Motores de indução monofásicos

Um motor trifásico pode funcionar a partir de uma fonte de alimentação monofásica. No entanto, ele não iniciará automaticamente. Ele pode ser iniciado manualmente em qualquer direção, ganhando velocidade em alguns segundos. Ele desenvolverá apenas 2/3 da classificação de potência de 3 φ porque um enrolamento não é usado.

3-φ motor funciona com 1-φ de potência, mas não liga

Bobina única de um motor monofásico

A bobina única de um motor de indução monofásico não produz um campo magnético giratório, mas um campo pulsante atingindo intensidade máxima a 0 ° e 180 ° elétricos.

O estator monofásico produz um campo magnético pulsante e não rotativo



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 acima-a) e 180 ° (figura e). Quando os fasores giram para 90 ° e -90 °, eles se cancelam na figura c.

A 45 ° e -45 ° (figura b), eles são parcialmente aditivos ao longo do eixo + x e 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. Portanto, nenhum torque de partida é desenvolvido.

No entanto, se o rotor for girado para frente um pouco menos do que a velocidade síncrona, ele desenvolverá torque máximo com escorregamento de 10% em relação ao fasor de rotação para frente. Menos torque será desenvolvido acima ou abaixo do escorregamento de 10%.

O rotor terá um escorregamento de 200% - 10% em relação ao fasor do campo magnético em contra-rotação. Pouco torque (consulte a curva de torque vs escorregamento), além de uma ondulação de dupla frequência, é desenvolvido a partir do fasor de rotação contrária. Assim, a bobina monofásica desenvolverá torque, uma vez que o rotor seja acionado.

Se o rotor for iniciado na direção reversa, ele desenvolverá um grande torque semelhante à medida que se aproxima da velocidade do fasor de rotação reversa.

Os motores de indução monofásicos possuem uma gaiola de cobre ou alumínio embutida em um cilindro de laminação de aço, típico dos motores de indução polifásicos.

Motor com capacitor de divisão permanente

Uma maneira de resolver o problema monofásico é construir um motor bifásico, derivando a energia bifásica da monofásica. Isso requer um motor com dois enrolamentos espaçados 90 ° elétrica, alimentada com duas fases de corrente deslocada 90 ° em tempo. Isso é chamado de motor com capacitor de divisão permanente.

Motor de indução com capacitor de divisão permanente



Este tipo de motor sofre aumento da magnitude da corrente e retrocesso no tempo conforme o motor aumenta a velocidade, com pulsações de torque em velocidade total. A solução é manter o capacitor (impedância) pequeno para minimizar as perdas.

As perdas são menores do que para um motor de pólo sombreado. Essa configuração de motor funciona bem até 1/4 de potência (200 watts), porém, normalmente aplicada a motores menores. A direção do motor é facilmente invertida, trocando o capacitor em série com o outro enrolamento. Este tipo de motor pode ser adaptado para uso como servo motor, descrito em outra parte deste capítulo.

Motor de indução monofásico com bobinas de estator incorporadas



Motores de indução monofásicos podem ter bobinas embutidas no estator para motores de tamanho maior. Porém, os tamanhos menores usam menos complexos para construir enrolamentos concentrados com pólos salientes.

Motor de indução de partida com capacitor

Na figura abaixo, um capacitor maior pode ser usado para dar partida em um motor de indução monofásico por meio do enrolamento auxiliar se ele for desligado por uma chave centrífuga quando o motor estiver em alta velocidade. Além disso, o enrolamento auxiliar pode ter muito mais voltas de fio mais pesado do que o usado em um motor de fase dividida de resistência para mitigar o aumento excessivo da temperatura.

O resultado é que mais torque de partida está 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 força (vários quilowatts).

Motor de indução de partida com capacitor

Motor de indução com motor acionado por capacitor

Uma variação do motor de partida com capacitor (figura abaixo) é dar partida no motor com um capacitor relativamente grande para alto torque de partida, mas deixar um capacitor de valor menor no lugar depois de começar a melhorar as características de funcionamento sem drenar corrente excessiva. A complexidade adicional do motor operado por capacitor é justificada para motores de tamanho maior.

Motor de indução com motor acionado por capacitor



Um capacitor de partida de motor pode ser um capacitor eletrolítico apolar de ânodo duplo que pode ser dois capacitores eletrolíticos polarizados conectados em série de + a + (ou - a -). Esses capacitores eletrolíticos com classificação CA têm perdas tão altas que só podem ser usados ​​para trabalho intermitente (1 segundo ligado, 60 segundos desligado) como a partida do motor.

