TiagoS Edson RF2

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Instituto de Fsica Gleb Wataghin UNICAMP F 609 Instrumentao para Ensino

Segundo semestre de 2007

Relatrio Final

Motor Bifsico Partindo de uma nica Fase

Aluno: Tiago dos Santos RA: 011784 Orientador: Prof. Dr. Edson Bim ([email protected]) ([email protected])

Coordenador: Prof. Dr. Jos Joaqun Lunazzi

JUNDIA 29 de Novembro de 2007

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1. Introduo

Este trabalho visa mostrar o campo girante criado por quatro espiras defasadas em 90 no espao. Este campo girante foi criado a partir de uma nica fase de 127V, utilizando um circuito RLC, gerando duas fases defasadas no tempo.

Este trabalho tambm mostra a transformao de energia eltrica em energia mecnica, pois a montagem realizada utiliza o princpio de um motor de induo monofsico com capacitor de regime permanente, ligado em uma rede eltrica alternada de 127V.

Este tipo de motor muito utilizado em indstrias e em residncias devido o seu funcionamento no ser to complexo como, por exemplo, o liquidificador, enceradeiras, serras e lixadeiras. Geralmente ele utilizado como motor de baixa potncia. A grande vantagem do motor CA poder ser ligado diretamente rede eltrica residencial, pois ele utiliza apenas o efeito da corrente alternada para funcionar [2].

- Importncia Didtica

Este experimento, alm de mostrar o funcionamento de um tipo de motor, o estudante tm a oportunidade de investigar o porqu do giro do rotor (ou latinha de energtico), surgindo questes: Por que o rotor gira nesta velocidade? Por que o rotor no gira se o capacitor no for acionado? E se eu utilizasse uma bateria (corrente contnua), este rotor iria girar?

Ao tentar responder estas questes, o estudante ir deparar com as leis de Ampre, Faraday e Lenz, utilizao de fasores e questes relacionadas mecnica.

O pblico alvo deste trabalho so estudantes do ensino mdio, sendo uma experincia que pode ser utilizada para demonstraes em eletromagnetismo, bem como um aprofundamento em materiais ferromagnticos, condutividade eltrica e o funcionamento de solenides.

- Originalidade

Este projeto foi baseado num relatrio desta mesma disciplina sobre motor de induo trifsico realizado por Luiz Eduardo Ferreira Dias Jr. e orientado pelo Dr. Peter Alexander Schulz.

O que difere este projeto do j realizado que a confeco do mesmo mais vivel por no necessitar de um autotransformador trifsico varivel e por ser

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ligado em uma rede monofsica, encontrada em qualquer escola, o que no acontece com a trifsica, facilitando sua demonstrao.

- Lista de Materiais

Para a realizao do mesmo, so utilizados os seguintes materiais: - Quatro bobinas confeccionadas artesanalmente; - Quatro ncleos de ao doce (AISI-1020) para preenchimento das bobinas; - Um capacitor de 5F; - Um rotor tipo gaiola de esquilo fabricado em alumnio com ncleo

preenchido com material ferroso; - Uma lata de energtico (feita de alumnio) vazia; - Uma chave Phillips que servir de eixo para a lata de energtico; - Dois rolamentos para melhor movimentao do rotor e da lata; - Porta rolamento para a fixao do rotor e do eixo da latinha; - Um interruptor paralelo, responsvel pela partida do motor; - Um interruptor simples para ligar o experimento; - Cabos e tomada para ligao na rede; - Base para montagem do experimento feito em madeira. - Suporte para a fixao do ncleo da bobina.

- Observaes

Meu orientador, o Prof. Dr. Edson Bim, concorda com os termos aqui estabelecidos para o projeto e declara que poder dispor de todos os elementos necessrios.

Excees: No h Sigilo: No solicita

2. Montagem Experimental

Para a realizao deste projeto, a ponto inicial foi a confeco de um motor que fosse ligado em uma tenso alternada de 127V. Outro fator determinante das condies iniciais do projeto foi buscar informaes sobre onde seria utilizado um rotor do tipo gaiola de esquilo (Squirrel Cage), pois, apesar de sua fcil construo, seria mais barato encontrar pronto em um ferro velho. Uma forma encontrada para substituir este rotor foi confeco de um rotor utilizando uma lata de energtico que tm a vantagem de ser de baixo custo e despertar uma maior curiosidade nos estudantes.

Com os materiais descritos, foi montado o experimento da figura 2, utilizando a figura 1 como um diagrama esquemtico.

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Figura 1 Montagem esquemtica do experimento

Figura 2 Montagem experimental

Em um ferro velho na cidade de Jundia foi encontrado um rotor do tipo gaiola de esquilo (figura 3a) com dimetro de 40mm e a altura de seu ncleo de 45mm. Uma latinha de energtico foi utilizada como uma forma mais barata e mais

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funcional pedagogicamente para a construo deste segundo tipo de rotor (figura 3b).

(a) (b) Figura 3 (a) Rotor tipo gaiola de esquilo. (b) Lata de energtico utilizada

como rotor

Com as medidas dos rotores definidas, foi confeccionadas 4 bobinas idnticas com seo retangular de 32mm de largura por 40 de altura. Suas especificaes so:

Nmeros de espiras: 1200 Resistncia: 76 Impedncia: 90 mH sem ncleo e 200 mH com ncleo Fio condutor: Seo AWG #30 de cobre

Figura 4 Bobina com ncleo de ao fixa no suporte

Para se ter uma boa defasagem no tempo (perto de 90) entre a fase auxiliar e a fase principal, foi acrescentado na fase auxiliar, um capacitor de 5mF.

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Figura 5 Capacitor

3. Dificuldades Encontradas

Para a fabricao da bobina foi muito difcil encontrar um lugar que vendesse fio de cobre envernizado com bitola AWG #30. Isto foi possvel com a colaborao da empresa Gauss Transformadores, situada em Campinas, que confecciona, entre outros produtos, fonte de tenso. Como esta empresa dispunha de todo o material necessrio, a bobina foi confeccionada conforme as especificaes indicadas no item 2. O ncleo destas bobinas tambm no foi tarefa das mais fceis, pois para a confeco dos mesmos foi necessrio comprar uma barra quadrada de 40mm e usinada para 32mm em um de seus lados, para encaixar no carretel da bobina.

O rotor foi retirado de um motor de esmeril de pequeno porte (potncia no indicada no mesmo). Como ele foi comprado em um ferro velho, o custo foi baixo, mas o restante das peas, apesar de seus baixos valores individuais, deve-se ficar atento para no gastar mais do que o esperado.

4. Descrio

Quando uma corrente eltrica atravessa um fio condutor surge nas proximidades um campo magntico cuja densidade pode ser calculada pela lei de Ampre. Se uma superfcie metlica submetida presena deste campo magntico surgem correntes circulares induzidas que tendem a contrapor qualquer variao do fluxo magntico, de acordo com a lei de Faraday-Lenz. Estas correntes interagem com o campo e do origem a foras magnticas atuando sobre o corpo metlico.

