Artigo Motor Monofásico

Prévia do material em texto

4
Motores de Indução Monofásicos
[footnoteRef:2] [2: ] 
Motores de Indução Monofásicos
Edgar Oliveira, Laura Cezimbra, Robison do Nascimento Roque. 
Universidade do Vale do Rio dos Sinos. São Leopoldo, Brasil. 
Resumo — Este presente artigo tem como objetivo compreender o princípio de funcionamento do Motor de Indução Monofásico, levantando suas características em ensaios em laboratórios. Para isso, foram realizados ensaios com o motor nas duas condições, a vazio e travado, e feito medições de alguns parâmetros elétricos. Dessa forma, pode-se avaliar o seu funcionamento e suas peculiaridades. 
Palavras Chave: motor monofásico, motor de indução, motor de indução monofásico.
I. INTRODUÇÃO
Os motores monofásicos são amplamente utilizados em meios domésticos devido a sua eficiência e simplicidade, suas aplicações variam desde condicionadores de ar a máquinas de lavar, passando por ventiladores e secadores. Foram concebidos a priori para atender a necessidade em locais onde chegava corrente alternada através de uma única fase e são direcionados a atender cargas que não possuam uma potência muito alta. 
Os motores monofásicos de indução são formados por um estator monofásico, com um enrolamento principal e um rotor gaiola de esquilo. Devido a esse fato, esses motores apresentam uma característica peculiar, não possuem conjugado de partida (CHAPMAN, 2013). Isso se deve ao fato de que ele produz conjugados iguais em ambos os sentidos. 
Figura 1 – Motor de Indução monofásico.
Fonte: Revista NEI.
Como afirmado por Fitzgerald, o enrolamento monofásico produz ondas FMM iguais para trás e para frente, resultando em um estator que não possui um campo girante. Logo, não há tensão induzida, não há circulação de corrente, por tanto não há conjugado induzido.
Porém, será visto que há métodos auxiliares para dar a partida inicial do motor, que resultam em um conjugado no sentido da rotação da partida. 
II. referencial teórico
0. Motor Monofásico de Indução
A vista esquemática de um motor de indução monofásico está apresentada na Figura 2. 
Figura 2 – Esquemático de um motor de indução monofásico
Fonte: FITZGERALD, 2014.
	E na Figura 3, é possível ver o funcionamento do seu campo pulsando nos dois sentidos na partida do motor monofásico de indução.
Figura 3 – Motor monofásico de indução na partida
Fonte: CHAPMAN, 2013.
	Referente a FMM resultante no entreferro de um motor monofásico de indução, esta pode ser dada através da soma das FMMs que pulsam em direções opostas. A FMM pulsante em sentido progressivo, é representada pela equação:
 (1)
E a retrógada, por:
 (2)
Ao somar as duas, obtém-se a FMM resultante no entreferro:
 (3)
	
	Como mencionado anteriormente, com o rotor em estado estacionário, as duas componentes de FMM se anulam por pulsarem em direções contrárias. No entanto, se o rotor girasse enquanto houvesse essa movimentação progressiva e retrógrada da FMM, poderia ser produzido um conjugado para velocidades distintas, como mostra o gráfico a seguir:
Figura 4 – conjugado versus velocidade
Fonte: FITZFERALD, 2014.
	Entretanto, essa situação é considerada um tanto forçada, já que de modo prático os fluxos de FMM não se mantém iguais quando o rotor está se movimentando, sendo o gráfico mais perto do real mostrado na Figura 5.
Figura 5 – Conjugado versus velocidade considerando variações nas FMM’s 
Fonte: FITZFERALD, 2014.
Através desse gráfico é possível ver que para velocidades não nulas há um conjugado induzido quando o rotor está em movimento, pois a FMM progressiva é maior que a FMM retrógrada, o que demonstra que o rotor apenas precisa de um auxílio para começar a girar, pois após a partida, o movimento será mantido.
Isso se deve a dois fatores: um são as correntes induzidas no rotor, as quais a da FMM retrógrada são superiores quando o rotor está em movimento do que quando está parado, já da FMM progressiva ocorre o contrário, as correntes induzidas são inferiores a quando o rotor está parado. E o outro, são as impedâncias de dispersão que o estator possui (FITZFERALD, 2014). 
