Motores Monofásicos
Os motores monofásicos são assim chamados porque os seus enrolamentos de campo são ligados diretamente a uma fonte monofásica. Os requisitos de carga e de ciclo de trabalho para motores monofásicos facilmente serão tão, ou talvez mais, severos que os das máquinas polifásicas, devido à falta de procedimentos de manutenção rotineira em instalações domésticas ou residenciais. Os motoressérie motoressérie !" monofásicos, particularmente, são algumas vezes pro#etados para aplicações e$tremamente pesa pesada das, s, co como mo em guin guinda dast stes es,, elev elevad ador ores es ou se serv rviç iços os de tração, podendo então ter tamanhos que vão de alguns %& a vários milhares. Os moto motore ress de induç indução ão mono monofá fásic sicos os são a alter alterna nati tiva va natural aos motores de indução polifásicos, nos locais onde não se dispõe de alimentação trifásica, como resid'ncias, escrit(rios, o)cinas e em zonas rurais. "penas se #usti)ca a sua utilização para bai$as pot'ncias *+ a -/. 0ntre os vários tipos de motores elétricos monofásicos, os motores com rotor tipo gaiola destacamse pela simplicidade de fabr fabric icaç ação ão e, prin princi cipa palm lmen ente te,, pela pela robus obuste tez, z, )abi )abili lida dade de e manutenção reduzida. &or terem somente uma fase de alimentação, não possuem um campo girante como os motores polifásicos, mas sim um campo magnético pulsante. 1sto impede que tenham binário de arranque, tendo em conta que no rotor se induzem campos magnéticos alinhados com o campo do estator. &ara solucionar o problema de arranque utilizamse enrolamentos au$iliares, que são sã o dimen imensi sion onad ados os e pos osic icio iona nado doss de for forma a cria criarr uma uma segunda fase )ct2cia, permitindo a formação do campo girante necessário para o arranque.
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4ipos de 5otores 5onofásicos6 1. 5otores de indução 5onofásicos 1.1. 5otores de fase dividida 1.1.1. 5otor com partida à resist'ncia 1.1.2. 5otor com partida a capacitor 1.1.3. 5otor com capacitor &ermanente 1.1.4. 5otor com duplo capacitor 1.2. 5otor de indução com partida à relut7ncia 1.3. 5otor de 1ndução de p(lo ranhurado 1.4. 5otor de 1ndução com partida à repulsão 2. 5otores 82ncronos 5onofásicos 2.1. 5otores de 3elut7ncia 2.2. 5otor de %isterese 2.3. 5otor 8ubs2ncrono 3. 5otores 5onofásicos do tipo !omutador 3.1. 5otores de repulsão 3.2. 5otores de repulsãoindução 3.3. 5otores8érie !" 3.4. 5otores 9niversais
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1. Motores de Indução Monofásicos
Os motores de indução possuem um :nico enrolamento no estator. 0sse enrolamento gera um campo magnético que se alterna #untamente com as altern7ncias da corrente. ;esse caso, o movimento provocado não é rotativo. ? de sua posição original. !omo o con#ugado é igual em ambas as direções, pois as forças são e$ercidas pelo centro do rotor e em seguida contrárias, o rotor continua parado.
1.1. Motores de fase Dividida 1.1.1. Motor Com partida à Resistência
O motor é enrolado com dois enrolamentos, o principal *funcionamento/ e o au$iliar *partida/. O au$iliar tem sua resist'ncia maior que o principal, com isso os campos )cam defasados entre as bobinas, e surgi um campo magnético girante, levando o motor a partida. @ importante salientar que o enrolamento au$iliar deve ser desligado quando o motor atinge ABC da velocidade nominal do mesmo, isso geralmente é feito através de um interruptor centrifugo que desliga o enrolamento ao atingir essa velocidade. O enrolamento de partida tem menos espiras e é enrolado com cobre de menor di7metro que o enrolamento de funcionamento. &ortanto o enrolamento de partida tem uma resist'ncia elevada e uma bai$a
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reat7ncia. 1nversamente funcionamento.
