Relatório motores monofásicos

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Motores elétricos são máquinas elétricas destinadas à conversão de energia elétrica em energia cinética, gerando movimento mecânico. Os motores podem ser divididos em dois grupos principais: motor de corrente contínua (CC), e motores de corrente alternada (CA), os quais dividem-se em monofásicos, trifásicos e universais.
Nesse trabalho abordar-se-á parâmetros gerais a respeito dos motores elétricos de indução alternada monofásico do tipo gaiola de esquilo, com enfoque aos seus cinco tipos principais. Portanto, serão descritos e analisados os motores do tipo: fase dividida, com capacitor de partida, com capacitor permanente, com dois capacitores e polos sombreados.
Os motores do tipo gaiola de esquilo são construtivamente simples, figura 1, sendo vastamente aplicados devido ao seu baixo custo, simplicidade de utilização e manutenção. São empregados para baixas potências, em locais cuja fonte de alimentação seja monofásica, como é o caso das residências, zonas rurais, etc. Esses motores são constituídos por: circuito magnético estático, um grupo de bobinas, rotor (móvel) e estator (fixo), além de um circuito auxiliar, responsável por promover uma segunda fase, a fim de gerar o campo magnético girante, necessários para a sua partida.

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  • Muito bom, só achei uma discordância quando se refere ao capacitor a óleo e o eletrolítico. Quem desliga pela chave é o eletrolitico, não o capacitor a óleo. Valeu :)
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Relatório motores monofásicos

  1. 1. DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE AUTOMAÇÃO E SISTEMAS COORDENAÇÃO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL MATEUS BARBOSA VICTOR SAID TIPOS DE MOTORES DE INDUÇÃO MONOFÁSICOS Salvador 2014
  2. 2. MATEUS BARBOSA VICTOR SAID TIPOS DE MOTORES DE INDUÇÃO MONOFÁSICOS Relatório de revisão bibliográfica, solicitado pela professora Francismari Santos, como requisito de avaliação parcial da III Unidade da disciplina de Eletrotécnica II, no Instituto Federal Bahia – IFBA, Câmpus Salvador. Relatório orientado pela Profª. Francismari Santos. Salvador 2014
  3. 3. SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO .........................................................................................................4 2 MOTOR DE FASE DIVIDIDA ...................................................................................5 3 MOTOR COM CAPACITOR DE PARTIDA ..............................................................7 4 MOTOR COM CAPACITOR PERMANENTE...........................................................8 5 MOTOR COM DOIS CAPACITORES ......................................................................9 6 MOTOR DE POLOS SOMBREADOS OU CAMPO DISTORCIDO. .......................10 7 QUADRO COMPARATIVO ENTRE MOTORES....................................................11 8 CONSIDERAÇÕES FINAIS ...................................................................................13 9 REFERÊNCIAS......................................................................................................14
  4. 4. 4 1 INTRODUÇÃO Motores elétricos são máquinas elétricas destinadas à conversão de energia elétrica em energia cinética, gerando movimento mecânico. Os motores podem ser divididos em dois grupos principais: motor de corrente contínua (CC), e motores de corrente alternada (CA), os quais dividem-se em monofásicos, trifásicos e universais. Nesse trabalho abordar-se-á parâmetros gerais a respeito dos motores elétricos de indução alternada monofásico do tipo gaiola de esquilo, com enfoque aos seus cinco tipos principais. Portanto, serão descritos e analisados os motores do tipo: fase dividida, com capacitor de partida, com capacitor permanente, com dois capacitores e polos sombreados. Os motores do tipo gaiola de esquilo são construtivamente simples, figura 1, sendo vastamente aplicados devido ao seu baixo custo, simplicidade de utilização e manutenção. São empregados para baixas potências, em locais cuja fonte de alimentação seja monofásica, como é o caso das residências, zonas rurais, etc. Esses motores são constituídos por: circuito magnético estático, um grupo de bobinas, rotor (móvel) e estator (fixo), além de um circuito auxiliar, responsável por promover uma segunda fase, a fim de gerar o campo magnético girante, necessários para a sua partida. Figura 1 – Construção geral de um motor de indução monofásico Fonte: Adaptações de PIPPI, 2014. Desse modo, esse trabalho tem por objetivo apresentar os diversos tipos de motores monofásicos, descrevendo seu princípio de funcionamento, aplicação e diferenças entre eles. A fim de fundamentar a elaboração deste relatório, a metodologia empregada foi a revisão bibliográfica, a qual foi realizada utilizando livros, websites e apostilas virtuais.
