Your SlideShare is downloading. ×
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Motores
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

×
Saving this for later? Get the SlideShare app to save on your phone or tablet. Read anywhere, anytime – even offline.
Text the download link to your phone
Standard text messaging rates apply

Motores

9,382

Published on

1 Comment
3 Likes
Statistics
Notes
No Downloads
Views
Total Views
9,382
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1
Actions
Shares
0
Downloads
289
Comments
1
Likes
3
Embeds 0
No embeds

Report content
Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
No notes for slide

Transcript

  • 1. ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO Departamento de Engenharia de Energia e Automação ElétricasDEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE ENERGIA E AUTOMAÇÃO ELÉTRICAS ESCOLA POLITÉCNICA DA USPPEA - LABORATÓRIO DE INSTALAÇÕES ELÉTRICASMOTORES – LIGAÇÕES / PARTIDAS E OPERAÇÕES Código: MOT 1 e 2
  • 2. ÍNDICE1. Apresentação .................................................................................................................. 032. Tipos de Motores............................................................................................................. 043. Motores Trifásicos de Indução ........................................................................................ 07 3.1 Considerações Gerais................................................................................................ 07 3.2 Princípio de Funcionamento....................................................................................... 07 3.2.1 Campo Girante .................................................................................................. 07 3.2.2 Velocidade de Sincronismo............................................................................... 12 3.2.3 Princípio de Funcionamento.............................................................................. 14 3.2.4 Escorregamento ................................................................................................ 15 3.3 Detalhes Construtivos ................................................................................................ 17 3.3.1 Introdução.......................................................................................................... 17 3.3.2 Estator ............................................................................................................... 17 3.3.3 Rotor .................................................................................................................. 19 3.4 Tipos de Ligação ........................................................................................................ 22 3.4.1 Considerações Gerais....................................................................................... 23 3.4.2 Identificação dos Terminais dos Motores.......................................................... 23 3.4.3 Ligação de Motores com 12 Terminais Externos.............................................. 25 3.4.4 Motores com 9 Terminais Externos................................................................... 27 3.4.5 Motor com 6 Terminais Externos ...................................................................... 28 3.5 Conjugado em Função de Rotação............................................................................ 29 3.5.1 Considerações Gerais....................................................................................... 29 3.5.2 Conjugado x Rotação ........................................................................................ 29 3.5.3 Análise de Curva de Conjugado........................................................................ 33 3.5.4 Corrente Absorvida da Rede de Alimentação................................................... 39 3.6 Métodos de Partida .................................................................................................... 44 3.6.1 Considerações Gerais....................................................................................... 44 3.6.2 Chave Estrela-Triângulo.................................................................................... 44 3.6.3 Resistores de Partida em Motores com Rotor Bobinado.................................. 47 3.6.4 Redução de Tensão Através de Compensadores ............................................ 49 3.7 Dados de Placa - Valores Nominais e Rendimento ................................................... 504. Motores Monofásicos de Corrente Alternada.................................................................. 51 4.1 Considerações Gerais............................................................................................... 51 4.2 Motores Monofásicos “Shaded-Pole ......................................................................... 51 4.3 Motores Universais.................................................................................................... 55 4.3.1 Considerações Gerais...................................................................................... 55 4.3.2 Aspectos Construtivos...................................................................................... 56 4.3.3 Princípio de Funcionamento............................................................................. 57 4.4 Motores Monofásicos com Dois Enrolamentos......................................................... 60 4.4.1 Considerações Gerais...................................................................................... 60 4.4.2 Motor “Split-Phase”........................................................................................... 61 4.4.3 Motor Monofásico com Capacitor de Partida ................................................... 62 4.4.4 Motor Monofásico com Capacitor Permanente................................................ 65 4.4.5 Aplicações ........................................................................................................ 66 2
  • 3. 1. APRESENTAÇÃOO setor industrial é responsável por cerca de 40% a 50% de toda a energiaelétrica consumida no país. Dentro deste setor o consumo de motoreselétricos é estimado em cerca de 70% a 80%, o que evidência a grandeimportância do conhecimento, por parte dos engenheiros, deste tipo deequipamento.Nesta apostila é dada maior ênfase aos motores trifásicos de indução, poisrepresentam cerca de 90% da potência de motores fabricados. Para essetipo de motor este texto apresenta o princípio de funcionamento, asprincipais características técnicas e algumas informações sobre suaaplicação.São abordados, ainda, outros tipos de motores, porém com menorprofundidade. Incluem-se motores síncronos, de corrente contínua emonofásicos de indução.A finalidade básica dos motores é o acionamento de máquinas eequipamentos mecânicos.Cabe ao usuário a correta seleção do motor adequado a cada processoindustrial. Existe uma gama variada de motores, que operam em correntealternada (monofásico ou trifásico) ou contínua, porém para cadaaplicação existe um motor com característica mecânica e elétrica queatende o processo da melhor maneira.O processo de seleção dos motores deve satisfazer basicamente trêsrequisitos:a) Fonte de alimentação: tipo, tensão, frequência, etc,;b) Condições ambientais: agressividade, periculosidade, altitude, temperatura, etc,;c) Exigências da carga e condições de serviço: potência solicitada, rotação, conjugados, esforços mecânicos, ciclo de operação, confiabilidade exigida pelo processo industrial, etc. 3
  • 4. 2. TIPOS DE MOTORESA classificação clássica dos motores consiste agrupá-los da seguintesforma:a) Motores de Corrente ContínuaEste tipo de motores opera alimentado por fonte de energia em correntecontínua. Este fato impõe uma grande limitação no campo de aplicaçãodesse tipo de motores, pois, como sabemos, a rede elétrica pública queatende nossas casas, as industrias e o comércio opera em correntealternada. Porém as características técnicas de um motor deste tipo, comopor exemplo a relativa facilidade com que se consegue controlar a suavelocidade e os altos níveis de torque a baixas rotações, lhe garanteaplicações específicas como tração elétrica (trens, troleibus, bondes) eusos em processos industriais que requerem essas propriedades comolaminadores e acionamentos para posicionamentos de cargas mecânicas(sistemas automatizados e robôs).Uma aplicação bastante comum desse tipo de motor é em motor departida de veículos movidos a motores de combustão, onde se dispõe deuma fonte de corrente contínua (bateria) e se requer altos torques a baixarotação.Como será abordado em capítulos posteriores, basicamente o princípio defuncionamento dos motores elétricos resulta do surgimento de forças deorigem eletromagnéticas, produzidas pela interação dos camposmagnéticos produzidos por dois tipos de enrolamentos (bobinas): um quepermanece fixo, estático (no estator do motor) e outro que gira solidárioao eixo do motor, que por sua vez, é a sua parte móvel (rotor).Posto isto, há outras subclassificações que identificam os motores decorrente contínua, associados a forma com que esses enrolamentos (o fixoe o móvel) estão interligados. Por exemplo, se os ligarmos em série, amesma corrente percorre a ambos, o que confere uma característicadiferente se alimentarmos cada um desses enrolamentos de formaindependente. Então, esta sub classificação agrupa os motores de correntecontínua em 4 (quatro) grupos: 4
