Apostila Motor Monofasico Pdf 701c19

MOTORES MONOFÁSICOS Os motores monofásicos são aqueles que são ligados diretamente a uma fonte monofásica. Entre os vários tipos de motores monofásicos , os motores com rotor em gaiola são os que mais se destacam, devido a sua simplicidade de fabricação, robustez, confiabilidade e manutenção. Por terem apenas uma fase de alimentação, não possuem campo girante como os motore polifásicos, mas um campo magnético pulsante. Isso impede que tenham torque de partida, tendo em conta que no rotor se induzem campos magnéticos alinhados ao campo do estator. Para solucionar esse problema de partida, utilizam enrolamentos auxiliares, que são dimensionados e posicionados de forma a criar uma segunda fase fictícia permitindo a formação do campo girante necessário para a partida. Assim, teremos um enrolamento de armadura com duas partes. Um enrolamento principal, que é conectado diretamente à rede de alimentação e uma outra parte que é o enrolamento secundário ligado em série com um capacitor e esse circuito é ligado em paralelo com o circuito principal. Desta maneira, a corrente elétrica que circula pelo enrolamento auxiliar está adiantada da corrente do enrolamento principal de aproximadamente 90º. Principais aplicações: bombas d' água, ventiladores, pequenas máquinas, etc. Não é recomendável o emprego de motores mopnfásicos, maiores que 3 CV, pois estão ligados somente com uma fase da rede, o que provoca um considerável desbalanceamento de carga na rede. Desvantagens do uso de motores monofásicos: 1 - O custo do motor monofásico é mais elevado que um motor trifásco de mesma potência. 2 - O motor monofásico sofre desgaste mecânico do platinado (contato centrífugo necessário à partida do motor). 3 - O motor monofásico alcança apenas 60 a 70% da potência do motor trifásico do mêsmo tamanho. 4 - O motor monofásico apresenta rendimento e fator de potência menores. 5 - Não é possível inverter diretamente o sentido de rotação de motores mnofásicos. Motores monofásico mais utilizados na prática: 1 - Motor monofásico com dois terminais É destinado apenas a um valor de tensão e não pode ser adaptado valores diferentes de tensão. A tensão identificada na placa deve ser igual a rede de alimentação. Outro inconveniente é que não é possível a inversão de rotação, pois ele tem somente dois terminais em que são ligados os condutores fase e neutro, ou fase

fase, dependendo da tensão da rede. A inversão dos cabos de alimentação fase e neutro não provoca a inversão do sentido de rotação. 2 - Motor monofásico com quatro terminais Nesse tipo de motor o enrolamento é dividido em duas partes iguais. Torna-se Torna possível a instalçaõ do motor a dois valores de tensão, que são chamados de temtem são maior e tensão menor ou 220 V / 110 V. Não é possível inverter o sentido de rotação desse motor. Veja o diagrama a seguir:

Figura 1 - Esquema de ligação de motor monofásico com 4 terminais. Os terminais 1 e 2 são conectados a uma metade e os terminais 3 e 4 na segunda metade do enrolamento. As duas partes devem ser ligadas em série se a tensão de alimentação for de 220V. Se a tensão for de 110V, as duas partes do enrolaenrola mento devem vem ser ligadas em paralelo, como mostra a figura 1. 3 - Motor monofásico com seis terminais Nesse tipo de motor podemos efetuar dois tipos de ligação em tensões diferendiferen tes, além de poder inverter o sentido de rotação do motor. É necessário ressaltar que não é possível fazer a inversão com o motor em movimento. Deve-se Deve desligálo para que possa ser dada a partida em outra direção. Figura 2 - Esquema de ligação de motor monofásico com 6 terminais termin em 220V

Os terminais de 1 até 4 são conectados às duas metades do enrolamento, como nos motores de 4 terminais. Os terminais 5 e 6 estão ligados a parte e têm como com função a inversão do sentido de rotação bastando inverter a ligação dos terminais 5 e 6, como mostram as figuras. A figura 2 mostra o esquema de ligação para tensão maior e para inverter a rotarota

ção basta inverter 5 e 6. A figura 3 mostra ostra a ligação na menor tensão (110V). Como no caso da maior tenten são basta trocar a ligação dos terminais 5 e 6.