  5. 5. 5 2 MOTOR DE FASE DIVIDIDA Os motores de indução monofásicos são formados por um único enrolamento principal que gera um campo magnético que se alterna de acordo com a corrente que alimenta o motor. Durante a partida do motor, o campo gerado pelo enrolamento da origem a uma corrente induzida no rotor do motor. Essa, por sua vez, origina outro campo, oposto ao primeiro. Com isso, surgirá uma força na parte superior e inferior do rotor que tenderia a girá-lo em cerca de 180°. Mas, por serem duas forças de sentidos contrários, essas irão se anular e rotor continuará parado. Por causa desse problema, são utilizados diversos mecanismos nos motores monofásicos para possibilitar sua partida. Um desses mecanismos é utilizado no motor de fase dividida, que é formado por um enrolamento principal e outro enrolamento auxiliar, ambos defasados espacialmente em cerca de 90°, gerando uma defasagem entre as correntes que circulam nesses enrolamentos. O enrolamento auxiliar é utilizado apenas para a partida, já que cria um deslocamento de fase, gerando força suficiente para dar partida ao motor. O motor de fase dividida é representado na figura 1 Figura 2 - Motor de fase dividida Fonte: Adaptações de NIED, 2012. A associação dos dois enrolamentos produzirá um campo girante na partida, que será capaz de iniciar o movimento giratório do rotor no sentido do campo girante. No momento em que motor atinge cerca de 75 a 85% de sua velocidade nominal de operação, ou seja, da sua velocidade comum de operação, o enrolamento auxiliar é desconectado do circuito por muito de uma chave, que é atuada pela força centrífuga
  6. 6. 6 gerada pelo rotor, quando esse está girando entre 75 a 85% de sua velocidade nominal. A chave é, então, dimensionada para abrir com essa força. Se a chave não abrir e o enrolamento continuar conectado até o motor atingir sua velocidade nominal, isso resultará na queima do motor. Pelo fato desses motores apresentarem um pequeno ângulo de defasagem entre a corrente do enrolamento principal e a corrente do enrolamento auxiliar, o seu torque de partida será praticamente igual ou um pouco superior ao torque nominal, limitando sua aplicação em sistemas de baixa potência e que não exijam muito torque durante a partida, como por exemplo, ventiladores, exaustores, máquinas de escritório, máquinas de lavar, compressores herméticos e bombas centrífugas. Os motores de fase dividida são ainda barulhentos, não são reversíveis e apresentam um difícil controle da sua velocidade.
  7. 7. 7 3 MOTOR COM CAPACITOR DE PARTIDA O motor de fase dividida com capacitor de partida, representado na figura3, é um aprimoramento do motor de fase dividida simples citado no tópico anterior e que tem como principal diferença, um maior torque durante a partida. Para isso que isso seja possível, é adicionado um capacitor ao enrolamento auxiliar fazendo com que as correntes desse enrolamento e do enrolamento principal tenham uma defasagem mais próxima de 90°. Nos motores de fase dividida simples o ângulo de defasagem entre as correntes das bobinas é de cerca de 25°, apesar de os enrolamentos estarem defasados espacialmente em 90°. Com a adição do capacitor, o ângulo de defasagem entre as correntes cresce para cerca de 82°. Os motores com capacitor de partida poderão também ser reversíveis por meio da inversão da polaridade do enrolamento auxiliar em relação ao enrolamento principal, o que irá criar um campo rotacional com o sentido oposto ao da rotação do rotor. Isso é possível, porque ângulo de defasagem entre as correntes, como já citado, é mais próximo de 90°. Quando a inversão da polaridade é feita, surge um torque elevado no sentido oposto ao que o motor está girando, fazendo o mesmo parar e inverter a rotação. Essa inversão de rotação não ocorre no motor de fase dividida simples, pois sua defasagem é de apenas 25°. Figura 3 - Motor de Fase Dividida com Capacitor de Partida Fonte: Adaptações de NIED, 2012. Pela sua construção e características, o motor de com capacitor de partida apresenta torque duas vezes maior que o motor de fase dividida simples e são utilizados para acionar bombas, compressores, condicionadores de ar, máquinas de lavar de potência maior, entre outros.