  • 5. - motores de C.C. com excitação independente;- motores de C.C. com enrolamento em série;- motores de C.C. com enrolamento em paralelo e- motores de C.C. com enrolamento compostos.Há uma vasta literatura sobre esse assunto, que poderá ser consultadapelo leitor que desejar se aperfeiçoar no tema.b) Motores de Corrente AlternadaEsta modalidade de motores é a mais comum, podendo-se estimar quemais de 95% da potência instalada em motores elétricos operam emcorrente alternada. Isto se dá pela disponibilidade desse tipo de fonte dealimentação e pela própria simplicidade de operação e construção decertos tipos de motores de corrente alternada, que lhe conferem grandecampo de aplicação, e confiabilidade a baixo custo.Como sabemos, as redes públicas disponibilizam energia elétrica sobduas modalidades básicas:- fontes de tensão monofásica;- fontes de tensão trifásica.Assim, os motores de corrente alternada são classificadas em 2 (dois)grupos, conforme opere sob alimentação monofásica ou trifásica.Os motores monofásicos são utilizados para aplicação onde, em primeirolugar, só se dispõe de fonte monofásica, como por exemplo, na grandemaioria das instalações residenciais e pequenos comércios e indústrias e,cujas necessidades de potência sejam relativamente pequenas (usualmenteaté cerca de 5 HP). Assim, bombas d’água, eletrodomésticos de maiorporte (os de menor utilizam um outro tipo de motor que veremos aseguir), aparelhos de ar condicionado, acionamentos industriais depequeno porte são aplicações típicas de motores monofásicos.Os motores trifásicos são do ponto de vista da engenharia, queapresentam maior importância, por ser aqueles mais frequentes emaplicações de potência. Estes tipo de motores são agrupados em:- motores síncronos, que apresentam rotação rigorosamente constante e, 5
  • 6. - motores assíncronos, que cuja rotação é função da carga mecânica (conjugado resistente) a que é submetido.Os motores síncronos, pela sua própria característica, requerem cuidadosespeciais na operação (em potências mais elevadas, devem partir semcarga mecânica), apresentam construção mais elaborada e tem campo deaplicação restrito.A propósito, conceitualmente motores e geradores diferemprincipalmente, pela natureza da fonte primária de energia: no motor seinjeta energia elétrica e o equipamento disponibiliza energia mecânica e,no gerador ocorre o contrário, injeta-se energia mecânica e o equipamentodisponibiliza energia elétrica. Assim, todos os geradores de sistemastrifásicos (inclusive os de usinas hidroelétricas) são máquinas síncronas,semelhantes a motores síncronos trifásicos), daí sua grande importância.Por outro lado, os motores assíncronos, também chamados de “motoresde indução”, são os realmente mais difundidos e utilizados nas aplicaçõesde engenharia, por sua simplicidade de utilização, versatilidade e custo.A característica básica desse tipo de motores é que apresentam avelocidade variável, em função do valor carga mecânica que os solicita.Os motores assíncronos monofásicos são, usualmente, utilizados quandose requer um potência de até cerca de 5HP, sendo que, para potênciasmaiores são utilizados motores trifásicos, embora também haja motorestrifásicos desse último tipo, com potências menores do que 5HP.Por esta razão, o foco central desta apostila são os motores trifásicos deindução, cujo princípio de funcionamento, características técnicas e deaplicação serão abordados com maior detalhe nos capítulos seguintes.c) Motores UniversaisEste tipo de motor pode ser alimentado em corrente alternada ou emcorrente contínua, porém, é economicamente viável para pequenaspotências (pequenas frações de HP) sendo utilizados em principalmente,em eletrodomésticos de pequeno porte tais como liqüidificadores,enceradeiras, etc. 6
  • 7. 3. MOTORES TRIFÁSICOS DE INDUÇÃO3.1 CONSIDERAÇÕES GERAISNeste capítulo, são apresentados os principais elementos referentes amotores de indução trifásicos, quais sejam:a) princípio de funcionamento;b) detalhes construtivos;c) tipos de ligação;d) conjugado e;e) métodos de partida.3.2 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO3.2.1 CAMPO GIRANTEConsideramos uma superfície cilíndrica, sobre a qual dispomos de 3espiras (constituídas por condutores de mesma impedância), cujos eixosde simetria normais à superfície cilíndrica formam ângulos de 120o entresi como mostra a figura 3.1. Figura 3.1 - 3 espiras dispostas sobre uma superfície cilíndrica 7
  • 8. Como sabemos, quando uma corrente i(t) percorre uma dessas espiras,estabelece-se um campo de indução B, cuja direção e sentido (dados pela“regra da mão direita”) pode ser representado pelos vetores B1, B2 e B3cuja intensidade é proporcional a i(t) ou seja B = K i(t). Note que afigura determina uma convenção de sinais para a corrente e campo B ouseja, quando a corrente i1 “entra” na espira 1, pelo ramo esquerdo dabobina, o campo de indução criado B1 “entra” no cilindro, sendo queesses sentidos são convencionados como positivos. De modo análogoocorre com as espiras 2 e 3.O campo B reinante no interior do cilindro é a composição vetorial de B1,B2 e B3. Assim por exemplo se i1 = i2 = i3, B seria nulo. Consideremosagora, que se injete, respectivamente nas 3 espiras, 3 correntes senoidais,defasadas de 120o no tempo, ou seja, alimenta-se as 3 espiras com umsistema trifásico simétrico.Nessas condições teremos:ii(t) = Imax sen wti2(t) = Imax sen (wt - 120o)i3(t) = Imax sen (wt + 120o)b1(t) = K Imax wt = Bmax wtb2(t) = K Imax (wt - 120) = Bmax (wb - 120)b3(t) = K Imax (wt + 120) = Bmax (wt + 120)É possível calcularmos o campo B resultante no interior do cilindro acada instante. Assim no instante t = to = 0, teremos:i1 (to) = 0 b1 (to) = 0i2 (to) = - √3/2 Imax b2 (to) = - √3/2 K Imaxi3 (to) = + √3/2 Imax b3 (to) = √3/2 K Imax 8
  • 9. O campo resultante será a soma vetorial dos campos e terá módulo: 3/2 K Imaxe direção normal ao eixo da bobina 1. (Fig. 3.2) Figura 3.2 - Campos de Indução produzidos pelas bobinasCom procedimento análogo, determinamos os valores da tabela 3.1, naqual a direção da resultante é indicada pelo ângulo que forma com adireção r, tomado como positivo no sentido anti-horário (fig. 3.2).Verificamos que o campo resultante tem módulo constante e sua direçãodesloca-se com velocidade angular ω, isto é, descreve f ciclos porsegundo, pois ω = 2 π f. 9
  • 10. b3 b3 b2 b1 30o b2 b b b1 b2 o 60 b to t1 t2 t3 t4 t5 b b b2 b2 b1 b2 b1b b3 b3 240 o t6 t7 t8 Figura 3.3 Campo Girante 10
  • 11. 11
  • 12. Observamos ainda que o campo produzido pelas bobinas pode serassimilado ao existente no entreferro de um imã permanente que gira comvelocidade angular ω (fig. 3.4); podendo se imaginar a existência de umpolo norte e um polo sul localizados sobre a superfície cilíndricasubstituindo as espiras, que se deslocam com velocidade angular ω; daíadvindo a expressão de campo girante com um par de pólos. Figura 3.4 - Campo Girante produzido por um par de polosNote que se trocássemos a alimentação de 2 bobinas, isto é,alimentássemos a bobina 2 com a corrente que injetamos na bobina 3, e abobina 3 alimentássemos com a corrente que injetamos na bobina 2,teríamos como resultado a mudança no sentido de rotação do campogirante.3.2.2 VELOCIDADE DE SINCRONISMOA velocidade de rotação do campo girante é chamada de velocidade desincronismo ou síncrona. O valor desta velocidade depende da maneiracomo estão distribuídas e ligadas as bobinas no estator do motor, bemcomo da freqüência da corrente que circula pelo enrolamento estatórico.Prova-se que esta velocidade vale: 60 f Ns = onde, PNs = velocidade do campo girante em rpm.f = freqüência da tensão de alimentação (Hz)P = número de pares de pólosObserva-se que: 12
  • 13. a) um “par de pólos” é obtido pela montagem de 3 bobinas no estator, dispostas a 120o no espaço e, alimentados por um sistema trifásico, como exposto anteriormente;b) para se obter 2 “pares de pólos” deve-se montar sobre o estator dois conjuntos de 3 bobinas defasados de 60o no espaço e, alimentar cada conjunto constituído de bobinas alternadas, pelo sistema trifásico;c) considerando que a frequência de rede no Brasil é 60 Hz, a velocidade síncrona de um motor com 1 par de pólos é 3600 rpm, com 2 pares 1800 rpm e assim sucessivamente.A figura 3.5 ilustra os enrolamento de um motor de 1 par de polos eoutro de 2 pares de polos, onde se observa que no motor de 4 polos, há 3pares de duas bobinas em serie, portanto alimentadas pela mesma fase. Motor de 2 Polosa c N S b Motor de 4 Polos c2 Ia a1 b2 N1 S1 S2 b1 Ia N2 a2 c1 Figura 3.5 - Motores de 2 e de 4 polos3.2.3 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 13
  • 14. Suponhamos colocar no interior do estator uma bobina, constituída poruma única espira fechada, livre de girar em torno de um eixo que coincidecom o eixo de simetria do estator. Excitando-se o estator com umacorrente senoidal trifásica, criar-se-á um campo girante de induções. Paraefeito de análise substituiremos o campo girante do enrolamento trifásicodo estator por um par de pólos (Norte e Sul), girando com umavelocidade angular ωs (fig. 3.6).Inicialmente a espira parada “vê” o campo com velocidade ωs, portanto,por efeito da variação de fluxo, produzida pelo campo girante que sedesloca em volta da espira, gera-se nesta última uma força eletromotrizinduzida, e como ela está em curto circuito, uma corrente induzidacirculará por ela. Esta corrente, pela Lei de Lenz, tenta anular a causa quea produziu, isto é, o sentido da corrente que circula na espira é tal que ocampo magnético que ela cria, opõe-se à variação de fluxo. A figura 3.6ilustra esse fato.Estamos agora, face ao caso de um condutor percorrido por correnteimerso num campo magnético, logo surgirá sobre o condutor uma força F,dada por: → → → F = i ΛBisto é, tem direção normal ao plano formado por i e B, e módulo dadopor i x B.A força F, poderá ser decomposta segundo as direções: normal elongitudinal da espira (fig. 3.7). N Fn I F F ws B F I Fws d Fn SFigura 3.6 - Campo produzido por Figura 3.7 - Força na espira um par de polos girante 14
