Automatismos Electromecânicos
Motores de Indução (Manual de Apoio)
Formador: Ricardo Oliveira
1. Introdução aos Motores de Indução
- Os motores de indução ou motores
assíncronos, conjuntamente com os motores
síncronos, são os principais motores de corrente
alternada.
Figura 1 – princípio de funcionamento do motor
síncrono e assíncrono.
Na experiência mostrada na figura 1, rodando
manualmente o íman, cria-se um campo
magnético, designado de girante, em torno da
agulha magnética ou da espira m curto-circuito
colocada no interior dos pólos N-S do íman. Na
experiência relativa ao motor síncrono, a agulha
magnética é atraída pelos pólos do íman e entra
em rotação à mesma velocidade do íman, diz-se
que a agulha magnética roda à velocidade de
sincronismo n ou (ns).
Se em vez da agulha magnética utilizar-mos
uma espira em curto-circuito no interior do
íman, experiência relativa ao motor assíncrono,
a mesma, porque está sujeita a variação do fluxo
que a atravessa, será sede de circulação de uma
corrente induzida. Tal corrente, pela Lei de Lenz
tende a opor-se à causa que a produziu, cria um
campo magnético que se opõe ao campo
magnético girante do estator. Como os campos
são de sinal contrário, há atracção entre eles e a
espira roda, mas comum ligeiro atraso em
relação ao campo girante do estator.
De uma forma geral, uma máquina diz-se
síncrona quando roda à velocidade de
sincronismo, isto é, a velocidade do rotor é igual
à do campo magnético girante criado pelo
estator . Uma máquina diz-se assíncrona
quando roda a uma velocidade diferente da
velocidade de sincronismo.
Estas duas máquinas podem funcionar coo
gerador ou como motor. No caso da máquina
síncrona, temos, respectivamente, o gerador
síncrono (alternador) e o motor síncrono. No
caso da máquina assíncrona, a utilização como
MotoresdeIndução
gerador é pouco usual, a sua grande utilização é
como motor assíncrono.
2 - Motores de Indução trifásicos
- Enquanto nos motores convencionais de
corrente contínua o estator e o rotor necessitam
de alimentação, nos motores assíncronos só o
estator é alimentado , o rotor recebe energia por
indução, daí , estes motores designarem-se por
motores de indução.
O motor de indução trifásico (Tree-Phase
induction Motor) ou motor assíncrono trifásico
é actualmente utilizado na maioria dos
accionamentos industriais. Trata-se de uma
máquina robusta, de construção simples, de
rendimento elevado, de baixa manutenção,
facilmente colocada em serviço, mais barata
comparada com outras e com binário de
arranque que atende à maioria das aplicações.
Sendo a distribuição de energia eléctrica feita
em corrente alternada e apresentando o motor de
indução trifásico uma grande simplicidade,
robustez e baixo custo, é o motor mais utilizado.
Associado a um controlador electrónico de
velocidade, ele é adequado para quase todos os
tipos de accionamentos industriais.
O tipos básicos de motores de indução são os
trifásicos e os monofásicos. Os motores de
indução monofásicos, normalmente potências
baixas, têm aplicação, principalmente em
accionamentos domésticos. Por outro lado, os
motores de indução trifásicos são utilizados na
maioria dos accionamentos industriais.
Página1
2.1 Constituição
O motor de indução trifásico industrial é
constituído pelos seguintes elementos:
Figura 2 – Constituição do motor de indução
trifásico
Figura 4 – Motor com 2 pólos
O estator parte fixa da máquina, é constituído
por chapas ferromagnéticas empilhadas e
isoladas entre si para reduzir as perdas por
histerese e as correntes de Foulcault. As chapas
possuem ranhuras nas quais são colocados os
enrolamentos que são alimentados por um
sistema trifásico de correntes.
Figura 5 – Motor com 4 pólos
Figura 3 - Estator de um motor de indução
Na sua forma mais simples, o estator de um
motor trifásico é constituído por três
enrolamentos dispostos a 1200 uns dos outros,
fase A,B e C. Cada fase cria um campo
magnético, sendo a resultante dos três campos
um campo magnético girante no estator do
motor - o equivalente a um íman a girar no
estator, o motor como representado na fig.4,
possui um par de pólos magnéticos (2 pólos).
Se em cada fase existirem duas bobinas ligadas
em série, o motor tem dois pólos magnéticos por
fase, (fig.5), possuindo então o campo
magnético girante, dois pares de pólos (4 pólos).
Os motores trifásicos industriais possuem 2 ou 4
pólos, mas também se fabricam com maior nº de
pólos.
MotoresdeIndução
O rotor, parte móvel da máquina , é constituído,
tal como o estator, por pilhas de chapas finas
isoladas umas das outras e ranhuradas. O rotor é
apoiado no veio de rotação do motor, que possui
rolamentos nos extremos.
Entre o estator e o rotor existe uma ligeira
abertura de ar, designada por entreferro, que
deve ser o mais pequena possível para reduzir a
relutância magnética total do circuito e assim
aumentar a indução e, consequentemente, o
fluxo magnético (o ar é muito menos permeável
às linhas de força do campo magnético que o
ferro).
A carcaça em ferro fundido, aço ou alumínio,
destina-se a alojar o estator e o rotor e também
proteger os componentes do motor dos efeitos
prejudiciais do ambiente em que o mesmo
opera.