  8. 8. 8 4 MOTOR COM CAPACITOR PERMANENTE No motor de fase dividida com capacitor permanente, representado na figura 4, o enrolamento auxiliar fica ligado permanentemente, não sendo, portanto, desconectado do circuito quando o motor atinge certa velocidade. Por esse motivo, o motor não possui chave atuada por força centrifuga como havia nos motores simples e com capacitor de partida. Esse motor apresenta também um capacitor do tipo a óleo, cujo valor é determinado nas condições nominais de funcionamento e não durante a partida. O capacitor fica ligado a um dos enrolamentos e também permanece constantemente em operação após a partida. Como consequência da permanência do capacitor e do enrolamento auxiliar no funcionamento nominal do motor, esse apresenta torque de partida e funcionamento baixos e é mais sensível a variação de velocidade. Figura 4 - Motor com capacitor Permanente Fonte: Adaptações de NIED, 2012. Esses motores também são menores construtivamente e não necessitam de manutenção, porque não possuem contatos e partes móveis, exceto pelo rotor. Porém, seu torque de partida é inferior ao do motor de fase dividida, limitando sua aplicação em sistemas que não exijam muito torque na partida, como em ventiladores e exautores de pequeno porte, sopradores, bombas centrifugas pequenas, esmeris, serras de pequeno porte, furadeiras, condicionadores de ar, entre outros. O controle da velocidade nesses motores pode ser feito a partir da variação da tensão que é aplicada no mesmo, já que possui alta sensibilidade. É também um motor que pode ter sua rotação facilmente invertida, já que necessita de pouco torque para começar a operar.
  9. 9. 9 5 MOTOR COM DOIS CAPACITORES Os motores com dois capacitores são formados por um enrolamento principal, um auxiliar que fica ligado permanentemente e por dois capacitores, sendo um eletrolítico usado para a partida do motor e outro do tipo a óleo que tal como o enrolamento auxiliar fica permanentemente ligado. Esse motor, utiliza então as vantagens de funcionamento do motor com capacitor permanente e as vantagens de partida do motor com capacitor de partida. São motores que apresentam um custo mais elevado e por isso são fabricados só para potências acima de 1cv. Do motor com capacitor permanente, o motor com dois capacitores, representado na figura 5, herda a operação silenciosa e o fácil controle de velocidade e do motor com capacitor de partida, herda o torque elevado durante a partida. O capacitor a óleo é utilizado apenas para o arranque, sendo desconectado do circuito despois que o motor atinge cerca de 75% da sua velocidade nominal de operação, por meio da chave centrifuga. Figura 5 - Motor com dois Capacitores Fonte: Adaptações de NIED, 2012. Esse motor, diferentemente do motor com capacitor permanente, necessita de manutenção, pela presença da chave e do capacitor eletrolítico, que são componentes mais favoráveis a dano. Muita inversão na rotação do motor, podem diminuir consideravelmente a vida útil da chave. Para reduzir esse problema, ao invés de se utilizar um capacitor a óleo em paralelo com um eletrolítico pode ser utilizado para a construção do motor apenas o capacitor a óleo, mas em combinação com um autotransformador. Nas duas formas de construção, será obtido capacitância elevada para a partida e capacitância menor para funcionamento nominal. Esse tipo de motor é de uso doméstico, principalmente em condicionadores de ar e ventiladores de maior porte.