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Se um campo magntico for aplicado em uma direo tal, que forme um ngulo no nulo com a reta normal s reas das espiras, a fora magntica induzida sobre o corpo metlico tender a alinhar a normal da espira com o vetor densidade de campo. Sendo assim, se a superfcie metlica for presa a um eixo e submetida presena de um campo magntico girante, perpendicular ao eixo, surgir na superfcie metlica um movimento giratrio e teremos um motor eltrico.

O funcionamento deste aparato est baseado na teoria de campos girantes, a mesma teoria utilizada em motores bifsicos com alimentao monofsica. O sistema bifsico clssico consiste em um transporte de energia utilizando dois condutores, cujas tenses senoidais esto defasadas de 90 graus no tempo, e um condutor neutro de equilbrio, mas usado em poucas aplicaes. Quando referido um motor bifsico, portanto, deseja-se dizer que o mesmo possui dois enrolamentos defasados espacialmente de 90 graus que deveriam ser, teoricamente, alimentados por uma rede bifsica. [6]

Para que seja criado este campo girante necessrio duas ou mais fases defasadas no tempo. Como utilizamos uma rede monofsica, para obter esta defasagem, foi feito, paralelo ao enrolamento principal do estator (parte fixa do experimento), um enrolamento auxiliar defasado fisicamente em 90 contendo um capacitor para obter um adiantamento desta fase em relao ao principal. Este estator possui uma impedncia aprecivel para manter baixa a corrente de funcionamento.

Figura 6 Princpio de funcionamento de um campo girante bifsico

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Primeiramente, vamos descrever o experimento utilizando a lata de energtico como rotor, indicado no diagrama esquemtico do experimento (figura 1).

Inicialmente, o interruptor simples est na posio aberto, com isto, a corrente no circula pelo circuito. Quando ligamos este interruptor, nada observado, pois, apesar de circular corrente no circuito, as bobinas auxiliares e principais esto ligadas numa tenso que possui a mesma fase, no gerando um campo magntico que proporcione a rotao da latinha. Quando o interruptor paralelo alterado de posio, a corrente comea a circular atravs do capacitor, fazendo com que a corrente desta fase auxiliar seja defasada no tempo em relao a corrente da fase principal, obtendo, desta forma, o giro da latinha. A figura abaixo mostra a defasagem destas correntes.

Figura 7 Corrente Principal e Auxiliar defasadas no tempo

Este mesmo fenmeno ocorreu quando utilizamos o rotor que utilizado comercialmente (em aparelhos eltricos domsticos), s que a rotao maior, bem como seu torque. Isto se deve por ser de uma geometria mais adequada e por utilizar um material ferromagntico em seu ncleo que possui uma maior permeabilidade magntica em comparao com o ar, facilitando o fluxo magntico.

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Com a finalidade de verificar se os componentes utilizados na parte esttica (estator) conseguem criar um campo girante, foi resolvido o circuito RLC abaixo, para se obter o ngulo de defasagem das duas correntes (Auxiliar e Principal) que atuam sobre as bobinas.

Figura 8 Circuito equivalente do estator

- Fase Principal / Circuito RL / Corrente Atrasada

XL = *L = 2*pi*60*0,4 = 151

l Z l = (R + XL) = (152 + 151) = 214

- Corrente

iP= V = 180 = 0,83 A l Z l 214

- ngulo de Fase

Tan P XL = 151 = 0,99 P = 44,8 0,78 rad. R

iP = 0,83*sen (120 pi t 0,79 ) em relao ao eixo das abscissa.

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- Fase Auxiliar / Circuito RLC / Corrente Adiantada

XL = *L = 151

XC = 1 =_____1___ = 530 2pi60510-6

l Z l = ( R + (*L _1_ ) ) = ( 152+ ( - 379 ) ) = 408 *C

- Corrente

ia = V = 180 = 0,44 A l Z l 408

- ngulo de Fase

Tan a = XL Xc = 151 530 = -2,49 a = - 68 -1.19 rad R 152

ia = 0,44*sen (120 pi t 2,76 )

Figura 9 Diagrama de Fasores do estator

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5. Resultados e Discusso

Com a montagem experimental realizada foi possvel obter timos resultados. O experimento funcionou de forma satisfatria, criando um campo girante capaz de girar a latinha de energtico e tambm o rotor.

Foi observado que quando mais prximo bobina fica do rotor, maior o fluxo magntico que atravessa o rotor, fazendo com que este rotor gire com uma maior rotao e torque.

Devido ao dimetro do fio condutor da bobina ser muito pequeno, a potncia que criada pelo efeito Joule pode danificar a mesma, portanto deve-se tomar cuidado com o tempo que o experimento fica ligado de forma contnua.

Para facilitar a demonstrao de como a distncia da bobina influencia no rendimento do motor, seria conveniente criar uma base mvel para a bobina.

6. Concluso

Este experimento foi de grande valia, pois alm de por em prtica uma parte dos conhecimentos adquiridos no curso de graduao.

Apesar de despender muito tempo para a concluso, foi possvel notar quais so as dificuldades encontradas quando procuramos demonstrar experimentalmente uma teoria da fsica. Mesmo sendo uma teoria to conhecida e comumente aplicada em nosso cotidiano, vrias dificuldades foram encontradas, pois nos deparamos com situaes nas quais temos que realizar certas tarefas que no fazem parte de nosso currculo e de nossas habilidades.

Um exemplo para ilustrar esta situao foi confeco do ncleo da bobina e do eixo de rotao da lata de energtico, sendo necessrio utilizao de torno, furadeira e bancada para a fabricao, habilidades no desenvolvidas no curso.

Portanto, para a formao de um profissional/educador, alm das matrias curriculares, necessrio desenvolver no aluno autonomia, para que ele procure uma constante aprendizagem, mas no perdendo o vnculo com a prtica, pouco desenvolvida no curso.

7. Declarao do orientador

O coordenador aceitou o projeto e comentou que, neste trabalho, poderia ser utilizada uma bobina que gerasse um fluxo magntico de maior intensidade para que a fase auxiliar, que esta ligada ao capacitor, fosse desligada aps a partida do motor; desta forma o motor funcionaria com uma nica fase, assim como um motor de induo monofsico de fase dividida com capacitor de partida.

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8. Agradecimentos

Agradeo a colaborao do Prof. Dr. Edson Bim pela ter contribudo na orientao e nas explicaes dos fenmenos envolvidos no experimento, viabilizando a realizao deste projeto.

Agradeo, tambm, ao Prof. Dr. Jos Joaqun Lunazzi pela compreenso e por coordenar esta disciplina que nos coloca numa situao mais prxima da realidade que iremos encontrar em nossa vida profissional. Neste mesmo patamar, agradeo ao meu pai (in memoriam) por ter me guiado at o ltimo momento de sua vida.