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2.2 - Tipos de Motores de indução
trifásicos
Dependendo
dos
elementos
condutores
colocados nas ranhuras do rotor, fabricam-se
motores de rotor em curto-circuito ou em gaiola
e motores de rotor bobinado.
resistência muito fraca e uma reactância elevada
no arranque do motor, e uma reactância muito
fraca em regime nominal. Durante o arranque a
frequência rotórica é elevada (igual à frequência
da rede) e portanto a reactância da giola interna
também é elevada (XL=2.π.f.L). Daí que no
arranque,
as
correntes
sejam
predominantemente induzidas na gaiola exterior
(menor impedância). O motor arranca como se
tivesse quase exclusivamente uma só gaiola – a
exterior.
Figura 6 – Motor com rotor em gaiola
2.2.1 - O Motor de Rotor em Gaiola, é o tipo
mais comum de motor; trata-se de um motor em
que o rotor possui, dentro das ranhuras das
chapas laminadas do núcleo, barras condutoras,
dispostas
paralelamente
e
ligadas
mecanicamente e electricamente, entre si, nas
extremidades, por anéis condutores (curtocircuitos). Esta disposição forma uma espécie de
gaiola de esquilo, daí este tipo de motor também
ser conhecido por motor de rotor em gaiola.
Figura 7 – Rotor em gaiola
Nos pequenos motores, a gaiola pode ser
totalmente moldada, normalmente a alumínio.
As barras da gaiola estão dispostas com
determinada inclinação com a finalidade de
melhorar as propriedades de arranque e diminuir
ruídos. O motor de rotor em gaiola é um motor
de uma só alimentação, não necessita de
colector nem de escovas. Não possui, por isso,
contactos eléctricos sujeitos a desgaste. Este
facto tem como resultado um motor robusto e
com uma manutenção muito baixa.
Figura 8 – Barras interior e exterior (em corte)
do rotor em gaiola dupla
Quando o motor atinge a sua velocidade
nominal, a frequência rotórica é muito reduzida
e como tal a reactância da gaiola interior é
muito reduzida (com impedância bastante
menor que a da gaiola exterior) pelo que as
correntes são predominantemente induzidas na
gaiola interior – o motor passa a funcionar
quase exclusivamente com a gaiola interior.
Este facto conduz a que as correntes rotóricas
sejam mais elevadas e portanto a um aumento
de binário total, desde o arranque até à
velocidade nominal.
2.2.3 - Motor de rotor bobinado
Trata-se de um motor que possui nas ranhuras
de rotor, em vez de barras condutoras,
enrolamentos que são ligados a anéis colectores
colocados no veio.
2.2.2 - Motor de Rotor em Gaiola Dupla
Este motor é constituído por duas gaiolas, uma
interior à outra, cujas barras condutoras (I e II)
podem ser vistas em corte na Fig. 8.
As barras da gaiola interior são geralmente de
cobre, enquanto as da gaiola exterior podem ser
de cobre ou latão. A gaiola exterior tem uma
resistência mais elevada que a interior e uma
reactância fraca. A gaiola interior tem uma
MotoresdeIndução
Figura 9 – Rotor Bobinado
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Estes anéis estão em contacto com escovas que
por sua vez, ligamos os enrolamentos do rotor
ao circuito exterior.
Figura 10 – Esquema de motor de rotor
bobinado Rotor Bobinado
Este tipo de motor é, normalmente de potência
elevada e destina-se a arranques de cargas com
elevado binário resistente e grande inércia.
Permite arranques suaves e progressivos
recorrendo a resistências, chamadas rotóricas,
ligadas através das escovas e dos anéis
colectores, em série com o enrolamento trifásico
do rotor.
Estas resistências, após o arranque, vão sendo
progressivamente diminuídas até que o motor
atinja a velocidade nominal. Deste modo, é
possível controlar o binário de arranque de uma
forma suave.
Apesar desta vantagem, para as mesmas
especificações, o motor de rotor bobinado é
mais caro e menos eficiente que o motor de
rotor em gaiola. Por esta razão, este tipo de
motor só é utilizado quando o motor de gaiola
não consegue fornecer o binário de arranque
pretendido.
Alimentando os enrolamentos com um sistema
de tensões trifásico, são criados três campos
magnéticos alternados sinusoidais (H1,H2,H3),
um por enrolamento. Tal como as correntes de
alimentação, estes campos estão desfasados de
120⁰ entre si.
Os campos magnéticos, sempre dirigidos
segundo o mesmo eixo, são máximos quando a
corrente nos enrolamentos também o é. A
resultante deste três campos é um campo
magnético girante no interior do estator.
● Este campo girante, ao atravessar o rotor,
provoca uma variação de fluxo nos condutores
de gaiola ou de rotor bobinado, gerando-se, de
acordo com a lei de Faraday, uma força
electromotriz
induzida
(f.e.m)
nesses
condutores.
● Como os condutores do rotor, quer no caso do
rotor em curto-circuito quer no caso do rotor
bobinado, estão em circuito fechado, os mesmos
são percorridos por correntes induzidas.
Estas correntes induzidas, de acordo com a lei
de Lenz, têm um sentido tal que , pelas suas
acções magnéticas , tendem a opor-se à causa
que lhes deu origem. Criam um campo
magnético em torno dos condutores do rotor
cuja resultante é um campo que tende a opor-se
ao campo magnético girante criado pelo estator.
Para se opor, este campo terá de possuir pólos
magnéticos contrários.
3- Princípio de funcionamento
Nos motores assíncronos trifásicos, o estator é
formado por um conjunto de três enrolamentos
colocados de forma que ente eles existam
ângulos de 120⁰ Figura 12 – Correntes no rotor resultantes da lei
de Lenz
● Como o campo do estator é girante e,
sabendo-se que pólos de nomes contrários se
atraem, os pólos do rotor são atraídos pelos
pólos do estator e o rotor entra em rotação,
tentando acompanhar o campo girante do
estator.