  • 15. A força longitudinal não nos interessa do ponto de vista dofuncionamento do motor, de vez que somente dará esforço de deformaçãoda espira. A primeira, será responsável pelo conjugado motor (FN x d).Sob a ação deste conjugado, a espira começa girar no mesmo sentido derotação do campo girante.À medida que a velocidade de rotação da espira aumenta, a velocidade daespira em relação ao campo girante diminui, diminuindo desta maneira, avariação do fluxo através da espira e consequentemente diminuindo aforça eletromotriz induzida, a corrente induzida e o conjugado motorcriado por esta última. O conjugado motor será reduzido até atingirmos acondição de regime na qual se verifica a igualdade: Cmotor = CresistenteÉ claro que a velocidade da espira, nunca poderá atingir a velocidadesíncrona, de vez que isso ocorrendo, a posição relativa da espira e docampo girante permanece inalterada, não havendo variação de fluxo econsequentemente não havendo geração de correntes induzidas (Cmotor =0).De quanto exposto, resulta a denominação desta máquina, “motorassíncrono”, que prende-se ao fato desse tipo de máquina nunca atingir avelocidade de sincronismo.3.2.4 ESCORREGAMENTODefine-se escorregamento como sendo a diferença entre a velocidadesíncrona e a parte móvel do motor, denominada rotor, expressa emporcentagem daquela, isto é: ωS − ω N −N s= 100 = S 100 ωS NS onde ωs e Ns são respectivamente a velocidade angular do campo girante e a rotação do campo girante e; ω e N a velocidade angular e a rotação do rotor.Salientamos que a plena carga, usualmente o escorregamento de ummotor quando opera em regime permanente está compreendido entre 3 e6%; assim, sua velocidade apresenta apenas pequenas variações. 15
  • 16. EXEMPLO - Um motor trifásico de indução de 4 pólos é alimentado comtensão de 220 V, 60 Hz e gira a 1720 r.p.m. Qual é seu escorregamento? 1. Determinação da velocidade síncrona 60 f 60 x 60 Ns = = = 1. 800 rpm P 2 2. Determinação de s Ns − N 1800 − 1720 s= 100 = x100 = 4 , 45% Ns 1800EXEMPLO - Um motor de indução trifásico é alimentado com tensão de 220 V - 50 Hz gira em vazio a 995 r.p.m. Pede-se: a) o número de pólos do motor. b) o escorregamento em vazio a) Determinação do número de pólos A determinação do número de pólos é feita por tentativas. Sabemos que em vazio, o motor gira com velocidade muito próxima à de sincronismo, portanto, calcula-se a velocidade síncrona para os vários valores do número de pólos e aquela que mais se aproximar da de vazio nos dá o número de pólos. Assim, para f = 50 Hz temos: Número de pares de pólos 01 02 03 04 05 Ns (r.p.m.) 3000 1500 1000 750 600 portanto, trata-se de motor com 3 pares de pólos. b) Determinação do escorregamento Ns − N 1000 − 995 s= 100 = 100 = 0, 5% Ns 10003.3 DETALHES CONSTRUTIVOS 16
  • 17. 3.3.1 INTRODUÇÃOOs motores de indução são constituídos dois grupos de enrolamentosmontados sob núcleos de materiais ferromagnéticos (bobinas): umimóvel, constituído pelas bobinas que (embora fixas) criam o campogirante, denominado “estator” e, outro grupo móvel (girante), constituídopelas bobinas que sob a ação do campo girante, giram no interior doestator, este é chamado de rotor.O estator também é chamado de “indutor”e o rotor de “induzido”.A necessidade de ambos serem constituídos por núcleos ferromagnéticosse prende ao fato de assim, ser possível obter fluxo de indução a partir decorrentes relativamente pequenas. Se o núcleo fosse de ar, serianecessário uma corrente muitas vezes maior para se obter o mesmo fluxo(“Desde que não saturado, a relutância do ferro é muito menor que a doar”).3.3.2 ESTATORa) Núcleo de FerroO núcleo de material ferromagnético do estator é constituído por umconjunto de lâminas de ferro com o formato de uma coroa circular,justapostas. No diâmetro interno são executados entalhes (fig. 3.8),eqüidistantes, que no conjunto, irão constituir os “canais” onde sealojarão os condutores. Figura 3.8 - Detalhes Construtivos do Núcleo de Ferro 17
  • 18. Para a construção do núcleo, emprega-se chapa de aço de 0,5 mm deespessura, com baixo teor de silício (cifra de perda 2,5 a 3,0 Watt/kg).Não se empregam aços com alto teor de silício, (como por exemplo nostransformadores) devido à sua alta dureza e fragilidade.As lâminas são isoladas entre si por meio de verniz ou de folhas de papelde pequena espessura, tal como nos transformadores.Nas máquinas de maior potência, as lâminas não são agrupadas numconjunto único, mas, são feitos blocos parciais de 5 a 10 cm de espessurae montados com separadores, de perfil adequado, de modo a se formarementre os blocos canais de ventilação, com largura da ordem de 10 mm.O conjunto das lâminas após cuidadosa compressão, é fixado à carcaçaque tem a finalidade puramente mecânica de suporte.b) EnrolamentoO material empregado para a execução do enrolamento com maiorfreqüência é o cobre, e mais raramente, o alumínio.Escapa ao caráter elementar deste curso, o estudo dos tipos deenrolamentos, sendo que, nos limitaremos a dar noções sucintas de suaexecução.As bobinas são enroladas e posteriormente colocadas nos canais. Após acolocação de todas as bobinas, são feitas as ligações internas entre elas(ligações: série, paralelo, série-paralelo) e ligados os fios que constituirãoos terminais externos.Nas bobinas devemos destacar a parte ativa - aquela que está no interiordo núcleo de ferro - e a “cabeça”, parte externa ao núcleo, que perfaz ainterligação entre os dois lados ativos (fig. 3.9). 18
  • 19. bobina cabeça lado ativo dente cabeça canal coroa Figura 3.9 - Detalhes Construtivos de Enrolamento3.3.3 ROTORCaso se construísse o rotor, imerso no ar, como foi esquematizado nafigura 3.2, a relutância (ℜ) do circuito magnético seria muito elevada,como conseqüência, a corrente necessária para criar um campo girante deintensidade razoável, seria exageradamente grande, pois, a força magnetomotriz (ℑ) que produz o fluxo (φ) em um circuito magnético de relutância(ℜ) é proporcional à corrente que cria o campo magnético: ℑ=ℜ.φ ℑ = NI = ℜ φEntão, se alojarmos a bobina do rotor em um núcleo de ferro cilíndrico,deixando entre o rotor e o estator apenas o espaço suficiente para arotação daquele (dentro das tolerâncias mecânicas de construção), o valorde ℜ terá sido reduzido significativamente, em relação ao caso da espira 19
  • 20. do rotor ser imersa em ar; conseqüêntemente o valor da corrente tambémserá reduzido. Ao espaço existente entre o rotor e o estator dá-se o nomede “entreferro”.O rotor, tal como o estator, é constituído por um conjunto de lâminas deferro com baixo teor de silício. As lâminas são coroas circulares com umasérie de canais eqüidistantes situados na circunferência externa(figura3.10). O conjunto de lâminas é mantido comprimido por meio deanéis e é fixado ao eixo por meio de uma chaveta.Existem dois tipos principais de enrolamentos de rotor: “rotor em gaiola”e “rotor bobinado”.No rotor em gaiola, alojam-se nos canais, barras de cobre ou alumínioque são postas em curto circuito nas duas extremidades (fig. 3.11) atravésde aneis que lhes são solidários. Figura 3.10 - Coroas circulares que constituem o núcleo do rotor 20
  • 21. Figura 3.11 - Rotor em GaiolaNo bobinado empregam-se bobinas usualmente elaboradas por fios decobre e ligados em estrela, de tal modo que os 3 terminais da ligaçãosejam conectados a aneis condutores, isolados entre si, montadosconcentricamente no eixo do rotor. Através de escovas fixas de grafite,que deslizam sobre a superfície dos aneis, é possível se ter acesso aocircuito do rotor. A fig. 3.12 ilustra esse tipo de rotor. Figura 3.12 - Rotor Bobinado 21
  • 22. 3.4 TIPOS DE LIGAÇÃO3.4.1 CONSIDERAÇÕES GERAISConsideremos um motor de indução trifásico de 1 par de pólos, portantoconstituído, como vimos, por 3 bobinas, cada uma alimentada por umafase do sistema trifásico. Como sabemos, uma bobina é um bipóloelétrico (portanto com 2 terminais) constituída, por várias espiras.O dimensionamento do isolamento e da capacidade de corrente que asbobinas podem suportar, determinam a tensão adequada de operação e apotência elétrica do motor, que por sua vez, determinam a potênciamecânica que podem fornecer.Assim sendo, se por exemplo tivermos uma bobina dimensionada paraoperar sob tensão de 220 V e. dispormos de uma fonte trifásica comtensão de linha de 220 V; então deveremos ligar as bobinas do motor emdelta, para que se possa operar o motor conforme foi dimensionado eassim obtermos a potência especificada. Porém, se dispusermos de umafonte trifásica de 380 V, relativamente frequente em instalaçõesindustriais, a ligação das bobinas deverá ser a ligação estrela, pois assimcada uma delas ficará submetida à tensão de 380/√3, ou seja 220V,operando portanto conforme dimensionada. Note que a potência elétrica (P=√3VIcos FI) que o motor absorve da rede no caso de ser alimentadopor 220V e ligação delta é a mesma que absorve quando alimentado por380V e ligação estrela.Considerando agora que se possa subdividir cada bobina de cada fase em2 conjuntos obtem-se, ao invés de 1 bobina/fase, 2 bobinas/fase e,consequentemente 4 terminais por fase, ao invés de 2 terminais/fase.Nesse caso, teremos maior possibilidade de utilizarmos o motor,adequadamente, alimentado por uma maior variedade de tensões. Assim,por exemplo se dispusermos de um motor com bobinas isoladas paratensão de 220 V e dispusermos de uma fonte de 440 V, poderemos opera-lo, adequadamente, se associarmos as bobinas de cada fase em serie e,posteriormente executarmos a ligação delta. Assim, cada bobina ficarásubmetida a tensão de 220 V. Agora, se dispusermos de uma fonte de760 V, devemos associar as bobinas em serie e utilizar a ligação estrela(verifique!). 22
