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UNIVERSIDADE ANHANGUERA - UNIDERP Engenharia Elétrica Com Ênfase Em Eletrônica

Eletromagnetismo 6º Semestre – Turma N60

ALÉCIO ALMEIDA LEITE RA: 139148

DOUGLAS M. ALVARENGA RA: 122569

JEAN CARLO R. AMARAL RA: 121641

JOHNNY MARTINS MARQUES RA: 122928

MARCELO SANTANA SILVA RA: 122389

VALDIR MELEIRO JUNIOR RA: 125301

CAPACITÂNCIA

CAPACITORES APLICADOS EM MOTORES

CAMPO GRANDE/MS NOVEMBRO 2010

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UNIVERSIDADE ANHANGUERA - UNIDERP Engenharia Elétrica Com Ênfase Em Eletrônica

Eletromagnetismo 6º Semestre – Turma N60

CAPACITÂNCIA

CAPACITORES APLICADOS EM MOTORES

CAMPO GRANDE/MS

NOVEMBRO 2010

Trabalho apresentado, como requisito para avaliação parcial na matéria de Eletromagnetismo, solicitado pelo Prof.º Saulo Gomes Moreira.

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ÍNDICE

LISTA DE FIGURAS 3

OBJETIVO 4

1. CAPACITÂNCIA 5

1.1. Capacitor de Placas Paralelas 5

2. MOTORES DE INDUÇÃO MONOFÁSICOS 9

2.1. Caracterização. Comparação com motores trifásicos. 9

2.2. Partida de motores monofásicos 10

3. PRINCIPAIS TIPOS DE MOTORES DE INDUÇÃO MONOFÁSICOS 12

3.1. Motor de Fase Dividida (Split-Phase) 12

3.2. Motor com Capacitor de Partida 13

3.3. Motor com Capacitor Permanente 14

3.4. Motor com Dois Capacitores 15

3.5. Principais componentes Motores monofásico (IP21) 16

CONCLUSÃO 18

BIBLIOGRAFIA 19

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LISTA DE FIGURAS

Figura 01 - Capacitor de Placas Paralelas: elementos construtivos e símbolo 6

Figura 02 - Equação do Capacitor em função das características construtivas. 7

Figura 03 - Campo magnético pulsante B gerado por alimentação monofásica. 10

Figura 04 - Campo magnético girante B formado por alimentação bifásica. 11

Figura 05 - Circuito equivalente e característica conjugado X Velocidade de

um motor de fase dividida. 12

Figura 06 – Motor WEG – Jet Pump Plus NEMA 42 – Split-Phase

Aplicação: Bomba centrífuga 12

Figura 07 – Circuito equivalente e curva conjugado X rotação de um motor

com capacitor de partida. 13

Figura 08 – Motor WEG – Uso geral IP21 – Capacitor de partida – Aplicação: Geral. 13

Figura 09 - Circuito equivalente e curva conjugado X rotação de um motor com

capacitor permanente. 14

Figura 10 – Motor WEG – Tanquinho N42 – Capacitor permanente

Aplicação: Maquina de lavar roupa. 14

Figura 11 - Circuito equivalente e curva conjugado X rotação de um motor

com dois capacitores. 15

Figura 12 – Motor WEG – Blindada IP55 – Capacitor Dois Valores – Aplicação: Rural. 15

Figura 13 – composição de um motor monofásico 17

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OBJETIVO

O obejtivo do presente trabalho e analisar o emprego de capacitores em partidas de motores

monofásico tendo em vista que esses motores operam em regime de trabalho diferente dos

motores trifásicos, com maior variação da tensão de alimentação, com fator de carga

diferente, e na sua maioria são empregados em uso específico ou definido.

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1. CAPACITÂNCIA

Conceito

A capacitância ou capacidade é a grandeza elétrica de um capacitor, determinada pela

quantidade de energia elétrica que pode ser armazenada em si por uma determinada tensão e

pela quantidade de corrente alternada que o atravessa numa determinada freqüência. Sua

unidade é dada em farad (símbolo F), que é o valor que deixará passar uma corrente de 1

ampére quando a tensão estiver variando na razão de 1 volt por segundo. Assim, pode-se

definir a expressão da capacitância com:

Para um determinado material, a sua capacitância depende somente de suas dimensões.

Quanto maior for o material, maior capacitância ele terá.

A Capacitância expressa a habilidade de um dispositivo armazenar cargas elétricas.

1.1. Capacitor de Placas Paralelas

O Capacitor de Placas Paralelas é composto por duas placas condutoras paralelas ou eletrodos

(também chamadas de Armaduras) separadas por um material dielétrico de espessura

uniforme. As placas condutoras podem ser de qualquer material bom condutor de eletricidade.