9. Referncias

[1] Kosow, Irving Lionel Mquinas Eltricas e Transformadores Porto Alegre, SP, Editora Globo, 1977.

[2] Almeida, Jos Francisco Marcondes de Contribuio ao estudo do motor de induo monofsico com capacitor chaveado Campinas, SP, 2000

[3] http://www.grupozug.com.br/ENGEL/motor%20de%20inducao%20monofasico.htm

[4] http://www.estv.ipv.pt/PaginasPessoais/vasco/textos/SEE_-_Maquinas_de_inducao_monofasicas.pdf

[5] http://diana.ee.pucrs.br/~lpereira/Eletrotecnica/Apostila_MI.pdf

[6] Neri Junior, Almir Laranjeira Acionamento suave do motor de induo bifsico atravs de eletrnica de potncia Campinas, SP, 2005

10. Apndice

A Referncia [3]

Nesta referncia podemos encontrar os diferentes tipos de motores de induo monofsicos.

B Referncia [4]

apresentada, nesta referncia, uma teoria sobre os motores de induo e algumas caractersticas construtivas.

C Referncia [5]

abordada a teoria de campo girante e a defasagem entre fases de forma satisfatria, mas para uma alimentao trifsica.

Os motores de induo monofsicos, so em regra construdos para potncias inferiores a um HP, para serem utilizados em circuitos de baixa tenso, de distribuio. Tais motores, contudo, tm sido construdos para capacidades de 5 e 10 HP para fins especiais, onde no se podem empregar motores trifsicos. Sob o aspecto construtivo, estes motores so semelhantes aos motores polifsicos, possuindo rotores do tipo de gaiola de esquilo.

Funcionamento: O rotor possui um bobinamento, tipo gaiola de esquilo, representado por condutores duplos, pois percorrido por duas correntes que podem ser consideradas independentes. Na realidade, tanto os condutores mais de fora como os mais de dentro, tm igual comportamento e a corrente final a associao das duas correntes supostamente separadas. Para simplificar , supe-se que o enrolamento do rotor tenha o mesmo nmero de espiras do enrolamento do estator. Quando se aplica uma f.e.m. E1. Monofsica, ao estator, origina-se uma corrente magnetizante que provoca o nascimento de um fluxo de transformador ?4 que abraa os bobinamentos do estator e do rotor. Estes dois bobinamentos atuam como o primrio e o secundrio de um transformador e, como o bobinamento secundrio est fechado em curto-circuito, a circula uma corrente de forte intensidade, porm, sem produzir um binrio motor capaz de por a mquina a girar em qualquer sentido. No motor de induo monofsico, por conseguinte, velocidade de sincronismo, h um campo girante de valor invarivel que se move velocidade sncrona tal como no motor polifsico.

Teoria do duplo campo girante. Pode-se dar uma outra explicao para o funcionamento do motor de induo monofsico. A f.m.m. alternativa monofsico, gerada no bobinamento do estator, pode ser decomposta em duas foras magnetomotrizes rotativas que se deslocam em sentidos opostos, velocidade sncrona, tendo cada qual a metade da amplitude da foa nica magnetomotriz. Cada uma destas foras magnetomotrizes produz seu prprio campo rotativo. Desenvolver-se- um momento de toro positivo no sentido da rotao e um momento de toro mais pequeno em sentido oposto. O rotor assumir uma velocidade, de movimento acelerado, at aproximar-se da velocidade de sincronismo.

MOTOR DE INDUO MONOFSICO.

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Tipos de motores de induo monofsicos Motores com plos amortecedores : O motor com plos amortecedores vem a ser um motor de induo monofsico, dotado de um bobinamento auxiliar, no isolado e posto permanentemente em curto-circuito, o qual se encontra deslocado quanto sua posio magntica, em relao ao bobinamento principal. Os punonamentos do estator formam plos salientes e as faixas de cobre, de baixa resistncia hmica, ou bobinas amortecedoras, constituem um circuito fechado que circunda mais ou menos a metade de cada plo. Quando o fluxo em um plo de estator est crescendo de valor, induzem-se correntses na bobina amortecedora que retardam o crescimento do fluxo naquele mesmo plo.H portanto, um leve desvio de fluxo da seo no amortecida para a seo amortecida do plo e o rotor recebe um pequeno aumento de toro positiva que o faz mover-se no sentido indicado pela seta. As mquinas dotadas de plos amortecedores so utilizadas para acionares pequenos ventiladores ou finalidades semelhantes onde se precisa de momentos de toro de muito pequeno valor.

Motores com diviso de fase : Um motor de fase dividida vem a ser um motor de induo monofsico, equipado com um bobinamento auxiliar, o qual se encontra deslocado com respeito ao bobinamento principal quanto posio do campo magntico. Eletricamente, este bobinamento auxiliar acha-se ligado em paralelo com o bobinamento principal. Se os dois bobinamentos do estator forem ligados a uma fonte de alimentao monofsica, de modo que a fase no 1 fique ligada diretamente e a fase n 2 em tempo, com o gerado pela fase no 1 e produzir, por isso, algum momento de toro aproveitvel para dar arranque ao motor. Quando a rotao do motor chega a 70% da velocidade de sincronismo, o bobinamento de arranque (fase no 2) pode ser aberto por uma chave acionada pela fora centrfuga e o motor passa a funcionar como mquina monofsica, base da fase no 1.

Motor com resistncia de partida : O motor com resistncia de partida vem a ser uma mquina com fase dividida, que tem uma resistncia ligada em srie com o bobinamento auxiliar.

Motor com arranque capacitivo : O motor com arranque capacitivo tambm uma forma de motor com fase dividida, que dispe de um condensador ligado em srie com o bobinamento auxiliar. Este circuito auxiliar abre-se assim que o motor chega a uma pre-determinada rotao. Por meio de tal artifcio, conseguem-se momentos de arranque at 4 vezes maiores que o respectivo momento de plena carga.

Motores capacitores : Nos motores capacitores, obtm-se a diviso da fase por meio de uma capacitncia, em vez de se usar uma resistncia. O bobinamento auxiliar permanece continuadamente ligado, de modo que o fator de potncia, plena carga, tem um valor proximo unidade. Quando se precisa de um momento de toro de arranque maior pode ligar-se no instante da partida, em paralelo com o capacitor fixo C , um segundo capacitor C , o qual se desliga por meio da chave S, logo que o motor adquire certa velocoidade.

Motor de induo com arranque de repulso : O motor simples de repulso , pode desenvolver momentos de toro na partida quatro ou cinco vezes mais poderosos que o de plena carga, mas possui a caracterstica da variao da velocidade igual do motor-srie c.c e apresenta a tendncia de correr com velocidades exageradas quando sob pequenas cargas. Seu estator tem um bobinamento monofsico, enquanto que o rotor tem um bobinamento distribudo, ligado a um coletor que possui um jogo de escovas posto em curto circuito e montado a um dado ngulo com respeito ao campo do estator. O motor, desta maneira, comporta-se como um simples motor de repulso.

