prof. sebastião lauro nau, dr. eng. set17eniopadilha.com.br/documentos/eel-d03_00...sumÁrio 1....

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


Barras de Alumínio Lâminas do Rotor

Anel de CC

Eixo

Aletas


• Platinado / Centrífugo


• Capacitores Eletrolíticos (Partida) Permanente

• Protetor térmico Fenólico Metálico


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



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



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



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



fmm

[A

e)

3.14 1.57 0 1.57 3.141

0.5

0

0.5


ângulo espacial [rad]fm

m [A

e)

3.14 1.57 0 1.57 3.141

0.5

0

0.5



fmm

[A

e)

3.14 1.57 0 1.57 3.141

0.5

0

0.5



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


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


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


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


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).



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)



- 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;


II

IV

VI

VIII


- Baixo torque de partida (de 40% a 110% do torque nominal);

- Baixa corrente de partida;

- Alto Fator de Potência;

- Alto rendimento.


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


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).


Por que o ponto de carga é importante? (aplicação HVAC)


Variação de velocidade por taps (em cargas de conjugado parabólico)



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



- 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;


II

IV

VI


- Torque de Partida Moderado a alto (150% to 350% do nominal);

- Alto fator de Potência;

- Alto Rendimento;

- Torque máximo mais elevado.


Aplicações:

Geral, principalmente acima de 2 HP;

Compressores;

Bombas centrífugas;

Bombas de vácuo;

Ventiladores;

Redutores;

Serras.

Vantagens:


- Melhor desempenho em carga.

Desvantagens:

- Elevado custo.

- Não permite reversão instantânea (apenas com chave eletrônica).


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).


• Funcionamento Split-Phase



- 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.


II

IV

VI

IV/VI


- 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.


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).


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)


- Sem capacitores;

- Pode possuir taps nas bobinas;

- Potências usuais: 1mHP até 1/4HP


II (C-frame)

IV

VI

VIII


- Torques semelhantes aos dos motores PSC;

- Destinado a cargas leves;

- Baixo rendimento;

- Baixo fator de serviço.


(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


(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


− Sem capacitores;

− Com escovas;

− Circuito de campo com taps ou resistor;

− Potências usuais: 10mHP até 1HP;

− Velocidade: 5000 RPM (NEMA MG1.10.32.5).


− 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:


- 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.

prof. sebastião lauro nau, dr. eng. set17eniopadilha.com.br/documentos/eel-d03_00...sumÁrio 1....

Documents