Apostila Motor Monofasico PDF

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 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 secundário ligado em série com um capacitor e esse circuito 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 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 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 te nsão da rede. A inversão dos cabos de alimentação fase e neutro não provoca a inversão do sentido de rotação.

2 - Motor mono ásico com quatro terminais Nesse tipo de motor o enrolamento é dividido em duas partes iguais. Torna-se possível a instalçaõ do otor a dois valores de tensão, que são chamados de temsão maior e tensão me or ou 220 V / 110 V. Não é possível inverter o sentido de rotação desse motor. Veja o diagrama a segu ir:

Figura 1 - Esquema de ligação de motor monofásico com 4 term inais. Os terminais 1 e 2 são onectados a uma metade e os terminais 3 e 4 na segunda metade do enrolamento. As duas partes devem ser ligadas em érie se a tensão de alimentação for de 2 0V. Se a tensão for de 110V, as duas partes do enrolamento devem 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 e tensões diferentes, além de poder inve ter o sentido de rotação do motor. É ne essário ressaltar que não é possível faze r a inversão com o motor em movimento. Deve-se desligálo para que possa ser d da a partida em outra direção. Figura 2 - Esquema de ligação de motor monofásico com 6 term inais em 220V

Os terminais de 1 até 4 são conectados às duas metades do e rolamento, como nos motores de 4 termi ais. Os terminais 5 e 6 estão ligados a parte e têm como função a inversão do se ntido de rotação bastando inverter a ligação dos terminais 5 e 6, como mostram a figuras. A figura 2 mostra o esq ema de ligação para tensão maior e para inverter a rota-

ção basta inverter 5 e . A figura 3 mostra a liga ão na menor tensão (110V). Como no aso da maior tensão basta trocar a ligaç o 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 catego ias abaixo: a - Motores de pólos so breados (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 cap citores (ou two value capacitor)

a - Motor de pól s sombreados Também denominado otor de campo distorcido (shaded pole), graças ao seu processo de partida, é mais simples, confiável e econômico d s motores de indução monofásicos. A f rma mais comum é a de pólos salientes. Cada pólo tem uma parte de 25 a 35% abraçada por uma espira de cobre em c urto-circuito, como mostra a figura 4 abaix .

Espira de Sombra

Figura 4 - Motor de pólos sombreados As espiras de sombra s o 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 o restante da região da sapata polar. T do ocorre como se houvesse um cam o girante sob a sapata polar. Esses m tores apresentam

baixo torque de partida (15 a 50% do nominal) representado na igura 5, baixo rendimento e baixo fator d potência. Devido a isso, geralmente são fabricados em pequenas potências até no máximo 1/4 CV. De um modo geral, o controle de velocidade desses motores consiste em reduzir a tensão de aliment ção aplicada. %Cn 150 100 50 %ns 20 40

60

80

100

Figura 5 - Curva torque X rotação para o motor de pólos sombre ados. Pela sua simplicidade, robustez e baixo custo, são ideais na mo imentação de ar ( ventiladores, exaustor s, purificadores de ambiente, unidades de refrigeração, secadores de roupa, pr  jetores de slides, e demais aplicações e letro domésticas.

b - Motor de fas dividida Possui um enrolamento principal e um auxiliar para a partida, a bos defasados de 90º . AQ figura 6 mostra o circuito desse motor.

C ave Centrífuga Enrolamento Principal

Enrolamento auxiliar

Figura 6 - Motor de fase dividida O enrolamento auxiliar cria um deslocamento de fase que prod z o torque necessário para a rotação inicial e a aceleração. Quando o motor atinge uma rotação predeterminada, o enrolamento auxiliar vé desligado da rtede p r meio de uma chave que normalment atua por uma força centrífuga(chave) o , em casos específicos, por relé de corren e, chave manual ou outros dispositivos speciais. Como o enrolamento auxiliar é dimensionado para atuar apenas na parti a, se não for desligado após a partida, d nifica-se. O ângulo de dfasagem ue se pode obter entre as correntes do enrolamento principal e do enrolamento uxiliar é pequeno, assim o conjugado d partida é proporcional ao seno do ângul o entre as correntes nos enrolamentos rincipal e auxiliar, no instante da partida, por isso esses motores têm torque de partida igual ou

pouco superior ao nomi al limitando sua utilização em máquina que exigem pouco torque de partida. N rmalmente são construídos para potências fracionárias que não excedam 3/4 C V. A chave centrífuga mantém em união um bloco de contatos co os contatos do enrolamento auxiliar atr vés de molas, de modo que o circuito está fechado na partida. À medida que aumenta a velocidade do motor, pesos são d eslocados para fora, superam a tensão das molas e afastam o bloco de contato , abrindo o circuito do enrolamento auxiliar, o qual permanece aberto durante o fun ionamento do motor. O enrolammento auxiliar é desconectado da rede por meio e chave centrífuga quando a rotação estive r situada entre 75% e 80% da velocida e síncrona, pois nesse intervalo de velo idades, o conjugado produzido pelo campo pulsante do enrolamento principal e cede aqule desenvolvido pelos dois enr olamentos combinados. A figura 7 mostr o comportamento do torque com a vari ção da velocidade do motor. %Cn 300

Desconexão da fase a xiliar.

