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DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE AUTOMAÇÃO E SISTEMAS
COORDENAÇÃO DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL
MATEUS BARBOSA VICTOR SAID
TIPOS DE MOTORES DE INDUÇÃO MONOFÁSICOS
Salvador 2014
MATEUS BARBOSA VICTOR SAID
TIPOS DE MOTORES DE INDUÇÃO MONOFÁSICOS
Relatório de revisão bibliográfica, solicitado pela professora Francismari Santos, como requisito de avaliação parcial da III Unidade da disciplina de Eletrotécnica II, no Instituto Federal Bahia – IFBA, Câmpus Salvador. Relatório orientado pela Profª. Francismari Santos.
Salvador
2014
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ......................................................................................................... 4
2 MOTOR DE FASE DIVIDIDA ................................................................................... 5
3 MOTOR COM CAPACITOR DE PARTIDA .............................................................. 7
4 MOTOR COM CAPACITOR PERMANENTE ........................................................... 8
5 MOTOR COM DOIS CAPACITORES ...................................................................... 9
6 MOTOR DE POLOS SOMBREADOS OU CAMPO DISTORCIDO. ....................... 10
7 QUADRO COMPARATIVO ENTRE MOTORES .................................................... 11
8 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................... 13
9 REFERÊNCIAS ...................................................................................................... 14
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1 INTRODUÇÃO
Motores elétricos são máquinas elétricas destinadas à conversão de energia
elétrica em energia cinética, gerando movimento mecânico. Os motores podem ser
divididos em dois grupos principais: motor de corrente contínua (CC), e motores de
corrente alternada (CA), os quais dividem-se em monofásicos, trifásicos e universais.
Nesse trabalho abordar-se-á parâmetros gerais a respeito dos motores
elétricos de indução alternada monofásico do tipo gaiola de esquilo, com enfoque aos
seus cinco tipos principais. Portanto, serão descritos e analisados os motores do tipo:
fase dividida, com capacitor de partida, com capacitor permanente, com dois
capacitores e polos sombreados.
Os motores do tipo gaiola de esquilo são construtivamente simples, figura 1,
sendo vastamente aplicados devido ao seu baixo custo, simplicidade de utilização e
manutenção. São empregados para baixas potências, em locais cuja fonte de
alimentação seja monofásica, como é o caso das residências, zonas rurais, etc. Esses
motores são constituídos por: circuito magnético estático, um grupo de bobinas, rotor
(móvel) e estator (fixo), além de um circuito auxiliar, responsável por promover uma
segunda fase, a fim de gerar o campo magnético girante, necessários para a sua
partida.
Figura 1 – Construção geral de um motor de indução monofásico
Fonte: Adaptações de PIPPI, 2014.
Desse modo, esse trabalho tem por objetivo apresentar os diversos tipos de
motores monofásicos, descrevendo seu princípio de funcionamento, aplicação e
diferenças entre eles. A fim de fundamentar a elaboração deste relatório, a
metodologia empregada foi a revisão bibliográfica, a qual foi realizada utilizando livros,
websites e apostilas virtuais.
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2 MOTOR DE FASE DIVIDIDA
Os motores de indução monofásicos são formados por um único enrolamento
principal que gera um campo magnético que se alterna de acordo com a corrente que
alimenta o motor. Durante a partida do motor, o campo gerado pelo enrolamento da
origem a uma corrente induzida no rotor do motor. Essa, por sua vez, origina outro
campo, oposto ao primeiro.
Com isso, surgirá uma força na parte superior e inferior do rotor que tenderia a
girá-lo em cerca de 180°. Mas, por serem duas forças de sentidos contrários, essas
irão se anular e rotor continuará parado. Por causa desse problema, são utilizados
diversos mecanismos nos motores monofásicos para possibilitar sua partida.
Um desses mecanismos é utilizado no motor de fase dividida, que é formado
por um enrolamento principal e outro enrolamento auxiliar, ambos defasados
espacialmente em cerca de 90°, gerando uma defasagem entre as correntes que
circulam nesses enrolamentos. O enrolamento auxiliar é utilizado apenas para a
partida, já que cria um deslocamento de fase, gerando força suficiente para dar partida
ao motor. O motor de fase dividida é representado na figura 1
Figura 2 - Motor de fase dividida
Fonte: Adaptações de NIED, 2012.
A associação dos dois enrolamentos produzirá um campo girante na partida,
que será capaz de iniciar o movimento giratório do rotor no sentido do campo girante.