  • 23. Em resumo, as bobinas dos motores são dimensionadas para operaremsob tensões especificadas e conforme seja a tensão da fonte disponível,devemos proceder as convenientes ligações para que as bobinas fiquemsubmetidas a tensão adequada e o motor forneça a potencia especificada.3.4.2 IDENTIFICAÇÃO DOS TERMINAIS DOS MOTORESO estator dos motores de indução trifásicos é constituído por três gruposde bobinas, um para cada fase. O fabricante pode interligar todos osterminais das bobinas de uma fase, resultando, no conjunto 2 x 3 = 6terminais que são levados ao exterior da carcaça, resultando um motor de“6 terminais externos” e que torna possível a ligação do motor emtriângulo ou em estrela. Alternativamente, o fabricante pode agrupar,internamente, as bobinas de cada fase de modo a se dispor, externamentedos terminais de duas bobinas de cada fase (totalizando 2 x 2 x 3 = 12terminais). Deste modo o estator poderá ser ligado de quatro modosdiferentes, isto é:a) ligando-se as bobinas de cada fase em série e o conjunto em triângulo ou em estrela (ligação ∆ ou λ).b) ligando-se as bobinas de cada fase em paralelo e o conjunto em triângulo ou estrela (ligação duplo-triângulo ∆∆ ou ligação dupla-estrela λλ).Finalmente o fabricante poderá interligar somente um terminal de cadafase resultando acessíveis externamente nove terminais.Note que o número de terminais acessíveis das bobinas não tem relaçãoalguma com o número de pares de polos tratados em uma seção anteriorneste texto, ou seja podem existir motores com 2 ou 4 polos com 6, 9 ou12 terminais acessíveis. A figura a seguir ilustra esse fato. 23
  • 24. 6 terminais 6 terminais 2 polos 4 polos c2 a1 b2 a c b1 a2 c1 b 12 terminais 12 terminais 2 polos 4 polos c2 a1 b2 b c2 a a’ a1’ b’ b2’ b1 a2’ c’ c1 b1 a2 c c1 a - a’ b - b’ ! Esm série ou em paralelo a1 - a2 a1’ - a2’ Em série (ligações in- c - c’ … ternas não acessíveis) c1’ - c2’ Figura 3.13 - Motores com 2 e 4 polos, com 6 ou 12 terminaisA identificação dos terminais de cada bobina torna-se possívelnumerando-se ou assinalando-os com letras bem determinadas. Anumeração dos terminais é padronizada e é executada como segue:a) Dispõem-se as bobinas de cada fase segundo os lados de um triângulo, de modo que, percorrendo-se o triângulo, no sentido anti-horário, a partir de um dos seus vértices, encontram-se, ordenadamente, início e fim de cada bobina.b) Sempre percorrendo o triângulo no sentido anti-horário, numeram-se os inícios das bobinas de cada uma das fases, com os números 1,2 e 3 (com as letras: U, V e W). 24
  • 25. A seguir numeram-se os terminais de saída desses mesmas bobinas comos números 4, 5 e 6 (com as letras: X, Y e Z).c) Repete-se o procedimento até a numeração de todos os terminais. Figura 3.14 - Esquema para a numeração dos terminais das bobinas.3.4.3 LIGAÇÃO DE MOTORES COM 12 TERMINAIS EXTERNOSOs tipos de ligação de um motor com 12 terminais externos estãoesquematizados na figura 3.15. Admitimos que cada bobina édimensionada para trabalhar com tensão V e freqüência f, resultando paraas tensões de linha os valores apresentados.a) Ligação ∆ b) Ligação ∆∆ Tensão de linha 2V(440V) Tensão de linha V(220V) 25
  • 26. c) Ligação λ d) Ligação λλ Tensão de linha 2√3 V(760V) Tensão de linha √3 V(380V) Figura 3.15 - Motor com 12 terminais.3.4.4 MOTORES COM 9 TERMINAIS EXTERNOS 26
  • 27. a) Ligação triângulo/duplo-triângulo (∆/∆∆)Nos motores de 9 terminais externos com ligação triângulo/duplo-triângulo, o fabricante interliga internamente os terminais 1 com 12, 2com 10 e 3 com 11, que recebem os números 1, 2, 3, respectivamente(fig. 3.16 (a) e (b)).a) Ligação ∆ (Vlinha=2 V=440V) b) Ligação ∆∆ (Vlinha=220V) Figura 3.16 - Motor com 9 terminais (∆/∆∆)b) Ligação estrela/dupla-estrela (λ/λλ)Este tipo de ligação é obtido interligando-se internamente os terminais10-11 e 12 (fig. 3.15 (c) e (d)). Evidentemente a ligação dupla-estrela éobtida ligando-se as bobinas de cada fase em paralelo, porém, como ocentro estrela constituído pelos terminais 10, 11 e 12 não é acessível,resultarão dois centros de estrelas (10-11-12 e 4-5-6), fato este que emnada afetará o funcionamento do motor, pois, os dois centros de estrelaestão ao mesmo potencial, uma vez que as impedâncias das seis bobinassão iguais. 27
  • 28. a) Ligação λ (Vlinha=2 V=440V) b) Ligação λλ (Vlinha=220V)Figura 3.17 - Motor com 9 terminais (λ/λλ)3.4.5 MOTOR COM 6 TERMINAIS EXTERNOSNeste caso o fabricante liga internamente as bobinas de uma fase em sérieou em paralelo, tendo-se, externamente dois terminais por fase, o quepossibilita a ligação em triângulo ou em estrela (fig. 3.18). 6 1 1 4 6 3 4 5 5 2 2 3 a) ligação em delta b) ligação em estrela Figura 3.18 - Motores com 6 terminais 28
  • 29. 3.5 CONJUGADO EM FUNÇÃO DE ROTAÇÃO3.5.1 CONSIDERAÇÕES GERAISOs motores de indução trifásicos são assíncronos, isto é, podem operarem uma faixa de rotação cujo limite superior é a velocidade síncrona (porexemplo: 3600 rpm, para máquinas com um par de pólos). A cada rotaçãoestá associado um valor de conjugado (torque, por exemplo em kgf x m).Neste item vamos deduzir e analisar a curva de conjugado em função derotação.3.5.2 CONJUGADO X ROTAÇÃOConsideremos o espaço cilíndrico interno de um estator, sujeito a umcampo girante, conforme descrito anteriormente.O efeito do estator, alimentado por um sistema trifásico, nesse espaço →cilíndrico, pode ser substituído pelo vetor campo girante B , cujo móduloé BMAX, que gira com velocidade angular ωs.Colocando-se nesse espaço uma espira em curto circuito que pode girarlivremente, em torno de seu eixo longitudinal, coincidente com o eixo derevolução do cilindro, o campo girante produzirá um fluxo concatenadocom a bobina, constituída por N espiras. Se a bobina girar comvelocidade angular ωr, a figura 3.19 apresenta a situação relativa docampo girante e da bobina, em nos instantes t = 0 e t = t, sendo que:a) o fluxo concatenado entre o campo B e a bobina será dado pela expressão (I); (I) φ(t) = NS BMAX cos [(ωs - ωr) t + θ] φ(t) = φMAX cos[(ωs - ωr) t + θ] onde: N é o número de espiras da bobina S é a área associada à bobinam por onde o fluxo de B se concatena BMAX é o valor máximo do campo de indução φMAX é NS BMAX, ou seja,o valor máximo de fluxo que pode ser concatenado 29
  • 30. b) Se ωs ≠ ωr, φ é variável no tempo havendo portanto uma f.e.m.induzida na espira dada pela Lei de Lenz, expressa por (II); (II) e(t) = - dφ(t)/dt = φMAX (ωs- ωr) sen [(ωs-ωr)t + θ] Wst+θ θ w rt S F Fl S B n Fl Fn N Fn F N 90°[(ws-wr)t +θ t =0 t=t Figura 3.19 - Posição relativa do campo girante e bobinac) Como a bobina está em curto circuito esta f.e.m. provocará a circulação de uma corrente i(t) na bobina, expressa por (II), onde Z é a impedância da espira e ϕ é a defasagem entre tensão e corrente na bobina (num circuito indutivo a corrente está atrasada em relação à tensão, ver Nota (1)). e( t ) ( ωs − ωr ) φmax (III) i(t) = = sen [(ωs - ωr) t + θ’] Z Z onde: θ’ = θ - ϕ ϕ é a defasagem entre tensão e corrente da bobina ou a “fase da impedância Z”. →d) Ora, uma corrente i(t) imersa em um campo de indução B está sujeita a uma força, cuja direção e sentido são dados pela “regra da mão esquerda”) e, expressa por (IV). 30
  • 31. (IV) F = B i(t) l, onde l é o comprimento da bobina ( ωs − ωr ) φmax F = B. l sen [(ωs - ωr) t + θ’] Z__________________________________________________________NOTA (1):Num circuito de corrente alternada as correntes e tensões são expressas por funções senoidais do tipov(t) = VMAX (sen wt + α)i(t) = IMAX (sen wt + α - ϕ)onde a velocidade angular ω é propocional a freqüência (ω = 2πf) da rede, sendo no caso brasileiroigual a 377 rd/s (ou seja, 2 x 3,1416 x 60 Hz) e, α é a fase inicial da tensão e ϕ é a defasagem entretensão e corrente. A figura abaixo ilustra a tensão e a corrente de um circuito indutivo, onde a correnteesta atrasada em relação a tensão, ou seja, primeiro ocorre o máximo de tensão e depois de ϕ/ωsegundos ocorre o máximo de corrente. Diz-se nessas condições que a corrente está atrasada de umângulo de ϕ radianos em relação à tensão. e e i i ϕ t ϕ tNo caso que estamos analisando, a fase da tensão induzida na bobina é: (ωs - ωr)t + θ, pois afreqüência de tensão induzida é a diferença entre freqüência síncrona (do estator) e a freqüência(rotação) do rotor. (Para visualizar este fato, basta considerar o caso onde a espira está parada emrelação ao estator (a freqüência seria ωs ou está a girando com rotação igual ao do campo girante que éa freqüência síncrona (a freqüência séria 0).Considerando que o circuito é indutivo e a defasagem seja ϕ; a fase de corrente será:[(ωs - ωr) t + θ - ϕ] ou [(ωs -ωr) + θ’]Lembramos que a impedância Z de um circuito de uma bobina real (ou seja, que alem da indutânciatambém encerra a resistência do condutor que a constitui) é dada por Z = R + j ω L, cujo módulo é •Z = R 2 + ( ωL ) 2 e a defasagem ϕ entre a tensão e a corrente nesse bipolo é a fase do vetor Z , ouseja, tg ϕ = ωL / R.No caso da nossa bobina em que a freqüência é (ωs - ωr, fica: Z = R 2 + ( ωs − ωL ) 2 onde R é aresistência do condutor que constitue o rotor e L é a indutância do rotor e, tg ϕ = (ωs - ωr)L / R.e) Evidentemente a componente dessa força que nos interessa (que realiza trabalho) é a projeção normal ao plano da bobina, FN, pois aquela 31
