Projeto do motor polifásico

Motores CA

Talvez o benefício mais importante da alimentação CA polifásica em relação à monofásica seja o projeto e a operação dos motores CA.

Conforme estudamos no primeiro capítulo deste livro, alguns tipos de motores CA são virtualmente idênticos em construção às suas contrapartes do alternador (gerador), consistindo em enrolamentos de fio estacionários e um conjunto magnético giratório. (Outros projetos de motores CA não são tão simples, mas deixaremos esses detalhes para outra lição).

Operação do motor CA no sentido horário.



Se o ímã giratório for capaz de acompanhar a frequência da corrente alternada que energiza os enrolamentos do eletroímã (bobinas), ele continuará a ser puxado no sentido horário. (Figura acima)

No entanto, o sentido horário não é a única direção válida para o eixo deste motor girar. Ele poderia ser facilmente alimentado no sentido anti-horário pela mesma forma de onda de tensão CA na figura abaixo.

Operação do motor CA no sentido anti-horário.

Partindo de motores CA

Observe que, com a mesma sequência exata de ciclos de polaridade (voltagem, corrente e pólos magnéticos produzidos pelas bobinas), o rotor magnético pode girar em qualquer direção.

Esta é uma característica comum de todos os motores CA monofásicos de “indução” e “síncronos”:eles não têm direção de rotação normal ou “correta”. A questão natural deve surgir neste ponto:como o motor pode dar a partida na direção pretendida se ele pode funcionar em qualquer direção tão bem?

A resposta é que esses motores precisam de uma ajudinha para dar a partida. Uma vez ajudou a girar em uma direção particular. eles continuarão a girar dessa maneira enquanto a energia CA for mantida nos enrolamentos.

A origem dessa “ajuda” para um motor CA monofásico ir em uma direção pode variar.

Normalmente, ele vem de um conjunto adicional de enrolamentos posicionados de forma diferente do conjunto principal e energizados com uma tensão CA que está fora de fase em relação à alimentação principal. (Figura abaixo)

Motor AC bifásico de partida unidirecional.



Essas bobinas suplementares são normalmente conectadas em série com um capacitor para introduzir uma mudança de fase na corrente entre os dois conjuntos de enrolamentos. (Figura abaixo)

A mudança de fase do capacitor adiciona a segunda fase.



Essa mudança de fase cria campos magnéticos das bobinas 2a e 2b que estão igualmente fora de compasso com os campos das bobinas 1a e 1b.

O resultado é um conjunto de campos magnéticos com rotação de fase definida. É essa rotação de fase que puxa o ímã giratório em uma direção definida.

Partindo de motores CA polifásicos

Os motores CA polifásicos não requerem tal artifício para girar em uma direção definida. Como suas formas de onda de tensão de alimentação já têm uma sequência de rotação definida, o mesmo ocorre com os respectivos campos magnéticos gerados pelos enrolamentos estacionários do motor.

Na verdade, a combinação de todos os conjuntos de enrolamento trifásicos trabalhando juntos cria o que é frequentemente chamado de campo magnético rotativo . Foi esse conceito de campo magnético giratório que inspirou Nikola Tesla a projetar os primeiros sistemas elétricos polifásicos do mundo (simplesmente para fazer motores mais simples e eficientes).

A corrente de linha e as vantagens de segurança da alimentação polifásica em relação à alimentação monofásica foram descobertas posteriormente.

Analogia de luzes de cordas lineares

O que pode ser um conceito confuso fica muito mais claro por meio da analogia.

Você já viu uma fileira de lâmpadas piscando, como as usadas nas decorações de Natal? Algumas cordas parecem “mover-se” em uma direção definida conforme as lâmpadas brilham e escurecem alternadamente. Outras cordas apenas piscam sem movimento aparente. O que faz a diferença entre os dois tipos de cordas de bulbo?

Resposta:mudança de fase!

Examine uma série de luzes onde todas as outras lâmpadas estão acesas a qualquer momento, como em (Figura abaixo)

Sequência de fase 1-2-1-2:as lâmpadas parecem se mover.



Quando todas as lâmpadas “1” estão acesas, as lâmpadas “2” estão apagadas e vice-versa. Com esta sequência piscando, não há um "movimento" definido para a luz das lâmpadas.

Seus olhos podem seguir um “movimento” da esquerda para a direita tão facilmente quanto da direita para a esquerda. Tecnicamente, as sequências de intermitência das lâmpadas “1” e “2” estão 180 ° fora de fase (exatamente opostas uma à outra).

Isso é análogo ao motor CA monofásico, que pode funcionar com a mesma facilidade em qualquer direção, mas que não pode iniciar sozinho porque sua alternância de campo magnético carece de uma "rotação" definida.

Agora vamos examinar uma série de luzes onde há três conjuntos de lâmpadas a serem sequenciados em vez de apenas dois, e esses três conjuntos estão igualmente defasados ​​entre si na figura abaixo.

Sequência de fase:1-2-3:as lâmpadas parecem se mover da esquerda para a direita.



Se a sequência de iluminação for 1-2-3 (a sequência é mostrada na (Figura acima)), as lâmpadas parecerão "mover-se" da esquerda para a direita.

Analogia de luzes de cordas circulares

Agora imagine esta fileira de lâmpadas piscando em um círculo como na figura abaixo.

Disposição circular; as lâmpadas parecem girar no sentido horário.



Agora, as luzes na figura acima parecem estar “se movendo” no sentido horário porque se organizaram em torno de um círculo em vez de uma linha reta.

Não deve ser surpresa que a aparência de movimento será invertida se a sequência de fases das lâmpadas for invertida.

O padrão piscando parecerá mover-se no sentido horário ou anti-horário, dependendo da sequência de fase.

Isso é análogo a um motor CA trifásico com três conjuntos de enrolamentos energizados por fontes de tensão de três diferentes mudanças de fase na figura abaixo.

Motor CA trifásico:uma sequência de fases de 1-2-3 gira o ímã no sentido horário, 3-2-1 gira o ímã no sentido anti-horário.



Com mudanças de fase de menos de 180 °, obtemos uma rotação real do campo magnético. Com motores monofásicos, o campo magnético giratório necessário para a partida automática deve ser criado por meio de mudança de fase capacitiva. Com motores polifásicos, as mudanças de fase necessárias já existem.

Além disso, a direção de rotação do eixo para motores polifásicos é facilmente invertida:basta trocar quaisquer dois fios “quentes” que vão para o motor e ele funcionará na direção oposta!



REVER:

• Os motores CA de “indução” e “síncronos” funcionam por meio de um ímã giratório que segue os campos magnéticos alternados produzidos por enrolamentos de fio estacionários.
• Motores CA monofásicos deste tipo precisam de ajuda para começar a girar em uma direção específica.
• Ao introduzir uma mudança de fase de menos de 180 ° nos campos magnéticos de tal motor, uma direção definida de rotação do eixo pode ser estabelecida.
• Motores de indução monofásicos geralmente usam um enrolamento auxiliar conectado em série com um capacitor para criar a mudança de fase necessária.
• Motores polifásicos não precisam de tais medidas; sua direção de rotação é fixada pela sequência de fase da tensão pela qual são alimentados.
• A troca de quaisquer dois fios "quentes" em um motor CA polifásico reverterá sua sequência de fases, revertendo assim a rotação do eixo.

PLANILHAS RELACIONADAS:

• Planilha de teoria do motor CA
• Planilha de sistemas de energia polifásica