0. Métodos auxiliares de partida
Existem algumas técnicas que são as mais utilizadas para auxiliar a partida de motores monofásicos de indução:
1) Motores de fase dividida
2) Motores com capacitores
3) Polos sombreados do estator
4) Síncronos de relutância com partida própria
5) Motores de Histerese
Basicamente, cada uma dessas técnicas se baseia em tornar uma das FMM mais forte que a outra, e são definidas de acordo com o método utilizado para produzir o conjugado de partida, e para qual aplicação se quer usar.
1) Motores de fase dividida
O motor de fase dividida funciona basicamente como um motor bifásico. Ele possui dois enrolamentos: o principal e o auxiliar, onde são instalados com uma diferença de 90 graus elétricos sobre o estator do motor. Projeta-se o enrolamento auxiliar para que possua um R/X superior ao do enrolamento principal para que sua corrente esteja adiantada em relação a do enrolamento principal, dessa forma fazendo com que um dos campos magnéticos girantes opostos do rotor seja maior que o outro (CHAPMAN, 2013).
Figura 6 – Motor de indução de fase dividida e suas correntes de partida
Fonte: CHAPMAN, 2013.
2) Motores com capacitores
· Capacitor de partida
Essa técnica também é um motor de fase dividida, porém é utilizada geralmente quando é necessário um alto conjugado de partida. É colocado um capacitor em série com o enrolamento auxiliar do motor, onde o capacitor é dimensionado de modo que a FMM da corrente do enrolamento auxiliar esteja adiantada em relação ao do enrolamento principal em 90 graus, produzindo assim no estator um campo magnético girante e então o motor partirá. O capacitor é desconectado após a partida (CHAPMAN, 2013).
Figura 7 – Conexões de um motor com capacitor de partida e diagrama fasorial
Fonte: FITZFERALD, 2014.
Figura 8 – Conjugado versus velocidade
Fonte: FITZFERALD, 2014.
· Capacitor permanente
Para esse caso, o capacitor permanece conectado após a partida, o que traz algumas vantagens. É possível melhorar o fator de potência, assim como o funcionamento do motor. No entanto, para isso, teria que projetá-lo de modo que talvez já não se obtenha mais um alto conjugado de partida, é preciso achar um ponto ótimo ou verificar qual das duas necessidades é mais significativa (FITZFERALD, 2014).
Figura 9 – Conexões ao utiliza um capacitor permanente e conjugado versus velocidade.
 
Fonte: FITZFERALD, 2014.
3) Polos sombreados do estator
São motores com a característica de baixo rendimento, entretanto, com um custo muito barato. Possuem um baixo conjugado de partida que é produzido através de polos salientes os quais uma parte de cada polo é revestido por uma espira de cobre denominada bobina de sombreamento. A corrente induzida na parte sombreada faz com que essa parte fique atrasada em relação a parte não revestida (FITZFERALD, 2014).
Figura 10 – Motor de polos sombreados e conjugado versus velocidade
Fonte: FITZFERALD, 2014.
4) Síncronos de relutância com partida própria
Ao se considerar um motor que possua polos no estator e polos salientes no rotor, se os polos dos dois estiverem desalinhados, a relutância do circuito será alta, porém se estiverem alinhados a relutância magnética será baixa. Então supondo que os polos estão desalinhados e um par dos polos do estator seja energizado, gerando um campo magnético, o par de polos do rotor mais próximo tenderá a alinhar-se com o par energizado do estator. E o conjugado se dá, através dos polos do rotor tentando se alinhar com os polos do estator.
Figura 11 – Motor síncrono de relutância de 4 polos e conjugado versus velocidade
5) Motores de Histerese
Geralmente sendo aplicado a redes monofásicas, em algumas ocasiões pode ser projetado para uma rede trifásica, e opera em velocidade síncrona em regime permanente. Seu rotor não possui dentes ou enrolamentos,sendo um cilindro duro e liso que possui aço de alta retentividade. Nesse tipo de motor, o conjugado de partida se dá, devido a histerese que causa um atraso no fluxo de FMM do rotor em relação a do estator (FITZFERALD, 2014). 
Figura 12 – Motor de histerese e conjugado versus velocidade.
Fonte: FITZFERALD, 2014.
