Aula 35 - Energização de Motor Monofásico de Pólos Salientes

O motor Monofásico de pólos salientes é uma variação do motor de campo distorcido, que se destaca entre os motores de indução monofásicos por seu processo de partida, que é o mais simples, confiável e econômico. Uma das formas mais comuns de motores de indução monofásicos é a de polos salientes, ilustrada esquematicamente na figura. 

Observa-se que uma parte de cada polo (em geral 25% a 35% do mesmo) é abraçada por uma espira de cobre em curto-circuito. A corrente induzida nesta espira faz com que o fluxo que a atravessa sofra um atraso em relação ao fluxo da parte não abraçada pela mesma. O resultado disto é semelhante a um campo girante que se move na direção da parte não abraçada para a parte abraçada do polo, produzindo conjugado que fará o motor partir e atingir a rotação nominal.

O sentido de rotação, portanto, depende do lado em que se situa a parte abraçada do polo. Consequentemente, o motor de campo distorcido apresenta um único sentido de rotação. Este geralmente pode ser invertido, mudando-se a posição da ponta de eixo do rotor em relação ao estator. 

Quanto ao desempenho dos motores de campo distorcido, apresentam baixo conjugado de partida (15% a 50% do nominal), baixo rendimento e baixo fator de potência. Devido a esse fato, eles são normalmente fabricados para pequenas potências, que vão de alguns milésimos de cv até 1/4 cv. Pela sua simplicidade, robustez e baixo custo, são ideais em aplicações tais como: movimentação de ar (ventiladores, exaustores, purificadores de ambiente, unidades de refrigeração, secadores de roupa e de cabelo), pequenas bombas e compressores e aplicações domésticas.

© Direitos de autor. 2016: Gomes; Sinésio Raimundo. Ultima atualização: 03/03/2016

Aula 34 - Energização de Motor Monofásico com Campo Distorcido

Motor de indução monofásico com campo distorcido ou polos sombreados (Shaded–Pole) apresenta um enrolamento auxiliar "curto-circuitado". O motor de campo distorcido se destaca entre os motores de indução monofásicos, por seu método de partida, que é o mais simples, confiável e econômico. 

Uma das formas construtivas mais comuns é a de polos salientes, sendo que cerca de 25 a 35% de cada polo é enlaçado por uma espira de cobre em curto circuito. A corrente induzida nesta espira faz com que o fluxo que a atravessa sofra um atraso em relação ao fluxo da parte não enlaçada pela mesma. 

O resultado disto é semelhante a um campo girante que se move na direção da parte não enlaçada para a parte enlaçada do polo, produzindo conjugado que fará o motor partir e atingir a rotação nominal. 

Diagrama elétrico disponível em:
15_02 _002 Motor Monofasico Polo Distorcido.pdf

O sentido de rotação depende do lado que se situa a parte enlaçada do polo, consequentemente o motor de campo distorcido apresenta um único sentido de rotação. Este geralmente pode ser invertido, mudando a posição da ponta de eixo do rotor em relação ao estator. 

Quando se alimenta o estator o fluxo do campo criado induz uma voltagem na bobina sombreada como se ela fosse o secundário de um transformador.

A corrente induzida está fora de fase com a corrente principal que alimenta o campo (indutora) e consequentemente o fluxo no polo sombreado se encontra defasado do fluxo principal. O resultado é semelhante a um campo girante que vai da parte não abraçada para a abraçada. O sentido de rotação depende de onde se encontra a parte abraçada. Como a defasagem é menor que 90 graus e o fluxo no polo sombreado não é muito forte o torque de partida deste motor só chega a metade do nominal.

Os motores de campo distorcido apresentam baixo conjugado de partida (15 a 50% do nominal), baixo rendimento (35%) e baixo fator de potência (0,45). Normalmente são fabricados para pequenas potências, que vão de alguns milésimos de cv até o limite de 1/4cv. Pela sua simplicidade, robustez e baixo custo, são ideais em aplicações tais como: ventiladores, exaustores, purificadores de ambiente, unidades de refrigeração, secadores de roupa e de cabelo, pequenas bombas e compressores, projetores de slides, toca discos e aplicações domésticas.

Apesar de sua aparente simplicidade, o projeto deste tipo de motor é de extrema complexidade, envolvendo conceitos de duplo campo girante, campos cruzados e complexa teoria eletromagnética.

Veja dados técnico de motores para micro ventiladores que são construídos com motores de campo distorcido no link: <<  16_03_001 Motor Monofásico – Campo Distorcido  >>.

© Direitos de autor. 2016: Gomes; Sinésio Raimundo. Ultima atualização: 03/03/2016

Aula 33 - Energização de motor monofásico com capacitor de partida

O Motor de indução com partida por capacitor foi construído a partir de um motor de fase dividida, no qual foi adicionado um capacitor o qual é usado para dar partida em um motor de indução monofásico através do enrolamento auxiliar, após a partida o capacitor é desligado por uma chave centrífuga quando o motor estiver em velocidade. Além disso, o enrolamento auxiliar pode ter muito mais voltas de fio mais fino do que o usado em um motor de resistência de fase dividida para diminuir o aumento excessivo de temperatura. O resultado é que há mais torque de partida disponível para cargas pesadas, como compressores de ar condicionado.

Esta configuração de motor funciona tão bem que está disponível em tamanhos de vários cavalos de potência, sendo muito usado em aplicações comerciais e rurais.

A capacidade dos condensadores de partida, determinada experimentalmente pelos fabricantes de motores, varia ao variar a potência do motor, conforme a tabela abaixo com limite máximo até 1 c.v.