o
enrolamento
de
5otor não revers2vel *;ada acontece se inverter as ligações terminais do enrolamento au$iliar de partida em relação às do enrolamento principal de funcionamento/ &ossui chave centrifuga *5aior Dasto com manutenção e maior possibilidade de queimar/ Eai$o torque de partida *entre +.B a .> do torque nominal/ Fif2cil !ontrole de Gelocidade ;ão utilizável com cargas pesadas. &roduz muitos ru2dos. 1.1.2. Motor com artida a Capacitor
@ um motor semelhante ao de fase dividida. " principal diferença reside na inclusão de um capacitor eletrol2tico em série com o enrolamento au$iliar de arranque. O capacitor permite um maior 7ngulo de defasamento entre as correntes dos enrolamentos principal e au$iliar, proporcionando assim, elevados torques de arranque. !omo no motor de fase dividida, o circuito au$iliar é desligado quando o motor atinge entre ABC a =>C da velocidade s2ncrona. ;este intervalo de velocidades, o enrolamento principal sozinho desenvolve quase o mesmo torque que os enrolamentos combinados. &ara velocidades maiores, entre =>C e H>C da velocidade s2ncrona, a curva do torque com os enrolamentos combinados cruza a curva de torque do enrolamento principal de maneira que, para velocidades acima deste ponto, o motor desenvolve menor binário, para qualquer escorregamento, com o circuito au$iliar ligado do que sem ele. Fevido ao fato de o cruzamento das curvas não
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ocorrer sempre no mesmo ponto e, ainda, o dis#untor centr2fugo não abrir sempre e$atamente na mesma velocidade, é prática comum fazer com que a abertura aconteça, na média, um pouco antes do cruzamento das curvas. "p(s a abertura do circuito au$iliar, o seu funcionamento é id'ntico ao do motor de fase dividida. !om o seu elevado binário de arranque *entre >>C e IB>C do binário nominal/, o motor de condensador de partida pode ser utilizado numa grande variedade de aplicações eJ fabricado para pot'ncias que vão de K cv a +B cv. 4orque de partida elevado, entre I.B a L.AB do torque nominal. 5aior gasto com manutenção, devido ao capacitor eletrol2tico do tipo seco, também à chave centr2fuga. 5otor 3evers2vel 5ais usado para acionar bombas, compressores, unidades refrigeradores condicionadores de ar, e maquina de lavar de maior porte. 1.1.3. Motor com Capacitor ermanente
;este tipo de motor, o enrolamento au$iliar e o capacitor )cam permanentemente ligados, sendo o capacitor do tipo a (leo. O efeito deste capacitor é o de criar condições de Mu$o muito semelhantes às encontradas nos motores polifásicos, aumentando, com isso, o torque má$imo, o rendimento e o fator de pot'ncia, além de reduzir sensivelmente o ru2do. !onstrutivamente são menores e isentos de manutenção, pois não utilizam contactos e partes m(veis, como nos motores anteriores. &orém o seu torque de arranque é inferior ao do motor de fase
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dividida *B>C a +>>C do con#ugado nominal/, o que limita sua aplicação a equipamentos que não requerem elevado torque de arranque, tais como6 máquinas de escrit(rio, ventiladores, e$austores, sopradores, bombas centrifugas, esmeris, pequenas serras, furadeiras, condicionadores de ar, pulverizadores, etc. 8ão fabricados normalmente para pot'ncias de +NB> a +,B cv. ;ão requer chave centr2fuga. 4orque de partida muito bai$o, cerca de B> a +>> por cento do torque nominal. &ode ser invertida sua rotação facilmente, devido ao bai$o torque de funcionamento. &ermite o controle de velocidade através da variação da tensão aplicada. 1.1.4. Motor com Dup!o Capacitor
@ um motor que utiliza as vantagens dos dois anteriores6 arranque como o do motor de capacitor de partida e funcionamento em regime id'ntico ao do motor de capacitor permanente. &orém, devido ao seu alto custo, normalmente são fabricados apenas para pot'ncias superiores a + cv. 0le combina as vantagens da operação silenciosa e do controle limitado de velocidade de um motor a capacitor permanente, com o torque de partida elevado de um motor com partida a capacitor. 9tilizando dois capacitores durante o per2odo de partida, um deles é um capacitor eletrol2tico *de partida/, utilizado para o ciclo intermitente, de capacidade razoavelmente elevada, sendo desligado do circuito através de uma chave centr2fuga quando o escorregamento atinge cerca de B C. Outro capacitor do tipo a (leo, de funcionamento.