Colaborao :O mundo da eletrnica.

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1Mquinas de Induo Monofsicas Gil Marques 20051

Mquinas de induo monofsicas

Gil Marques2005

Mquinas de Induo Monofsicas Gil Marques 20052

Contedo Introduo Constituio Princpio de funcionamento Circuito equivalente Caractersticas Mtodos de arranque

Condensador de arranque Enrolamento de arranque simples Espira de sombra


Introduo O motor de induo monofsico o motor

mais usado em aplicaes domsticas como frigorficos, mquinas de lavar, relgios, compressores, bombas, etc.

A potncia vai at 10 HP Acima de 1HP tm menor binrio de

arranque, so mais caros e mais ruidosos que os motores trifsicos


Introduo (cont.)

Tem dois enrolamentos no estator colocados perpendicularmente Um o principal O outro o auxiliar ou de arranque

Consoante o tipo de arranque tem designaes diferentes e caractersticas e aplicaes diferentes

difcil obter correntes desfasadas de 90 a partir de uma fonte monofsica


Constituio:


Constituio do estator


Constituio do rotor


Constituio na realidade um motor bifsico

Estator com ferrolaminado

Cavas com osenrolamentos

Barras

Anel que curto-circuita as barrasEnrolamento de

arranque

+

_

Enrolamentoprincipal

Rotor comferro

laminado+

_


Princpio de funcionamento O enrolamento principal monofsico produz

um campo pulsante Matematicamente o campo pulsante pode

ser decomposto em dois campos girantes rodando em oposio

A interaco entre estes campos e as correntes induzidas no rotor produzem binrios opostos


Decomposio do campo pulsante

Enrolamento dearranque

Enrolamentoprincital

+t-t

Fluxo do enrolamento principal


Escorregamentos

sinsin

sin 1NN

NNNsspos ===

sNN

NNNsneg =+=+= 21

sinsin

sin


Circuito equivalente

Campo girantepositivo

Xsta/2

Vsta

Ista

Rrot(1-spos)/(2spos)

Rsta/2

Rc/2 Xm/2

Xrot/2 Rrot/2

Campo girantenegativo

Xsta/2

Rrot(1-sneg)/(2sneg)

Rsta/2

Rc/2 Xm/2

Xrot/2 Rrot/2

Ipos

Ineg


Expreses

*stastain IVS =

Potncia de entrada:

Potncia de sada:

neg

negrot

pos

posrotdev s

sRs

sRP+= 1

21

222

negpos II



Binrio versus velocidade


Potncia de entrada Ps e de sada Pm


Binrio versus velocidade

0 50 100 150 200 250 3000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

wm [rad/s]

Mem

[Nm

]


Potncia de entrada e de sada

0 50 100 150 200 250 3000

500

1000

1500

2000

2500

wm [rad/s]

Ps e

Pm

[W]

Ps

Pm

10


Nas condies de circuito monofsico o motor no arrancar.

Se o motor for accionado para fora da velocidade nula ele arrancar no sentido da velocidade inicial

Para que o motor possa arrancar necessrio dispor de um circuito auxiliar disposto a 90 no espao em relao ao principal e alimentado por uma corrente tambm desfasada de 90 no tempo


Mtodos de arranque

A diferena de fase obtida atravs de: uma resistncia, uma indutancia, ou Um condensador

Em srie com o enrolamento de arranque. O mais vulgar usar um condensador em

srie com o enrolamento de arranque.

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Motor de induo monofsicoQuando o motor

alcanar a velocidadede operao, um interruptor centrfugodesliga o circuito do enrolamento de arranque.

Figura: Esquema do motor de induomonofsico.

I

C


Rotor

V

Enro

lamen

tode

arra

nque

Interruptor centrfugo


Motor de induo monofsico

necessrio o interruptorncentrfugo porque a maioria dos motores utilizaum condensadorelectroltico barato quepode ser percorrido porcorrentes alternadasdurante apenas um curtoespao de tempo.

Um condensadorapropriado produzaproximadamente umadesfasagem de 90 e consequentemente um grande binrio de arranque.

Figura: Esquema do motor de induo monofsico.

I

C


Rotor

V

Enro

lamen

tode

arra

nque

Interruptor centrfugo

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Motor de induo monofsico

Figura: Caracterstica Binrio velocidade de um motor de induo monofsico pequeno

Ponto defuncionamento

0 500 1000 15000

2

4

6

8

10

12

Tsm nm( )N m

Tm nm( )N m

T nm( )N m

Tnom

N m

nm

rpm

O enrolamentoauxiliar desligado

Binrioproduzido pelo

enrolamentoprincipal

Binrio total


Rendimento vs. Carga

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Variao do rendimento com a tenso


Motor de induo monofsico de espira de sombra O motor tem dois plos

salientes que iro ser percorridos por fluxosalternados.

Cada plo tem uma espiraem curto-circuito.

Enrolamento principal

Espira emCC

Ploprincipal

Ploprincipal

Plo desombra

Plo desombra

Espira emCC

Rotor emgaiola deesquilo

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Motor de induo monofsico de espira de sombra

Motor de espirade sombra paraventiladordomstico.


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Motor de induo monofsico de espira de sombra um mtodo menos eficiente, mas mais econmico e

usa plos com espira de sombra O motor tem dois plos salientes excitados por fluxos

alternados. Cada plo inclui uma pequena parte que tem uma

espira em curto-circuito. Designa-se esta parte do plo por plo com espira de sombra.

O enrolamento principal produz um fluxo pulsante que ligado com o circuito do rotor.

O fluxo principal induz uma Fem na espira de sombra que por sua vez percorrida por umacorrente.


Motor de induo monofsico de espira de sombra (cont.)

Esta corrente gera um fluxo que se ope variaodo fluxo principal no plo com a espira de sombra.

O resultado que o fluxo na parte com espira de sombra e na outra parte sero diferentes.

Tanto a amplitude como o ngulo de fase serodiferentes.

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Funcionamento do motor de espira de sombra


Motor de fase auxiliar simples

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Motor com arranque por condensador

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Motor com condensador permanente

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Motor de dois condensadores um para o arranque e o outro permanente

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Caracterstica do motor de bobina de sombra

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Introduo Mquina de Induo

1. Introduo

Nesta apostila so abordados os aspectos bsicos das mquinas de induo. A abordagem tem um carter introdutrio; os conceitos abordados sero aprofundados no decorrer da disciplina.