Figura 3 - Esquema de ligação do motor monofásico de 6 terminais em 110V Os motores de indução monofásicos estão divididos nas categorias abaixo: a - Motores de pólos sombreados (ou shaded pole) b - Motor de fase dividida (split phase) c - Motor de capacitor de partida (ou capacitor start) d - Motor de capacitor permanente (ou permanent split capacitor) e - Motor com dois capacitores (ou two value capacitor) a - Motor de pólos sombreados Também denominado motor de campo distorcido (shaded pole), graças ao a seu processo de partida, é o mais simples, confiável e econômico dos motores de inin dução monofásicos. A forma mais comum é a de pólos salientes. Cada pólo tem uma parte de 25 a 35% abraçada por uma espira de cobre em curto-circuito, curto como mostra a a figura 4 abaixo.

Espira de Sombra

Figura 4 - Motor de pólos sombreados As espiras de sombra são anéis de cobre inseridos nas sapatas polares. Devido à indução magnética dos anéis, o campo magnético no entrferro sob eles terá uma defasagem em relação ao restante da região da sapata polar. Tudo ocorre como se houvesse um campo girante sob a sapata polar. Esses motores apresentam

baixo torque de partida (15 a 50% do nominal) representado na figura 5, baixo renren dimento e baixo fator de potência. Devido a isso, geralmente são fabricados em pequenas potências até no máximo 1/4 CV. De um modo geral, o controle de velovelo cidade desses motores consiste em reduzir a tensão de alimentação aplicada.

%Cn

150 100 50 %ns 20 40

60

80

100

Figura 5 - Curva torque X rotação para o motor de pólos sombreados. Pela sua simplicidade, robustez e baixo custo, são ideais na movimentação de ar ( ventiladores, exaustores, purificadores de ambiente, ambiente, unidades de refrigeração, secadores de roupa, projetores de slides, e demais aplicações eletro domésticas. b - Motor de fase dividida Possui um enrolamento principal e um auxiliar para a partida, ambos defasados de 90º . AQ figura 6 mostra o circuito desse motor.

Chave Centrífuga Enrolamento Principal

Enrolamento auxiliar

Figura 6 - Motor de fase dividida O enrolamento auxiliar cria um deslocamento de fase que produz o torque necesneces sário para a rotação inicial e a aceleração. Quando o motor atinge uma rotação predeterminada, o enrolamento auxiliar vé desligado desligado da rtede por meio de uma chave que normalmente atua por uma força centrífuga(chave) ou, em casos especíespecí ficos, por relé de corrente, chave manual ou outros dispositivos especiais. Como o enrolamento auxiliar é dimensionado para atuar apenas na na partida, se não for desdes ligado após a partida, danifica-se. danifica O ângulo de dfasagem que se pode obter entre as correntes do enrolamento prinprin cipal e do enrolamento auxiliar é pequeno, assim o conjugado de partida é proporpropor cional ao seno do ângulo ângulo entre as correntes nos enrolamentos principal e auxiliar, no instante da partida, e por isso esses motores têm torque de partida igual ou

pouco superior ao nominal limitando sua utilização em máquinas que exigem poupou co torque de partida. Normalmente Normalmente são construídos para potências fracionárias que não excedam 3/4 CV. A chave centrífuga mantém em união um bloco de contatos com os contatos do enrolamento auxiliar através de molas, de modo que o circuito está fechado na parpar tida. À medida que aumenta a velocidade do motor, pesos são deslocados para fora, superam a tensão das molas e afastam o bloco de contatos, abrindo o circuito do enrolamento auxiliar, o qual permanece aberto durante o funcionamento do momo tor. O enrolammento mmento auxiliar é desconectado da rede por meio de chave centrífuga quando a rotação estiver situada entre 75% e 80% da velocidade síncrona, pois nesse intervalo de velocidades, o conjugado produzido pelo campo pulsante do enrolamento principal al excede aqule desenvolvido pelos dois enrolamentos combicombi nados. A figura 7 mostra o comportamento do torque com a variação da velocidavelocida de do motor.