É comum o uso do alumínio e do cobre. O dielétrico deve ser um material mau condutor (um

isolante). É comum o uso de materiais plásticos e cerâmicos e de óxidos isolantes.

O capacitor elementar (básico) de placas planas e paralelas e sua simbologia, usada nos

diagramas de circuitos eletrônicos, são mostrados na Figura 01.

C – Capacitância (Coulomb /Volt ou Farad)

q – quantidade de carga (Coulomb) V – Potencial Eletrostático (Volt)

V

qC =

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Figura 01 - Capacitor de Placas Paralelas: elementos construtivos e símbolo

O Capacitor armazena energia no campo elétrico porque este forma um bipolo elétrico que

estabelece uma diferença de potencial (tensão) entre as placas carregadas.

Permissividade Elétrica (Є) e Constante Dielétrica (K)

Permissividade Elétrica é a capacidade de um material dielétrico polarizar-se quando sob a

ação de um Campo Elétrico.

Quanto maior a área das placas do capacitor, maior quantidade de elétrons–livres podemos

obter para serem deslocados para o positivo da bateria, como vimos na figura 3. Portanto,

mais carga será armazenada e será a capacitância.

Quanto maior a distância entre as placas, maior será a camada dielétrica, menor será a

influência de uma placa sobre a outra, menor a quantidade de carga armazenada e, portanto

menor a capacitância.

Quanto maior a constante dielétrica, mais polarizável é o dielétrico e, portanto, mais carga

será possível armazenar nas placas até que se estabeleça o equilíbrio de tensões entre a fonte e

o capacitor.

Assim, a capacitância de um capacitor depende diretamente da área das placas e do tipo de

material dielétrico usado (constante dielétrica K) e inversamente da distância entre as placas.

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A expressão da capacitância é dada em função dos parâmetros indicados na Figura 02. Nota-

se a presença da constante 8,85 x 10-12 (a permissividade do vácuo).

Figura 02 - Equação do Capacitor em função das características construtivas.

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2. MOTORES DE INDUÇÃO MONOFÁSICOS

2.1. Caracterização. Comparação com motores trifásicos.

Construtivamente, os motores monofásicos são semelhantes aos trifásicos, já estudados

anteriormente, com a diferença de possuírem um único enrolamento de fase.

Sua grande vantagem é a de poderem ser ligados à tensão de fase das redes elétricas,

normalmente disponíveis em residências e pequenas propriedades rurais - ao contrário do que

sucede com as redes trifásicas. Em contrapartida, possuem o inconveniente de serem

incapazes de partir sem a ajuda de um circuito auxiliar, o que não ocorre com os motores

trifásicos.

Em uma comparação com motores trifásicos, os monofásicos apresentam muitas

desvantagens:

� Apresentam maiores volume e peso para potências e velocidades iguais (em

média 4 vezes); em razão disto, seu custo é também mais elevado que os de

motores trifásicos de mesma potência e velocidade;

� Necessitam de manutenção mais apurada devido ao circuito de partida e seus

acessórios;

� Apresentam rendimento e fator de potência menores para a mesma potência,

em função disso apresentam maior consumo de energia (em média 20% a

mais);

� Possuem menor conjugado de partida;

� São difíceis de encontrar no comércio para potências mais elevadas (acima

de 10 cv).

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2.2. Partida de motores monofásicos

Motores monofásicos não podem partir sozinhos porque não conseguem formar o campo

girante, como fazem os motores trifásicos. A Figura 03 mostra a formação do campo

magnético devido a uma só fase. Como se vê, este campo é pulsante, tendo sempre a mesma

direção e não permitindo a indução de correntes significativas nos enrolamentos rotóricos.

Figura 03 - Campo magnético pulsante B gerado por alimentação monofásica.

Porém, se de alguma forma se puder conseguir um segundo campo com defasagem de 90° em

relação à alimentação, se terá um sistema bifásico, com a conseqüente formação de um campo

girante capaz de promover a partida, como mostra a Figura 04. Existem várias maneiras de

proporcionar esta defasagem. Cada uma delas corresponde a um determinado tipo de motor

monofásico, como se verá na próxima seção.

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Figura 04 - Campo magnético girante B formado por alimentação bifásica.

É importante salientar que após atingir certa velocidade (entre 65 - 80% de sua velocidade

síncrona), o motor pode continuar trabalhando com uma só fase. Isto quer dizer que, após

acelerado, o circuito auxiliar de partida pode ser "desligado" sem que o motor pare.