A mquina eltrica mais freqentemente utilizada na prtica, sobretudo na indstria, a mquina de induo, tambm chamado de mquina assncrona, sobretudo quando operando em regime de motor. Dada que a sua performance como gerador geralmente inferior sua performance como motor, ele raramente empregado como gerador, mas sim como motor, sendo assim conhecida como motor de induo, ou ainda motor assncrono. O seu largo emprego se justifica pela sua robustez (no existe partes que se desgastam facilmente, tais como comutador e escova), pelo seu baixo custo, pouca necessidade de manuteno e possibilidade de emprego em praticamente qualquer aplicao, incluindo ambientes hostis, ambientes explosivos, ambientes com poeiras, aplicaes navais, etc... Por outro lado, a variao e controle da sua velocidade no to fcil como no caso do motor de corrente contnua. Os mtodos clssicos de controle de velocidade - variao da tenso estatrica, comutao de enrolamento, variao da resistncia rotrica no caso de motores de anis, etc...- so em geral pouco eficientes e apresentam baixos rendimentos, o que na atualidade representa uma sria desvantagem. Sistemas mais modernos empregam conversores estticos para a variao da velocidade, sendo que estes permitem a variao simultnea da tenso e da freqncia que so aplicadas ao estator ou ao rotor da mquina. Estes mtodos so, assim, mais eficientes e convenientes; o seu custo todavia ainda alto em relao a mtodos clssicos, podendo-se no entanto observar uma tendncia decrescente no custo, motivo pelo qual o seu uso j bastante difundido na prtica. Desta forma, nos prximos anos, motores de induo ou sncronos acionados por conversor devero substituir quase que totalmente os tradicionais motores de corrente contnua.

2. Principio de Funcionamento

Conforme j foi visto anteriormente em outras disciplinas, sempre que houver uma variao do fluxo sobre uma espira (ou um conjunto de espiras formando uma bobina) surge nesta uma tenso induzida, a qual proporcional taxa de variao do fluxo. Numa mquina de induo o fluxo tem uma distribuio espacial aproximadamente senoidal e criado inicialmente pelo enrolamento do estator. Sobre o enrolamento do rotor existe assim um fluxo alternado produzindo neste tenses induzidas, as quais por sua vez produziro correntes induzidas sempre que o enrolamento do rotor se encontrar fechado. O campo magntico criado pelas correntes do rotor cria, por sua vez, um outro campo magntico tambm senoidalmente distribudo que atrado pelo campo do estator, semelhana do que ocorre com os plos de dois ims. A fora de atrao se traduz num torque que atua sobre o eixo do rotor, fazendo-o girar. Quando o rotor estiver

Introduo Mquina de Induo - Prof. Lus Alberto Pereira - PUCRS - DEEE

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acoplada a uma carga mecnica o torque e a velocidade transmitiro uma potncia mecnica para a carga.

O princpio de funcionamento da mquina de induo pode ser melhor entendido analisando-se o arranjo simplificado de uma mquina trifsica de 2 plos mostrada na figura 1. Os eixos magnticos dos enrolamentos do estator esto defasados espacialmente de 120 graus. Alm disso, eles esto ligados a um sistema de tenses trifsicas defasadas de 120 graus eltricos, criando um conjunto de correntes igualmente defasadas de 120 graus eltricos entre si. Cada uma destas correntes cria por sua vez um campo magntico no interior da mquina, que se concentra principalmente no entreferro. Uma anlise detalhada da superposio dos campos criados pelas trs fases mostra que elas criam conjuntamente um campo com uma distribuio espacial fixa e muito prxima de uma senide e que gira, sendo assim semelhante a uma onda, conforme mostra a figura 2 para trs instantes de tempo. O campo criado por isso chamado de campo girante. A natureza do campo girante faz com que o fluxo sobre os enrolamentos do rotor varie temporalmente induzindo neste tenses. As tenses induzidas no enrolamentos do rotor so igualmente tenses senoidais, as quais por sua vez fazem com que correntes senoidais circulem nos enrolamentos do rotor, criando um campo de reao semelhante ao campo criado pelo estator, mas defasado em relao a este. A fora de atrao dos campos do estator e do rotor faz com que surja um torque no eixo do rotor e o mesmo gire.

Observa-se que, com o rotor parado, a freqncia das correntes do rotor idntica freqncia do estator. Conforme o rotor vai acelerando a freqncia das correntes do rotor diminui, de tal forma que sob condies de carga nominal ela de apenas uma pequena parcela da freqncia do estator (tipicamente de 3 a 10%). Por outro lado, a rotao mecnica muito prxima da velocidade com que o campo magntico do estator gira, chamada de velocidade sncrona ns , a qual dada por :

nf

ps= 120 (rpm) (1)

f - freqncia (Hz) da rede de alimentao onde o motor est ligado.

p - nmero de plos da mquina, determinado pelo forma com que o enrolamento foi construdo (bobinagem do estator).

Por exemplo, um motor de 4 plos ligado a uma rede de 60 Hz possui uma velocidade sncrona dada por:

nf

ps= = =120 120 60

61200 rpm .

Salienta-se que o nmero de plos do motor sempre par, no existindo portanto motor com nmero de plos mpar (3, 5, 7,....).


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O motor de induo trabalha numa rotao mecnica um pouco inferior rotao sncrona, sendo que existe pouca variao da velocidade em funo da carga mecnica acoplada ao eixo. A diferena entre a velocidade do motor n e a velocidade sncrona ns chamada de escorregamento s, que em geral expresso como um percentual da velocidade sncrona:

( )s

n n

ns

s= 100 (%) (2)

Em geral, o escorregamento no maior que 10% em motores normais. Pode-se tambm expressar a velocidade mecnica do motor em funo do escorregamento e da velocidade sncrona:

ns

ns= 1 100

(%) (rpm) (3)

Tomando-se, por exemplo, um motor com velocidade sncrona de 1200 rpm e escorregamento de 5% obtm-se a seguinte velocidade mecnica:

ns

ns= =

=1 100 1

5100

1200 1140(%) rpm (4)

O nome mquina assncrona resulta do fato de que a rotao mecnica difere da rotao sncrona, considerando-se que a mquina trabalhe em regime permanente. O torque da mquina assncrona zero na velocidade sncrona, uma vez que a tenso induzida igualmente zero nesta condio particular; ela no pode assim funcionar na velocidade sncrona, uma vez que o torque eletromagntico desenvolvido zero. Na velocidade sncrona o fluxo concatenado com o rotor constante (no varia), o que explica porque a tenso induzida e conseqentemente a corrente e o torque possuem valor nulo.

Observa-se que na prtica quando a mquina opera a vazio o escorregamento muito baixo, fazendo com que as tenses induzidas no rotor sejam igualmente baixas. Assim, a corrente do rotor reduzida, mantendo-se em um valor suficiente apenas para produzir o torque necessrio a vazio, o qual equivale necessrio para vencer as perdas rotacionais a vazio. O fator de potncia extremamente baixo e em atraso, entorno de 0.2-0.3 ou menor, pois a corrente que circula pelo motor utilizada apenas para suprir as perdas no ferro, as perdas no cobre e para a criao do campo magntico necessrio para que ocorra converso eletromecnica de energia.

