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Prof. Sebastião Lauro Nau, Dr. Eng.
Set17
Motores Monofásicos
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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
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1. PRINCIPAIS COMPONENTES
Capacitor
Alojamento do Capacitor
Platinado
Centrífugo
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Lâmina do Rotor
Estator Bobinado Lâmina do Estator
1. PRINCIPAIS COMPONENTES
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Barras de Alumínio Lâminas do Rotor
Anel de CC
Eixo
Aletas
1. PRINCIPAIS COMPONENTES
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• Platinado / Centrífugo
1. PRINCIPAIS COMPONENTES
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• Capacitores Eletrolíticos (Partida) Permanente
• Protetor térmico Fenólico Metálico
1. PRINCIPAIS COMPONENTES
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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
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• 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
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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
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• 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
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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
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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
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3. CAMPO GIRANTE
Somente Enrolamento Principal
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Defasamento espacial de 90º e no tempo de 60º
3. CAMPO GIRANTE
Enrolamento Principal + Auxiliar (partida)
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4. CIRCUITO EQUIVALENTE
Somente enrolamento principal
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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).
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5. CURVA TORQUE X VELOCIDADE
Somente para o enrolamento principal
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5. CURVA TORQUE X VELOCIDADE
Capacitor de Partida
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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
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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
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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
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•
• Funcionamento do Capacitor de Partida
7.1 MOTOR CAPACITOR DE PARTIDA
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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
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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
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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)
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•
• Funcionamento do Capacitor Permanente (PSC)
7.2 MOTOR CAPACITOR PERMANENTE (PSC – PERMANENT SPLIT CAPACITOR)
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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)
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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)
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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)
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Por que o ponto de carga é importante? (aplicação HVAC)
7.2 MOTOR CAPACITOR PERMANENTE (PSC – PERMANENT SPLIT CAPACITOR)
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Variação de velocidade por taps (em cargas de conjugado parabólico)
7.2 MOTOR CAPACITOR PERMANENTE (PSC – PERMANENT SPLIT CAPACITOR)
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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)
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•
• Funcionamento dos dois Capacitores
7.3 MOTOR CAPACITOR DE DOIS VALORES (PARTIDA + PERMANENTE)
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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)
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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)
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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
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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
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• Funcionamento Split-Phase
8. MOTOR SPLIT-PHASE
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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
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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
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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)
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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)
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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)
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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
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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
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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
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11. CURVAS DE ACELERAÇÃO
Motores Monofásicos - Resumo
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12. COMPARAÇÃO DE TORQUES
ENTRE OS MOTORES MONOFÁSICOS
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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.