Motores Monofasicos

Motores Monofasicos

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 motores-série CA monofásicos, particularmente, são algumas vezes projetados para aplicações extremamente pesadas, como em guindastes, elevadores ou serviços de tração, podendo então ter tamanhos que vão de alguns HP a vários milhares.

Os motores de indução monofásicos são a alternativa natural aos motores de indução polifásicos, nos locais onde não se dispõe de alimentação trifásica, como residências, escritórios, oficinas e em zonas rurais. Apenas se justifica a sua utilização para baixas potências (1 a 2 KW).

Entre os vários tipos de motores elétricos monofásicos, os motores com rotor tipo gaiola destacam-se pela simplicidade de fabricação e, principalmente, pela robustez, fiabilidade e manutenção reduzida.

Por terem somente uma fase de alimentação, não possuem um campo girante como os motores polifásicos, mas sim um campo magnético pulsante. Isto impede que tenham binário de arranque, tendo em conta que no rotor se induzem campos magnéticos alinhados com o campo do estator. Para solucionar o problema de arranque utilizam-se enrolamentos auxiliares, que são dimensionados e posicionados de forma a criar uma segunda fase fictícia, permitindo a formação do campo girante necessário para o arranque.

Tipos de Motores Monofásicos:

1. Motores de indução Monofásicos

1.1. Motores de fase dividida

1.1.1. Motor com partida à resistência

1.1.2. Motor com partida a capacitor

1.1.3. Motor com capacitor Permanente

1.1.4. Motor com duplo capacitor

1.2. Motor de indução com partida à relutância

1.3. Motor de Indução de pólo ranhurado

1.4. Motor de Indução com partida à repulsão

2. Motores Síncronos Monofásicos

2.1. Motores de Relutância

2.2. Motor de Histerese

2.3. Motor Subsíncrono

3. Motores Monofásicos do tipo Comutador

3.1. Motores de repulsão

3.2. Motores de repulsão-indução

3.3. Motores-Série CA

3.4. Motores Universais

  1. Motores de Indução Monofásicos

Os motores de indução possuem um único enrolamento no estator. Esse enrolamento gera um campo magnético que se alterna juntamente com as alternâncias da corrente. Nesse caso, o movimento provocado não é rotativo.

Quando o rotor estiver parado, o campo magnético do estator, ao variar sua polaridade entre norte e sul, induz no rotor uma corrente induzida.

O campo gerado no rotor, devido a corrente induzida, tem polaridade oposta a do estator. Assim, a oposição dos campos exerce um conjugado na parte superior e inferior do rotor, o que tenderia gira-lo 180° de sua posição original. Como o conjugado é igual em ambas as direções, pois as forças são exercidas pelo centro do rotor e em seguida contrárias, o rotor continua parado.

    1. Motores de fase Dividida

      1. Motor Com partida à Resistência

O motor é enrolado com dois enrolamentos, o principal (funcionamento) e o auxiliar (partida). O auxiliar tem sua resistência maior que o principal, com isso os campos ficam defasados entre as bobinas, e surgi um campo magnético girante, levando o motor a partida. É importante salientar que o enrolamento auxiliar deve ser desligado quando o motor atinge 75% 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 diâmetro que o enrolamento de funcionamento. Portanto o enrolamento de partida tem uma resistência elevada e uma baixa reatância. Inversamente o enrolamento de funcionamento.

- Motor não reversível (Nada acontece se inverter as ligações terminais do enrolamento auxiliar de partida em relação às do enrolamento principal de funcionamento)

- Possui chave centrifuga (Maior Gasto com manutenção e maior possibilidade de queimar)

- Baixo torque de partida (entre 1.5 a 2.0 do torque nominal)

- Difícil Controle de Velocidade

- Não utilizável com cargas pesadas.

- Produz muitos ruídos.