No momento em que motor atinge cerca de 75 a 85% de sua velocidade nominal de
operação, ou seja, da sua velocidade comum de operação, o enrolamento auxiliar é
desconectado do circuito por muito de uma chave, que é atuada pela força centrífuga
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gerada pelo rotor, quando esse está girando entre 75 a 85% de sua velocidade
nominal. A chave é, então, dimensionada para abrir com essa força. Se a chave não
abrir e o enrolamento continuar conectado até o motor atingir sua velocidade nominal,
isso resultará na queima do motor.
Pelo fato desses motores apresentarem um pequeno ângulo de defasagem
entre a corrente do enrolamento principal e a corrente do enrolamento auxiliar, o seu
torque de partida será praticamente igual ou um pouco superior ao torque nominal,
limitando sua aplicação em sistemas de baixa potência e que não exijam muito torque
durante a partida, como por exemplo, ventiladores, exaustores, máquinas de
escritório, máquinas de lavar, compressores herméticos e bombas centrífugas. Os
motores de fase dividida são ainda barulhentos, não são reversíveis e apresentam um
difícil controle da sua velocidade.
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3 MOTOR COM CAPACITOR DE PARTIDA
O motor de fase dividida com capacitor de partida, representado na figura3, é
um aprimoramento do motor de fase dividida simples citado no tópico anterior e que
tem como principal diferença, um maior torque durante a partida. Para isso que isso
seja possível, é adicionado um capacitor ao enrolamento auxiliar fazendo com que as
correntes desse enrolamento e do enrolamento principal tenham uma defasagem mais
próxima de 90°.
Nos motores de fase dividida simples o ângulo de defasagem entre as correntes
das bobinas é de cerca de 25°, apesar de os enrolamentos estarem defasados
espacialmente em 90°. Com a adição do capacitor, o ângulo de defasagem entre as
correntes cresce para cerca de 82°.
Os motores com capacitor de partida poderão também ser reversíveis por meio
da inversão da polaridade do enrolamento auxiliar em relação ao enrolamento
principal, o que irá criar um campo rotacional com o sentido oposto ao da rotação do
rotor. Isso é possível, porque ângulo de defasagem entre as correntes, como já citado,
é mais próximo de 90°. Quando a inversão da polaridade é feita, surge um torque
elevado no sentido oposto ao que o motor está girando, fazendo o mesmo parar e
inverter a rotação. Essa inversão de rotação não ocorre no motor de fase dividida
simples, pois sua defasagem é de apenas 25°.
Figura 3 - Motor de Fase Dividida com Capacitor de Partida
Fonte: Adaptações de NIED, 2012.
Pela sua construção e características, o motor de com capacitor de partida
apresenta torque duas vezes maior que o motor de fase dividida simples e são
utilizados para acionar bombas, compressores, condicionadores de ar, máquinas de
lavar de potência maior, entre outros.
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4 MOTOR COM CAPACITOR PERMANENTE
No motor de fase dividida com capacitor permanente, representado na figura 4,
o enrolamento auxiliar fica ligado permanentemente, não sendo, portanto,
desconectado do circuito quando o motor atinge certa velocidade. Por esse motivo, o
motor não possui chave atuada por força centrifuga como havia nos motores simples
e com capacitor de partida.
Esse motor apresenta também um capacitor do tipo a óleo, cujo valor é
determinado nas condições nominais de funcionamento e não durante a partida. O
capacitor fica ligado a um dos enrolamentos e também permanece constantemente
em operação após a partida. Como consequência da permanência do capacitor e do
enrolamento auxiliar no funcionamento nominal do motor, esse apresenta torque de
partida e funcionamento baixos e é mais sensível a variação de velocidade.
Figura 4 - Motor com capacitor Permanente
Fonte: Adaptações de NIED, 2012.
Esses motores também são menores construtivamente e não necessitam de
manutenção, porque não possuem contatos e partes móveis, exceto pelo rotor.
Porém, seu torque de partida é inferior ao do motor de fase dividida, limitando sua
aplicação em sistemas que não exijam muito torque na partida, como em ventiladores
e exautores de pequeno porte, sopradores, bombas centrifugas pequenas, esmeris,
serras de pequeno porte, furadeiras, condicionadores de ar, entre outros.
O controle da velocidade nesses motores pode ser feito a partir da variação da
tensão que é aplicada no mesmo, já que possui alta sensibilidade. É também um motor
que pode ter sua rotação facilmente invertida, já que necessita de pouco torque para
começar a operar.
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5 MOTOR COM DOIS CAPACITORES
Os motores com dois capacitores são formados por um enrolamento principal,
um auxiliar que fica ligado permanentemente e por dois capacitores, sendo um
eletrolítico usado para a partida do motor e outro do tipo a óleo que tal como o
enrolamento auxiliar fica permanentemente ligado. Esse motor, utiliza então as
vantagens de funcionamento do motor com capacitor permanente e as vantagens de
partida do motor com capacitor de partida. São motores que apresentam um custo
mais elevado e por isso são fabricados só para potências acima de 1cv.