O Motor Monofásico com Capacitor de Partida é semelhante ao de fase dividida. A principal diferença reside na inclusão de um capacitor eletrolítico em série com o enrolamento auxiliar de partida. 

O capacitor permite um maior ângulo de defasagem entre as correntes dos enrolamentos principal e auxiliar, proporcionando assim elevados conjugados de partida. Como no motor de fase dividida, o circuito auxiliar é desconectado quando o motor atinge entre 75% a 80% da velocidade síncrona. 
Neste intervalo de velocidades, o enrolamento principal sozinho desenvolve quase o mesmo conjugado que os enrolamentos combinados. Para velocidades maiores, entre 80% e 90% da velocidade síncrona, a curva de conjugado com os enrolamentos combinados cruza a curva de conjugado do enrolamento principal de maneira que, para velocidades acima deste ponto, o motor desenvolve menor conjugado, 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 na mesma velocidade, é prática comum fazer com que a abertura aconteça, na média, um pouco antes do cruzamento das curvas. Após a desconexão do circuito auxiliar, o seu funcionamento é idêntico ao do motor de fase dividida.

Diagrama elétrico disponìvel em: 
Motor Monofásico Capacitor de Partida

Com o seu elevado conjugado de partida (entre 200% e 350% do conjugado nominal), o motor de capacitor de partida pode ser utilizado em uma grande variedade de aplicações e é fabricado em potências que vão de 1/4 cv a 1,5 cv.

O diagrama elétrico da Partida Reversora por Chave Eletromecânica está disponível no link a seguir: Motor Monofásico de capacitor de partida: 16_04_23 DM Monofásico Capacitor ;

© Direitos de autor. 2016: Gomes; Sinésio Raimundo. Ultima atualização: 25/02/2016

Aula 32 - Motores de indução monofásicos de Tesla

Figura 01 - Motor de indução polifásico
de Nicolas Tesla 

 A maioria dos motores em corrente alternada são motores de indução. Os motores de indução são muito utilizados devido à sua robustez e simplicidade. Cerca de 90% dos motores industriais são motores de indução. 
Nikola Tesla concebeu os princípios básicos do motor de indução polifásico em 1883 e tinha um modelo de meio cavalo-vapor (400 watts) em 1888. Tesla vendeu os direitos de fabricação para George Westinghouse por US$ 65.000.
A maioria dos motores industriais grandes (> 1 HP ou 1 kW) são motores de indução polifásicos . Por polifásico, queremos dizer que o estator contém múltiplos enrolamentos distintos por pólo do motor, acionados por ondas senoidais correspondentes deslocadas no tempo.

Na prática, são duas ou três fases. Grandes motores industriais são trifásicos. Embora incluamos inúmeras ilustrações de motores bifásicos para simplificar, devemos enfatizar que quase todos os motores polifásicos são trifásicos.

Figura 02 - Motor de indução polifásico de Tesla

Por motor de indução , queremos dizer que os enrolamentos do estator induzem um fluxo de corrente nos condutores do rotor, como um transformador, ao contrário de um motor comutador CC com escovas.

Um motor trifásico pode funcionar a partir de uma fonte de energia monofásica, mostrado na figura 01. No entanto, ele não será iniciado automaticamente. Pode ser acionado manualmente em qualquer direção, ganhando velocidade em poucos segundos. Ele desenvolverá apenas 2/3 da potência nominal de 3-φ porque um enrolamento não é usado.

Bobina única de um motor monofásico

Figura 03 - O motor 3-φ funciona com
a potência 1-φ, mas não dá partida.

A bobina única de um motor de indução monofásico não produz um campo magnético rotativo, mas sim um campo pulsante atingindo intensidade máxima em 0° e 180° elétricos.
Outra visão é que a bobina única excitada por uma corrente monofásica produz dois fasores de campo magnético em contra-rotação, coincidindo duas vezes por revolução a 0° (figura 02-a) e 180° (figura 02-e). Quando os fasores giram para 90° e -90° eles se cancelam na figura c.

A 45° e -45° (figura 02 b) eles são parcialmente aditivos ao longo do eixo +x e se cancelam ao longo do eixo y. Uma situação análoga existe na figura d. A soma desses dois fasores é um fasor estacionário no espaço, mas com polaridade alternada no tempo. Assim, nenhum torque de partida é desenvolvido.

Figura 04 - O estator monofásico produz um
campo magnético pulsante e não rotativo

No entanto, se o rotor for girado para frente a um pouco menos que a velocidade síncrona, ele desenvolverá torque máximo com escorregamento de 10% em relação ao fasor giratório para frente. Menos torque será desenvolvido acima ou abaixo de 10% de escorregamento.
O rotor apresentará um deslizamento de 200% - 10% em relação ao fasor do campo magnético em contra-rotação. Pouco torque (ver curva de torque vs escorregamento), além de uma ondulação de frequência dupla, é desenvolvido a partir do fasor em contra-rotação. Assim, a bobina monofásica desenvolverá torque, assim que o rotor for acionado.
Se o rotor for iniciado na direção reversa, ele desenvolverá um torque igualmente grande à medida que se aproxima da velocidade do fasor girando para trás.
Os motores de indução monofásicos possuem uma gaiola de esquilo de cobre ou alumínio embutida em um cilindro de laminações de aço, típico dos motores de indução polifásicos.

Traduzido de : << https://www.allaboutcircuits.com/textbook/alternating-current/chpt-13/tesla-polyphase-induction-motors/ >>

© Direitos de autor. 2023: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 21/06/2023.