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0$iste dois métodos para se obter a capacit7ncia elevada necessária para a partida e a capacit7ncia menor necessária para o funcionamento6 + 5étodo6 9tiliza um capacitor eletrol2tico em paralelo com um capacitor a (leo, através de uma chave centr2fuga normalmente fechada. O capacitor eletrol2tico, de alta capacidade, é desligado a cerca de AB C da velocidade s2ncrona, produzindo assim um torque de partida elevado de que se necessita. 5étodo6 0mprega apenas um capacitor a (leo de alta tensão, em combinação com um autotransformador. Operação 8ilenciosa. 0levado torque de partida e um bom torque de funcionamento. 5otor revers2vel *embora, inversões freqPentes reduzirão a vida :til da chave centr2fuga/ ;o primeiro método, temse um maior gasto com manutenção, devido ao capacitor eletrol2tico do tipo seco, também à chave centr2fuga. 9so domestico. *"r condicionado/
1.2. Motor de Indução com artida à Re!ut"ncia.
0ste motor é assim chamado por usar o Qprinc2pio da relut7nciaR em seu funcionamento. 8eu rotor é do tipo gaiola convencional, que desenvolve torque, uma vez acelerado iniciada a rotação, pelo Qprincipio da relut7nciaR. 0ste motor emprega um estator com um entreferro não uniforme, devido a isto, um efeito de
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varredura se produz no Mu$o do campo principal. O principio da relut7ncia estabelece que onde o entreferro é pequeno, a autoindut7ncia no enrolamento de campo é grande, fazendo com que a corrente nele se atrase em relação ao Mu$o que a produz. 1nversamente, onde o entreferro é muito grande, a autoindut7ncia é reduzida, e a corrente esta quase em fase com o Mu$o. Operação somente em um sentido *8entido do entreferro mais alto para o mais bai$o/ &ermite controle de velocidade * reduzindo a tensão !" aplicada/ 4orque de partida bai$o *menos de B>C do torque nominal/
1.3. Motor de Indução de p#!o ran$urado
0ste tipo de motor apresenta peças polares especiais, não necessitando de chave centr2fuga, nem de enrolamento au$iliar. " )gura +H.a apresenta a construção geral de um motor bipolar de p(los ranhurados salientes. "s peças polares especiais consistem das laminações e de uma bobina em curto circuito colocada numa ranhura, e enrolada em torno do segmento menor da peça polar.
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!omo mostra a )gura +H.b, quando o Mu$o nos campos polares tende a aumentar, é induzida uma corrente na bobina curtocircuitada, que pela Sei de Senz, se opõe à força e ao Mu$o que a produziu. "ssim, conforme o Mu$o aumenta em cada p(lo, haverá uma diminuição no segmento correspondente a bobina. Sogo a bobina provoca uma divisão no Mu$o de tal modo que quando este diminui *item d da )gura/, o Mu$o se concentra no segmento da bobina. ;o ponto c, como se v' na )gura +H.e não há tensão induzida na bobina pois não há variação no Mu$o. O resultado é que o Mu$o ora diminui, ora se concentra no segmento de p(lo ranhurado, estando sempre atrasado no tempo em relação ao Mu$o na parte principal. Festa amaneira temse um campo magnético girante, provocando um desequil2brio nos torques devido aos condutores do rotor de modo tal que o torque no sentido horário e$cede o torque no sentido antihorário ou vice versa, provocando a rotação do rotor no sentido do campo girante. &ara o motor visto na )gura +H, a rotação se dá no
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sentido horário, uma vez que o Mu$o no segmento ranhurado se atrasa em relação ao Mu$o principal. O 5otor de indução de p(lo ranhurado é, por suas caracter2sticas de construção e funcionamento utilizado em tocadiscos, pro#etores cinematográ)cos, máquinas para cortar frios, pequenos ventiladores, etc.