O rotor nunca consegue alcançar a velocidade
do campo girante porque este tipo de motor
possui o chamado escorregamento ou
deslizamento abordado de seguinte.
Figura 11
estatóricos
–
MotoresdeIndução
Ligação
dos
enrolamentos
Como se pode constatar, o princípio de
funcionamento do motor de indução baseia-se
em leis fundamentais do electromagnetismo: lei
de Faraday, lei de Lenz e lei de Laplace.
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Em resumo:
No funcionamento do motor há 2 limites para S
que facilmente se determinam:
1º - Campo magnético girante no estator
2º - Campo magnético induz f.e.m no rotor
3º - Circulam correntes no rotor que criam
um campo magnético
4º - Interacção entre o campo girante do
estator e o campo gerado no rotor
S = 0  n = ns → Motor a roda à velocidade de
sincronismo
S = 1  n = 0 → Motor parado (arranque)
Como tal o escorregamento varia entre os
limites: 0 < S < 100%
Os motores de indução normais são
dimensionados de modo a funcionarem com
baixos valores de deslizamento:
5º - O motor roda
• Em vazio  0,5% < S < 1%
• À plena carga  3% < S < 5%
3.1 – Velocidade do motor
A velocidade de um motor (n) é aquela que
corresponde à velocidade de rotação do campo
girante. Depende do nº de pólos (p) e da
frequência (f) da tensão de alimentação. O seu
valor é dado pela seguinte expressão:
n
f
p
Em que:
n - velocidade síncrona em rotações por
segundo (r.p.s.)
f – frequência da alimentação do motor
Medida do escorregamento
O Escorregamento pode ser medido por vários
processos:
• Método estroboscópico
• Método do milivoltímetro
• Leitura de velocidade pelo taquímetro
De realçar que o mais prático, usual e fiável é o
de leitura da velocidade do rotor com o
taquímetro, calculando-se de seguida com a
fórmula anterior o escorregamento.
Os outros dois processos são pouco utilizados
devido a não serem de fácil realização prática e
muito menos precisa.
p – número de pares de pólos
3.3 - Perdas no motor
3.2 – Escorregamento do motor
O rotor do motor assíncrono roda a uma
velocidade inferior à velocidade de sincronismo.
Diz-se por isso que o motor ‘escorrega’
relativamente à velocidade de sincronismo com
uma velocidade relativa ns.
- Em funcionamento como motor, a máquina
absorve potência eléctrica da rede e fornece
potência mecânica ao veio. Este é o modo de
funcionamento mais comum da máquina
assíncrona.
O escorregamento pode ser normalmente
expresso em percentagem dado pela expressão:
S
n  ns
 100%
n
Em que:
S - Escorregamento em percentagem
n – Velocidade sincronismo do motor
ns – Velocidade do rotor
MotoresdeIndução
As perdas que ocorrem num motor são,
essencialmente, as seguintes:
-Perdas eléctricas
-Perdas magnéticas
-Perdas mecânicas
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As perdas eléctricas aumentam acentuadamente
com a carga aplicada ao motor. Estas perdas são
devidas ao efeito de Joule, os condutores dos
enrolamentos aquecem devido ao aumento de
corrente. Podem ser reduzidas aumentando a
secção dos condutores.
As perdas magnéticas ocorrem nas lâminas de
ferro do estator e do rotor. São devidas ao
efeito de histerese e às correntes induzidas
(correntes de Foulcault), variam com a
densidade do fluxo e a frequência. Estas perdas
podem ser reduzidas através do aumento da
secção do ferro no estator e no rotor, do uso de
lâminas delgadas e do melhoramento dos
materiais ferromagnéticos.
As
perdas
mecânicas
são
devidas,
essencialmente, ao atrito das partes móveis:
rolamentos, ventilação e perdas devido à
oposição do ar. Podem ser reduzidas usando
elementos com baixo atrito e aperfeiçoando os
sistemas de ventilação.
de uma velocidade, uma placa com seis bornes
marcados de acordo com a norma IEC34-8(EN
60034-8). Estes bornes destinam-se a ligar entre
si os enrolamentos do motor e efectuar a ligação
à rede eléctrica. A disposição dos bornes
permite, no motor trifásico, através de shunts,
colocar facilmente o motor a funcionar com os
enrolamentos ligados em estrela ou triângulo.
Figura13- Placa de bornes – Norma IEC 34-8
A potência útil de um motor é dada pela
expressão:
Pu =Pa- Perdas
Pu – potência útil
Pa – potência absorvida
Podemos ainda dividir pelos seguintes tipos de
perdas:
• Perdas por efeito de Joule no estator
• Perdas no ferro no estator
• Perdas por efeito de joule no rotor
• Perdas no ferro no rotor
• Perdas mecânicas (devido ao atrito)
O rendimento do motor (η)é dado pela
expressão:

Pu
 100%
Pa
• O rendimento (η) do motor de indução
trifásico é normalmente superior a 80%.
De referir ainda que a potência nominal
indicada na placa da máquina é a potência útil
fornecida pelo veio do motor (Pmec) e não a
absorvida (Pel). Para se determinar a potência
eléctrica divide-se a potência mecânica pelo
rendimento da máquina.
4 – Ligações e arranque dos motores
4.1 – Caixa de ligações
A caixa de ligações dos motores industriais
possui no seu interior, para os motores trifásicos
MotoresdeIndução
Figura 14 - Placa de bornes (marcação antiga)
4.2 - Arranque de Motores trifásicos
- Para que o motor entre em funcionamento, o
seu binário de arranque terá de ser superior ao
binário resistente (carga accionada+ atritos).
