Prof. Sebastião Lauro Nau, Dr. Eng.
Set17
Motores Monofásicos
SUMÁRIO
1. Principais Componentes
2. Características
3. Campo Girante
4. Circuito Equivalente
5. Curva Torque x Velocidade
6. Tipos de Motores Monofásicos
7. Motor Capacitor
7.1 Motor Capacitor de Partida
7.2 Motor Capacitor Permanente
7.3 Motor Capacitor de Dois Valores
8. Motor Split-Phase
9. Motor de Polos Sombreados
10.Motor Universal
11.Curvas de Aceleração
12.Comparação de Torque entre os Motores Monofásicos
13.Referências
1. PRINCIPAIS COMPONENTES
Capacitor
Alojamento do Capacitor
Platinado
Centrífugo
Lâmina do Rotor
Estator Bobinado Lâmina do Estator
1. PRINCIPAIS COMPONENTES
Barras de Alumínio Lâminas do Rotor
Anel de CC
Eixo
Aletas
1. PRINCIPAIS COMPONENTES
• Platinado / Centrífugo
1. PRINCIPAIS COMPONENTES
• Capacitores Eletrolíticos (Partida) Permanente
• Protetor térmico Fenólico Metálico
1. PRINCIPAIS COMPONENTES
Dois Enrolamentos: Principal e Auxiliar
Fonte de Alimentação: Fase-neutro ou fase-fase
Classificação de acordo com os métodos de partida:
• Split-Phase
• Capacitor de Partida
• Capacitor Permanente
• Capacitor de Partida + Permanente (Dois Valores)
• Polos Sombreados (Shaded Pole)
2. CARACTERÍSTICAS
• O enrolamento principal sozinho produz apenas um campo pulsante.
• O campo pulsante não produz conjugado (torque) no rotor bloqueado.
• Assim, somente com o enrolamento principal energizado, o motor não
parte.
• Se um torque inicial for aplicado em qualquer sentido, haverá torque
resultante e, então, o motor partirá.
• Para inverter o sentido da rotação, basta inverter o sentido da corrente do
enrolamento auxiliar.
• O conjugado de partida Cp é dado por:
2. CARACTERÍSTICAS
2. CARACTERÍSTICAS
3.14 1.57 0 1.57 3.141
0.5
0
0.5
1Onda espacial de fmm do estator
ângulo espacial [rad]
fmm
[A
e)
1 0.5 0 0.5 11
0.5
0
0.5
1
3.14 1.57 0 1.57 3.141
0.5
0
0.5
1Onda espacial de fmm do estator
ângulo espacial [rad]
fmm
[A
e)
1 0.5 0 0.5 11
0.5
0
0.5
1
3.14 1.57 0 1.57 3.141
0.5
0
0.5
1Onda espacial de fmm do estator
ângulo espacial [rad]
fmm
[A
e)
1 0.5 0 0.5 11
0.5
0
0.5
1
3.14 1.57 0 1.57 3.141
0.5
0
0.5
1Onda espacial de fmm do estator
ângulo espacial [rad]
fmm
[A
e)
1 0.5 0 0.5 11
0.5
0
0.5
1
3.14 1.57 0 1.57 3.141
0.5
0
0.5
1Onda espacial de fmm do estator
ângulo espacial [rad]
fmm
[A
e)
3.14 1.57 0 1.57 3.141
0.5
0
0.5
1Onda espacial de fmm do estator
ângulo espacial [rad]fm
m [A
e)
3.14 1.57 0 1.57 3.141
0.5
0
0.5
1Onda espacial de fmm do estator
ângulo espacial [rad]
fmm
[A
e)
3.14 1.57 0 1.57 3.141
0.5
0
0.5
1Onda espacial de fmm do estator
ângulo espacial [rad]
fmm
[A
e)
Onda espacial de Força Magneto-Motriz (FMM) no tempo
Onda espacial de Força Magneto-Motriz (FMM) no tempo – fasores correspondentes
• Devido à falta do campo girante em rotor bloqueado, é necessário criar
artifícios que permitam a existência deste campo e, consequentemente,
torque. Usa-se um enrolamento auxiliar para criar um campo defasado do
campo criado pelo enrolamento principal.
• São comumente utilizados 2 tipos distintos de capacitores, os de partida
(capacitor eletrolítico) e os permanentes (capacitor a seco).
• Os capacitores são de fácil reconhecimento. O de partida apresenta uma
faixa de capacitância, enquanto que o permanente apresenta uma
capacitância pontual mais tolerância.