%Cn 300

Desconexão da fase auxiliar.

200

100

20

40

60

80

100

%ns

Figura 7 - Curva torque x rotação para o motor de fase dividida A corrente do rotor bloqueado varia entre 5 e sete vezes vezes a corrente nominal, mas não constitui um problema. Uma vez que os rotores desse tipo de motor são de tata manho reduzido, apresentando uma baixa inércia mesmo quando ligados à carga, a corrente de partida relativamente elevada caiquase que instataneamente. instataneamente. Para inverter a rotação desse motor é necessário inverter a polaridade dos terminais de ligação da rede em relação a um dos enrolamentos, principal ou auxiliar e nunca pode ser feita com o motor em funcionamento. O controle de velocidade é muito m difícil pois sua velocidade síncrona é determinada pela frequência da rede e pelo número de pólos desenvolvidos pelo enrolamento principal. c - Motor de capacitor de partida É um motor semelhante ao de fase dividida.A dividida.A principal diferença está na inclusão de um capacitor eletrolítico em série com o enrolamento auxiliar de partida. O caca pacitor permite maior ângulo de defasagem entre as correntes dos enrolamentos principal e auxiliar, proporcinando elevados torques de partida. A figura 8 mostra o circuito desse motor.

C Chave Centrífuga Enrolamento principal

Enrolamento auxiliar

Figura 8 - Motor com capacitor de partida O enrolamento auxiliar é desligado quando o motor atinge 75 a 80% da velocidade nominal. Nesse intervalo de velocidades, o enrolamento principal sozinho desenvoldesenvol ve quase o mesmo torque que os enrolamentos combinados. Para velocidades maiores, entre 80% e 90% da velocidade síncrona, acurva do torque com os enroenro mentos combinados cruza a curva de torque do enrolamento principal, como mosmos tra o gráfico da figura 9.

%Cn 300

Desconexão da fase auxiliar.

200

100

20

40

60

80

100

%ns

Figura 9 - Motor com capacitor de partida Com seu elevado torque de partuida entre 200 e 350% do torque nominal, o motor de capacitor de partida pode ser utilizado em uma variedade de aplicações e fafa bricado para potências que vão de 1/4 a 15 CV. Para inverter o sentido de rotação rotaç é necessário inverter a polaridade dos terminais de ligação da rede em relação a um dos enrolamentos. Isso torna possível inverter a rotação com o motor em funciofuncio namento. d - Motor de capacitor permanente Nesse tipo de motor o enrolamento auxiliar e o capacitor ficam permanentemente ligados, sendo o capacitor do tipo eletrostático,como mostra a figura 10.

C Enrolamento principal

Enrolamento auxiliar

Figura 10 - Motor com capacitor permanente O efeito desse capacitor é criar condições de fluxo muito semelhantes às encontraencontra das nos motores polifásicos, aumentando, com isso o torque máximo, o rendimenrendimen to eo fator de potência, além de reduzir o ruído. São motores menores e isentos de manutenção, pois não utilizam contatos e partes móveis, como nos anteriores. Seu torque de partida é de 50 a 100% do conjugado nominal, o que que limita sua aplicação a equipamentos que requertem elevado torque de partida, tais como: máquinas de escritório, ventiladores, exaustores, sopradores, bombas centrífugas, esmerís, pepe quenas serras, furadeiras, condicionadores de ar pulverizadores, etc. etc São fabricados com potência até 1,5CV. A figura 11 mostra o torque com a variação de velovelo cidade.