Iniciada a marcha, o motor aumenta
progressivamente a sua velocidade, ao mesmo
tempo que a corrente, elevada no arranque
(cerca de 6 In), diminui gradualmente. O Motor
estabiliza a sua velocidade quando o binário
motor iguala o binário resistente.
4.2.1 - Arranque Estrela-Triângulo
Neste tipo de arranque, os três enrolamentos do
estator do motor de rotor em gaiola são, na fase
de arranque, ligados em estrela e de seguida em
triângulo.
Para ser possível as duas ligações, os seis
terminais dos enrolamentos têm de estar
acessíveis na caixa de ligações. Caso estejam
disponíveis apenas três terminais, os
enrolamentos já estão internamente ligados e
não é possível realizar o arranque estrelatriângulo.
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A ligação dos enrolamentos em estrela, de
seguida, em triângulo permite a realização do
arranque do motor em duas fases.
1- O Motor arranca com os enrolamentos
ligados em estrela, a corrente de
arranque é reduzida 1/3 da corrente
absorvida relativamente ao arranque
em triângulo. O Binário de arranque
também é reduzido de 1/3 do binário
de arranque em triângulo.
2- Após o arranque e atingida uma
velocidade de cerca de 85% da
velocidade nominal, os enrolamentos
são ligados em triângulo, funcionando
o motor à potência nominal.
Na rede de distribuição pública portuguesa de
BT, o valor máximo permitido da corrente de
arranque de motores trifásicos em locais
habitacionais é de 60ª, quer a rede seja aérea ou
subterrânea. Em outros locais, o valor é de
125A para a rede aérea e 250A para a rede
subterrânea.
4.2.2 - Arranque
Electrónicos
com
Arrancadores
Em aplicações que o motor trabalhe à sua
velocidade nominal pode-se utilizar, para
realizar arranques suaves (soft start),
arrancadores electrónicos. Estes eliminam os
inconvenientes dos métodos de arranque
clássicos. Possuem normalmente controlo da
corrente de arranque, regulação do tempo de
arranque e de paragem e regulação do binário de
arranque.
Os arrancadores evitam os choques mecânicos
(saltos repentinos), como acontece no arranque
estrela-triângulo, na aceleração das máquinas,
aumentando consideravelmente os intervalos de
manutenção, o que contribui para uma maior
vida útil dos equipamentos. A redução de custo
dos arrancadores tem vindo a permitir a
expansão do seu uso nos mais variados tipos de
aplicações .
Por outro lado quando há necessidade de se
regular a velocidade de um motor de indução,
utilizam-se variadores de velocidade. Estes
controlam a frequência e a tensão aplicadas ao
motor, permitindo o arranque suave e a
regulação
da velocidade durante o
funcionamento do motor.
Figura 15 - Ligação em Estrela (Y)
Figura 16 - Ligação em Triângulo (∆)
MotoresdeIndução
Página7
Motor de Indução Trifásico
– Resumo/Aplicações
I
Figura17 - variador de velocidade
Potência (KW)
Tipo de Arranque
≤ 2,2
Directo (gaiola simples)
≤4
Directo (gaiola dupla)
≤ 5,5
Y/Δ (gaiola simples)
≤ 11
Y/Δ (gaiola dupla)
≤ 15
Autotransformador
≤ 15
Através de rotor bobinado
Tabela 1- Tipos de arranque usuais , em função
das potências nominais do motor de indução
4.2.3 - Inversão de Marcha
A inversão do sentido de rotação, com os
enrolamentos ligados em estrela ou em
triângulo, é obtida por troca de duas fases que
alimentam o estator do motor. Esta troca
implica que o campo girante rode em sentido
contrário.
Figura 18 - Inversão de marcha para as duas
ligações
O motor de indução trifásico de rotor em gaiola
é actualmente o motor mais usado na indústria,
dada a sua grande robustez, baixo preço e
arranque fácil (pode mesmo ser directo, em
motores de baixa potência).
Também porque a sua alimentação é fácil,
através de corrente alternada trifásica, e o facto
de não possuir colector nem escovas, não
produz faíscas nem desgaste destes órgãos,
tendo por isso uma manutenção reduzida.
Associados a controladores electrónicos de
velocidade, os motores de indução trifásicos
tendem a assumir um papel de primazia nos
accionamentos eléctricos industriais.
O accionamento de máquinas e equipamentos
mecânicos, por motores eléctricos, é um assunto
de extraordinária importância económica. No
campo de accionamentos industriais, avalia-se
que entre 70% e 80% da energia consumida,
pelo conjunto de todas as indústrias, seja
transformada em energia mecânica através de
motores eléctricos. Destes, os mais utilizados
são os motores de indução trifásicos em gaiola.
5 - Motores trifásicos alimentados em
Monofásico
Em locais onde se disponha de equipamentos
com motores de indução trifásicos mas a
alimentação seja monofásica é possível, com o
auxílio de condensadores, colocar a funcionar
os motores trifásicos, desde que a sua potência
seja pequena, a partir da rede monofásica
(230V).Dispondo o motor trifásico de 3
bobinas, com seis bornes acessíveis, existem
várias hipóteses de ligação das mesmas para se
obter um funcionamento de acordo com os
princípio do motor monofásico.
Figura 19 – Motor com seis bornes acessíveis
Ligando desta forma as três bobinas do motor
trifásico, obtêm-se dois enrolamentos; um
principal formado pela bobina V1–V2 e outro
auxiliar formado por outras duas bobinas
ligadas em série. Ligando um condensador
permanente, de valor adequado, em série com o
enrolamento auxiliar, temos uma ligação e um
funcionamento idêntico ao motor monofásico de
condensador permanente.