1.4. Motor de Indução com partida à Repu!são
O motor de indução com partida à repulsão parte como um motor de repulsão *8eç. I.+/, com as escovas colocadas nas posições correspondente ao torque má$imo.
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8ão ruidosos na partida. O faiscamento interfer'ncia.
do
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comutador
produz
2. Motores %&ncronos Monofásicos
O motor s2ncrono é um tipo de motor elétrico muito :til e con)ável com uma grande aplicação na ind:stria. 0ntretanto, pelo fato do motor s2ncrono ser raramente usados em pequenas pot'ncias, muitos que se sentem bem acostumados com o motor de indução por causa de suas e$peri'ncias com acionadores menores, se tornam apreensivos quando se deparam com a instalação de um motor s2ncrono nos seus sistemas. O motor s2ncrono é bastante semelhante ao motor de indução no seu aspecto geral, embora usualmente os motores s2ncronos possuem pot'ncia elevada eNou rotação muito bai$a quando comparado com o motor de indução normal. 4ipicamente, o motor s2ncrono tem um comprimento de n:cleo pequeno e um di7metro grande quando comparado com o motor de indução. 2.1. Motores de Re!ut"ncia
0ste motor diferencia do motor monofásico de indução, o fato de o rotor é alterado de modo que as laminações tendam a produzir p(los salientes no rotor, a relut7ncia do caminho do Mu$o através do entreferro será maior onde não ha#a condutores embebidos nas ranhuras. 0ste motor tem partida com torque entre I>> e L>>C de seu torque em plena carga, como se fosse um motor bifásico. " tr's quartos da velocidade s2ncrona, uma chave centrifuga abre um enrolamento au$iliar, e o motor continua a desenvolver um torque monofásico, devido ao seu enrolamento de funcionamento. T medida que se apro$ima da velocidade s2ncrona, o torque de relut7ncia é su)ciente para fazer o motor entrar em sincronismo com o campo pulsante monofásico.
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2.2. Motor de 'isterese
0sse tipo de motor classi)ca os motores de rotor cil2ndrico, de p(los não salientes, e os de p(los ranhurados. 0sses motores possuem laminações do tipo histerese, são normalmente feitas de aço endurecido de alta retentividade, em vez de aços normalmente utilizados em maquinas de bai$a retentividade. Os motores de histerese são de autopartida *como resultado de um enrolamento de partida ou da utilização dos p(los ranhurados/ e entram em sincronismo, desenvolvendo uma resist'ncia elevada do rotor devido ás perdas por histerese, e, conseqPentemente torques de partida bastante elevados, mas torques de funcionamento menores &roduzse um torque de partida elevado, como resultado da elevada resist'ncia do rotor *devido ás perdas por histerese/. !onforme o rotor se apro$ima da velocidade s2ncrona, passa a decrescer a frequ'ncia com que se inverte o sentido da corrente nas barras cruzadas, e o rotor se torna permanentemente magnetizado num sentido, como resultado da alta retentividade do rotor de aço. O torque produzido, como resultado dessa magnetização, não é tão grande quanto ao torque de relut7ncia, porem é e$tremamente estável, em amplitude a fase, por isso é muito utilizado para acionar tocadiscos e gravações de )ta. 2.3. Motor %u(s&ncrono
0ste motor é do tipo de motor de histerese, com laminações salientes e com rotor cil2ndrico. 8eu torque aplicado é grande demais para a sua velocidade s2ncrona normal, com base no numero de p(los salientes, o motor girara a uma velocidade subs2ncrona determinada por um numero inteiro m:ltiplo do numero de
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p(los de laminações. !om isso o motor subsincrono pode fornecer torques bastantes elevados a uma velocidade lenta e constante. Os motores subsincronos são de autopartida *como resultado de um enrolamento de partida ou da utilização dos p(los ranhurados/ e entram em sincronismo, desenvolvendo uma resist'ncia elevada do rotor devido ás perdas por histerese, e, conseqPentemente torques de partida bastante elevados, mas torques de funcionamento menores nos motores de histerese que nos de torque de relut7ncia.