  • 32. pertencente a esse plano, só tende deformar a espira. O módulo de FN é expresso por (V) e o conjugado dela resultante por (VI). (V) FN = F sen [(ωs - ωr) t + θ] C = 2R . FN, onde R é a metade da largura da espira C = 2R B.l. (ωs-ωr) φMAX/Z {sen [(ωs-ωr) t + θ’] . sen [(ωs-ωr) t + θ]} como: sen α sen β = ½ [cos (α - β) - cos (α + β)] e, 2R B l = φMAX (VI) C = [φ2MAX/Z] (ωs-ωr) [cos (θ - θ’ - cos [2(ωs-ωr) t + θ + θ’]f) Note que há 2 parcelas que constituem a expressão do conjugado, sendo que uma é pulsante, portanto com valor médio nulo, não contribuindo para o valor do conjugado médio que realiza trabalho, portanto a expressão do conjugado fica: C = φ2max/Z (ωs - ωr) cos (θ - θ’) como: ϕ = θ - θ’ : defasagem entre tensão e corrente do rotor ωr = s ωs : onde s é o escorregamento do rotor em relação ao campo girante Z = R + s. ω . L : onde Z, R e L são respectivamente a 2 s impedância, a resistência e a indutância do rotor, vem que: onde X = ωs L R cos ϕ = R 2 + s2 X 2 sR então: C = ωs φ2max R + s2 X 2 2 e ainda como φmax, que é o fluxo máximo criado pelo estator, é proporcional ao quadrado da tensão de alimentação V2 (ver NOTA (2)) sR C = K V2 R + s2 X 2 2___________________________________________________NOTA (2):Considere uma bobina com N espiras, sujeita a um fluxo concatenado φ, que varia com o tempo.A tensão induzida será: V = N (dφ/dt) ou φ = 1/N ∫vdt = 1/N∫ VMAX cos ωt dtφ = 1/ωN ∫ VMAX cos ωt d (ωt) φ = -1/ωN VMAX sen ωt = φMAX sen ωt onde φMAX = 1/ωN VMAX ou φMAX = K VMAX 32
  • 33. 3.5.3 ANÁLISE DE CURVA DE CONJUGADOa) Conjugado x RotaçãoPassemos a observar todo o mecanismo de funcionamento da máquina;para tanto, iniciemos por admitir ωR = 0, espira parada. Nesta condição,existe agindo sobre a espira, um conjugado motor e uma força tangencial;caso o conjugado motor seja menor que o resistente a bobina permaneceparada, isto é, o motor não parte. Admitamos conjugado motor seja maiorque o resistente. A bobina começará a girar com movimento acelerado esua velocidade angular vai aumentar. Com o aumento de ωR teremos aredução de C até atingirmos a velocidade angular de regime, na qual severifica a igualdade: Cmotor = CresistenteÉ claro que a velocidade do rotor (bobina), nunca poderá atingir asíncrona, pois se isto acontecesse o conjugado motor se anularia e oconjugado resistente, que no mínimo será dado pelo atrito dos mancais e aperda na ventilação forçaria uma “frenagem” no rotor, o que o levaria auma nova rotação de equilíbrio diferente da velocidade síncrona. Noteque nessa hipótese, a posição relativa da bobina e do campo girantepermaneceria inalterada; logo não circulará corrente pela espira (dφ / dt =0).Vamos analisar a expressão do conjugado, para poder identificar ocomportamento do motor em várias situações de operação.Uma forma de “traçar” a curva de uma função é estabelecer algunsparâmetros indicativos de seu comportamento, tais como domínio dasvariáveis, máximos e mínimos, assíntotas etc.Consideremos a Curva Característica do conjugado de um Motor deIndução, em função do escorregamento s. Nessa curva temos:a) s poderá assumir valores limites do intervalo aberto à direita de 1 a 0, conforme o rotor esteja em repouso (s = 1) ou “quase” na velocidade síncrona;b) se s = 1, estaremos na condição de partida do motor, e o conjugado será: 33
  • 34. R C = kV 2 R + X2 2c) se s → 0, estaremos em rotação muito próxima da síncrona e, o conjugado seria praticamente nulo, C → 0; dCd) o conjugado máximo se obtém fazendo =0 ds dc R 2 RS 2 X 2 ou seja: = kV 2 2 2 2 − 2 ds R +s X ( R + S 2 X 2 )2 dC como kV2 ≠ 0 então para = 0 , necessariamente: ds R 2 Rs 2 X 2 − 2 = 0 ou R 2 s2 X 2 ( R + S 2 X 2 ) 2 R kV 2 sc = e Cmax = X 2X note que sc é denominado escorregamento crítico.e) nas vizinhanças de s = 1 (partida) a freqüência da indução resultante do fluxo concatenado do campo girante no rotor é muito alta (próxima de ωs), pois o rotor está parado ou quase e, o campo girante gira com velocidade síncrona. Nessas condições a reatância (ωL) do motor é grande, de tal forma que o termo R2 da expressão do conjugado pode ser desprezado diante de s2X2. Assim sendo, a assintota à curva do conjugado nesse ponto, será: sR kV 2 R 1 C = kV 2 = . s2 X 2 X s que é uma hipérbole em s, conforme mostra a figura 3.20. Note que para s = sc, C = kV2/X, que é o dobro do valor do conjugado máximo. 34
  • 35. KV 2 R KV 2 .s x 2s R 0 s N(rpm) Ns 0 Figura 3.20 - Assíntotas da Curva Conjugado x Rotaçãof) nas vizinhanças de s = 0 (velocidade síncrona), a freqüência da indução resultante do fluxo concatenado do campo girante é praticamente zero, pois o rotor gira à mesma rotação que o campo girante. Nessas condições, a indutância é praticamente nula, havendo portanto a situação dual do item anterior, ou seja, é possível desprezar o termo s2X2, da expressão do conjugado, face ao termo R2. Assim sendo, a assíntota à curva do conjugado nesse ponto, será: sR kV 2 C = kV 2 = s R2 R que é uma reta em s, conforme mostra a figura 3.20. Note que para s = sc, C = kV2/X, portanto o mesmo valor da assíntota do item anterior.A figura 3.20 apresenta a forma da curva do conjugado, uma vez que ascondições de contorno calculadas devem ser respeitadas:- domínio da variável independente s: 0 a 1- valores do conjugado para s = 0 e s = 1- valor do conjugado máximo- assíntotas no ponto s = 0 e no ponto s = 1Note que, usualmente a curva é apresentada com a rotação N crescendoda esquerda para a direita e, o escorregamento s decrescendo, como nafigura 3.21. 35
  • 36. b) Regime de Operação Estável e InstávelA rotação crítica Nc, que corresponde ao escorregamento crítico sc,determina duas regiões de operação, conforme ilustrado na figura 3.21:- a região que o motor opera com rotação entre a velocidade crítica e a velocidade síncrona: Suponhamos que o motor esteja operando com NE rotações e conjugado CE, no ponto E, havendo equilíbrio entre o conjugado resistente CR e o conjugado motor CE. Qualquer pequeno aumento (ou diminuição) do conjugado resistente, resultará no primeiro momento, em uma frenagem (ou aceleração) do motor, fato que corresponderá a um aumento (ou diminuição) do conjugado motor CE, que por sua vez, provocará uma aceleração (ou frenagem) que se contraporá à frenagem (ou aceleração) que houve, restabelecendo novamente o equilíbrio. Há portanto um regime estável de operação.- a região que o motor opera entre o repouso e a velocidade crítica: Suponhamos que o motor esteja operando com Ni rotações e conjugado Ci no ponto I, havendo equilíbrio entre o conjugado resistente CR e o conjugado motor Ci. Qualquer pequeno aumento (ou diminuição) do conjugado resistente, resultará no primeiro momento, em correspondente frenagem (ou aceleração), fato que corresponderá a uma diminuição (ou aumento) do conjugado motor Ci, que por sua vez provocará uma nova frenagem (ou aceleração) e assim sucessivamente, levando a rotação a zero (ou ao valor correspondente ao conjugado resistente, porém na região estável). Portanto qualquer perturbação no regime de operação desloca o ponto de trabalho, para a completa parada do motor ou para outro ponto de trabalho completamente diferente. Fica assim caracterizada a operação em um regime instável. 36
  • 37. região estável região instável N (rpm) Nc Figura 3.21 - Regiões de Operaçãoc) Influência de Resistência do RotorConsideremos a rotação crítica, onde o conjugado é máximo e oescorregamento é dado por ser sc = R/X, conforme visto anteriormente,sendo R e X a resistência e a reatância do rotor.Quando o R aumenta, o valor de sc, também aumenta proporcionalmente,deslocando a ocorrência do conjugado máximo para rotações menores(lembre que, quando s aumenta N diminue). Note o valor do conjugadomáximo não é função da resistência do rotor, portanto permanecendoconstante quando se altera o valor de R. A figura 3.22 ilustra essefenômeno. R=3r R=r Nc1 Nc2 AUMENTO DE R Ns Figura 3.22 - Influência da Resistência do Rotor 37
  • 38. Note que em motores com rotor do tipo “gaiola”, não é possível alterar aresistência do rotor (a menos, evidentemente quando está sendo projetadoe construído). Porém, os motores do tipo “rotor bobinado” oferecemacesso aos enrolamentos do rotor, através de anéis que giram solidáriosao eixo, acoplados a escovas fixas na carcaça. Nestes motores é possívelinserir resistores no circuito do rotor, permitindo deslocamentos darotação onde o conjugado máximo ocorre.d) Influência de TensãoO conjugado varia com o quadrado de tensão de alimentação do estator,como se pode observar na sua própria expressão. Assim, é possívelaumentar ou diminuir o conjugado de um motor, em particular oconjugado máximo, variando-se a tensão de suprimento, conforme mostraa figura 3.23. KV 2 INFLUÊNCIA DA X TENSÃO V V V 2 K[ ] 3 KV 2 3 = X 3X Figura 3.23 - Influência da Tensão de Alimentação (no estator)Note que, quando se utiliza ligação delta ao invés de estrela, a tensão aqual os enrolamentos do estator ficam submetidos é √3 vezes a tensão,quando se utiliza a ligação estrela. Portanto, a utilização da ligação deltaresulta em conjugado 3 vezes maior do que a da estrela.e) Curvas de Conjugado Motor x ResistenteConforme seja a natureza de carga mecânica, haverá uma curva deconjugado resistente associada. 38
  • 39. Em cargas de ventilação, o conjugado resistente é proporcional aoquadrado da velocidade enquanto que em guindastes, talhas e pontesrolantes, o conjugado resistente é praticamente constante, havendo apenasum pequeno sobretorque na região próxima do repouso. A figura 3.24ilustra esse fato. Conjugado acelerante Pto de operação N(rpm) Figura 3.24 - Conjugado Acelerante3.5.4 CORRENTE ABSORVIDA DA REDE DE ALIMENTAÇÃOA dedução da expressão da corrente absorvida por um motor serárealizada calculando-se inicialmente a corrente no rotor paraposteriormente, lançando-se mão de analogia, com os transformadores,calcular a corrente no estator:a) Corrente no rotorA corrente que circula no rotor é uma corrente senoidal, com freqüênciaigual a diferença entre a velocidade síncrona (ωs) e a rotação do rotor(ωr).A intensidade dessa corrente, considerando uma espira no rotor, é dadapela relação entre a tensão induzida no rotor, pelo estator, {e = - dφ/dt =φMAX (ωs - ωr) sen [(ωs - ωr) t + 0} e a impedância do rotor, (comresistência R e indutância X ; ver NOTA (3)), e terá módulo igual a: Z = R 2 + s2 X 2 , portanto: emax.sen[ s. ωs. t + θ] (I) irotor(t) = R 2 + s2 X 2 39