Exemplo:
2. CARACTERÍSTICAS
Permanente:15 µF ±5%
Partida:
340-408 µF
tsenIti pP ][
Corrente no enrolamento Principal:
Força Magnetomotriz:
TF
PPPP
P
FF],t[F
)t(sen)t(senIN
costsenIN],t[F
cosF],t[F
2
TTFFrTFTotal
rTTT
rFFF
IFIFtsenKTTT
)t(senIFKT
tsenIFKT
22
2
2
Torques:
3. CAMPO GIRANTE
Somente para o enrolamento principal
FFF TF Como:
2
22
R
VI F
F
TFrTotal IItsenFKT 22
2
22
R
VI T
T
dt
dV PF
F
2
Para Rotor Bloqueado:
Mas,
dt
dV PT
T
2
PTPF
TF II 22
0TotalTTF TT
são iguais em amplitude, porém girando em sentido contrário:
3. CAMPO GIRANTE
Somente para o enrolamento principal
3. CAMPO GIRANTE
Somente Enrolamento Principal
Defasamento espacial de 90º e no tempo de 60º
3. CAMPO GIRANTE
Enrolamento Principal + Auxiliar (partida)
4. CIRCUITO EQUIVALENTE
Somente enrolamento principal
Consequentemente, observando que a corrente nas duas
impedâncias equivalentes é a mesma, implica que a FEM para
frente é muito maior do que a FEM para trás. Assim, o campo para
frente (que produz a FEM para frente) é muito maior do que o
campo para trás (que produz a FEM para trás).
TF FF TF TT e
Para a operação normal do motor
(rotor girando no sentido positivo),
tem-se que o escorregamento é
baixo. Assim, percebe-se no circuito
anterior que a impedância equivalente
do ramo em paralelo associado com o
campo direto (para frente) é muito
maior do que a impedância associada
ao campo inverso (para trás).
5. CURVA TORQUE X VELOCIDADE
Somente para o enrolamento principal
5. CURVA TORQUE X VELOCIDADE
Capacitor de Partida
Split-phase
Capacitor de Partida
Capacitor Permanente (PSC)
Universal
Split-phase + Capacitor
Run
2 Capacitores (Partida + Permanente)
Polos Sombreados (Shaded Pole)
6. TIPOS DE MOTORES MONOFÁSICOS
7. MOTOR CAPACITOR
Definição da NEMA MG1.20.3.3:
Um motor capacitor é um motor de indução monofásico com uma bobina
conectada diretamente à uma fonte de tensão e uma bobina auxiliar
conectada em série com um capacitor. Existem 3 tipos de motores capacitor:
Motor capacitor de partida
Motor capacitor permanente
Motor capacitor de dois valores
Definição NEMA MG1.20.3.3.1:
Um motor Capacitor de Partida é um motor capacitor no qual o capacitor
está no circuito somente durante a partida.
7.1 MOTOR CAPACITOR DE PARTIDA
•
• Funcionamento do Capacitor de Partida
7.1 MOTOR CAPACITOR DE PARTIDA
Características Mecânicas:
- Com platinado e capacitor eletrolítico;
- Possui um dispositivo para abrir a bobina auxiliar (mecânico ou eletrônico);
- Potências usuais: 1/6 a 3HP;
- Polaridades usuais:
II
IV
VI
II/IV
IV/VI
Características de Desempenho:
Como estes motores são designados como para aplicação geral, a NEMA MG1 define torque de rotor bloqueado, torque máximo e corrente de rotor bloqueado (MG1.12.32.2, MG1.12.32.3, MG1.12.33.1, MG1.12.34).
- Torque de Partida: 2,0 a 3,5 x Torque Nominal (média);
- Torque Máximo: 2,6 x Torque Nominal (média);
- Corrente de Rotor Bloqueado:consultar NEMA MG1.12.34
7.1 MOTOR CAPACITOR DE PARTIDA
Aplicações:
- Onde se necessita de elevado
torque de partida;
- Ferramentas em geral;
- Compressores;
- Correias transportadoras;
- Bombas centrífugas e de vácuo;
- Bombas para piscinas;
- Ventiladores e condicionadores
de ar;
- Redutores;
- Serras.
Vantagens:
- Alto torque de partida;
- Vasta opção de aplicação.
Desvantagens:
- Não permite reversão instantânea (somente com chave eletrônica).
7.1 MOTOR CAPACITOR DE PARTIDA
Definição NEMA MG1.20.3.3.2:
Um motor PSC é um motor capacitor que possui o mesmo valor de
capacitância para as duas condições, partida e funcionamento em regime.