Quando uma carga mecnica aplicada ao rotor, o mesmo tende a desacelerar, fazendo com que a velocidade diminua. O decrscimo na velocidade causa um aumento no escorregamento e da freqncia rotrica, fazendo com que a tenso induzida aumente. Como conseqncia, ocorre um aumento da corrente induzida no rotor. Por sua vez a corrente do rotor tende a desmagnetizar a mquina. Como a tenso aplicada constante, o fluxo resultante na mquina deve tambm permanecer (aproximadamente) constante. Assim, a corrente do estator ter de aumentar a fim de compensar o efeito da maior corrente do rotor. Portanto, um aumento da corrente do rotor reflete-se num aumento da


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componente ativa da corrente do estator (componente em fase com a tenso e que produz potncia). Desta forma a rede fornecer mais potncia para o estator, a qual ser convertida em trabalho mecnico. plena carga o motor de induo sempre ir girar a um escorregamento que assegure o equilbrio entre o torque eletromagntico desenvolvido pelo motor e o torque resistente da carga.

Uma vez que as mquinas de corrente alternada possuem caractersticas indutivas, a corrente do estator est atrasada em relao tenso, sendo este defasamento caracterizado pelo fator de potncia. O fator de potncia a plena carga varia de 0,8 (em pequenos motores de aproximadamente 1 CV) a aproximadamente 0,95 (nos grandes motores, acima de 150 CV). Pode parecer que aumentos na potncia alm da plena carga produziro melhoria no fator de potncia. Porm, com o aumento da carga e do escorregamento, a freqncia da corrente rotrica continua a aumentar e o aumento na reatncia do rotor produz uma diminuio no fator de potncia do mesmo. Portanto, com cargas acima da plena carga, o fator de potncia aproxima-se de um mximo e ento decresce. Alm disso, acima da velocidade nominal, a corrente do rotor e do estator sero maiores que seus valores nominais, produzindo mais calor e aumentando a temperatura de trabalho da mquina. Este aumento da temperatura poder destruir o isolamento produzindo a queima do motor. Assim, a mquina de induo no deve operar com carga acima da nominal por perodos muito prolongados. Deve-se salientar que a defasagem entre a corrente do estator em relao tenso dependem tanto dos parmetros eltricos da mquina (indutncia e resistncia) como da carga que est acoplada ao eixo.

Existe atualmente uma variedade de tipos construtivos de motores de induo. Por exemplo, pode-se encontrar motores de induo trifsicos com rotor em gaiola de esquilo simples, com gaiola de esquilo dupla, com gaiola de barras profundas ou com rotor bobinado. Existem tambm motores de induo monofsicos com partida realizada por enrolamento auxiliar de uso intermitente, por enrolamento auxiliar mais capacitor de uso intermitente, com auxilio de bobinas de arranque, motores com plos sombreados, entre outros. Cada um destes tipos construtivos so destinados a uma determinada aplicao. A correta escolha do motor que atenda de forma satisfatria uma carga dada , desta forma, uma tarefa bastante comum para o engenheiro eletricista. A correta seleo e aplicao de motores possui implicaes no apenas tcnicas mas tambm econmicas.

Conforme dito, as mquinas assncronas tambm podem trabalhar como gerador assncrono (gerador indutivo). Para operar nesta condio, devem ser acionadas acima da velocidade sncrona e, alm disso, deve-se prover uma forma de magnetizar seu ncleo ferromagntico. Na prtica isto feito associando-se capacitores em paralelo aos terminais dos enrolamentos do estator da mquina, os quais fornecero a energia reativa necessria para a magnetizao. Geradores assncronos tambm podem operar em paralelo com uma rede, sendo que a rede dever fornecer a energia reativa necessria para a sua magnetizao. Como a potncia reativa deste tipo de gerador bastante elevada em relao potncia gerada (de 20 a 50%), eles no so muito utilizados na prtica, sendo os geradores sncronos preferidos em relao aos de induo. A maior parcela da energia gerada fornecida, desta forma, por geradores sncronos.

Alm da operao como gerador e motor as mquinas de induo tambm podem operar como freio eletromagntico. Nesta condio o eixo gira em sentido contrrio que no regime de motor e gerador, havendo grandes perdas tanto no rotor como no estator. Em


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geral o regime como freio se restringe a breves perodos de tempo, a fim de evitar sobreaquecimentos excessivos. Maiores detalhes sobre cada um destes regimes de funcionamento sero abordados ao longo da disciplina.

3. Conexes do Motor Trifsico

A grande maioria dos motores trifsicos so fornecidos para operao em pelo menos duas tenses diferentes, o que os torna aptos a operarem em dois sistemas com tenses diferentes. A escolha de uma ou outra ligao feita a partir da tenso disponvel no local onde o motor dever operar, sendo que suas caractersticas no se alteram devido reconexo. A adaptao da tenso do motor da rede feita por meio da reconexo dos terminais. Os principais tipos de ligao dos terminais so: ligao srie-paralela, ligao estrela-tringulo e tripla tenso nominal. Estas conexes esto ilustradas nas figuras 4, 5 e 6 e so brevemente explicadas no que segue.

3.1 Ligao Srie-Paralela

Esta conexo permite que o motor seja ligado em dois nveis de tenso, sendo que uma o dobro da outra, conforme mostrado nas figuras 4a e 4b. A figura 4a mostra o caso de um motor capaz de trabalhar tanto na tenso de 440 Volts como na tenso de 220 Volts. O enrolamento do motor dividido em duas partes; ao se ligar as duas partes em srie, em cada uma delas ser aplicada metade da tenso de fase do motor, no caso considerado 127 Volts. Nesta conexo o motor poder ser ligado a uma rede de 440 Volts entre fases (254 entre fase e neutro).

Ao se ligar em paralelo as duas bobinas de fase, o motor poder ser ligado numa rede de 220 Volts entre fases. A tenso aplicada em cada uma das bobinas em paralelo 127 Volts, conforme mostra o exemplo na figura 4b.

Ressalta-se que em ambos os casos mostrados na figura 4, a tenso em cada uma das seis bobinas 127 volts. Esta a tenso nominal de projeto de cada uma das sees do enrolamento de fase, no devendo portanto ser ultrapassada. Nesta conexo o motor deve ser dotado de 9 terminais acessveis na caixa de ligao.

3.2 Ligao Estrela-Tringulo

Nesta conexo ambos os terminais dos enrolamentos de fase so acessveis na caixa de ligao, sendo assim possvel a ligao da mquina tanto em estrela quanto em tringulo, conforme ilustrado na figura 5. A escolha de uma ou de outra ligao depende da tenso da rede onde o motor ser ligado. A relao entre a tenso mais alta e a tenso mais baixa de 3 . A figura 5a mostra o exemplo de uma mquina construda para operar tanto na tenso de 380 Volts como 220 Volts (entre fases). Caso a tenso da rede seja 380 Volts deve-se ligar o motor em estrela; ao contrrio, caso a rede seja de 220 Volts, deve-se lig-lo em tringulo. Desta forma, fica assegurado que a tenso em cada uma das fases seja de 220 volts.