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3. Monofásicos do tipo Comutador 3.1. Motores de repu!são
0ste motor é normalmente constitu2do de uma armadura de enrolamento imbricado, um enrolamento !" de quatro p(los do estator requer dois pares de escovas6 um de seis p(los, tr's pares de escovas, etc. !ada par de escovas seria curto circuitado e distanciado de H> graus mec7nicos, para quatro p(los, ou U> graus mec7nicos para seis p(los. " maioria dos motores de repulsão comerciais é de quatro ou seis p(los, seus enrolamentos são de fase dividida, constitu2dos de dois campos ligados em serie, deslocados H> graus elétricos do estator. " utilização de dois enrolamentos separados resulta num componente maior do Mu$o de torque, reduzindo a corrente de armadura necessária para a produção de um dado torque, bom como melhorando o fator de potencia. 0m motores comerciais, o fator de potencia é apro$imadamente unitário na velocidade s2ncrona e menor que um para velocidades acima e abai$o dela. O 5otor de repulsão é capaz de funcionar a velocidades bem acima da s2ncrona, para cargas leves, e bem abai$o dela para cargas pesadas. Gariedades de velocidade 0$celente torque de partida Eai$a corrente de partida 1ndependente do estator *tensões diferentes/ 3equer manutenção peri(dica *comutador/ 3.2. Motores de repu!são)indução
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!omo o nome #á diz, o motor de repulsãoinduçaco combina caracter2sticas do motor de repulsão e do motor de indução. 9tilizando o mesmo estator, a :nica modi)cação necessária no rotor, do tipo comutador, é a adição de um enrolamento em gaiola. 0sse motor tem um duplo enrolamento no rotor, no qual o enrolamento superior é ligados às barras do comutador e o inferior*de alta reat7ncia/ é enrolamento gaiola do tipo indução. O motor não emprega dispositivo centr2fugo reguladores ou mecanismos para deslocamento de escova. O motor parte como um motor de repulsão em sua respectiva caracter2stica, produzindo cerca de tr's a quatro vezes o torque nominal. !onforme o rotor acelera, a freqP'ncia e a reat7ncia do seu enrolamento tipo gaiola, de bai$a resist'ncia, decrescem, induzindose mais corrente nele. 9tilizado para acionar bombas rec2procas razoavelmente grandes, bem como compressores, em lugares onde se disponha apenas de pot'ncia monofásica. 4orque de partida elevado 3egulação de velocidade razoavelmente boa. Fesenvolve torques mesmo sob elevadas cargas, sem que ocorra desaceleração. 3.3. Motores)%*rie C+
0ste motor foi produzido para suprir caracter2sticas em que os motoresserie !! não possu2am, por e$emplo, 5otoresserie !! funcionam precariamente em corrente alternada. %á um grande faiscamento nas escovas, e o rendimento e o fator de potencia decrescem. ;este caso, foi constru2do o motorserie !", eles são pro#etados com uma estrutura de campo constitu2da de laminações mais )nas, para reduzir as perdas por parasitas
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que são mais elevadas em !"V !om menor numero de espiras no camposerie, para reduzir a queda de tensão reativa no camposerie, e as perdas devidas à histerese e às correntes parasitasV 5ais p(los para restabelecer o torque totalV mais condutores na armadura e mais segmentos no comutadorV uma resist'ncia adicional em serie com as ligações da armadura ao comutadorV tipos especiais de enrolamentos de compensaçãoV tipos especiais de enrolamentos nos interpolos.
3.4. Motores ,niversais
" construção e o princ2pio de funcionamento do motor universal são iguais ao do motor em serie de corrente cont2nua.
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ligações das escovas, ou se#a, a bobina ligada a escova deverá ser ligada à outra escova e viceversa. Os motores universais apresentam con#ugado de partida elevado e tend'ncia a disparar, mas permitem variar a velocidade quando o valor de tensão de alimentação varia. 0sse tipo de motor é o motor mais empregado e está presente em máquinas de costura, liquidi)cadores, enceradeiras e outros eletrodomésticos, e também em máquinas portáteis, como furadeira, li$adeira e serras.
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