Do motor com capacitor permanente, o motor com dois capacitores,
representado na figura 5, herda a operação silenciosa e o fácil controle de velocidade
e do motor com capacitor de partida, herda o torque elevado durante a partida. O
capacitor a óleo é utilizado apenas para o arranque, sendo desconectado do circuito
despois que o motor atinge cerca de 75% da sua velocidade nominal de operação,
por meio da chave centrifuga.
Figura 5 - Motor com dois Capacitores
Fonte: Adaptações de NIED, 2012.
Esse motor, diferentemente do motor com capacitor permanente, necessita de
manutenção, pela presença da chave e do capacitor eletrolítico, que são componentes
mais favoráveis a dano. Muita inversão na rotação do motor, podem diminuir
consideravelmente a vida útil da chave. Para reduzir esse problema, ao invés de se
utilizar um capacitor a óleo em paralelo com um eletrolítico pode ser utilizado para a
construção do motor apenas o capacitor a óleo, mas em combinação com um
autotransformador. Nas duas formas de construção, será obtido capacitância elevada
para a partida e capacitância menor para funcionamento nominal. Esse tipo de motor
é de uso doméstico, principalmente em condicionadores de ar e ventiladores de maior
porte.
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6 MOTOR DE POLOS SOMBREADOS OU CAMPO DISTORCIDO.
De acordo com Pauletti (2009), os motores de polo sombreado ou motores de
campo distorcidos, destacam-se entre os diversos motores monofásicos de indução
existentes, devido ao seu “processo de partida, que é o mais simples, confiável e
econômico”. Para Pauletti (2009) e Neves (2014), existem três tipos principais desses
motores, os quais são obtidos a partir da variação de sua forma construtiva: de polos
salientes, o mais utilizado; tipo esqueleto; e com enrolamentos distribuídos.
Os motores tipo campos distorcidos partem do mesmo princípio de
funcionamento dos demais motores elétricos, com a exceção da sua forma de partida.
Diferente dos demais, esse motor não carece de um circuito auxiliar, pois fazendo
alterações em seus polos torna-se possível gerar os campos girantes. Esses motores
possuem espiras em seus polos, que irão gerar uma corrente no circuito, fazendo com
que haja uma defasagem no sistema. De acordo com Marques (2005, adaptado), seu
princípio de funcionamento, dá-se do seguinte modo:
O motor tem (...) polos salientes excitados por fluxos alternados. Cada polo inclui uma pequena parte que tem uma espira em curto-circuito. Designa-se esta parte do polo por polo 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 uma corrente. Esta corrente gera um fluxo que se opõe à variação do fluxo principal no polo 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 serão diferentes.
Na figura X, apresenta-se o esquema construtivo de um motor de campos
distorcidos do tipo polos salientes. Esses motores possuem como principais
aplicações: movimentação de ar, como em ventiladores, refrigeradores, etc.; bombas
e compressores de pequeno porte; datashow; e aplicações domésticas em geral.
Figura 6 – Construção geral de um motor de campos distorcidos tipo polos salientes
≤Fonte: Adaptações de PAULETTI, 2009.
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7 QUADRO COMPARATIVO ENTRE MOTORES
Motor Enrolamento
Auxiliar Ângulo de defasagem
Potências (cv)
Conjugado de partida (%)
Vantagens Desvantagens Gráfico: Características do
conjugado x velocidade do motor
Fase dividida
Sim < 90° 1/12 a 3/4 Maior rendimento;
Aplicações específicas;
Chave centrífuga pode: danificar com facilidade;
aumentar o peso do motor;
Utilizado apenas para baixas potências;
Capacitor Permanente
Sim ≥ 90° 1/5 a 1,5 50 a 100
Conjugado máximo, rendimento e fator de
potência são maiores que os outros motores
monofásicos;
Facilidade de manutenção, devido a
ausência da chave centrífuga;
Conjugado de partida menor que os motores de
fase dividida;
Limita-se a aplicações de pequeno porte;
Capacitor de partida
Sim < 90° 1/4 a 15 200 a 350
Maior torque de partida;
Maior fator de potência;
Maior conjugado de partida;
Ampla possibilidade de aplicações;
Excelente para ferramentas
Chave mecânica pode ser facilmente;
Aumento do custo da fase auxiliar devido à presença
do capacitor;
Não trabalha com reversão instantânea
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Dois capacitores
Sim ≥ 90° ≥ 1 50 a 100
Alto conjugado de partida;
Alta eficiência;
Fator de potência elevado;
Possui as vantagens dos dois tipos anteriores
Custo elevado em relação aos outros motores;
Aplicado apenas em condições específicas,
devido ao custo;
Campos distorcidos
Não =90° milésimos a
1/4 c 15 a 50
Menor custo;
Carece de pouca manutenção;
Simplicidade de operação;
Maior confiabilidade e durabilidade
Menor conjugado de partida;
Menor eficiência;
Menor Fator de potência; Menor rendimento;
Apresentam único sentido de rotação;
Aplicado em pequenas potências
Fonte: OLIVEIRA e DIAS, 2014; NEVES, 2014; ROSA, 2014; PAULETTI, 2009.
