam as respostas para simulação de
uma partida direta com o motor acima especificado, usando o
ATPDraw. Os principais resultados obtidos foram IPART,MÁX =
63,73 A IREGIME = 9,432 A e velocidade de regime permanente
igual a 180 rad/s.
A fig 7. mostra o esquema de simulação da partida do
mesmo motor, com a utilização do soft starter construído.
Nesse caso, utilizou-se um ângulo de disparo inicial de 135º e
um tempo de partida de 0,16 segundos.
Fig 7. Simulação do Motor com Partida Soft Starter

3. 3
Fig 8. Esquema do Soft Starter Trifásico
Internamente ao bloco SOFT na fig. 7, tem-se o seguinte
esquema de ligação, mostrado na fig 8. Todas as resistências
são valores muito baixos (10-6 Ω), colocadas por necessidades
do ATPDraw.
40
[A]
25
10
-5
-20
-35
-50
PARTIDA SOFT-STARTER
CORRENTE ESTATOR
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 [s] 0,40
Fig 9. Corrente no Estator ( A )
Fig 10. Corrente no Estator (A) – Partida Suave
Simulação realizada no SIMULINK (MatLabTM)
Na fig 10. tem-se a resposta obtida no Simulink (MatLabTM)
para mesmas condições de partida e de ângulo inicial, com 20
A/divisão.
250
[V]
200
150
100
50
0
PARTIDA SOFT-STARTER
VELOCIDADE [ RAD/s ]
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 [s] 3,0
Fig. 11. Velocidade Rotor ( rad/s)
As figs. 9 e 11 representam as respostas para simulação de
uma partida com soft starter para o mesmo motor utilizado na
simulação de partida direta.
Os resultados obtidos foram IPART,MÁX = 38,6 A IREGIME =
9,432 A e velocidade de 180 rad/s.
Fig 12. Correte no Estator (A) –
Comparação entre Soft Starter e Partida Direta
Fig 13. Velocidade no Rotor (rad/s) – Comparação entre Soft Starter e
Partida Direta
IV. APLICAÇÃO
Um dos problemas que se pode perceber durante a
partida de motores é a ocorrência de um afundamento de
tensão em nós eletricamente próximos àquele em que o

4. 4
motor se encontra instalado, devido ao alto nível de
corrente atingido nesse instante.
A fim de obter uma ferramenta capaz de indicar e
auxiliar na avaliação desse fenômeno, propõe-se o bloco do
soft starter que foi apresentado nas seções anteriores. Para
testar sua eficácia, simulou-se a sua utilização em uma rede
de distribuição com 23 nós, utilizando um motor de 20 HP,
instalado no nó 20. A rede está representada na fig. 14 e,
para melhor visualização, apresentou-se na fig. 15 apenas a
região de instalação do soft-starter na rede, modelada no
ATPDraw.
Fig 14. Diagrama unifilar da rede simulada
Fig. 15 Rede de Distribuição no ATPDraw
Fig 16. Nível de Tensão (kV) - NÓ 18: Comparação entre Partida Direta e
Soft Starter
Através da mesma rede mostrada nas figs. 14 e 15, simulou-se
a partida direta do motor. Através dos resultados obtidos na
fig. 16, pode-se perceber que a partida direta causa uma
perturbação maior, em comparação à partida com soft-starter,
ao nível de tensão em nós próximos ao de instalação do motor.
V. CONCLUSÃO
Comparando os resultados obtidos entre a simulação do
ATP e do SIMULINK, ambos mostraram equivalência com
respeito a pico de corrente e tempo de partida. Verifica-se
apenas alguma diferença na forma de onda, devido ao método
de convergência de cada simulador.
Assim, o presente trabalho conclui sobre a viabilidade do
uso da ferramenta ATPDraw para simulação de partida de
motores de indução através de soft starter. Outros dispositivos
de partida, tais como chaves estrela-triângulo e inversores,
podem ser ainda facilmente modelados, a fim de possibilitar
estudos dos impactos na rede devido às partidas de motores de
indução, como afundamento de tensão.
VI. BIBLIOGRAFIA
[1] L Dubé, “Users Guide to MODELS in ATP”. April 1996.
[2] J. A. Filho e M. P. Pereira, “ATPALTERNATIVE
TRANSIENTS PROGRAM – Curso Básico Sobre a
Utilização do ATP” – CLAUE, Última revisão: nov/1996
[3] “Módulo 1 – Comando e Proteção”, WEG Indústrias S.A.
– Centro de Treinamento de Clientes.
[4] Magnus Kjellberg, Sören Kling, “SOFTSTARTER
HANDBOOK“, ABB, disponível no site:
http://library.abb.com/GLOBAL/SCOT/SCOT209.nsf/, em
13/05/2007.
[5] Siemens AG. Correntes de Curto-Circuito em Redes
Trifásicas. Editora Edgard Blucher LTDA. Tradução 5ª
Edição Alemã. Set/1975.