Caso o motor for conectado em tringulo e ligado numa rede de 380 volts haver um sobreaquecimento do motor causado pela corrente excessiva, decorrente da tenso ser maior que a nominal. Nesta condio o motor poder vir a ser danificado. Por outro lado, ligando-se o motor em estrela e conectando-o a uma rede de 220 volts, haver uma


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tenso menor que a nominal aplicada em cada fase. Nesta condio, caso o motor consiga partir e atingir a rotao nominal, a corrente ser menor que a nominal e motor no conseguir desenvolver a sua potncia nominal. Tambm poder ocorrer que o motor no consiga partir e atingir a velocidade nominal, ficando bloqueado e aumentando a corrente que nele circula. Resumindo, nenhuma destas condies aconselhvel para a operao do motor e deve em termos prticos ser evitada.

3.3 Tripla Tenso Nominal

Fazendo-se uma combinao dos dois tipos de ligao anteriores obtm-se 4 modos possveis para a conexo da mquina. Neste tipo de motor o enrolamento dividido em duas partes que podem ser ligadas em srie ou em paralelo. Como todos os 12 terminais so acessveis na caixa de ligao, pode-se ligar o motor tanto em estrela como em tringulo. Em geral, apenas 3 das 4 combinaes possveis so utilizadas sendo a quarta apenas uma tenso de referncia, conforme ilustrado na figura 6:

ligao estrela paralela (380 Volts, figura 6a); ligao tringulo paralela (220 Volts, tenso mais baixa, figura 6b); ligao tringulo srie (440 Volts, figura 6c).

A quarta ligao no exemplo dado ligao estrela srie, o qual resultaria uma tenso de 760 Volts, no sendo na prtica utilizada por no existir redes de baixa tenso com valor acima de 600 Volts. Esta tenso serve apenas para indicar a possibilidade de ligao em entrla-srie e para fins de partida do motor.

4. Valores Nominais

Os principais valores que caracterizam o motor de induo so discutidos no que segue. O seu correto entendimento de fundamental importncia tanto na especificao de motores como para fins de substituio do mesmo. No que segue ser assumido que os valores nominais se referem ao regime de funcionamento como motor.

4.1 Potncia Nominal

a potncia mecnica mxima que o motor pode fornecer no seu eixo em regime de trabalho normal. Trata-se, portanto, da potncia de sada do motor, a qual est especificada na placa. Na prtica utilizam-se as unidades de CV, HP e W e seus mltiplos.

4.2 Tenso Nominal

a tenso de trabalho do motor em condies normais, no deve ser excedida sob perodos prolongados de tempo sob risco de avariar o motor; a tenso de projeto do motor. Pela norma brasileira todo o motor deve ser capaz de funcionar satisfatoriamente quando alimentado tanto com tenso 10% abaixo como 10% acima da tenso nominal, desde que a freqncia seja a nominal. Caso a freqncia varie simultaneamente com a tenso ,a variao da tenso deve ser reduzida proporcionalmente, de modo que a soma da variao de ambas no ultrapasse 10%. Por exemplo, se a freqncia variar 2% a


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tenso s poder variar de 8%. Os motores so em geral fabricados para operao numa temperatura ambiente mxima de 40 graus centgrados e uma altitude mxima de 1000 acima do nvel do mar. Fora destas condies existem alteraes nas caractersticas nominais, especialmente a potncia nominal que ser reduzida.

4.3 Corrente Nominal

a corrente que o motor solicita da rede sob tenso, freqncia e potncia nominais. O valor da corrente depende do rendimento e do fator de potncia do motor sendo dado pela seguinte relao:

IP

V

m=

3 100

cos( ) (A) - motor trifsico (5)

IP

V

m=

100

cos( ) (A) - motor monofsico (6)

Pm - potncia mecnica fornecida no eixo, potncia de projeto, indicada no catlogo do fabricante e na placa do motor (cv, HP ou watts). Caso a potncia seja indicada em cv deve-se convert-la usando-se a relao: 1 cv = 736 watts.

- rendimento em %

cos( ) - fator de potncia nominal.

A variao da corrente com carga no eixo (rotao) mostrada na figura 7. Pode-se observar que durante o perodo de partida o motor solicita uma corrente acima da nominal, provocando no mesmo um aquecimento adicional, motivo pelo qual o tempo para a partida no deve ultrapassar o limite estabelecido pelo fabricante. Alm disso, a corrente elevada causa quedas de tenso na rede de alimentao e dispositivos de manobra e proteo. Os efeitos da partida do motor devem, assim ser levados em conta no projeto da instalao onde o motor se encontra. A corrente de partida de um motor de induo em geral de 5 a 8 vezes a corrente nominal.

4.4 Freqncia Nominal

a freqncia da rede de alimentao do motor, expressa em Hz, no Brasil a freqncia padronizada de 60 Hz. Deve-se salientar que possvel utilizar-se um motor de 50 Hz na freqncia de 60 Hz, contudo as caractersticas de partida e de funcionamento sero alteradas, havendo em geral uma alterao na potncia nominal. Quando isto for necessrio aconselhvel uma consulta ao catlogo do fabricante


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4.5 Escorregamento Nominal

o escorregamento para a condio de plena carga do motor, correspondendo ao torque nominal (figura 7).

4.6 Torque Nominal

o torque fornecido pelo motor no seu eixo sob tenso e corrente nominais. A figura 7 mostra a curva de variao do torque em funo do escorregamento. Alm do torque nominal tambm so importantes o torque mximo e o torque de partida, ambos mostrados na figura 7. O conjugado mximo exige correntes superiores corrente nominal e por isso no pode ser fornecido continuamente. Deve-se salientar que todo motor de induo possui capacidade de fornecer um torque acima do nominal por breves perodos de tempo.

4.7 Velocidade nominal

a velocidade (rpm) do motor funcionando potncia nominal, sob tenso e freqncia nominais. Conforme visto anteriormente, a velocidade mecnica depende do escorregamento, do nmero de plos e da freqncia da rede de alimentao. A velocidade do motor de induo varia muito pouco entre a condio de vazio e plena carga, cerca de 10%. Desta forma, o motor de induo alimentado a partir da rede da concessionria no muito adequado onde se exige velocidade varivel. No entanto, quando alimentado por meio de um conversor esttico, a variao de velocidade possvel numa faixa bastante ampla.

4.8 Rendimento nominal

Depende do projeto do motor, variando com a carga no eixo do motor conforme mostra a curva tpica na figura 8. Representa a relao em percentual entre a potncia eltrica fornecida pela rede e a potncia mecnica fornecida no eixo.