%Cn 200 150 100 50 %ns 20 40

60

80

100

Figura 11 - Curva torque x rotação para motor de capacitor permanente e - Motor com dois capacitores Esse motor utiliza as vantagens dos outros dois. Partida como o mtor de capacitor de partida rtida e funcionamento em regime idêntico ao do motor de capacitor permaperma nente, como mostra a figura 12. Capacitor

C

Permanente

Fase auxiliar Fase principal

Capacitor de Arranque

Enrolamento auxiliar

Figura 12 - Motor com 2 capacitores Nesse tipo de motor são utilizados 2 capacitores durante a partida. Uma deles é um capacitor eletrolítico de partida de capacidade elevada, cerca de 10 a 15 veve

zes o valor do capacitor de funcionamento, que é desligado do circuito por meio de uma chave centrífuga qundo a velocidade do motor atinge 75 a 80% da velocidade síncrona.

%Cn Desconexão do capacitor de

300

partida 200

100

20

40

60

80

100

%ns

Figura 13 - Curva torque x rotação para o motor com dois capacitores 4 - Motor universal A maioria dos aparelhos eletrodomésticos, especialmente de cozinha e ferramenferramen tas portáteis utilizam o motor universal cujo princípio de funcionamento é completacompleta mente diferente do motor de indução. O motor universal é assim chamado pois popo de operar tanto sob alimentação CC ou CA. A rigor trata-se trata se de um motor CC série. Para a operação CA, o estator e o rotor devem ser de chapas laminadas, para ee vitar perdas por histerese e correntes parasitas. Trata-se se de um motor de velocidade variável, com baixas velocidades para grangran des conjugados e altas velocidades para pequenas cargas. O conjugado de partiparti da é também elevado. Devido a isso, são usados comumente em pequenos eletroeletro domésticos, como furadeiras elétricas e lixadeiras, que requerem conjugado elevaeleva dos e em liquidificadores, aspiradores de pó e bombas centrífugas, que requerem alta velocidade.São fabricados para potências de até 3/4 CV. Para potências aciaci ma de alguns guns CV, funcionam precariamente em corrente alternada. Há um grande faiscamento nas escovas, e o rendimento e o fator de potência decrescem. TipicaTipica mente o estator é um conjunto de pólos salintes com bobinas enroladas sobre eles O rotor é constituído por um enrolamento distribuído em ranhuras sobre eles. O roro tor é constituído por um enrolamento distribuído em ranhuras e ligado em série com as bobinas do estator, que recebe o nome de armadura. Os terminais das bobinas do rotor são soldados num anel anel coletor solidário ao eixo, e a conexão com o meio externo é feita por esscovas de grafite.

Escovas

Estator

Rotor bobinado

Figura 14 - Motor universal 5 - Identificação das bobinas de um motor monofásico Os motores monofásicos de fase auxiliar são os mais utilizados na prática. A figura 15 mostra a ligação das bobinas. 1

3

5

Figura 15 - Bobinas de um motor Monofásico 2

4

6

O enrolamento principal rincipal é representado por duas bobinas com inícios 1 e 3 e seus finais 2 e 4 respectivamente. O enrolamento auxiliar é representado por início 5 e final 6. Nesse enrolamento estão um capacitor e uma chave centrífuga responsável pelo desligamento do motor quando atingir 75% de sua velocidade nominal. Para identificar as bobinas do motor, utiliza-se utiliza se um ohmímetro e a bobina que apresentar a maior resistência será a auxiliar e as outras principais.

F N

1

2

3

4

Figura 16 - Determinação da polaridade dos enrolamentos principais inverte-se se uma das bobinas e mede a corrente novamente, com mostra a figura 17

F N

1

4

3

2

Figura 17 - determinação da polaridade dos enrolamentos principais Aplica-se se os números 1,2,3,4 à ligação que apresentar menor corrente.

