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Máquinas de Indução Monofásicas – Gil Marques 20051

Máquinas de indução monofásicas

Gil Marques2005


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


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:


Constituição do estator

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Constituição do rotor


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


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


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


Potência de entrada Ps e de saída Pm

9


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

]


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


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


Rotor

V

Enro

lamen

tode

arra

nque

Interruptor centrífugo


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


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


Rendimento vs. Carga

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Variação do rendimento com a tensão


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.


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


Motor de fase auxiliar simples

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Motor com arranque por condensador

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Motor com condensador permanente

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Motor de dois condensadores um para o arranque e o outro permanente

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Característica do motor de bobina de sombra

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