  • 40. onde: emax = φmax (ωs-ωr) = φmax . s ωs e s ωs = ωs - ωrNote que (I) expressa o valor da corrente do rotor,em função do tempo,mas como se trata de uma grandeza senoidal podemos exprimi-la atravésde seu valor eficaz (lembre que Veficaz = Vpico/√2). Assim: φmaxs. ω s 1 (II) irotor(eficaz) = . 2 R + s2 X 2 2Como o fluxo concatenado entre o estator e o rotor é o mesmo, vale dizerque: (ver NOTA (4)) 2 V estator ( eficaz) (III) φmax = N estator ω s onde: - N é o número de espiras do estator e, - V é a tensão que alimenta o estator.Substituindo (III) em (II) é possível relacionar a tensão do estator, com acorrente do rotor. 2 V eficaz s. ωs 1 irotor(eficaz) = ou N estator ωs 2 R 2 + s2 X 2 V estator ( eficaz) s irotor(eficaz) = N estator R + s2 X 2 2Como estamos considerando que o estator tem N espiras e o rotor 1 espirae, o fluxo concatenado é o mesmo, vale dizer que: (Note que estamosutilizando o princípio de funcionamento dos transformadores, onde arelação entre as tensões do primário e secundário é diretamenteproporcional a relação entre o número de espiras do primário e dosecundário e, a relação entre as correntes é inversamente proporcional arelação do número de espiras). s irotor(eficaz) = E2 R 2 + s2 X 2onde E2 é a tensão eficaz induzida no rotor, o que sugere o seguintecircuito equivalente:___________________________________________________________NOTA (3):como X = s ωs L, quando a freqüência é (ωs - ωr) ou seja s ωs, a indutância deve ser X’= s ωsL ouX’= sX. 40
  • 41. irotor E2 R/s Figura 3.25 - Circuito Equivalente do RotorConsiderando que a relação entre a corrente absorvida da rede peloestator (Iabs) e, a corrente do rotor é inversamente proporcional à relaçãode espiras, vem: irotor E 2s s. E 2 / N Iabs = = = N N R +s X 2 2 2 N R 2 + s2 X 2 sV ou Iabs = K R + s2 X 2 2Note que a expressão da corrente absorvida sugere o seguinte circuitoequivalente do motor:___________________________________________________________NOTA (4):Consideremos que N espiras do estator criam um fluxo concatenado com 1 espira do rotor comfreqüência ω. Conforme a Lei de Lenz, a tensão v(t) do estator será: dφ( t ) 1 v(t) = N então φ ( t ) = V max cos ωtd ( ωt ) dt ωN 1 V maxφ(t) = Vmax sen ωt com φmax = ωsN ωN 2V eficaz φ(t) = φmax sen ωt ou φmax = ωN____________________________________________________ 41
  • 42. I rotor Iabsorvida X V E2 R/s Figura 3.26 - Circuito Equivalente do Motorb) Corrente de Partida e de RegimeA análise de expressão da corrente absorvida indica que no instante departida (s = 1) a corrente é bastante elevada, valendo: V I= K R2 + X 2À medida que o motor vai acelerando, o escorregamento s vai assumindovalores decrescentes, tendendo a zero e, a corrente absorvida também vaidecrescendo, tendendo a zero (figura 3.27).Verifica-se na prática, que o valor da corrente de partida é de 6 a 12 vezeso valor de corrente de carga nominal, que por sua vez, corresponde a umescorregamento de cerca de 4% a 6% (s = 0,04 a s = 0,06).Aliás, este problema do elevado valor das correntes de partida é tratadoem item posterior, neste mesmo texto, em que são estudados métodos departida de motores. I partida Figura 3.27 - Correntes de Partidac) Influência da resistência do Rotor e da Tensão 42
  • 43. A corrente absorvida da rede é proporcional à tensão de alimentação, oque significa que a corrente absorvida por um motor com ligação emestrela é cerca de 60% de corrente absorvida pelo mesmo motor comligação em delta.Por outro lado, observa-se que o aumento da resistência do rotor diminuea corrente de partida, portanto, quando se introduz um resistor em ummotor de rotor bobinado para deslocar a rotação onde ocorre o conjugadomáximo conforme descrito anteriormente, se está também diminuindo acorrente de partida.A figura 3.28 ilustra as curvas da corrente em função do escorregamentos, explicitando a influência de tensão e de resistência do estator.I (x Inom) I (x Inom) V1=V R1= r V2=0.6V R2 > r Figura 3.28 - Influência da Tensão e da Resistência do Rotor na Corrente de Partida 43
  • 44. 3.6 MÉTODOS DE PARTIDA3.6.1 Considerações GeraisComo foi visto em item anterior, a corrente absorvida da rede pelo motorde indução trifásico durante a partida é bastante elevada, podendo atingirmais de 10 vezes a corrente de funcionamento em regime permanente deoperação. Isto constitui um fato indesejável, uma vez que a correnteabsorvida pelo motor percorre toda a rede de alimentação que deverá serdimensionada para suportá-la, resultando em necessidade de condutorescom maior diametro, que serão plenamente requisitados apenas durante opequeno intervalo de tempo em que o motor está partindo (algunssegundos), onerando o custo da instalação. Essas elevadas correntes departida também provocam problemas no ajuste da proteção, pois osistema de proteção deverá , de algum modo, “reconhecer” que a correntede partida não é uma sobrecarga que deve provocar o desligamento domotor.Surge então a questão: “como diminuir o nível da corrente de partida ?”Analisando-se o circuito equivalente do motor apresentado anteriormente,na figura 3.26, observa-se que, para diminuir a corrente absorvida darede, é necessário aumentar a impedância equivalente ou diminuir atensão de alimentação. Métodos que resultam nesses efeitos sãopraticados para atenuar a intensidade da corrente, durante o processo departida dos motores.A seguir vamos analisar alguns dos mais usuais desses métodos:a) utilização de chave estrela-triângulo;b) inserção de resistores de partida em motores com rotor bobinado;c) redução de tensão através de compensadores.3.6.2 Chave Estrela-TriânguloEste é um dos métodos de partida de motores mais utilizados pela suapraticidade, custo e eficiência. 44
  • 45. A tensão aplicada no motor durante a partida tem o valor reduzido emrelação a tensão de operação em regimen permanente. O valor da tensãodurante a partida é igual a tensão de fase do sistema trifásico dealimentação e, depois de transcorrido o periodo de partida é aplicada atensão plena, que é a tensão de linha do sistema trifásico de alimentação.Isto é facilmente obtido através da utilização de uma chave trifásica quecomuta os dois tipos de alimentação, conforme mostra a figura 3.29. Figura 3.29 - Ligação da Chave Estrela-TriânguloNote que a tensão aplicada no estator do motor durante a partida, quandoa chave está na posição I, é igual a V/√3, passando a ser V, quando omotor já superou a fase de partida e a posição da chave passa a ser II.A figura 3.30 apresenta o funcionamento da operação do motorutilizando-se uma chave estrela-triangulo, considerando-se uma carga queapresenta a curva de conjugado resistente CR. Nessa figura, observa-seque: - A curva de conjugado do motor, durante o periodo de partida é 3 vezes menor que aquela que o motor apresenta durante a operação em regime permenente, pois durante a partida a tensão aplicada é √3 menor e, como o conjugado é proporcional ao quadrado da 45
  • 46. tensão, o conjugado motor será reduzido a um terço do valor durante esse período.A corrente absorvida da rede de alimentação, durante a partida, também éum terço da corrente em regime permanente. Isto porque a correnteabsorvida da rede é igual a corrente que percorre o estator (pois a ligaçãodurante a partida é estrela), que por sua vez é proporcional a tensão que éaplicada ao estator, que é √3 vezes menor do que a tensão plena. Noteque em regime permanente, além da tensão aplicada no estator ser atensão plena (portanto √3 maior do que aquela aplicada durante apartida), resultando portanto em corrente no estator √3 vezes maior, aligação em triângulo que permanece na operação de regime, determinaque a corrente absorvida da rede seja √3 vezes maior do que aquela quepercorre a fase (o estator). Vale dizer então, que a corrente absorvida darede durante a partida é: I abs(partida) = Iestator(em estrela) = (V /√3) / Z , onde Z é a impedância do motor e, a corrente absorvida da rede em regime permanente é: I abs(regime) = √3 Iestator(em triângulo) = √3 (V/ Z); portanto: I abs(regime) / I abs(partida) = (√3 (V/ Z)) / ((V /√3) / Z) = 3 - Considerando que a chave é comutada da posição correspondente a ligação estrela para a ligação triângulo, no ponto P’, quando o motor já atingiu velocidade de cerca de 60% da velocidade síncrona, a corrente na rede de alimentação será determinada pela curva de corrente reduzida até esse ponto, passando, a partir daí para a outra curva de corrente superior, mas que já apresenta valores bem menores do que aqueles correspondentes a escorregamentos maiores (partida);Este método de partida pode ser aplicado a qualquer tipo de motor deindução trifásico, quer seja de rotor em gaiola ou bobinado.Usualmente se utiliza contatores para a comutação das ligações estrelatriângulo. 46
  • 47. Figura 3.30 - Curva de Conjugado e Corrente Absorvida da Rede Utilizando-se Chave Estrela-Triângulo3.6.3 Resistores de Partida em Motores com Rotor BobinadoOs motores com rotor bobinado permitem que se tenha acesso aosenrolamentos do rotor através de escovas fixas que deslizam sobre anéissolidários ao eixo, conectados eletricamente aos enrolamentos.Quando os terminais externos dessas escovas estão em curto circuito, aimpedância dos enrolamentos do rotor é determinada pela resistência epela indutância do rotor, porém ao abrimos o circuito desses terminais,podemos introduzir uma impedância no rotor, conforme mostra a figura3.31. 47
