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Máquinas de Indução Monofásicas – Gil Marques 20051
Máquinas de indução monofásicas
Gil Marques2005
Máquinas de Indução Monofásicas – Gil Marques 20052
Conteúdo• Introdução• Constituição• Princípio de funcionamento• Circuito equivalente• Características• Métodos de arranque
– Condensador de arranque– Enrolamento de arranque simples– Espira de sombra
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Introdução• O motor de indução monofásico é o motor
mais usado em aplicações domésticas como frigoríficos, máquinas de lavar, relógios, compressores, bombas, etc.
• A potência vai até 10 HP• Acima de 1HP têm menor binário de
arranque, são mais caros e mais ruidosos que os motores trifásicos
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Introdução (cont.)
• Tem dois enrolamentos no estator colocados perpendicularmente– Um é o principal– O outro é o auxiliar ou de arranque
• Consoante o tipo de arranque tem designações diferentes e características e aplicações diferentes
• É difícil obter correntes desfasadas de 90º a partir de uma fonte monofásica
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Constituição:
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Constituição do estator
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Constituição do rotor
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Constituição• É na realidade um motor bifásico
Estator com ferrolaminado
Cavas com osenrolamentos
Barras
Anel que curto-circuita as barrasEnrolamento de
arranque
+
_
Enrolamentoprincipal
Rotor comferro
laminado+
_
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Princípio de funcionamento• O enrolamento principal monofásico produz
um campo pulsante• Matematicamente o campo pulsante pode
ser decomposto em dois campos girantes rodando em oposição
• A interacção entre estes campos e as correntes induzidas no rotor produzem binários opostos
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Decomposição do campo pulsante
Enrolamento dearranque
Enrolamentoprincital
+ωt-ωt
Fluxo do enrolamento principal
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Escorregamentos
sinsin
sin 1NN
NNNsspos −=
−==
sNN
NNNsneg −=+=
+= 21
sinsin
sin
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Circuito equivalente
Campo girantepositivo
Xsta/2
Vsta
Ista
Rrot(1-spos)/(2spos)
Rsta/2
Rc/2 Xm/2
Xrot/2 Rrot/2
Campo girantenegativo
Xsta/2
Rrot(1-sneg)/(2sneg)
Rsta/2
Rc/2 Xm/2
Xrot/2 Rrot/2
Ipos
Ineg
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Expresões
*stastain IVS =
– Potência de entrada:
– Potência de saída:
neg
negrot
pos
posrotdev s
sRs
sRP
−+
−=
12
12
22
negpos II
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Binário versus velocidade
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Potência de entrada Ps e de saída Pm
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Binário versus velocidade
0 50 100 150 200 250 3000
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
wm [rad/s]
Mem
[Nm
]
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Potência de entrada e de saída
0 50 100 150 200 250 3000
500
1000
1500
2000
2500
wm [rad/s]
Ps e
Pm
[W]
Ps
Pm
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• Nas condições de circuito monofásico o motor não arrancará.
• Se o motor for accionado para fora da velocidade nula ele arrancará no sentido da velocidade inicial
• Para que o motor possa arrancar é necessário dispor de um circuito auxiliar disposto a 90º no espaço em relação ao principal e alimentado por uma corrente também desfasada de 90º no tempo
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Métodos de arranque
• A diferença de fase é obtida através de:– uma resistência, – uma indutancia, ou– Um condensador
Em série com o enrolamento de arranque.• O mais vulgar é usar um condensador em
série com o enrolamento de arranque.
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Motor de indução monofásicoQuando o motor
alcançar a velocidadede operação, um interruptor centrífugodesliga o circuito do enrolamento de arranque.
Figura: Esquema do motor de induçãomonofásico.
I
C
Enrolamentoprincipal
Rotor
V
Enro
lamen
tode
arra
nque
Interruptor centrífugo
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Motor de indução monofásico
• É necessário o interruptorncentrífugo porque a maioria dos motores utilizaum condensadorelectrolítico barato quepode ser percorrido porcorrentes alternadasdurante apenas um curtoespaço de tempo.
• Um condensadorapropriado produzaproximadamente umadesfasagem de 90º e consequentemente um grande binário de arranque.
Figura: Esquema do motor de indução monofásico.
I
C
Enrolamentoprincipal
Rotor
V
Enro
lamen
tode
arra
nque
Interruptor centrífugo
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Motor de indução monofásico
Figura: Característica Binário velocidade de um motor de indução monofásico pequeno
Ponto defuncionamento
0 500 1000 15000
2
4
6
8
10
12
Tsm nm( )N m⋅
Tm nm( )N m⋅
T nm( )N m⋅
Tnom
N m⋅
nm
rpm
O enrolamentoauxiliar édesligado
Binárioproduzido pelo
enrolamentoprincipal
Binário total
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Rendimento vs. Carga
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Variação do rendimento com a tensão
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Motor de indução monofásico de espira de sombra• O motor tem dois pólos
salientes que irão ser percorridos por fluxosalternados.
• Cada pólo tem uma espiraem curto-circuito.
Enrolamento principal
Espira emCC
Póloprincipal
Póloprincipal
Pólo desombra
Pólo desombra
Espira emCC
Rotor emgaiola deesquilo
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Motor de indução monofásico de espira de sombra
Motor de espirade sombra paraventiladordoméstico.
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Motor de indução monofásico de espira de sombra• É um método menos eficiente, mas mais económico e
usa pólos com espira de sombra• O motor tem dois pólos salientes excitados por fluxos
alternados. • Cada pólo inclui uma pequena parte que tem uma
espira em curto-circuito. Designa-se esta parte do pólo por pólo com espira de sombra.
• O enrolamento principal produz um fluxo pulsante que é ligado com o circuito do rotor.
• O fluxo principal induz uma Fem na espira de sombra que por sua vez é percorrida por umacorrente.
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Motor de indução monofásico de espira de sombra (cont.)
• Esta corrente gera um fluxo que se opõe à variaçãodo fluxo principal no pólo com a espira de sombra.
• O resultado é que o fluxo na parte com espira de sombra e na outra parte serão diferentes.
• Tanto a amplitude como o ângulo de fase serãodiferentes.
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Funcionamento do motor de espira de sombra
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Motor de fase auxiliar simples
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Motor com arranque por condensador
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Máquinas de Indução Monofásicas – Gil Marques 200536
Motor com condensador permanente
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Máquinas de Indução Monofásicas – Gil Marques 200538
Motor de dois condensadores um para o arranque e o outro permanente
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Máquinas de Indução Monofásicas – Gil Marques 200540
Característica do motor de bobina de sombra