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 a corr nte nominal, mas não constitui um proble a. Uma vez que os rotores desse tipo d e motor são de tamanho reduzido, apres ntando uma baixa inércia mesmo quando ligados à carga, a corrente de partida relativamente elevada caiquase que instat neamente. Para inverter a rotação dess motor é necessário inverter a polaridad dos terminais de ligação da rede em rela ão a um dos enrolamentos, principal ou auxiliar e nunca pode ser feita com o m tor em funcionamento. O controle de velocidade é muito difícil pois sua velocida e síncrona é determinada pela frequência da rede e pelo número de pólos desen olvidos pelo enrolamento principal.

c - Motor de cap citor de partida É um motor semelhante ao de fase dividida.A principal diferença está na inclusão de um capacitor eletrolítico em série com o enrolamento auxiliar de partida. O capacitor permite maior â gulo de defasagem entre as correntes dos enrolamentos principal e auxiliar, proporcinando elevados torques de partida. figura 8 mostra o circuito desse motor.

C Chave Centrífuga Enrolamento principal

Enrolamento auxiliar

Figura 8 - Motor com capacitor de partida O enrolamento auxiliar desligado quando o motor atinge 75 a 0% da velocidade nominal. Nesse interval de velocidades, o enrolamento princip l sozinho desenvolve quase o mesmo torq e que os enrolamentos combinados. Para velocidades maiores, entre 80% e 9 % da velocidade síncrona, acurva do torque com os enromentos combinados cru za a curva de torque do enrolamento pri cipal, como mostra o gráfico da figura 9.

%Cn 300

Desconexão da fase a xiliar.

200 100

20

40

60

80

100

%ns

Figura 9 - Motor com capacitor de partida Com seu elevado torqu de capacitor de partida bricado para potências é necessário inverter a um dos enrolamentos. I namento.

de partuida entre 200 e 350% do torqu nominal, o motor ode ser utilizado em uma variedade de aplicações e faue vão de 1/4 a 15 CV. Para inverter o entido de rotação olaridade dos terminais de ligação da r de em relação a so torna possível inverter a rotação co o motor em funcio-

d - Motor de capacitor permanente Nesse tipo de motor o enrolamento auxiliar e o capacitor ficam p ermanentemente ligados, sendo o capaci or do tipo eletrostático,como mostra a fi ura 10. C Enrolamento principal

Enrolamento auxiliar

Figura 10 - Motor com capacitor permanente O efeito desse capacito é criar condições de fluxo muito semel antes às encontradas nos motores polifásicos, aumentando, com isso o torque má ximo, o rendimento eo fator de potência, além de reduzir o ruído. São motores m nores e isentos de manutenção, pois não u tilizam contatos e partes móveis, como os anteriores. Seu torque de partida é de 50 a 100% do conjugado nominal, o que l imita sua aplicação a equipamentos que re uertem elevado torque de partida, tais como: máquinas de escritório, ventiladores, exaustores, sopradores, bombas centríf gas, esmerís, pequenas serras, furadeir s, condicionadores de ar pulverizadores , etc. São fabricados com potência até 1, 5CV. A figura 11 mostra o torque com a variação de velocidade. % n 200 150 100 50 %ns 20 40

60

80

100

Figura 11 - Curva torqu x rotação para motor de capacitor perm anente

e - Motor com d is capacitores Esse motor utiliza as vantagens dos outros dois. Partida como o mtor de capacitor de partida e funcionam nto em regime idêntico ao do motor de capacitor permanente, como mostra a fi ura 12. Capacitor

C

Permanente

Fase auxiliar Fase principal

Capacitor de Arranque Enrolamento auxiliar

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

zes o valor do capacitor de funcionamento, que é desligado do c ircuito por meio de uma chave centrífuga q ndo a velocidade do motor atinge 75 a 0% da velocidade síncrona. %Cn