  • 48. Figura 3.31 - Introdução de Resistência no Rotor de um Motor de Rotor BobinadoConforme se pode verificar pela expressão da corrente absorvida pelomotor, o aumento da resistência do rotor contribui para a diminuição dacorrente absorvida da rede, na medida que a impedância equivalente domotor vista pela rede aumenta.Assim sendo, a inserção de resistências no rotor diminue a corrente departida. A forma de aplicar esse método de partida é conectar uma caixade resistências variáveis, ligadas em estrela, nos 3 terminais acessíveis dorotor, de modo que, inicialmente se introduz um resistência com altovalor e, à medida que o motor vai acelerando diminui-se o valor daresistência, por exemplo à metade e posteriormente, quando oescorregamento alcançar um valor suficientemente baixo, leva-se o valorda resistência a zero, praticando-se assim o curto circuito dos terminaisacessíveis do rotor, permanecendo nessa posição durante a operação emregime permanente. A figura 3.31 ilustra a aplicação desse método, ondese observa o máximo da curva de conjugado se deslocando à medida quese introduz menos resistência no circuito do rotor. 48
  • 49. Figura 3.32 - Curva de Conjugado com Resistências no Rotor3.6.4 Redução de Tensão Através de CompensadoresEste método de partida de motores consiste na utilização deautotransformadores que permitem abaixar a tensão de alimentação a porexemplo 80% ou 50% da tensão nominal. A figura 3.33 ilustra essemétodo de partida. Note que esse método de partida pode ser aplicado aqualquer tipo de motor, uma vez que atua externamente na tensão dealimentação. Figura 3.33 - Compensador de Partida3.7 DADOS DE PLACA - VALORES NOMINAIS E RENDIMENTO 49
  • 50. Os motores de indução trifásicos são dimensionados para operaremsegundo determinadas condições de alimentação e aplicação.As condições de alimentação dizem respeito a tensão e frequencia dosistema trifásico que cede energia elétrica para o funcionamento e ascondições de aplicação se referem à carga mecânica que o motor suporta.A especificação dos parametros que caracterizam a alimentação e aaplicação são apresentados nos “Dados de Placa”, que se apresentamimpressos em uma placa solidária ao corpo do motor.Os dados de placa são valores nominais, isto é, valores para os quais omotor foi dimensionado para operar, sem que haja prejuizo de sua vidaútil. Isto não significa que o motor não opere fora dos valores nominais,porém quando isto acontece, ou estaremos forçando o motor funcionar emuma situação de sobrecarga ou não estaremos utilizando toda apotencialidade do motor, em outras palavras: estaremos sobre utilizandoou sub utilizando o motor.No que se refere à alimentação, os dados de placa trazem: - tensão nominal da fonte trifásica (por ex.: 220 V); - frequencia da fonte de alimentação (por ex.: 60 Hz); - tipo de ligação que deve ser utilizada (por ex.: delta/delta). Em geral nos dados de placa há a indicação da tensão de alimentação que deve ser utilizada para cada tipo de ligação, então por exemplo, se a ligação duplo delta deve ser utilizada com tensão de 220 V, a ligação dupla estrela deve ser utilizada com tensão de 380 V;No que se refere à aplicação, os dados de placa trazem: - potência nominal do motor (por ex.: 3 HP) que exprime a potência mecânica que o motor pode ceder sem que haja prejuizo em sua vida útil, desde esteja sendo alimentado conforme os parametros nominais; - rotação nominal do motor (por ex.: 1720 rpm) que é a rotação que o motor apresenta quando operando em condição nominal; - fator de potência nominal (por ex.: 0,85) que é o fator de potência que o motor apresenta, diante da rede de alimentação, quando operando em condição nominal; - corrente nominal do motor (por ex.: 3 A) que é a corrente que o motor apresenta quando operando em condição nominal; 50
  • 51. - rendimento nominal (por ex.: 92%) que é a relação entre a potência mecânica que o motor cede à carga e, a potência elétrica que absorve da rede absorve da rede, quando operando em condição nominal;4. MOTORES MONOFÁSICOS DE CORRENTE ALTERNADA4.1 CONSIDERAÇÕES GERAISOs motores trifásicos de indução, apesar de serem eficientes paraaplicações industriais, não apresentam utilidade nas aplicaçõesresidenciais visto que as residências não são alimentadas por um sistematrifásico de tensões, como discutido em capítulos anteriores.No entanto, uma vasta gama de eletrodomésticos utilizam-se de motorespara os seus acionamentos, de modo que os motores de corrente alternadamonofásicos apresentam uma utilidade muito grande na vida moderna.São vários os tipos de motores monofásicos, e suas aplicações dependembasicamente do tipo de eletrodoméstico que o utiliza. Para oseletrodomésticos mais potentes, tais como: geladeiras, freezers, máquinasde lavar roupa, etc., o motor monofásico mais utilizado é o motormonofásico com capacitor, ao passo que nos liquidificadores,ventiladores, etc., que são equipamentos mais leves, os motores maisutilizados são do tipo “shaded-pole”ou universal.Neste capítulo, discutiremos os princípios de funcionamento destes tiposde motores, que apesar de possuirem um desempenho “pobre”, sob oponto de vista de rendimento, são os motores mais fabricados atualmente,com uma produção diária que atinge valores elevadíssimos.4.2 MOTORES MONOFÁSICOS “SHADED-POLE”Os motores monofásicos “shaded-pole”, também conhecidos por motoresde polos sombreados, utlizam-se do fenômeno da induçãoeletromagnética para seu funcionamento. 51
  • 52. Para introduzir os aspectos importantes deste fenômeno, vamos de inícioanalisar o circuito magnético simples mostrado na Figura 4.1, que é muitoutilizado na confecção dos eletroimãs de corrente alternada. i1(t ) = I 1 cos wt i 2(t ) = I 2 cos( wt − α ) i 2(t ) = corrente induzidaFigura 4.1 - Princípio dos polos sombreadosEste circuito magnético é constituido de 2 bobinas assim construídas: abobina 1 é feita de fios de cobre esmaltados, contendo um númeroelevado de espiras a qual é alimentada por uma fonte de correntealternada que injeta nesta bobina uma corrente elétrica variávelsenoidalmente no tempo; a bobina 2 é constituída por uma única espira decobre, alojada em ranhuras e com suas extremidades curto-circuitadas.A circulação de corrente senoidal na bobina 1, produz no núcleoferromagnético um fluxo magnético variável também senoidalmente notempo, seja φ1 este fluxo. Este fluxo φ1 se divide em φ2 e φ3, sendo queφ2 é a parcela do fluxo que se concatena com a bobina 2 e φ3 é a outraparcela. 52
  • 53. Sendo φ2 um fluxo variável senoidalmente no tempo, teremos comoresultado a indução de uma corrente alternada na bobina 2, cujo sentido éobtido pela lei de Lenz. Pelo fato das bobinas 1 e 2 não serem idênticas,as correntes que nelas circulam estão defasadas no tempo. A defasagemno tempo entre estas correntes, produz também uma defasagem no tempoentre os fluxos φ2 (que se concatena com a bobina 2) e o fluxo φ 3, que éparte do fluxo φ1. Esta defasagem entre φ2 e φ3, que são fluxos variáveissenoidalmente no tempo, produz um campo magnético de translação noentreferro, que é caracterizado pela constante troca de polos Norte e Sulnas duas partes da face polar, Figura 4.2. Figura 4.2 - Translação do campo magnéticoA Figura 4.3 mostra a seção transversal de um motor “shaded-pole”, ondepodemos identificar suas divesas partes. Figura 4.3 - Motor “Shaded-Pole” 53
  • 54. A parte fixa, denominada estator, é constituida de chapas de açomagnético empilhadas as quais alojam duas bobinas em cada polo (nocaso 4 polos): a bobina 1, com um número elevado de espiras, alimentadapela fonte de tensão alternada monofásica e a bobina 2 que é um anel decobre em curto-circuito, também denominado de bobina de sombra.Da mesma forma que o dispositivo discutido anteriormente, parte dofluxo magnético produzido pela bobina 1, se concatena com o anel decurto-circuito induzindo uma corrente neste anel que será responsávelpela defasagem entre as duas parcelas do fluxo do polo, uma delas quepassa no interior do anel e outra que passa na parte restante.Esta defasagem, que no dispositivo anteriormente descrito gera umcampo de translação, neste motor gera um campo magnético rotativo,semelhante ao que ocorre no motor de indução trifásico.A parte móvel, denominada rotor, é também constituida de chapas de açomagnético empilhadas, com ranhuras uniformemente espaçadas, nas quaissão alojadas barras de material condutor, normalmente alumínio fundido,curto-circuitadas nas extremidades, a qual é denominada gaiola deesquilo. Este tipo de rotor é comumente encontrado nos motores deindução trifásico tradicional.De forma semelhante ao que ocorre no motor trifásico, o campo rotativoproduzido pelas bobinas do estator induz correntes nos condutores dagaiola de esquilo, que interagindo com aquele campo magnético produz otorque responsável pela rotação do motor.A Figura 4.4 mostra as linhas de campo magnético no interior do motor“shaded pole” quando em funcionamento, evidenciando-se os efeitos dabobina de sombra 54
  • 55. Figura 4.4 - Distribuição de campo magnético - Motor “Shaded- Pole”Para o entender o funcionamento deste dispositivo, o leitor poderádeterminar o sentido do torque analisando o formato das linhas de campomagnético, para tal, basta supor que as linhas de campo são “elásticos”estendidos que tendem à posição de repouso.4.3 MOTORES UNIVERSAIS4.3.1 CONSIDERAÇÕES GERAISDa mesma forma que o motor “shaded pole”, o motor universal possuitambém uma vasta aplicação em acionamentos de pequenoseletrodomésticos. A escolha entre um tipo ou outro depende do controlede velocidade exigido. Como exemplo, os ventiladores giram a rotaçãoconstante, neste caso o “shaded pole” é adequado, pois é um motor derotação (praticamente) constante como todos os motores de indução; aopasso que em um liquidificador, em que se exige um controle davelocidade, o motor universal é mais adequado, pois sua rotação pode sercontrolada. 55
  • 56. 4.3.2 ASPECTOS CONSTRUTIVOSA seção transversal de um motor universal está mostrada na Figura 4.5que se segue, Figura 4.5 - Motor UniversalNesta figura podemos identificar:Estator: Parte fixa do motor, constituída de chapas de aço magnético ecom peças polares (2 polos no exemplo) nas quais estão presentes asbobinas de campo.Rotor: Parte móvel do motor, também denominada de armadura, que éconstituída de chapas de aço magnético, com ranhuras uniformementeespaçadas nas quais são alojados os condutores de um enrolamentoidêntico ao enrolamento da máquina de corrente contínua. No eixo desterotor é colocado um dispositivo, denominado coletor, que consiste de 56