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3. PRINCIPAIS TIPOS DE MOTORES DE INDUÇÃO MONOFÁSIC OS

3.1.3.1.3.1.3.1. Motor de Fase Dividida (Split-Phase)

Possui um enrolamento auxiliar espacialmente defasado de 90° em relação ao enrolamento

principal. Quando é atingida uma determinada rotação, este enrolamento auxiliar é

desconectado do circuito do motor por intermédio de uma chave centrífuga. Já que é

dimensionado para atuar somente durante a partida, se não for desconectado acabará por

queimar.

Na prática, o ângulo de defasagem entre os campos nos dois enrolamentos (principal e

auxiliar) é bem menor que 90°, o que resulta em conjugado de partida igual ou pouco superior

ao nominal. Por isso esse tipo de motor é usado para cargas de pequena potência e conjugados

de partida moderados (por exemplo: ventiladores, exaustores, bombas centrífugas, etc.).

Figura 05 - Circuito equivalente e característica conjugado X Velocidade de um motor de fase dividida.

Figura 06 – Motor WEG – Jet Pump Plus NEMA 42 – Split-Phase – Aplicação: Bomba centrífuga

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3.2. Motor com Capacitor de Partida

O que diferencia este motor do de fase dividida é a inclusão de um capacitor em série com a

fase auxiliar, o que permite a obtenção de ângulos de defasagem bem maiores e,

consequentemente, conjugados de partida bem mais elevados (entre 200 e 350% do conjugado

nominal).

O circuito do enrolamento auxiliar também é desligado através de chave centrífuga quando o

motor atinge entre 75 e 80% da rotação síncrona.

É fabricado na faixa de potências de 1/4 a 15 cv e é usado numa grande variedade de

aplicações.

Figura 07 – Circuito equivalente e curva conjugado X rotação de um motor com capacitor de partida.

Figura 08 – Motor WEG – Uso geral IP21 – Capacitor de partida – Aplicação: Geral.

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3.3. Motor com Capacitor Permanente

Neste tipo de motor, o enrolamento auxiliar e seu capacitor em série ficam permanentemente

conectados, não sendo necessária a chave centrífuga. Isto é bom porquê a ausência de partes

móveis facilita a manutenção.

O conjugado máximo, o rendimento e o fator de potência desses motores são melhores que os

de outros tipos, aproximando-se aos valores obtidos em motores trifásicos.

Em contrapartida, seu conjugado de partida é menor que o dos motores de fase dividida (entre

50% e 100% do conjugado nominal), limitando sua utilização a equipamentos como pequenas

serras, furadeiras, condicionadores de ar e máquinas de escritório. São fabricados

normalmente para potências entre 1/5 a 1,5 cv.

Figura 09 - Circuito equivalente e curva conjugado X rotação de um motor com capacitor permanente.

Figura 10 – Motor WEG – Tanquinho N42 – Capacitor permanente – Aplicação: Maquina de lavar roupa.

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3.4. Motor com Dois Capacitores

É uma "mistura" dos 2 anteriores: possui um capacitor de partida, desligado através de chave

centrífuga quando o motor atinge cerca de 80% de sua rotação síncrona, e um outro que se

encontra permanente mente ligado. Com isso, possui todas as vantagens daqueles motores:

alto conjugado de partida, alta eficiência e fator de potência elevado.

No entanto seu custo é elevado e só é fabricado para potências superiores a 1 cv.

Figura 11 - Circuito equivalente e curva conjugado X rotação de um motor com dois capacitores.

Figura 12 – Motor WEG – Blindado IP55 – Capacitor Dois Valores – Aplicação: Rural.

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3.5. Principais componentes Motores monofásico (IP21)

Figura 13 – composição de um motor monofásico

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4. CONCLUSÃO

Com os experimentos realizados foi possível visualizar as variações de potência

ocasionadas pela alteração da carga aplicada em um gerador de tensão. Através da teoria do

divisor de tensão também foi possível identificar o valor da impedância interna deste gerador,

possibilitando assim uma otimização na utilização deste equipamento.

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BIBLIOGRAFIA

� http://pt.wikipedia.org/wiki/Divisor_de_tens%C3%A3o

(acessado dia 10/09/2010);

� http://www.ufrgs.br/eng04030/aulas/teoria/cap_04/diviteco.htm

(acessado dia 13/09/2010);

� http://www.dea.uem.br/disciplinas/eletrotecnica/motoreseletricos.pdf

(acessado dia 15/11/2010);

� http://www.fatecmm.edu.br/sistema/file/doc/9MotoresMonofasicos.pdf

(acessado dia 15/11/2010);

� http://www.ifi.unicamp.br/~lunazzi/F530_F590_F690_F809_F895/F809/F809_sem2_

2007/TiagoS-Edson_RF2.pdf - (acessado dia 15/11/2010);

� http://www.weg.net/files/products/WEG-rendimento-nos-motores-monofasicos-artigo-

tecnico-portugues-br.pdf - (acessado dia 15/11/2010);

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