Um capacitor para o funcionamento do motor não deve ser de construção eletrolítica, mas sim um tipo de polímero de menor perda.

Motor de indução de motor de fase dividida por resistência

Se um enrolamento auxiliar de muito menos voltas, um fio menor é colocado a 90 ° elétrico para o enrolamento principal, ele pode dar partida em um motor de indução monofásico. Com indutância mais baixa e resistência mais alta, a corrente terá menos mudança de fase do que o enrolamento principal.

Cerca de 30 ° de diferença de fase pode ser obtida. Esta bobina produz um torque de partida moderado, que é desconectado por uma chave centrífuga a 3/4 da velocidade síncrona. Esse arranjo simples (sem capacitor) serve bem para motores de até 1/3 cavalo-vapor (250 watts) que acionam cargas de fácil partida.

Motor de indução de motor de fase dividida de resistência



Este motor tem mais torque de partida do que um motor de pólo sombreado (próxima seção), mas não tanto quanto um motor bifásico construído com as mesmas peças. A densidade de corrente no enrolamento auxiliar é tão alta durante a partida que o consequente aumento rápido da temperatura impede reinicializações frequentes ou cargas de partida lentas.

Corretor de fator de potência Nola

Frank Nola, da NASA, propôs um corretor de fator de potência para melhorar a eficiência dos motores de indução CA em meados da década de 1970. Baseia-se na premissa de que os motores de indução são ineficientes com carga inferior a plena. Essa ineficiência está associada a um baixo fator de potência.

O fator de potência menor que a unidade é devido à corrente de magnetização exigida pelo estator. Esta corrente fixa é uma proporção maior da corrente total do motor conforme a carga do motor é diminuída. Em carga leve, a corrente de magnetização total não é necessária. Ele poderia ser reduzido diminuindo a tensão aplicada, melhorando o fator de potência e a eficiência.

O corretor do fator de potência detecta o fator de potência e diminui a tensão do motor, restaurando assim um fator de potência mais alto e diminuindo as perdas.

Uma vez que os motores monofásicos são cerca de 2 a 4 vezes mais ineficientes do que os motores trifásicos, há economia de energia potencial para os motores 1-φ. Não há economia para um motor totalmente carregado, uma vez que toda a corrente de magnetização do estator é necessária.

A tensão não pode ser reduzida. Mas há economia potencial de um motor com carga inferior. Um motor nominal de 117 VAC é projetado para trabalhar em até 127 VAC e tão baixo quanto 104 VAC. Isso significa que ele não está totalmente carregado quando operado com mais de 104 VAC, por exemplo, um refrigerador de 117 VAC.

É seguro para o controlador de fator de potência diminuir a tensão da linha para 104-110 VAC. Quanto mais alta for a tensão de linha inicial, maior será a economia potencial. Obviamente, se a empresa de energia fornecer mais perto de 110 VAC, o motor funcionará com mais eficiência, sem nenhum dispositivo adicional.

Qualquer motor de indução monofásico substancialmente ocioso, 25% FLC ou menos, é um candidato a um PFC. Porém, ele precisa operar um grande número de horas por ano. E quanto mais tempo ele fica ocioso, como em serraria, puncionadeira ou esteira, maior a possibilidade de pagar pelo controlador em alguns anos de operação.

Deve ser mais fácil pagar por ele por um fator de três em comparação com o motor 3-φ mais eficiente. O custo de um PFC não pode ser recuperado para um motor operando apenas algumas horas por dia.



Resumo:motores de indução monofásicos

• Motores de indução monofásicos não são de partida automática sem um enrolamento do estator auxiliar acionado por uma corrente fora de fase de perto de 90 ° . Uma vez iniciado, o enrolamento auxiliar é opcional.
• O enrolamento auxiliar de uma divisão permanente motor capacitor tem um capacitor em série com ele durante a inicialização e funcionamento.
• Um motor de indução de partida com capacitor só tem um capacitor em série com o enrolamento auxiliar durante a partida.
• Um motor operado por capacitor normalmente tem um grande capacitor eletrolítico não polarizado em série com o enrolamento auxiliar para iniciar e, em seguida, um capacitor não eletrolítico menor durante a operação.
• O enrolamento auxiliar de um motor de fase dividida por resistência desenvolve uma diferença de fase em relação ao enrolamento principal durante a partida em virtude da diferença na resistência.

PLANILHA RELACIONADA:

• Planilha de teoria do motor CA