      1. Motor com Partida a Capacitor

É um motor semelhante ao de fase dividida. A principal diferença reside na inclusão de um capacitor eletrolítico em série com o enrolamento auxiliar de arranque. O capacitor permite um maior ângulo de defasamento entre as correntes dos enrolamentos principal e auxiliar, proporcionando assim, elevados torques de arranque. Como no motor de fase dividida, o circuito auxiliar é desligado quando o motor atinge entre 75% a 80% da velocidade síncrona. Neste intervalo de velocidades, o enrolamento principal sozinho desenvolve quase o mesmo torque que os enrolamentos combinados. Para velocidades maiores, entre 80% e 90% da velocidade síncrona, 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 auxiliar ligado do que sem ele.  Devido ao fato de o cruzamento das curvas não ocorrer sempre no mesmo ponto e, ainda, o disjuntor centrífugo não abrir sempre exatamente na mesma velocidade, é prática comum fazer com que a abertura aconteça, na média, um pouco antes do cruzamento das curvas. Após a abertura do circuito auxiliar, o seu funcionamento é idêntico ao do motor de fase dividida.

Com o seu elevado binário de arranque (entre 200% e 350% do binário nominal), o motor de condensador de partida pode ser utilizado numa grande variedade de aplicações e‚ fabricado para potências que vão de ¼ cv a 15 cv.

- Torque de partida elevado, entre 3.5 a 4.75 do torque nominal.

- Maior gasto com manutenção, devido ao capacitor eletrolítico do tipo seco, também à chave centrífuga.

- Motor Reversível

- Mais usado para acionar bombas, compressores, unidades refrigeradores condicionadores de ar, e maquina de lavar de maior porte.

      1. Motor com Capacitor Permanente

Neste tipo de motor, o enrolamento auxiliar e o capacitor ficam permanentemente ligados, sendo o capacitor do tipo a óleo. O efeito deste capacitor é o de criar condições de fluxo muito semelhantes às encontradas nos motores polifásicos, aumentando, com isso, o torque máximo, o rendimento e o fator de potência, além de reduzir sensivelmente o ruído.

Construtivamente são menores e isentos de manutenção, pois não utilizam contactos e partes móveis, como nos motores anteriores. Porém o seu torque de arranque é inferior ao do motor de fase dividida (50% a 100% do conjugado nominal), o que limita sua aplicação a equipamentos que não requerem elevado torque de arranque, tais como: máquinas de escritório, ventiladores, exaustores, sopradores, bombas centrifugas, esmeris, pequenas serras, furadeiras, condicionadores de ar, pulverizadores, etc. São fabricados normalmente para potências de 1/50 a 1,5 cv.

- Não requer chave centrífuga.

- Torque de partida muito baixo, cerca de 50 a 100 por cento do torque nominal.

- Pode ser invertida sua rotação facilmente, devido ao baixo torque de funcionamento.

- Permite o controle de velocidade através da variação da tensão aplicada.

      1. Motor com Duplo Capacitor

É um motor que utiliza as vantagens dos dois anteriores: arranque como o do motor de capacitor de partida e funcionamento em regime idêntico ao do motor de capacitor permanente. Porém, devido ao seu alto custo, normalmente são fabricados apenas para potências superiores a 1 cv.

Ele 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.

Utilizando dois capacitores durante o período de partida, um deles é um capacitor eletrolítico (de partida), utilizado para o ciclo intermitente, de capacidade razoavelmente elevada, sendo desligado do circuito através de uma chave centrífuga quando o escorregamento atinge cerca de 25 %. Outro capacitor do tipo a óleo, de funcionamento.

Existe dois métodos para se obter a capacitância elevada necessária para a partida e a capacitância menor necessária para o funcionamento:

1º Método: Utiliza um capacitor eletrolítico em paralelo com um capacitor a óleo, através de uma chave centrífuga normalmente fechada. O capacitor eletrolítico, de alta capacidade, é desligado a cerca de 75 % da velocidade síncrona, produzindo assim um torque de partida elevado de que se necessita.

2º Método: Emprega apenas um capacitor a óleo de alta tensão, em combinação com um autotransformador.

- Operação Silenciosa.