MotoresdeIndução
Página8
• Dimensionamento do condensador (Notas)
Ligações em Triângulo:
Figura 20 – Ligação em
funcionamento em monofásico
triângulo,
→ As soluções apresentadas podem não
funcionar bem com determinados motores.
Nesses casos é necessário experimentar outros
valores de capacidade.
→ Alimentando motores trifásicos com tensão
monofásica de 230V , o binário de arranque é
significativamente reduzido relativamente ao
binário em trifásico. No caso do binário ser
insuficiente, pode-se dentro de certos limites,
para conseguir o arranque do motor, aumentar a
capacidade do condensador.
→ No motor trifásico, funcionando com
alimentação monofásica, a sua potência desce
relativamente à potência com alimentação
trifásica.
6 - Motores de Indução Monofásicos
Figura 21 – Ligação em triângulo, inversão de
marcha.
Figura 22 – Ligação em estrela, funcionamento
monofásico.
Figura 23 – Ligação em estrela, inversão de
marcha.
• Dimensionamento do condensador
(valores empíricos)
→ Cada KW de potência do motor, para a
tensão da rede de 230 V, requer um
condensador permanente de aproximadamente,
60 μF a 70 μF.
Ou seja cada CV – aproximadamente 50 μF
Nota : em todas as montagens os condensadores
deverão poder suportar tensões de 450 V.
MotoresdeIndução
Os motores de indução monofásicos, são menos
utilizados na indústria que os seus homólogos
trifásicos, mas ocupam um espaço importante
nos motores de pequena potência.
Os motores de indução monofásicos são a
alternativa aos motores de indução trifásicos
onde não e dispõe de alimentação trifásica,
como é, geralmente, o caso de instalações
residenciais e comércio.
Têm aplicação, por exemplo, em: máquinas de
lavar,
frigoríficos,
bombas
de
água,
ventiladores, ar condicionado, sistemas de frio,
ferramentas eléctricas, etc.
Para a mesma potência, relativamente ao motor
trifásico, o motor de indução monofásico é mais
volumoso, apresenta menor binário de arranque
e nominal, possui rendimento e factor de
potência inferiores e, para as mesmas potências,
um preço mais elevado. Também possui
vibração mecânica (ruído) superior.
Contrariamente ao motor trifásico, que arranca
directamente a partir da rede eléctrica, o motor
monofásico necessita de um enrolamento
auxiliar para arrancar por si.
Página9
6.1 – Constituição do motor monofásico
O Motor monofásico tem uma constituição
interna semelhante à do trifásico, com a
diferença de que o estator , na sua forma mais
simples, tem apenas um enrolamento, formado
por duas bobinas alimentadas por fase (L) e
neutro (N) da rede.
condensador. Com este processo de arranque o
motor funciona como se possuísse
uma
alimentação bifásica, com correntes desfasadas
entre si de um ângulo ≤ 90⁰.
Quanto maior o ângulo de desfasagem entre as
correntes no enrolamento principal e auxiliar,
maior será o binário de arranque.
Figura 24- Estrutura simplificada do motor de
indução monofásico
O rotor é constituído por um núcleo
ferromagnético do tipo gaiola de esquilo, não
sendo o rotor bobinado utilizado nestes motores.
6.2 - Princípio de funcionamento
Por ter somente uma fase de alimentação, este
motor, quando se alimenta o estator, a corrente
alternada produz um campo magnético que, em
vez de ser girante como nos motores trifásicos, é
pulsante. Desta forma recorre-se a técnicas para
o motor realizar o arranque como por exº criar
um
segundo
enrolamento
(enrolamento
auxiliar).
Figura 26 – Exemplo de desfasamento de 90⁰ entre as correntes
Após o arranque o , o enrolamento auxiliar pode
ser desligado, seguindo o rotor o campo girante
do enrolamento principal que roda nesse
sentido. Na fase de arranque, o motor funciona
como se fosse bifásico . Na prática além do
enrolamento auxiliar, outros elementos podem
ser utilizados para se obter um desfasamento
entre as correntes do enrolamento principal e
do enrolamento auxiliar. Dependendo da técnica
utilizada, os motores de indução monofásicos
podem ser classificados do seguinte modo:
• Motor de fase dividida
• Motor de condensador de arranque
• Motor de dois condensadores
• Motor de pólos sombreados
6.3 - Motor de fase dividida
Figura 25 – Enrolamento
enrolamento auxiliar
principal
e
A finalidade deste segundo enrolamento é
provocar um desfasamento entre as correntes do
enrolamento principal (Ip) e do enrolamento
auxiliar (Ia), de forma a que o campo magnético
resultante seja girante e diferente de zero em
n=0, possibilitando assim o arranque do motor.
O desfasamento entre as correntes no
enrolamento principal e auxiliar é conseguido
pela
diferença
construtiva
dos
dois
enrolamentos e , também com a ajuda de um
MotoresdeIndução
O Motor de fase dividida ou repartida é o motor
de monofásico mais simples. O seu estator é
constituído por 2 enrolamentos : o enrolamento
principal, que recebe a energia durante todo o
tempo de funcionamento do motor e o
enrolamento auxiliar , que se destina a criar o
campo girante na fase de arranque, que
possibilita a rotação do motor. Estes
enrolamentos, num motor de 2 pólos, formam
entre si um ângulo de 90º eléctricos. Num motor
de 4 pólos formam um ângulo de 45º.