7.2 MOTOR CAPACITOR PERMANENTE (PSC – PERMANENT SPLIT CAPACITOR)
•
• Funcionamento do Capacitor Permanente (PSC)
7.2 MOTOR CAPACITOR PERMANENTE (PSC – PERMANENT SPLIT CAPACITOR)
Características Mecânicas:
- Com capacitor (pode ser fornecido sem, para posterior instalação);
- Não possui dispositivo para abertura da bobina auxiliar (platinado);
- Pode apresentar taps na bobina principal (diferentes velocidades);
- Permite reversão instantânea de rotação(somente mudando ligação dos cabos da bobina auxiliar, porém ainda dependendo de projeto específico);
- Potências usuais: 1 HP, podendo chegar a 3HP;
- Polaridades usuais:
II
IV
VI
VIII
Características de Desempenho:
- Baixo torque de partida (de 40% a 110% do torque nominal);
- Baixa corrente de partida;
- Alto Fator de Potência;
- Alto rendimento.
7.2 MOTOR CAPACITOR PERMANENTE (PSC – PERMANENT SPLIT CAPACITOR)
Aplicações:
Ventiladores;
Portão Eletrônico;
Ceifadores de grama;
Bombas centrífuga;
Esmeril;
Máquinas de lavar roupa;
Lava-jatos
Appliances
Motor especial, dedicado a cada
aplicação.
Vantagens:
Fácil adequação para dupla frequência;
Baixa vibração;
Maior confiabilidade;
Pode oferecer até 4 velocidades em um mesmo motor (para carga de
conjugado parabólico).
Desvantagens:
Baixo torque de partida
7.2 MOTOR CAPACITOR PERMANENTE (PSC – PERMANENT SPLIT CAPACITOR)
Comentários Adicionais:
- Em aplicações HVAC, principalmente, é um motor projetado
para uso específico (análise caso a caso).
- Razões para projeto específico:
- Diferentes OEMs têm diferentes ventiladores, o que
significa que os pontos de carga não são os mesmos.
- O importante é atender ao requerimento de desempenho
solicitado pelo cliente (rpm, corrente, rendimento, etc.)
- Custo adequado (não ofertar um motor melhor do que o
necessário).
7.2 MOTOR CAPACITOR PERMANENTE (PSC – PERMANENT SPLIT CAPACITOR)
Por que o ponto de carga é importante? (aplicação HVAC)
7.2 MOTOR CAPACITOR PERMANENTE (PSC – PERMANENT SPLIT CAPACITOR)
Variação de velocidade por taps (em cargas de conjugado parabólico)
7.2 MOTOR CAPACITOR PERMANENTE (PSC – PERMANENT SPLIT CAPACITOR)
Definição NEMA MG1.20.3.3.3:
Um motor de capacitor de 2 valores é um motor capacitor que usa
diferentes valores de capacitância na partida e em regime de serviço.
7.3 MOTOR CAPACITOR DE DOIS VALORES (PARTIDA + PERMANENTE)
•
• Funcionamento dos dois Capacitores
7.3 MOTOR CAPACITOR DE DOIS VALORES (PARTIDA + PERMANENTE)
Características Mecânicas:
- Com dois tipos de capacitores;
- Possui um dispositivo para retirar o capacitor de partida do circuito (mecânico ou eletrônico);
- Potências usuais: 1/2 a 15HP;
- Polaridades usuais:
II
IV
VI
Características de Desempenho:
- Torque de Partida Moderado a alto (150% to 350% do nominal);
- Alto fator de Potência;
- Alto Rendimento;
- Torque máximo mais elevado.
7.3 MOTOR CAPACITOR DE DOIS VALORES (PARTIDA + PERMANENTE)
Aplicações:
Geral, principalmente acima de 2 HP;
Compressores;
Bombas centrífugas;
Bombas de vácuo;
Ventiladores;
Redutores;
Serras.
Vantagens:
- Alto torque de partida;
- Melhor desempenho em carga.
Desvantagens:
- Elevado custo.
- Não permite reversão instantânea (apenas com chave eletrônica).
7.3 MOTOR CAPACITOR DE DOIS VALORES (PARTIDA + PERMANENTE)
Definição NEMA MG1.20.3.1:
Um motor split-phase é um motor de indução monofásico equipado com
uma bobina auxiliar, deslocada magneticamente da bobina principal e
ainda conectada em paralelo com a mesma.
8. MOTOR SPLIT-PHASE
Características:
• Cp ~ 1.0xCn;
• Usualmente até 1.0cv (fracionárias);
• Sempre equilibrado, principal e auxiliar divididas
na metade em caso de dupla tensão;
• Usa Platinado e NÃO usa Capacitores.
Aplicação:
• Ventiladores e exaustores, pequenos polidores, moto-esmeris,
compressores herméticos, pequenas bombas centrífugas, lavadoras de
pratos.
• Aplicações aonde a temperatura pode não permitir o uso de capacitores.
Cuidados de projeto:
• Densidade de corrente na auxiliar (Redução de torque e aquecimento);
• Número de partidas (platinado e enrolamento).