Desconexão do capacitor de

300

partida 200 100

20

40

60

80

100

%ns

Figura 13 - Curva torqu x rotação para o motor com dois capa itores 4 - Motor univer sal A maioria dos aparelho eletrodomésticos, especialmente de co inha e ferramentas portáteis utilizam o otor universal cujo princípio de funcion mento é completamente diferente do mot r de indução. O motor universal é assim chamado pois pode operar tanto sob ali entação CC ou CA. A rigor trata-se de um motor CC série. Para a operação CA, o stator e o rotor devem ser de chapas la inadas, para evitar perdas por histere e e correntes parasitas. Trata-se de um motor d velocidade variável, com baixas veloci dades para grandes conjugados e altas elocidades para pequenas cargas. O c njugado de partida é também elevado. evido a isso, são usados comumente e pequenos eletrodomésticos, como furadeiras elétricas e lixadeiras, que requere conjugado elevados e em liquidificadores, aspiradores de pó e bombas centrífugas, que requerem alta velocidade.São fab icados para potências de até 3/4 CV. P ra potências acima de alguns CV, funci nam precariamente em corrente alternada. Há um grande faiscamento nas escov s, e o rendimento e o fator de potência ecrescem. Tipicamente o estator é um c njunto de pólos salintes com bobinas en roladas sobre eles O rotor é constituído po um enrolamento distribuído em ranhuras sobre eles. O rotor é constituído por um enrolamento distribuído em ranhuras e ligado em série com as bobinas do estator, que recebe o nome de armadura. Os ter inais das bobinas do rotor são soldados um anel coletor solidário ao eixo, e a co exão com o meio externo é feita por esscovas de grafite. Escovas

Estator

Rotor bobinado

Figura 14 - Motor unive sal

5 - Identificação das bobinas de um motor monofásic Os motores monofásico s 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 é representado por duas bobinas com i ícios 1 e 3 e seus finais 2 e 4 respectivam ente. O enrolamento auxiliar é representado por início 5 e final 6. Nesse enrolamento estão um capacitor e uma chave cen trífuga responsável pelo desligamento do m otor quando atingir 75% de sua velocida de nominal. Para identificar as bobinas d motor, 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 - Determinaç o da polaridade dos enrolamentos princi pais inverte-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 princi pais Aplica-se os números 1 ,2,3,4 à ligação que apresentar menor c rrente.

6 - Motores síncronos São denominados moto res síncronos porque a velocidade do se u rotor é sincronizada com o campo gira te do estator. A velocidade do motor sí crono é dada por: Ns = 120 f / onde: Ns - Velocidade síncrona em rpm F - Freqüência em hertz p - Número de pólos do motor Como a freqüência da r de que alimenta o motor é constante, a sim como o seu número de pólos, pode os considerar a máquina com velocida e constante. O funcionamento dos m otores síncronos, requer aplicação de orrente alternada no estator, sendo a excitação do campo rotórico feita por meio e uma fonte de corrente contínua obtid de uma fonte externa ou de uma excit triz conectada ao eixo do motor. Uma pequena parcela do torque será utilizada para gerar a corrente contínua para a excitaç o 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 apli ações do motor síncrono é sua utilizaç o para correção do fator de potência, de ido à variação da excitação de campo. Em um motor síncrono uando a carga é aplicada, há um deslo amento do ângulo de fase do rotor, com r lação ao campo. Apesar de a velocidad e do motor continuar síncrona, teremos nestas condições um fator de potência e m atraso. Para que o motor volte a operar com fator de potência unitário, deve-se a mentar a corrente contínua de excitação, que torna o fator de potência unitário e se mantido o aumento de corrente, o fator de potência ficará adiantado. Podemo s afirmar que para uma dada carga o fator de potência é diretamente dependent da corrente de excitação. Isso acontec , porque, quando a corrente de excitaç o é de valor reduzido, a força eletromotri induzida no estator é pequena, o que leva o estator na

absorver da rede de ali entação uma potência reativa necessá ria para a formação do campo magnético, ocasionando baixo fator de potência. e a corrente de excitação for aumentad , para a mesma carga, haverá uma ele ação na força eletromotriz no estator, o que fará com que a corrente do estator, q e estava anteriormente atrasada, possa icar em fase com a tensão da rede, car cterizando um fator de potência unitário. Se o aumento da corrente de excitação prosseguir, teremos então uma corrent de estator adiantada, o que caracteriza um fator de potência adiantado. A figura 19 representa esse comportamento. IA

Fator de Potência Atrasado

Fator de Potência Adiantado Fator de Potência Unitário IF

Figura 19 - Variação do fator de potência em função da variação da corrente de Excitação. A figura mostra que o fator de potência de uma motor submetid a uma determinada carga, representada pelas diferentes curvas, depende da su corrente de excitação, em que IA repres nta a corrente do induzido e I F a corrente de excitação. Desvantagens do motor síncrono em relação ao motor de induç o: 1 - Necessitam de uma fonte de corrente contínua, para excitação, com manutenção constante; 2 - Não é capaz de partir somente com a aplicação de corrente lternada no estator, pois deve ser levad próximo da velocidade síncrona para ue ele possa entrar em sincronismo co o campo girante. 3 - Para que a partida s  ja possível são utilizadas algumas técni cas, co a mais comum por exemplo a utilização do motor de corrente contínua ac plado ao eixo do motor e a utilização de m enrolamento de compensação (enrol mentos amortecedores), são os mais co uns. Vantagens do motor síncrono em relação ao motor de indução: 1 - São utilizados para fornecer força mecânica e corrigir o fator de potência. 2 - Possuem rendiment s maiores que os motores de indução e quivalentes, quando trabalham com fator de potência unitário. 3 - Ops rotores dos motores síncronos permitem o uso de entref erros maiores, possibilitando menores tole râncias.

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