  10. 10. 10 6 MOTOR DE POLOS SOMBREADOS OU CAMPO DISTORCIDO. De acordo com Pauletti (2009), os motores de polo sombreado ou motores de campo distorcidos, destacam-se entre os diversos motores monofásicos de indução existentes, devido ao seu “processo de partida, que é o mais simples, confiável e econômico”. Para Pauletti (2009) e Neves (2014), existem três tipos principais desses motores, os quais são obtidos a partir da variação de sua forma construtiva: de polos salientes, o mais utilizado; tipo esqueleto; e com enrolamentos distribuídos. Os motores tipo campos distorcidos partem do mesmo princípio de funcionamento dos demais motores elétricos, com a exceção da sua forma de partida. Diferente dos demais, esse motor não carece de um circuito auxiliar, pois fazendo alterações em seus polos torna-se possível gerar os campos girantes. Esses motores possuem espiras em seus polos, que irão gerar uma corrente no circuito, fazendo com que haja uma defasagem no sistema. De acordo com Marques (2005, adaptado), seu princípio de funcionamento, dá-se do seguinte modo: O motor tem (...) polos salientes excitados por fluxos alternados. Cada polo inclui uma pequena parte que tem uma espira em curto-circuito. Designa-se esta parte do polo por polo com espira de sombra. O enrolamento principal produz um fluxo pulsante que é ligado com o circuito do rotor. O fluxo principal induz uma Fem na espira de sombra que por sua vez é percorrida por uma corrente. Esta corrente gera um fluxo que se opõe à variação do fluxo principal no polo com a espira de sombra. O resultado é que o fluxo na parte com espira de sombra e na outra parte serão diferentes. Tanto a amplitude como o ângulo de fase serão diferentes. Na figura X, apresenta-se o esquema construtivo de um motor de campos distorcidos do tipo polos salientes. Esses motores possuem como principais aplicações: movimentação de ar, como em ventiladores, refrigeradores, etc.; bombas e compressores de pequeno porte; datashow; e aplicações domésticas em geral. Figura 6 – Construção geral de um motor de campos distorcidos tipo polos salientes ≤Fonte: Adaptações de PAULETTI, 2009.
  11. 11. 11 7 QUADRO COMPARATIVO ENTRE MOTORES Motor Enrolamento Auxiliar Ângulo de defasagem Potências (cv) Conjugado de partida (%) Vantagens Desvantagens Gráfico: Características do conjugado x velocidade do motor Fase dividida Sim < 90° 1/12 a 3/4  Maior rendimento;  Aplicações específicas;  Chave centrífuga pode: danificar com facilidade; aumentar o peso do motor;  Utilizado apenas para baixas potências; Capacitor Permanente Sim ≥ 90° 1/5 a 1,5 50 a 100  Conjugado máximo, rendimento e fator de potência são maiores que os outros motores monofásicos;  Facilidade de manutenção, devido a ausência da chave centrífuga;  Conjugado de partida menor que os motores de fase dividida;  Limita-se a aplicações de pequeno porte;  Capacitor de partida Sim < 90° 1/4 a 15 200 a 350  Maior torque de partida;  Maior fator de potência;  Maior conjugado de partida;  Ampla possibilidade de aplicações;  Excelente para ferramentas  Chave mecânica pode ser facilmente;  Aumento do custo da fase auxiliar devido à presença do capacitor;  Não trabalha com reversão instantânea
  12. 12. 12 Dois capacitores Sim ≥ 90° ≥ 1 50 a 100  Alto conjugado de partida;  Alta eficiência;  Fator de potência elevado;  Possui as vantagens dos dois tipos anteriores  Custo elevado em relação aos outros motores;  Aplicado apenas em condições específicas, devido ao custo; Campos distorcidos Não =90° milésimos a 1/4 c 15 a 50  Menor custo;  Carece de pouca manutenção;  Simplicidade de operação;  Maior confiabilidade e durabilidade  Menor conjugado de partida;  Menor eficiência;  Menor Fator de potência;  Menor rendimento;  Apresentam único sentido de rotação;  Aplicado em pequenas potências Fonte: OLIVEIRA e DIAS, 2014; NEVES, 2014; ROSA, 2014; PAULETTI, 2009.