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Figura 29 – Binário do motor de fase dividida
Figura 27 – Esquema de ligação do motor de
fase dividida
O enrolamento principal, possui mais espiras e
fio de maior secção que o enrolamento
principal, tem menor resistência e maior e
idêntica reactância indutiva (XL), sendo o
quociente reactância/resistência(XL/R) mais
elevado no enrolamento principal.
Estando os enrolamentos ligados em paralelo
com a rede, consegue-se desta foram, que a
corrente no enrolamento auxiliar (Ia) esteja em
avanço (cerca de 30⁰) em relação à corrente no
enrolamento principal (Ip).
Figura 28 – Desfasamento entre as correntes nos
enrolamentos
O desfasamento conseguido entre as correntes,
embora seja pequeno, é suficiente para colocar
em funcionamento motores com baixo binário
de arranque.
Após o arranque, uma vez que a velocidade
passa a ser diferente de zero, o enrolamento
auxiliar pode ser desligado, seguindo o rotor um
dos campos girantes do enrolamento principal.
Graficamente pode ser visto na fig.29.
MotoresdeIndução
Quando o motor atinge entre 70% a 80% da
velocidade de sincronismo, o enrolamento
auxiliar pode ou não ser desligado, dependendo
do motor.
Se o enrolamento auxiliar estiver dimensionado
para actuar apenas no arranque, ele terá de ser
desligado, caso contrário, como é formado por
fio fino pode queimar.
O desligar do enrolamento auxiliar é efectuado
por um dispositivo mecânico (interruptor
centrífugo colocado no eixo do motor), ou
electricamente, através de relé de intensidade,
de relé electrónico ou outro processo.
A inversão de sentido de rotação do motor é
realizada por inversão do sentido da corrente no
enrolamento principal ou no enrolamento
auxiliar não em ambos.
O ângulo de desfasamento que se pode obter
entre as correntes do enrolamento principal e do
enrolamento auxiliar é pequeno e, por isso ,
estes motores têm baixo binário de arranque
Ma≈Mn e elevada corrente de arranque Ia≈6In.
Devido a estas características, os motores de
fase dividida são utilizados em aplicações que
necessitem de baixo binário de arranque, tais
como:
compressores
de
frigoríficos,
ventiladores, exaustores, esmeriladoras, etc.
6.4 - Motor de condensador de arranque
O binário do motor de fase dividida está
limitado pelo ângulo máximo de desfasagem
que se consegue entre as correntes no
enrolamento principal e auxiliar. Para
aplicações que exijam um maior binário de
arranque é necessário aumentar o ângulo de
desfasagem, uma vez que este é proporcional ao
binário motor.
O aumento do ângulo de desfasagem é
conseguido com a utilização de um condensador
em série com o enrolamento auxiliar. Se o
condensador, após o arranque do motor, for
desligado, o motor designa-se por “ Motor de
condensador de arranque”. O enrolamento
auxiliar deste tipo de motor é normalmente
formado por fio de diâmetro menor e com
maior nº de espiras que o enrolamento principal.
Após o arranque, o enrolamento auxiliar deve
ser desligado, ele está dimensionado para
Página11
funcionar apenas durante alguns segundos, caso
contrário queima.
Para inverter o sentido de rotação do motor,
troca-se as polaridades da alimentação do
enrolamento auxiliar ou do enrolamento
principal (não de ambas).
6.5 - Motor de condensador permanente
Figura 30- Esquema de ligação do motor de
condensador de arranque
O motor arranca como um motor bifásico, tal
como o motor de fase dividida e, quando a
velocidade atinge 70% a 80% da velocidade de
sincronismo, poucos segundos após o arranque,
um dispositivo desliga o enrolamento auxiliar e
o condensador, passando o motor a funcionar
como monofásico.
O condensador permite um maior ângulo de
desfasagem entre as correntes dos enrolamentos
principal e auxiliar (cerca de 90⁰) ,
proporcionando, deste modo , um binário de
arranque muito superior ao do motor de fase
dividida.
Estando o condensador de arranque (Start) bem
dimensionado, este motor tem o binário de
arranque que mais se aproxima do binário do
motor trifásico. Com o condensador correcto, o
binário de arranque mais que duplica em relação
ao binário nominal.
Figura 31- Binário do motor de condensador de
arranque
Após a abertura do circuito do condensador, o
funcionamento do motor é idêntico ao do motor
de fase dividida.
Como este motor apresenta um elevado binário
de arranque (Ma≥2 Mn) e uma corrente de
arranque relativamente baixa (Ia≈5In), ele pode
ser utilizado numa grande variedade de
aplicações, como: compressores, bombas de
água, ferramentas e máquinas industriais em
geral.
MotoresdeIndução
Neste tipo de motor o enrolamento auxiliar e o
condensador ficam permanentemente ligados.
O condensador é dimensionado para a corrente
em condições normais de funcionamento, como
a corrente de arranque é muito superior à
corrente
nominal,
um
condensador
dimensionado para a corrente nominal deixa de
o ser para a corrente de arranque. Por isso, o
condensador permanente tem valor inferior ao
condensador de arranque.
Possuindo o condensador permanente valor
inferior ao condensador de arranque, o binário
deste motor também é inferior ao do motor
anterior, mas, como o condensador fica
permanentemente ligado, o motor apresenta um
razoável binário nominal, um factor de potência
melhorado e uma menor vibração.
Este motor pode ter os dois enrolamentos
praticamente iguais, sendo neste caso, o
condensador o único responsável
pela
desfasagem entre as correntes.
Construtivamente, o motor de condensador
permanente tem uma manutenção muito baixa,
uma vez que não utiliza interruptor centrífugo
ou outro dispositivo para desligar o enrolamento
auxiliar.