  • 57. lâminas de cobre em formato cilíndrico, sobre as quais é colocada escovasde grafite para contato elétrico.4.3.3 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTOO enrolamento da armadura, cujas extremidades são as escovas de grafiteassentadas no coletor, é associado em série com o enrolamento do estator.Esta associação série dos enrolamentos é alimentada pela fonte decorrente alternada, que no caso das residências é de 110V ou 220V, demodo que a mesma corrente circula por ambos enrolamentos.Aplicando-se a regra da mão direita, a circulação de corrente nosenrolamentos do estator produz um campo magnético pulsante alinhadocom o eixo do enrolamento, linha A indicada na Figura 4.6. Figura 4.6 - Campo Magnético produzido pelo estator 57
  • 58. Devido as características do enrolamento da armadura, quando a corrente,que entra por uma escova e sai pela outra, se distribui nas ranhuras demodo que na metade superior o sentido das correntes em todas asranhuras é concordante e na metade inferior também, porém em sentidooposto as correntes da metade superior.Estas correntes, se atuassem isoladamente no motor, produziriam umadistribuição de campo magnético, como mostrada na Figura 4.7 que sesegue. Figura 4.7 - Campo magnético produzido pela armaduraVerifica-se portanto, que os campos magnéticos produzidos pelascorrentes do estator e pelas correntes da armadura, quando atuandoisoladamentes, são perpendiculares (ou em quadratura). Demonstra-se, doeletromagnetismo, que esta é a melhor condição para a produção detorque eletromagnético.A interação entre essas correntes da armadura com o campo magnético(F=Bil) produzido pelo enrolamento de campo produz o torqueresponsável pela rotação da armadura. 58
  • 59. A Figura 4.8 mostra a distribuição de campo magnético, quando as duascorrentes circulam simultaneamente nos enrolamentos do estator e daarmadura. Figura 4.8 - Campo magnético total devido a ação simultânea das correntes do estator e do rotorA carga aplicada ao eixo, associada a intensidade da corrente nosenrolamentos define a rotação desta máquina e não a frequência da redecomo nos motores trifásicos.Uma vantagem deste tipo de motor é o elevado torque que ele possui napartida. Este fato muitas vezes é o fator determinante para a escolha destamáquina para determinados acionamentos.Um grande inconveniente dos motores universais, principalmente na suautilização residencial, é a interferência eletromagnética que ele produz emoutros aparelhos quando em funcionamento, principalmente emtelevisores e equipamentos de som. Isto é devido à presença do coletor, oqual gera ruídos de frequência elevada. As exigências atuais de qualidade 59
  • 60. de energia, poderão, no futuro, condenar este motor nos acionamentos deeletrodomésticos. Para o entender o funcionamento deste dispositivo, oleitor poderá determinar o sentido do torque analisando o formato daslinhas de campo magnético como foi discutido no caso dos motores“shaded pole”.4.4 MOTORES MONOFÁSICOS COM DOIS ENROLAMENTOS4.4.1 CONSIDERAÇÕES GERAISOs motores monofásicos possuem também uma vasta aplicação industrial,sobretudo no acionamento de pequenas ferramentas. Compressores,esmeril, furadeiras, etc., são alguns exemplos nos quais os motoresmonofásicos são muito utilizados na industria.Sua construção é muito semelhante a do motor trifásico. O estator,construído com chapas de aço magnético, possui ranhuras nas quais sãoalojados dois enrolamentos (no caso do motor trifásico são três),separados de 90 graus um do outro (120 graus para o motor trifásico),Figura 4.9. Figura 4.9 - Estator do motor monofásico com 2 enrolamentos a 90 graus 60
  • 61. O rotor, por outro lado, é um rotor a gaiola de esquilo, idêntico portantoao do motor trifásico a gaiola.4.4.2 MOTOR “SPLIT-PHASE”No motor “Split-Phase”, estes dois enrolamentos são diferentes, isto é,possuem número de espiras e espessura do fio diferentes. Um dosenrolamentos, denominado de enrolamento principal, possui fio maisgrosso e é o responsável pelo desenvolvimento da maior parte da potênciado motor; o outro enrolamento, confeccionado de fio mais fino e commaior número de espiras, é denominado enrolamento auxiliar. Figura 4.10 - Motor “Split-Phase”Estes dois enrolamentos são associados em paralelo, Figura 4.10, e comopossuem impedâncias diferentes, os mesmos são percorridos porcorrentes diferentes em módulo e fase. Esta defasagem entre as correntesdos enrolamentos produz um campo magnético rotativo, não tão eficientecomo nos motores trifásicos, mas o suficiente para a produção de umtorque responsável por sua rotação. Esta deficiência do campo rotativo,resulta em um baixo rendimento desta máquina. Como principaisaplicações do “split-phase” destacam-se: ventiladores de teto, esmeril epequenas lixadeiras.4.4.3 MOTOR MONOFÁSICO COM CAPACITOR DE PARTIDA 61
  • 62. O motor monofásico com capacitor de partida diferencia-se do “split-phase” através da utilização de um capacitor que é colocado em série como enrolamento auxiliar, como mostra a Figura 4.11. A função destecapacitor consiste, através de uma combinação entre a sua impedância e aimpedância do enrolamento auxiliar, de defasar em (aproximadamente)90 graus a corrente do enrolamento principal da corrente do enrolamentoauxiliar na partida, produzindo um campo girante (praticamente) idealpara produção de torque elevado. Figura 4.11- Motor monofásico com capacitor de partidaEste capacitor é desconectado através de um contato elétrico acionado porum dispositivo centrífugo presente no eixo do motor, isto é, o contato éaberto quando o motor adquire uma determinada velocidade,normalmente próxima a rotação nominal do motor.Desconectando-se este capacitor, o enrolamento auxiliar fica inativo eapenas o enrolamento principal permanece energizado.Como um único enrolamento não produz um campo girante, a questãoque se apresenta é: como o motor monofásico funciona após a retirada docapacitor? 62
  • 63. Um enrolamento alimentado por corrente alternada senoidal, produz umcampo magnético pulsante e não rotativo, portanto a princípio não haveriarazões para o seu funcionamento.No entanto, um campo magnético pulsante pode ser decomposto em doiscampos magnéticos rotativos, com metade da sua amplitude, e comsentido de rotação opostos, como mostra a Figura 4.12. Figura 4.12 - Decomposição de um campo pulsante e dois rotativosCada campo rotativo é responsável pela produção de um torque que éfunção da rotação do motor, de forma semelhante ao que ocorre no motortrifásico, como mostra a Figura 4.13. torque 63
  • 64. rotação CAMPO DIRETO CAMPO RESULTANTE CAMPO INVERSO Figura 4.13 - Característica Torquexrotação do motor monofásicoVerifica-se, através da análise das curvas da Figura 4.13, que o únicoponto em que o torque resultante é nulo é o ponto correspondente àrotação zero, ou seja na partida, daí a razão da necessidade do capacitor,pois com o capacitor as duas correntes, do enrolamento principal e doenrolamento auxiliar, estão defasadas (praticamente) de 90 graus, o queproduz um campo magnético rotativo, e como consequência o torque napartida é diferente de zero, a semelhança do motor trifásico.Atingida uma determinada rotação, o torque resultante em qualquer pontoé diferente de zero, não havendo portanto a necessidade de manter ocapacitor, e por consequência o enrolamento auxiliar, energizados e poresta razão eles são desconectados do circuito pelo contato centrífugodiscutido anteriormente.Com o capacitor inserido, a característica torque x rotação do motormonofásico passa a ser mostrada na Figura 4.14 que se segue: torque 64
  • 65. rotação n1 Sem capacitor Com capacitor resultanteObservação : o capacitor é desconectado quando atinge a rotação n1 Figura 4.14 - Característica Torque x Rotação - Com capacitor4.4.4 MOTOR MONOFÁSICO COM CAPACITOR PERMANENTEO motor monofásico com capacitor permanente é idêntico ao motormonofásico com capacitor de partida, diferenciando-se deste apenas pelaausência do contato centrífugo.Este motor é mais eficiente que o anterior, visto que o campo magnéticoproduzido é rotativo e não pulsante, como naquele caso, pois os camposmagnéticos rotativos implicam em melhor rendimento das máquinas decorrente alternada.Face ao fato do capacitor permanecer permanentemente conectado, ocapacitor deste motor é de melhor qualidade, portanto mais caro, que ocapacitor utilizado apenas na partida. Nos motores monofásicos comcapacitor de partida utiliza-se capacitores eletrolíticos bipolares (doiscapacitores eletrolíticos em paralelo com polaridades invertidas), os quaissão mais baratos que o capacitor a óleo ou de polipropileno utilizados nomotores monofásicos com capacitor permanente (ver figura 4.15). 65
  • 66. torque rotação Figura 4.15 - Característica Torque x Rotação - Com capacitor permanente4.4.5. APLICAÇÕESOs motores “split-phase”, como já foi discutido, são utilizados emventiladores de teto, esmeril, bombas d’água de pequena potência, etc., esão fabricados com potência fracionária, ou seja, menores que 1CV.Os motores monofásicos com capacitor de partida e com capacitorpermanente são utilizados em acionamentos mais pesados, comocompressores, geladeiras, máquinas de lavar roupa, etc., e são fabricadoscom potências que variam de 1/4CV a 10CV.É possível ainda encontrarmos motores monofásicos com um únicoenrolamento em pequenas lixadeiras. Como estes motores não apresentamtorque de partida, o usuário deve, manualmente, impulsioná-lo em umadada direção para vê-lo funcionar. 66

×