- Elevado torque de partida e um bom torque de funcionamento.

- Motor reversível (embora, inversões freqüentes reduzirão a vida útil da chave centrífuga)

- No primeiro método, tem-se um maior gasto com manutenção, devido ao capacitor eletrolítico do tipo seco, também à chave centrífuga.

- Uso domestico. (Ar condicionado)

    1. Motor de Indução com Partida à Relutância.

Este motor é assim chamado por usar o “princípio da relutância” em seu funcionamento. Seu rotor é do tipo gaiola convencional, que desenvolve torque, uma vez acelerado iniciada a rotação, pelo “principio da relutância”.

Este motor emprega um estator com um entreferro não uniforme, devido a isto, um efeito de varredura se produz no fluxo do campo principal. O principio da relutância estabelece que onde o entreferro é pequeno, a auto-indutância no enrolamento de campo é grande, fazendo com que a corrente nele se atrase em relação ao fluxo que a produz. Inversamente, onde o entreferro é muito grande, a auto-indutância é reduzida, e a corrente esta quase em fase com o fluxo.

- Operação somente em um sentido (Sentido do entreferro mais alto para o mais baixo)

- Permite controle de velocidade ( reduzindo a tensão CA aplicada)

- Torque de partida baixo (menos de 50% do torque nominal)

    1. Motor de Indução de pólo ranhurado

Este tipo de motor apresenta peças polares especiais, não necessitando de chave centrífuga, nem de enrolamento auxiliar. A figura 19.a apresenta a construção geral de um motor bipolar de pólos ranhurados salientes. As 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.

Como mostra a figura 19.b, quando o fluxo nos campos polares tende a aumentar, é induzida uma corrente na bobina curto-circuitada, que pela Lei de Lenz, se opõe à força e ao fluxo que a produziu. Assim, conforme o fluxo aumenta em cada pólo, haverá uma diminuição no segmento correspondente a bobina. Logo a bobina provoca uma divisão no fluxo de tal modo que quando este diminui (item d da figura), o fluxo se concentra no segmento da bobina. No ponto c, como se vê na figura 19.e não há tensão induzida na bobina pois não há variação no fluxo. O resultado é que o fluxo ora diminui, ora se concentra no segmento de pólo ranhurado, estando sempre atrasado no tempo em relação ao fluxo na parte principal. Desta amaneira tem-se um campo magnético girante, provocando um desequilíbrio nos torques devido aos condutores do rotor de modo tal que o torque no sentido horário excede o torque no sentido anti-horário ou vice-versa, provocando a rotação do rotor no sentido do campo girante. Para o motor visto na figura 19, a rotação se dá no sentido horário, uma vez que o fluxo no segmento ranhurado se atrasa em relação ao fluxo principal.

O Motor de indução de pólo ranhurado é, por suas características de construção e funcionamento utilizado em toca-discos, projetores cinematográficos, máquinas para cortar frios, pequenos ventiladores, etc.

    1. Motor de Indução com partida à Repulsão

O motor de indução com partida à repulsão parte como um motor de repulsão (Seç. 3.1), com as escovas colocadas nas posições correspondente ao torque máximo. Quando se tenha acelerado a carga ate cerca de 75 por cento da velocidade síncrona, um dispositivo centrífugo embutido coloca um anel de curto em contato com as barras do comutador, tornando a armadura idêntica à de um rotor de gaiola. O motor passa a funcionar como um motor de indução.

No mercado, em potencia fracionária, esses motores foram substituídos pelos motores com partida a capacitor ou a duplo capacitor.

- Capaz de torque de partida extremamente elevados.

- Baixa corrente na partida

- Requer maior manutenção devido ao comutador e aos dispositivos mecânicos.

- Não são facilmente reversíveis.

- São mais caros para a mesma potencia fracionaria do que os motores com partida a capacitor e a duplo capacitor.

- São ruidosos na partida.

- O faiscamento do comutador produz interferência.