Figura 32- Esquema de ligação do motor de
condensador permanente
Como o binário de arranque do motor não é
elevado, ele é utilizado em equipamentos que
não necessitem de um grande esforço no
arranque, tais como: ventiladores, exaustores,
electrobombas, compressores, serras eléctricas,
etc.
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6.6 - Motor de dois condensadores
6.7 - Motor de pólos sombreados
Este motor possui condensador de arranque e
condensador permanente, ligados como se
mostra a seguir.
Este motor, também designado por motor com
espiras de sombra, motor de campo distorcido,
ou de pólo dividido, tem um processo de
arranque diferente dos motores estudados.
Figura 33- Esquema de ligação do motor de
dois condensadores
Figura 35- Vista em corte do motor
Para ultrapassar a situação de um só
condensador não ser capaz de criar as condições
ideais no arranque e no funcionamento normal ,
o motor utiliza dois condensadores: um de
maior capacidade, utilizado apenas na fase de
arranque, e outro de menor capacidade , para
utilização no funcionamento normal.
Os dois condensadores , na altura do arranque ,
estão ligados em paralelo, a capacidade total é
igual à soma da capacidade do condensador
permanente com a capacidade do condensador
de arranque. Após o arranque, o condensador de
arranque
é desligado e o condensador
permanente fica ligado em série com o
enrolamento auxiliar.
Figura 34- Binário do motor de condensador de
arranque e permanente
Este motor apresenta um bom binário de
arranque e um bom binário nominal, sendo
normalmente utilizado em compressores,
transportadores, electrobombas, etc.
Possuindo o motor dois condensadores e
dispositivo de abertura do circuito do
condensador de arranque, o seu custo é mais
elevado.
MotoresdeIndução
O motor possui um estator com um enrolamento
e um rotor em gaiola , que pode ser totalmente
moldado. Não tem condensador de arranque
nem dispositivo de abertura do enrolamento
auxiliar, o que torna a sua construção eléctrica e
mecanicamente muito simples, sendo por isso ,
um motor de baixo custo.
Na sua constituição possui uma ou duas espiras
(anéis) de cobre em curto-circuito (espiras de
sombra) implantadas, diametralmente opostas,
numa pequena área de cada pólo do estator.
Figura 36- Motor de pólos sombreados
O fluxo criado no estator (φ), pelo seu
enrolamento, divide-se em duas partes; o que
não atravessa as espiras (φ1) e o que as
atravessa (φ2) ver fig.37 .
O fluxo (φ2) , ao passar no interior das espiras,
origina nestas uma corrente induzida, cujo efeito
magnético tende a opor-se à causa que lhe deu
origem (lei de Lenz), ou seja, é criado no
Página13
interior das espiras um fluxo com sentido que
tende a contrariar as variações do fluxo (φ2) .
Como consequência, o fluxo que passa no
interior das espiras atrasa-se relativamente ao
fluxo principal.
Quando o fluxo indutor aumenta, a corrente
induzida nas espiras tem um sentido que cria no
seu interior um fluxo que vai diminuir o fluxo
indutor (φ2). Na parte não abraçada pela espira,
o fluxo é reforçado. Depois, quando o fluxo
indutor diminui, a corrente eléctrica induzida
cria no interior da espira um fluxo que vai
reforçar o fluxo indutor, sendo o fluxo no
interior da espira diminuído.
6.8 – Ligação de motores monofásicos
A caixa de ligações possui no seu interior, tanto
para motores trifásicos de uma velocidade como
para motores monofásicos actuais, uma placa
com seis bornes. Estes bornes destinam-se a
ligar entre si os enrolamentos do motor e
efectuar a ligação à rede eléctrica.
A utilização de placas de seis bornes, nos
motores monofásicos, possibilita , de uma forma
simples, por alteração de shunts, colocar
facilmente o motor a funcionar num sentido de
rotação ou noutro. Os esquemas de ligação estão
,normalmente, desenhados na parte interior da
tampa da caixa de ligações.
6.8.1- Motores de condensador permanente
Figura 38 Exº de placa de bornes do
fabricante CEG, rotação num sentido
Figura 37- Fluxos nos pólos do estator
Com este processo, em cada pólo do estator,
criam-se fluxos ligeiramente desfasados entre si.
A resultante destes fluxos origina um campo
magnético que se desloca ao longo das faces dos
pólos do estator. Deste modo consegue-se criar
um pequeno campo girante mas suficiente para
movimentar motores de fracos binários.
O sentido de rotação do motor de pólos
sombreados depende do lado em que situam as
espiras e, consequentemente, este motor
apresenta um único sentido de rotação.
Quanto ao desempenho, estes motores
apresentam baixo binário de arranque, baixo
rendimento, baixo factor de potência e elevado
escorregamento.
Os motores de pólos sombreados são fabricados
para pequenas potências e, pela
sua
simplicidade, robustez e baixo custo, são ideais
em aplicações onde os requisitos de binário de
arranque sejam baixos: pequenas bombas de
água, nomeadamente a que retira a água do
tambor da máquina de lavar, compressores
ventiladores, desumidificadores, exaustores,
unidades de refrigeração, secadores de roupa e
de cabelo, etc.
