Aula 08 - Motores monofásicos e partida v2

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Máquinas Elétricas I – MAQE8
Prof. João HP Silva
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Aula 08
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Motores de Indução Monofásicos
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Motores de Indução
Aspectos construtivos e 
princípio de funcionamento
Motores de Indução
Bobinas no estator
Motores de Indução
Força magnetomotriz
Considere dois enrolamentos defas. 90°
A Fmm no entreferro de cada enrolamento:
Considere que as correntes I1 e I2 também estão defasados 90° devido ao sistema bifásico, sendo ω a frequencia da rede elétrica: 
(Enr. α )
(Enr. β )
Fmma = NImcos(θ)cos(ωt)
Fmmb = NImcos(θ+90)cos(ωt+90)
Motores de Indução
Fmma = NImcos(θ)cos(ωt)
Fmmb = NImcos(θ+90)cos(ωt+90)
FmmT = Fmmb + Fmmb
Para ωt = 0 encontre o módulo e o ângulo da FmmT 
Fmma = NImcos(θ)(1)
 = NIm∟0° (1)
Fmmb = NImcos(θ+90) (0)
 = NIm∟90° (0)
 = NIm∟0°
 = 0∟90°
FmmT = NIm∟0° + 0
= FmmT = NIm∟0°
NIm
Para ωt = 45° encontre o módulo e o ângulo da FmmT 
FmmT = NImcos(θ)
Voltando original:
Para ωt = 90° encontre o módulo e o ângulo da FmmT 
Motores de Indução
Fmm ou Bs
pulsante
cos (a +b) = cos (a)cos (b) - sen(a)sen(b)
cos (a - b) = cos (a)cos (b) + sen(a)sen(b)
cos (a - b) + cos (a + b) = 2 cos (a)cos (b)
cos (a)cos (b) = (1/2)cos (a - b) + (1/2)cos (a + b)
Motor gaiola de esquilo
Enrolamento doEstator
Motores de Indução
Anti-horário
Horário
Fmcos (θ - ωt)
1
2
Fmcos (θ + ωt)
1
2
+
Forma magnetomotriz que se desloca no entreferro (girante) a velocidade (- ωt)
Forma magnetomotriz que se desloca no entreferro (girante) a velocidade ( ωt)
Fmm-HO
Fmm-AHO
Fmm-HO
Fmm-AHO
Fmm a
=
+
Motores de Indução
Motores de Indução
- O motor monofásico com um enrolamento não tem torque de partida
Estator
rotor
Motores de Indução
Circuito equivalente
- Em repouso é similar a um transformador monofásico
Motores de Indução
- Em movimento, considerando que o motor conseguiu dar a partida por algum método (será explicado mais na frente), tem-se:
s=0
s=1
s=2
s
2-s
Motores de Indução
- Em movimento
Motores de Indução
s
2-s
Motores de Indução
Motores de Indução
Pconv = Psaida + PPerdas,Rotacionais
Psaída = Tcargaxm
Pentrada
Potência no entreferro
Perdas de cobre no rotor
Potência Convertida
ou
(2-s)PEF,Retr
Motores de Indução
Tind = Pconv/m
Torque induzido
Motores de Indução
Motores monofásicos de indução
De um modo geral, o enrolamento monofásico no estator produz ondas de FMM iguais para frente e para trás
Em repouso, é evidente que por simetria esse motor basicamente não apresenta nenhum conjugado de partida porque ele está produzindo conjugados iguais em ambos os sentidos
Cada máquina monofásica possui um recurso auxiliar de partida, seja fase dividida, capacitor de partida ou polos sombreados
Uma vez dada a partida, as máquinas conseguem desenvolver o torque unidirecional
A maioria dos motores monofásicos na verdade são bifásicos.