  1. Motores Síncronos Monofásicos

O motor síncrono é um tipo de motor elétrico muito útil e confiável com uma grande aplicação na indústria. Entretanto, pelo fato do motor síncrono ser raramente usados em pequenas potências, muitos que se sentem bem acostumados com o motor de indução por causa de suas experiências com acionadores menores, se tornam apreensivos quando se deparam com a instalação de um motor síncrono nos seus sistemas.

O motor síncrono é bastante semelhante ao motor de indução no seu aspecto geral, embora usualmente os motores síncronos possuem potência elevada e/ou rotação muito baixa quando comparado com o motor de indução normal. Tipicamente, o motor síncrono tem um comprimento de núcleo pequeno e um diâmetro grande quando comparado com o motor de indução.

    1. Motores de Relutância

Este motor diferencia do motor monofásico de indução, o fato de o rotor é alterado de modo que as laminações tendam a produzir pólos salientes no rotor, a relutância do caminho do fluxo através do entreferro será maior onde não haja condutores embebidos nas ranhuras.

Este motor tem partida com torque entre 300 e 400% de seu torque em plena carga, como se fosse um motor bifásico. A três quartos da velocidade síncrona, uma chave centrifuga abre um enrolamento auxiliar, e o motor continua a desenvolver um torque monofásico, devido ao seu enrolamento de funcionamento. À medida que se aproxima da velocidade síncrona, o torque de relutância é suficiente para fazer o motor entrar em sincronismo com o campo pulsante monofásico.

    1. Motor de Histerese

Esse tipo de motor classifica os motores de rotor cilíndrico, de pólos não salientes, e os de pólos ranhurados.

Esses motores possuem laminações do tipo histerese, são normalmente feitas de aço endurecido de alta retentividade, em vez de aços normalmente utilizados em maquinas de baixa retentividade.

Os motores de histerese são de autopartida (como resultado de um enrolamento de partida ou da utilização dos pólos ranhurados) e entram em sincronismo, desenvolvendo uma resistência elevada do rotor devido ás perdas por histerese, e, conseqüentemente torques de partida bastante elevados, mas torques de funcionamento menores

Produz-se um torque de partida elevado, como resultado da elevada resistência do rotor (devido ás perdas por histerese). Conforme o rotor se aproxima da velocidade síncrona, passa a decrescer a frequência 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 relutância, porem é extremamente estável, em amplitude a fase, por isso é muito utilizado para acionar toca-discos e gravações de fita.

    1. Motor Subsíncrono

Este motor é do tipo de motor de histerese, com laminações salientes e com rotor cilíndrico.

Seu torque aplicado é grande demais para a sua velocidade síncrona normal, com base no numero de pólos salientes, o motor girara a uma velocidade subsíncrona determinada por um numero inteiro múltiplo do numero de pólos de laminações. Com 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 pólos ranhurados) e entram em sincronismo, desenvolvendo uma resistência elevada do rotor devido ás perdas por histerese, e, conseqüentemente torques de partida bastante elevados, mas torques de funcionamento menores nos motores de histerese que nos de torque de relutância.

  1. Monofásicos do tipo Comutador

    1. Motores de repulsão

Este motor é normalmente constituído de uma armadura de enrolamento imbricado, um enrolamento CA de quatro pólos do estator requer dois pares de escovas: um de seis pólos, três pares de escovas, etc. Cada par de escovas seria curto - circuitado e distanciado de 90 graus mecânicos, para quatro pólos, ou 60 graus mecânicos para seis pólos. A maioria dos motores de repulsão comerciais é de quatro ou seis pólos, seus enrolamentos são de fase dividida, constituídos de dois campos ligados em serie, deslocados 90 graus elétricos do estator.

A utilização de dois enrolamentos separados resulta num componente maior do fluxo de torque, reduzindo a corrente de armadura necessária para a produção de um dado torque, bom como melhorando o fator de potencia. Em motores comerciais, o fator de potencia é aproximadamente unitário na velocidade síncrona e menor que um para velocidades acima e abaixo dela.