( ) = = PP

P P

Pm

e

e p

e100 100

- rendimento em percentual

Pm - potncia mecnica (til) no eixo (Watt)

Pe - potncia eltrica de entrada (Watt)

pP - somatrio das perdas (Watt).

A curva tpica mostra que o motor obtm o maior rendimento dentro da faixa de operao que vai de 75% a 100% da carga nominal. O mesmo vale para o fator de potncia. Desta forma deve-se evitar, sempre que possvel, deixar o motor funcionando sob carga muito inferior sua potncia nominal, uma vez que isto acarreta um baixo rendimento e um baixo fator de potncia, ambos indesejados, uma vez que significa custos operacionais e de aquisio do motor maiores que o necessrio. Alm disso, um motor com baixo fator


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de potncia contribui para que o fator de potncia global da instalao seja baixo, eventualmente acarretando multas e/ou operao ineficiente da instalao.

O rendimento mximo que cada motor apresenta depende dos materiais utilizados na sua fabricao e das dimenses do mesmo. Em geral, o rendimento aumenta com as dimenses e a potncia do motor, chegando a valores em torno de 98% para grandes motores (acima de 500 CV). Motores monofsicos de baixa potncia apresentam rendimentos baixos, podendo chegar a 50%. Existem atualmente motores com rendimento acima do normal, chamados de motores de alto rendimento, que so mais caros que os normais. A economia de energia proporcionada permite que o custo adicional retorne num tempo muito menor que a sua vida til. O seu uso requer via de regra um estudo tcnico-econmico.

4.9 Fator de Servio

O fator de servio representa uma reserva de potncia que a motor possui e que pode ser usada em regime contnuo (este tipo de regime tambm chamado de regime S1, de acordo com a norma). A potncia que pode ser obtida do motor assim a potncia nominal (indicada na placa) multiplicada pelo fator de servio. Um motor de potncia de 5 kW e com fator de servio de 1.1 pode trabalhar continuamente com 5 11 55 =. . kW em regime contnuo. Um fator de servio de 1.0 significa que o motor no possui reserva de potncia.

O fator de servio no deve ser confundido com a sobrecarga momentnea do motor, a qual vale por curtos perodos de tempo. Uma indicao tpica de sobrecarga : 60% da potncia nominal por 15 segundos. Mesmo motores com fator de servio 1.0 possuem uma determinada capacidade de sobrecarga por tempo limitado.

5. Partes Construtivas Principais da Mquina de Induo

5.1 Carcaa

a estrutura que suporta as demais tais como tampas, caixa de ligao, etc... Em geral feita de ferro fundido e dotada de aletas para melhorar a capacidade de dissipao de calor.

5.2 Estator

formado de um ncleo de chapas magnticas (tambm chamado de pacote), o qual possui ranhuras axiais para alojar o enrolamento do estator. O uso de chapas magnticas justificado pela reduo de perdas e melhora do rendimento. O uso de ranhuras alm de diminuir o entreferro efetivo e a corrente de magnetizao, tambm um meio bastante eficiente de transmisso do calor para o exterior. Existem mquinas de CA (em geral mquinas sncronas) em que no existe ranhuras, sendo que a superfcie interna do rotor lisa, conhecidas como slotless machine. Trata-se no entanto de mquinas de uso restrito,sendo a configurao com ranhuras a mais comum no caso de mquinas eltricas. O estator tambm aloja as bobinas do enrolamento estatrico que pode ser tanto trifsico como monofsico. Entre as chapas e as bobinas do enrolamento existe elementos de isolao, cuja funo evitar colocar a carcaa e o pacote de chapas sob tenso.


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5.3 Rotor

igualmente composto de um ncleo de chapas magnticas, tambm dotadas de ranhuras axiais, onde o enrolamento do rotor alojado. Os enrolamento so de dois tipos:

enrolamento em curto-circuito (rotor em gaiola de esquilo, rotor em curto-circuito), formado de barras de alumnio conectadas por anel em ambas as extremidades do pacote de chapas. Este enrolamento no acessvel, ou seja no existe nenhum terminal acessvel que permita acess-lo. A gaiola injetada sob alta presso e temperatura no havendo isolao entre as barras e o pacote de chapas. Os anis nas extremidades axiais tem tambm a funo de garantir uma rigidez mecnica ao pacote de chapas. A forma das ranhuras do rotor influencia o desempenho do motor, especialmente a curva de torque.

enrolamento de bobinas (rotor bobinado) feitas em geral de cobre. Trata-se de um enrolamento semelhante ao enrolamento do estator, em geral trifsico. Os seus terminais so conectados a anis coletores e escovas, os quais podem ser acessados externamente. Este tipo de enrolamento usado quando se deseja um controle das caractersticas de torque e velocidade da mquina. menos freqente que o enrolamento em gaiola, uma vez que mais caro e menos robusto. A escolha de um motor com rotor bobinado tambm pode ser requerida devida ao processo de partida do motor, uma vez que este tipo de motor pode fornecer um torque mais elevado na partida.

6. Motor Monofsico de Induo

Conforme foi visto, o motor trifsico possui 3 enrolamentos independentes que podem ser conectados de diversas maneiras (srie, paralelo, estrela tringulo, etc..). O motor monofsico, ao contrrio, possui em geral apenas um enrolamento principal (ou de trabalho) no estator, o qual ligado a uma rede monofsica. Ao ser ligado a uma rede de tenso alternada senoidal, circula no mesmo uma corrente igualmente senoidal. O campo criado por esta corrente possui uma distribuio espacial no entreferro muito prxima de uma senide, cujo valor instantneo depende da corrente instantnea do enrolamento. O campo criado assim um campo do tipo pulsante, o qual induz uma tenso no enrolamento do rotor. Imaginado-se que o rotor esteja parado, a fora de interao dos campos criados pelo estator e pelo rotor faz surgir um torque que atua com igual intensidade nos dois sentidos de rotao do motor. Como resultado o motor no apresenta conjugado de partida, e assim no consegue, por ele mesmo, acelerar e atingir a rotao nominal, figura 9. Desta forma necessrio dotar o motor monofsico de um dispositivo auxiliar de partida, a fim de que o mesmo possa ser utilizado. Os dispositivos de auxlio atuam basicamente no sentido de criar um desequilbrio no campo do estator. Uma vez que o motor comea a girar observa-se que o torque fornecido pelo motor no sentido de rotao maior que o torque exercido no sentido contrrio, ou seja o motor passa a fornecer um torque acelerante. A forma mais usual de partida o emprego de um enrolamento auxiliar, o qual pode atuar apenas na partida ou ainda ser conectado para funcionamento permanente. Os tipos mais comuns de motores monofsicos com enrolamento auxiliar so os seguintes:

motor com partida a resistncia e chave centrfuga;


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motor com partida a capacitor e chave centrfuga; motor com capacitor permanente; motor com duplo capacitor.

Motores monofsicos so em geral maiores e possuem rendimentos menores que motores trifsicos de mesma potncia.


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