6 - Motores síncronos São denominados minados motores síncronos porque a velocidade do seu rotor é sincronisincroni zada com o campo girante do estator. A velocidade do motor síncrono é dada por: Ns = 120 f / p onde: Ns - Velocidade síncrona em rpm F - Freqüência qüência em hertz p - Número de pólos do motor Como a freqüência da rede que alimenta o motor é constante, assim como o seu número de pólos, podemos considerar a máquina com velocidade constante. O funcionamento dos motores síncronos, síncronos, requer aplicação de corrente alternada no estator, sendo a excitação do campo rotórico feita por meio de uma fonte de corrente contínua obtida de uma fonte externa ou de uma excitatriz conectada ao eixo do motor. Uma pequena parcela do torque será utilizada para gerar a corrente contínua para a excitação do campo. A figura 18 mostra um esboço desse motor.

Estator N S

Entreferro

S

+ Rotor

Fonte CC

Figura 18 - Estrutura do motor síncrono Uma das principais aplicações do motor síncrono é sua sua utilização para correção do fator de potência, devido à variação da excitação de campo. Em um motor síncrono quando a carga é aplicada, há um deslocamento do ângulo de fase do rotor, com relação ao campo. Apesar de a velocidade do motor conticonti nuar síncrona, teremos nestas condições um fator de potência em atraso. Para que o motor volte a operar com fator de potência unitário, deve-se deve se aumentar a corrente contínua de excitação, o que torna o fator de potência unitário e se mantido o auau mento de corrente, o fator de potência ficará adiantado. Podemos afirmar que papa ra uma dada carga o fator de potência é diretamente dependente da corrente de excitação. Isso acontece, porque, quando a corrente de excitação é de valor reduredu zido, a força eletromotriz etromotriz induzida no estator é pequena, o que leva o estator na

absorver da rede de alimentação uma potência reativa necessária para a formaforma ção do campo magnético, ocasionando baixo fator de potência. Se a corrente de excitação for aumentada, tada, para a mesma carga, haverá uma elevação na força eleele tromotriz no estator, o que fará com que a corrente do estator, que estava anterioranterior mente atrasada, possa ficar em fase com a tensão da rede, caracterizando um fafa tor de potência unitário. Se o aumento da corrente de excitação prosseguir, teretere mos então uma corrente de estator adiantada, o que caracteriza um fator de potênpotên cia adiantado. A figura 19 representa esse comportamento.

IA

Fator de Potência

Fator de

Atrasado

Potência Adiantado Fator de Potência Unitário IF

Figura 19 - Variação do fator de potência em função da variação da corrente cor de Excitação. A figura mostra que o fator de potência de uma motor submetido a uma determinadetermina da carga, representada pelas diferentes curvas, depende da sua corrente de exciexci tação, em que IA representa a corrente do induzido e IF a corrente te de excitação. Desvantagens do motor síncrono em relação ao motor de indução: 1 - Necessitam de uma fonte de corrente contínua, para excitação, com manutenmanuten ção constante; 2 - Não é capaz de partir somente com a aplicação aplicação de corrente alternada no estaesta tor, pois deve ser levado próximo da velocidade síncrona para que ele possa enen trar em sincronismo com o campo girante. 3 - Para que a partida seja possível são utilizadas algumas técnicas, co a mais coco mum porr exemplo a utilização do motor de corrente contínua acoplado ao eixo do motor e a utilização de um enrolamento de compensação (enrolamentos amorteceamortece dores), são os mais comuns. Vantagens do motor síncrono em relação ao motor de indução: induçã 1 - São utilizados para fornecer força mecânica e corrigir o fator de potência. 2 - Possuem rendimentos maiores que os motores de indução equivalentes, quanquan do trabalham com fator de potência unitário. 3 - Ops rotores dos motores síncronos síncronos permitem o uso de entreferros maiores, pospos sibilitando menores tolerâncias.

Bibliografia Acionamentos Elétricos - Claiton Moro Franchi Máquinas Elétricas e Transformadores - Irving L. Kosow