O Motor de repulsão é capaz de funcionar a velocidades bem acima da síncrona, para cargas leves, e bem abaixo dela para cargas pesadas.

- Variedades de velocidade

- Excelente torque de partida

- Baixa corrente de partida

- Independente do estator (tensões diferentes)

- Requer manutenção periódica (comutador)

    1. Motores de repulsão-indução

Como o nome já diz, o motor de repulsão-induçaco combina características do motor de repulsão e do motor de indução. Utilizando o mesmo estator, a única modificação necessária no rotor, do tipo comutador, é a adição de um enrolamento em gaiola. Esse motor tem um duplo enrolamento no rotor, no qual o enrolamento superior é ligados às barras do comutador e o inferior(de alta reatância) é enrolamento gaiola do tipo indução. O motor não emprega dispositivo centrífugo reguladores ou mecanismos para deslocamento de escova.

O motor parte como um motor de repulsão em sua respectiva característica, produzindo cerca de três a quatro vezes o torque nominal. Conforme o rotor acelera, a freqüência e a reatância do seu enrolamento tipo gaiola, de baixa resistência, decrescem, induzindo-se mais corrente nele.

Utilizado para acionar bombas recíprocas razoavelmente grandes, bem como compressores, em lugares onde se disponha apenas de potência monofásica.

- Torque de partida elevado

- Regulação de velocidade razoavelmente boa.

- Desenvolve torques mesmo sob elevadas cargas, sem que ocorra desaceleração.

    1. Motores-Série CA

Este motor foi produzido para suprir características em que os motores-serie CC não possuíam, por exemplo, Motores-serie CC funcionam precariamente em corrente alternada. Há um grande faiscamento nas escovas, e o rendimento e o fator de potencia decrescem.

Neste caso, foi construído o motor-serie CA, eles são projetados com uma estrutura de campo constituída de laminações mais finas, para reduzir as perdas por parasitas que são mais elevadas em CA; Com menor numero de espiras no campo-serie, para reduzir a queda de tensão reativa no campo-serie, e as perdas devidas à histerese e às correntes parasitas; Mais pólos para restabelecer o torque total; mais condutores na armadura e mais segmentos no comutador; uma resistência adicional em serie com as ligações da armadura ao comutador; tipos especiais de enrolamentos de compensação; tipos especiais de enrolamentos nos interpolos.

    1. Motores Universais

A construção e o princípio de funcionamento do motor universal são iguais ao do motor em serie de corrente contínua.

Quando o motor universal é alimentado por corrente alternada, a variação do sentido da corrente provoca variação no campo, tanto do rotor quanto do estator. Dessa forma, o conjugado continua girar no mesmo sentido inicial, não havendo inversão do sentido de rotação.

Os motores do tipo universal podem funcionar tanto com corrente contínua quanto com corrente alternada, daí a origem de seu nome, porém os que se destinam a correntes alternadas, (apesar de funcionarem em correntes continuas não devem ser ligados nessa corrente pois cada motor e feito para ser ligado em um determinado tipo de corrente, os detalhes construtivos influenciam no funcionamento do motor, que nesse caso centelharia muito e levaria a queima do mesmo).

O motor universal é o motor monofásico cujas bobinas do estator são ligadas eletricamente ao rotor por meio de dois contatos deslizantes (escovas). Esses dois contatos, por sua vez, ligam em série o estator e o rotor.

É possível inverter o sentido do movimento de rotação desse tipo de motor, invertendo apenas as ligações das escovas, ou seja, a bobina ligada a escova deverá ser ligada à outra escova e vice-versa.

Os motores universais apresentam conjugado de partida elevado e tendência a disparar, mas permitem variar a velocidade quando o valor de tensão de alimentação varia.

Esse tipo de motor é o motor mais empregado e está presente em máquinas de costura, liquidificadores, enceradeiras e outros eletrodomésticos, e também em máquinas portáteis, como furadeira, lixadeira e serras.

Anderson R. Andrade

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