0. Teoria do campo girante duplo 
Como já dito anteriormente, a FMM. alternativa monofásico, gerada no bobinamento do estator, pode ser decomposta em duas forças magnetomotrizes rotativas que se deslocam em sentidos opostos, à velocidade síncrona, tendo cada qual a metade da amplitude da força única magnetomotriz. Cada uma destas forças magnetomotrizes produz seu próprio campo rotativo. Irá desenvolver um momento de torção positivo no sentido da rotação e um momento de menor em sentido oposto. O rotor assumirá uma velocidade, de movimento acelerado, até aproximar-se da velocidade de sincronismo. 
Considerando o rotor parado, as amplitudes dessas FMM, a progressiva e a retrógrada, são ambas iguais à metade da amplitude do campo pulsante.
Figura 13 – Circuito equivalente com o rotor parado
Fonte: FITZFERALD, 2014.
Figura 14 – a) circuito equivalente com o rotor parado evidenciando os campos opostos e b) com o rotor em velocidade normal.
Fonte: FITZFERALD, 2014.
A partir das Figuras 12 e 13 têm-se que e são, respectivamente, a resistência e a reatância de dispersão do enrolamento principal, é a reatância de magnetização e e são os valores de repouso da resistência e da reatância de dispersão do rotor parado. E é o escorregamento.
Com isso, pode-se calcular a potência de entrada, o fator de potência e a corrente do estator, utilizando as seguintes equações:
 +) // (4) 
6) Motor d e histerese: é aplicado normalmente e m redes de potência 
 +) // (5)
	Onde a denominação f é para o campo progressivo e a b para o retrógrado.
A potência total no entreferro do motor é dada pela soma das potências calculadas para o campo progressivo e para o campo retrógrado conforme a equação 6:
*(0,5*(0,5 (6)
O mesmo ocorre com as perdas, para se obter o valor total de perdas no cobre do rotor, se soma as perdas do campo progressivo com o campo retrógrado.
 s (7)
III. METODOLOGIA
Neste trabalha consistia em levantar as características de um motor de indução monofásico realizando dois ensaios, um com o rotor travado e o outro a vazio.
0. Ensaio a vazio
A metodologia desta etapa consiste em executar os seguintes procedimentos:
· Aplicar tensão nominal de 220 V ao motor,
· Medir: V0, I0, P0, S0 e o fator de potência;
Figura 15 – Circuito equivalente com o rotor a vazio
Fonte: Material de aula
0. Ensaio com o rotor bloqueado
Nessa etapa, se devia:
· Travar o eixo do motor,
· Aplicar tensão ao motor e elevar de forma gradual até atingir a corrente nominal do mesmo,
· Medir: Vrt, Irt e Prt;
Figura 16 – Circuito equivalente com o rotor travado
Fonte: Material de aula
0. Cálculos
· Obter os parâmetros de , , E 
· Realizar a representação completa do circuito equivalente deste motor.
· Obter as perdas associadas ao entreferro e as perdas rotacionais.
IV. DESENVOLVIMENTO PRÁTICO
Realizando-se o desenvolvimento prático, conforme a metodologia aplicada, observou-se os seguintes resultados práticos
Tabela 1 – Ensaio a vazio
	V [V]
	Ia [A]
	P [W]
	213
	1,54
	80
Fonte: Elaborado pelos autores.
Tabela 1 – Ensaio rotor travado
	V [V]
	Ia [A]
	P [W]
	45
	2
	40
Fonte: Elaborado pelos autores.
	Com os valores obtidos, realizou-se os cálculos para se obter os parâmetros requisitados.
· Rotor bloqueado
Considerando, = e = :
 = = 22,5Ω
 = = 10Ω
 = 
= 20,15
· Rotor a vazio
)] 
)] 
 = 
 = = 126,76 Ω
 +) + 
 +) + 40
 = 25,17 W
V. CONCLUSÃO
Referências
CHAPMAN, S. J. Fundamentos de Máquinas Elétricas. 5ª. ed. Porto Alegre: AMGH, 2013.
FITZGERALD, A. E.; UMANS, S. D.; KINGSLEY JR., C. Máquinas Elétricas com Introdução à Eletrônica de Potência. 6ª. ed. São Paulo: McGraw-Hill, 2006.
Material de aula do Professor Vinicius André Uberti – Curso de Engenharia Elétrica – Universidade do Vale do Rio dos Sinos.