Figura 39 Exº de placa de bornes do
fabricante CEG, rotação em sentido oposto
Nas figuras 38 e 39 , porque o fabricante utiliza
placas de bornes de motores trifásicos, os
terminais das bobinas têm as seguintes
designações:
• Enrolamento auxiliar: U1 – W1
• Enrolamento principal: V1 – W2
MotoresdeIndução
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6.8.2- Motores de condensador permanente e
de arranque
Nestes motores, o condensador está ligado
internamente ao enrolamento auxiliar. Para
efectuar a ligação à rede, deve-se identificar
primeiro os terminais dos enrolamentos, do
condensador e do interruptor centrífugo
6.9 – Motor universal
Figura 40 Exº de placa de bornes do
fabricante CEG, rotação num sentido
O motor universal á uma máquina eléctrica
similar a um motor série de CC mas projectada
para operar em corrente alternada monofásica.
Figura 41 Exº de placa de bornes do
fabricante CEG, rotação em sentido oposto
Figura 43 - Motor universal
A ligação do condensador de arranque pode ser
efectuada com um interruptor de comando
manual ou automaticamente com interruptor
centrífugo, relé de intensidade, relé electrónico
ou através de um automatismo.
6.9.1 – Constituição
O motor universal possui um estator e um rotor
com os enrolamentos ligados em série através
do comutador (colector).
6.8.3- Motores antigos
Em motores antigos é possível que as placas
possuam 4 bornes com as letras indicadas.
Figura 44 – Constituição do motor universal
6.9.3 – Princípio de funcionamento
Figura 42 - Placa de bornes antiga
MotoresdeIndução
Quando o enrolamento do estator é alimentado,
cria um campo magnético que atravessa o
enrolamento do rotor. Como o enrolamento do
rotor é alimentado em série com o enrolamento
do estator, os condutores que estão situados sob
um mesmo pólo do estator são percorridos por
correntes com o mesmo sentido, sendo portanto,
segundo a lei de Laplace, sujeitos a forças com
o mesmo sentido. Os condutores situados sob o
outro pólo são sujeitos a forças iguais mas com
sentido oposto. As duas forças criam um binário
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que faz girar o rotor (idêntico ao funcionamento
do motor CC).
Como a alimentação é alternada sinusoidal, em
cada período há inversão do sentido do campo
magnético do estator e da corrente do rotor,
contudo, como os enrolamentos do estator e do
rotor estão em série , a inversão acontece em
simultâneo, logo , o binário não inverte e a
máquina roda continuamente no mesmo sentido.
Para reduzir as perdas por correntes de
Foulcault e, deste modo, baixar o aquecimento,
neste motor, é obrigatório que o seu circuito
magnético seja laminado.
O motor universal, quer funcione em corrente
contínua, quer funcione em corrente alternada,
possui reacção magnética do induzido. Esta
reacção distorce o campo magnético indutor e
origina o aparecimento de arcos eléctricos entre
lâminas do colector e as escovas. Para
minimizar este efeito, que degrada o colector e
principalmente as escovas, em algumas
máquinas, existe, em série com o enrolamento
do estator e do rotor, um terceiro enrolamento,
designado por enrolamento de compensação. A
finalidade tal como nas máquinas de CC é criar
um campo magnético contrário ao campo de
reacção do induzido, repondo o campo inicial.
O motor com este enrolamento designa-se por
motor série monofásico compensado – fig. 45
Figura 45 – Esquema de ligação do motor série
compensado
Embora a potência do motor universal seja,
normalmente baixa, a velocidade de rotação em
vazio pode atingir valores bastante elevados
(vários milhares de r.p.m).
A inversão do sentido de rotação é obtida por
troca da polaridade da tensão de alimentação do
enrolamento do estator ou do rotor, não de
ambos.
O controlo de velocidade do motor é obtido por
variação da tensão aplicada: quanto maior a
tensão, maior a velocidade. Este controlo pode
ser realizado electronicamente por um circuito
de variação do ângulo de fase ou por um
circuito de PWM (modulação de Largura de
Impulso).
MotoresdeIndução
6.9.4 – Aplicações
Os motores universais não sã adequados para
aplicações que requeiram velocidade constante,
conforme se pode verificar pela curva do binário
do motor fig.46
Figura 46 – Característica electrodinâmica do
motor universal
A curva é idêntica à do motor série de CC, a
relação entre o binário e a velocidade é inversa,
quando uma cresce a outra diminui, a
velocidade depende da carga. Assim para
binários muito pequenos, o motor pode
“embalar”, podendo os enrolamentos do rotor
serem destruídos pela força centrífuga. Por esta
razão, não devem ser utilizados motores deste
tipo quando há a possibilidade, durante o
funcionamento, de o veio ficar sem carga.
Em máquinas pequenas o perigo não existe
porque os atritos já constituem binário resistente
suficiente para que tal não aconteça.
O custo do motor universal é relativamente
baixo e, como é compacto e fornece um bom
binário de arranque, tem grande utilização em
situações onde é necessário alto binário e baixo
peso, como é o caso de ferramentas eléctricas
portáteis: berbequins, aparafusadoras, serras, etc
Também
tem
grande
utilização
em
electrodomésticos como aspiradores, secadores
de cabelo, trituradoras, moinhos de café, etc.
Actualmente também são utiliazdos por alguns
fabricantes no accionamento do tambor das
máquinas de lavar.
A sua grande desvantagem é possuir colector e
escovas, órgãos sujeitos a desgaste e,
consequentemente, susceptíveis a avarias.
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7. Referências / Bibliografia
O autor deste manual recorreu frequentemente a textos integrais e imagens dos seguintes livros: Joaquim Carvalho
Motores de Indução (sebenta)
ISEC 1997
António Francisco
Motores Eléctricos
ETEP 2ª edição 2009
José Vagos Carreira Matias
Máquinas Eléctricas Corrente Alternada
Plátano Editora, SA 1ª edição 1990
Robert Ludwig
Manual Prático do bobinador Electricista
Litexa- Portugal
MotoresdeIndução
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