8. MOTOR SPLIT-PHASE
• Funcionamento Split-Phase
8. MOTOR SPLIT-PHASE
Características Mecânicas:
- Sem capacitor, resistor ou reatores (impedâncias adicionais)
- Possui um dispositivo para abrir a bobina auxiliar (mecânico, magnético ou eletrônico)
- Usualmente até 1.0cv (potências fracionárias)
- Sempre equilibrado, principal e auxiliar divididas na metade em caso de dupla tensão
- Usa Platinado e NÃO usa Capacitores.
- Polaridades usuais:
II
IV
VI
IV/VI
Características de Desempenho:
- Torques usuais para um Motor Split-Phase:
- Torque de Rotor Bloqueado: 1,1 x Torque Nominal (em média);
- Torque Máximo: de 1,7 a 2,5 x Torque Nominal (em média), dependendo do número de polos.
8. MOTOR SPLIT-PHASE
Aplicações:
- Normalmente cargas leves;
- Ventiladores acoplados por correias, exaustores;
- Bombas centrífugas;
- Pequenos polidores, moto-esmeris,
- Compressores herméticos, pequenas bombas centrífugas;
- Lavadoras de pratos;
- Queimadores de óleo;
- Ferramentas domésticas;
- Onde a temperatura não permite o uso de capacitores.
Vantagens: - Baixo custo em relação a um motor com capacitor de partida;
Desvantagens:
- Baixo torque e alta corrente de partida (comparado a um motor com
capacitor de partida).
8. MOTOR SPLIT-PHASE
Definição NEMA (NEMA MG 1-1998, Revision 2 - Part 1) 1.20.3.4:
Um motor de polos sombreados é um motor de indução monofásico com uma
bobina auxiliar curto-circuitada e defasada magneticamente da bobina
principal.
9. MOTOR DE POLOS SOMBREADOS
(Shaded Pole)
Características Mecânicas:
- Sem capacitores;
- Pode possuir taps nas bobinas;
- Potências usuais: 1mHP até 1/4HP
- Polaridades usuais:
II (C-frame)
IV
VI
VIII
Características de Desempenho:
- Torques semelhantes aos dos motores PSC;
- Destinado a cargas leves;
- Baixo rendimento;
- Baixo fator de serviço.
9. MOTOR DE POLOS SOMBREADOS
(Shaded Pole)
Aplicações:
- Pequenos ventiladores;
- Secadores de cabelo;
- Aquecedores;
- Umidificadores;
- Controle de dumpers.
Desvantagens:
- Torque de partida muito baixo;
- Baixo rendimento;
- Somente cargas leves.
Vantagens:
- Baixo custo
9. MOTOR DE POLOS SOMBREADOS
(Shaded Pole)
Definição NEMA MG 1.21:
Um motor universal é um motor com rotor bobinado em série projetado para operar aproximadamente à mesma velocidade e potência útil tanto quando alimentado em corrente contínua quanto em alternada (monofásica) em uma frequência não maior que 60 hertz.
Um motor de rotor bobinado em série é um motor comutador no qual o circuito de campo e o de armadura estão conectados em série.
10. MOTOR UNIVERSAL
Características Mecânicas:
− Sem capacitores;
− Com escovas;
− Circuito de campo com taps ou resistor;
− Potências usuais: 10mHP até 1HP;
− Velocidade: 5000 RPM (NEMA MG1.10.32.5).
Características de Desempenho:
− Torque de partida muito alto;
− Baixo rendimento;
− Baixo fator de serviço.
10. MOTOR UNIVERSAL
Aplicações:
- Ferramentas portáteis de todo tipo;
- Aspiradores de pó;
- Lavadora de roupa;
- Processadores de alimento.
Vantagens:
- Alto torque de partida;
- Baixo peso;
- Alta velocidade;
- Alta densidade de potência.
Desvantagens:
− Interferência eletromagnética
− Curta vida útil;
− Baixa confiabilidade;
− Baixíssimo rendimento.
10. MOTOR UNIVERSAL
11. CURVAS DE ACELERAÇÃO
Motores Monofásicos - Resumo
12. COMPARAÇÃO DE TORQUES
ENTRE OS MOTORES MONOFÁSICOS
13. REFERÊNCIAS
1. TORO, VICENT DEL. Fundamentos de máquinas elétricas. Prentice
Hall, 1994.
2. FALCONI, AURIO GILBERTO. Eletromecânica. Edgard Blücher, 1995.
3. KOSOW, IRVING I. Máquinas elétricas e transformadores. Globo,
1995.
4. FITZGERALD, A. E. Máquinas elétricas. Coleção Schaum McGraw-Hill,
1995.
5. NASAR, SYED A. Máquinas elétricas. Coleção Schaum, 1995.
6. KOSTENKO, M., PIOTROVSKY, L. Electrical Machines. Peace
Publishers, 1949.