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8 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os motores de indução monofásicos são máquinas elétricas aplicadas em uma
ampla gama de possibilidades. Destinando-se a conversão de energia elétrica em
movimento rotacional, são aplicados desde pequenas máquinas, com pequeno valor
de partida, até equipamentos e ferramentas industriais específicos.
Cumprindo o objetivo do trabalho, esse relatório abordou os diversos tipos de
motores de indução monofásico, abordando suas principais aplicações, descrevendo-
os e aos seus princípios de funcionamento. Realizou-se um comparativo entre os
diversos motores, justificando-se, assim, a necessidade de cada um dos tipos, por
possuírem vantagens e desvantagens em relação aos demais.
Motores de fase dividida destinam-se a pequenas aplicações específicas, com
pequeno torque, não sendo recomendados para sistemas que carecem de grande
conjugado de partida. Diferente do anterior, os motores com capacitores, possuem um
alto conjugado de partida, que pode ser ampliado ou continuado – dependendo do
tipo ou quantidade de capacitores empregados –, destinando-se à um amplo e
diversificado conjunto de aplicações, especialmente àquelas mais robustas.
Dentro do contexto dos motores, os mais empregados, entretanto, são os
motores de campos distorcidos, ou motores de fase sombreada. Esses destacam-se
dos demais devido ao seu baixo custo, ampla gama de aplicações, facilidade de
operação e manutenção, além do pequeno porte. Em comparação aos motores com
fase auxiliar não possui o custo elevado devido à implantação do circuito, e nem o
aumento do peso pela mesma razão.
Dessa forma, conclui-se o trabalho salientando a relevância da aplicação dos
motores no contexto contemporâneo, tendo em vista que aplicam-se ambientes
diversos. Os motores podem ser aplicados de forma satisfatória em eletrodomésticos,
como ventiladores, liquidificadores; em aplicações mais comerciais e de climatização,
como os exaustores de ar, por exemplo.
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9 REFERÊNCIAS
ANDRADE, A. Motores Monofásicos. Disponível em: <http://goo.gl/hmQgPp>. Acesso em: 08 dez. 2014. COSTA, J. D. Apontamentos de máquinas elétricas. [S.l]: ENIDH, 2010. FILHO, M. Materiais ferromagnéticos – visão geral. Disponível em: <http://goo.gl/yqVr7L>. Acesso em: 11 set. 2014. KOSOW, I. L. Máquinas elétricas e transformadores. Tradução: Luis Felipe Daiello e Percy Antônio Soares. Porto Alegre: Globo, 1982. Tradução do original em inglês para português. LOULEIRO, M. Motores Elétricos. Disponível em: <http://goo.gl/SiOKYX>. Acesso em: 07 dez. 2014. NEVES, E. G. C. Motores de Indução Monofásicos. In: Máquinas e transformadores elétricos. Disponível em: <http://goo.gl/Ev1RzJ>. Acesso em: 07 dez. 2014. NIED, A. Máquinas Elétricas. Disponível em: <http://goo.gl/ybP1OH>. Acesso em: 08 dez. 2014. OLIVEIRA, E. C. P.; DIAS, J. C. Rendimento nos motores monofásicos. In: WEG em revista. Disponível em: <http://goo.gl/1hOQda>. Acesso em: 07 dez. 2014. PAULETTI, L. C. Um estudo de uso de gradador de tensão em motores de indução monofásicos. Porto Alegre: UFRS, 2009. Dissertação de mestrado apresentada à Escola de Engenharia da UFRS. PIPPI, R. S. Motores de indução monofásicos. Chapecó (Santa Catarina): IFSC, [S.A.]. Disponível em: <http://goo.gl/xKSxSt>. Acesso em: 07 dez. 2014. ROSA, L. Análise de Tecnologias de Construção de Motores Elétricos. Disponível em: <http://goo.gl/ivtBoK>. Acesso em: 07 dez. 2014.