  13. 13. 13 8 CONSIDERAÇÕES FINAIS Os motores de indução monofásicos são máquinas elétricas aplicadas em uma ampla gama de possibilidades. Destinando-se a conversão de energia elétrica em movimento rotacional, são aplicados desde pequenas máquinas, com pequeno valor de partida, até equipamentos e ferramentas industriais específicos. Cumprindo o objetivo do trabalho, esse relatório abordou os diversos tipos de motores de indução monofásico, abordando suas principais aplicações, descrevendo- os e aos seus princípios de funcionamento. Realizou-se um comparativo entre os diversos motores, justificando-se, assim, a necessidade de cada um dos tipos, por possuírem vantagens e desvantagens em relação aos demais. Motores de fase dividida destinam-se a pequenas aplicações específicas, com pequeno torque, não sendo recomendados para sistemas que carecem de grande conjugado de partida. Diferente do anterior, os motores com capacitores, possuem um alto conjugado de partida, que pode ser ampliado ou continuado – dependendo do tipo ou quantidade de capacitores empregados –, destinando-se à um amplo e diversificado conjunto de aplicações, especialmente àquelas mais robustas. Dentro do contexto dos motores, os mais empregados, entretanto, são os motores de campos distorcidos, ou motores de fase sombreada. Esses destacam-se dos demais devido ao seu baixo custo, ampla gama de aplicações, facilidade de operação e manutenção, além do pequeno porte. Em comparação aos motores com fase auxiliar não possui o custo elevado devido à implantação do circuito, e nem o aumento do peso pela mesma razão. Dessa forma, conclui-se o trabalho salientando a relevância da aplicação dos motores no contexto contemporâneo, tendo em vista que aplicam-se ambientes diversos. Os motores podem ser aplicados de forma satisfatória em eletrodomésticos, como ventiladores, liquidificadores; em aplicações mais comerciais e de climatização, como os exaustores de ar, por exemplo.
  14. 14. 14 9 REFERÊNCIAS ANDRADE, A. Motores Monofásicos. Disponível em: <http://goo.gl/hmQgPp>. Acesso em: 08 dez. 2014. COSTA, J. D. Apontamentos de máquinas elétricas. [S.l]: ENIDH, 2010. FILHO, M. Materiais ferromagnéticos – visão geral. Disponível em: <http://goo.gl/yqVr7L>. Acesso em: 11 set. 2014. KOSOW, I. L. Máquinas elétricas e transformadores. Tradução: Luis Felipe Daiello e Percy Antônio Soares. Porto Alegre: Globo, 1982. Tradução do original em inglês para português. LOULEIRO, M. Motores Elétricos. Disponível em: <http://goo.gl/SiOKYX>. Acesso em: 07 dez. 2014. NEVES, E. G. C. Motores de Indução Monofásicos. In: Máquinas e transformadores elétricos. Disponível em: <http://goo.gl/Ev1RzJ>. Acesso em: 07 dez. 2014. NIED, A. Máquinas Elétricas. Disponível em: <http://goo.gl/ybP1OH>. Acesso em: 08 dez. 2014. OLIVEIRA, E. C. P.; DIAS, J. C. Rendimento nos motores monofásicos. In: WEG em revista. Disponível em: <http://goo.gl/1hOQda>. Acesso em: 07 dez. 2014. PAULETTI, L. C. Um estudo de uso de gradador de tensão em motores de indução monofásicos. Porto Alegre: UFRS, 2009. Dissertação de mestrado apresentada à Escola de Engenharia da UFRS. PIPPI, R. S. Motores de indução monofásicos. Chapecó (Santa Catarina): IFSC, [S.A.]. Disponível em: <http://goo.gl/xKSxSt>. Acesso em: 07 dez. 2014. ROSA, L. Análise de Tecnologias de Construção de Motores Elétricos. Disponível em: <http://goo.gl/ivtBoK>. Acesso em: 07 dez. 2014.

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