Motores de Indução
Motor de Fase Dividida (Split Phase)
Motores de Indução
Motor de Indução com Capacitor de Partida (Capacitor Start)
Motores de Indução
Motor de Indução de Polos Sombreados (Shaded Pole)
Motor de fase dividida
O motor de fase dividida possui dois enrolamentos no estator
Enrolamento principal
Enrolamento auxiliar ou de partida
Os enrolamentos possuem eixos deslocados entre si de 90º graus no espaço
O enrolamento auxiliar funciona apenas na partida, sendo projetado para ser desligado a uma certa velocidade, que é ajustada por uma chave centrífuga
O enrolamento auxiliar é projetado para ter uma razão resistência/reatância mais elevada que o enrolamento principal, de modo que a corrente no enrolamento auxiliar estará adiantada em relação à corrente do enrolamento principal – uso de fios mais finos para este enrolamento
A defasagem vai ser sempre menor que 90 graus (tipicamente em torno de ), fornecendo torque de partida moderado, para baixa corrente de partida;
Uma chave centrífuga desliga o enrolamento auxiliar a 75% da velocidade nominal;
Para inverter o sentido de rotação é necessário inverter a ligação do enrolamento auxiliar com a máquina parada (não reversível), visto que o torque produzido pelo enrolamento auxiliar (operação bifásica) é menor que o torque produzido pelo enrolamento principal (operação monofásica);
Chave Centrífuga
Motores de Indução
Aplicações
Estes motores possuem conjugado de partida moderados para uma baixa corrente de partida
Com essas características, aplicações típicas incluem ventiladores, sopradores, bombas centrífugas
Motores de Indução
Demais Características
1/6 a 1 HP
3450, 1725, 1140 e 860 RPM
FP
Torque de partida 100% nominal
Motores de Indução
Motores de Indução
Motores com Capacitor de Partida
Os motores com capacitores de partida podem ser utilizados para melhorar o desempenho da partida do motor
Resulta em maior torque de partida – cargas de difícil partida (alto torque de partida) ou para inversão do motor
Um capacitor é colocado em série com o enrolamento auxiliar do motor – com um valor apropriado, pode-se fazer com que a corrente do enrolamento auxiliar fique adiantada de 90 graus elétricos em relação à corrente do enrolamento principal 
Capacitor: eletrolítico do tipo seco compacto com valores típicos de a – para operação intermitente
Motores de Indução
Tende a reduzir a corrente de partida, pois melhora o fator de potência;
Capacitor eletrolítico do tipo seco p/ operação intermitente (1min/1h);
É reversível (mudança do sentido de rotação com a máquina em movimento), pois a alta defasagem (82 graus) faz com que o torque em operação bifásica seja maior do que o torque monofásico;
Motores de Indução
Há o motor com capacitor permanente – não é desconectado após a partida – não é necessário a chave de partida – capacitor a óleo
Motor com dois capacitores – um é capacitor de partida e o outro é permanente – o capacitor permanente tem um valor de 10 a 20% do capacitor de partida
Motores de Indução
Motor com dois capacitores – um é capacitor de partida e o outro é permanente – o capacitor permanente tem um valor de 10 a 20% do capacitor de partida
Motores de Indução
Demais Características
1/4 a 3 HP
3450, 1725, 1140 e 860 RPM
FP
Torque de partida 300% nominal
Motores de Indução
Aplicações
Com essas características, aplicações típicas incluem compressores, bombas, equipamentos de refrigeração, aplicações residenciais
Motores de Indução
Motores de polos sombreados
Os motores de polos sombreados possuem apenas um enrolamento principal
Em vez de um enrolamento auxiliar, possui polos salientes, sendo uma parte de cada polo envolvida com uma bobina em curto-circuito denominada bobina de sombreamento
O fluxo induzido variável no tempo pelo enrolamento principal induz na bobina de sombreamento uma tensão e corrente que se opõe à variação original de fluxo – LEI DE LENZ
Essa oposição retarda as variações de fluxo abaixo das regiões sombreadas das bobinas e, portanto, produz um ligeiro desequilíbrio entre os dois campos magnéticos opostos girantes. A rotação resultante é no sentido que vai da parte não sombreada para à parte sombreada da face polar
Motores de Indução
Motores de polos sombreados
A maior vantagem é a simplicidade: enrolamento monofásico, rotor em gaiola e peças polares especiais;
Apresenta torque de partida apenas com um enrolamento monofásico;
Motores de Indução
Motores de Indução
Demais Características
1/1000 a 1/4 HP
1050, 1550 e 3100 RPM
FP
Torque de partida 50% nominal
Baixo custo, compacto e controle de velocidade
Motores de Indução
Aplicações
Com essas características, o motor de polos sombreados será utilizado em eletrodomésticos, como ventilação em geladeiras, coifas, air fryer, ventiladores de mesa
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(
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cos(
)
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,
a
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t
F
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F
m
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mm
w
q
q
=
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