Motores de indução monofásicos
Os motores de indução monofásicos desempenham um grande papel nos sistemas elétricos modernos, porque são fáceis de usar, confiáveis e econômicos.Eles são executados com corrente alternada monofásica (CA) e são amplamente utilizados em aparelhos domésticos e comerciais, como ventiladores, máquinas de lavar e aspiradores.Esses motores transformam energia elétrica em energia mecânica através da indução eletromagnética.Embora seu design seja simples, eles enfrentam desafios como a incapacidade de começar por conta própria, que é resolvido usando mecanismos como capacitores e enrolamentos auxiliares.Este artigo analisa a construção, os princípios de trabalho, vantagens, desvantagens e aplicações de motores de indução monofásica, fornecendo uma compreensão completa de sua operação e importância.Catálogo
Figura 1: Visão geral do motor de indução monofásica
O que é motores de indução monofásicos
Um motor de indução monofásica é um motor elétrico que é executado em corrente alternada monofásica (CA).Esses motores convertem energia elétrica em energia mecânica usando interações eletromagnéticas.Eles são comuns em eletrodomésticos como fãs, máquinas de lavar, aspiradores de pó e muito mais porque são simples de construir e fáceis de manter.
Um motor de indução monofásica opera em um sistema de fonte de alimentação monofásico, que é mais comum em residências e empresas do que os sistemas trifásicos.Esses sistemas são mais acessíveis e atendem às necessidades de menor energia típicas em casas, lojas e escritórios.O design de motores de indução monofásica é direto, tornando-os econômicos, confiáveis e fáceis de manter.Devido a esses benefícios, eles são amplamente utilizados em aparelhos como aspiradores de pó, ventiladores e máquinas de lavar, bem como em dispositivos como bombas centrífugas e sopradores.
Ao iniciar um motor de indução monofásica, ele é conectado a uma fonte de alimentação monofásica.Como os motores monofásicos não podem começar por conta própria, eles precisam de um mecanismo inicial, como um capacitor ou enrolamento auxiliar.Esse mecanismo cria uma mudança de fase, criando um campo magnético rotativo que induz a corrente no rotor.Quando o motor inicia, o mecanismo de partida, geralmente um capacitor ou enrolamento auxiliar, é geralmente desconectado por um interruptor centrífugo ou relé eletrônico.O motor funciona apenas no enrolamento principal.Durante a operação, o rotor segue o campo magnético rotativo criado pelo estator, fazendo com que o motor gire.
Figura 2: Diagrama de motor de indução monofásica
Construção de motores de indução monofásica
A construção de um motor de indução monofásica inclui duas partes principais: o estator e o rotor.Cada parte desempenha um papel fundamental na funcionalidade do motor.
Estator
O estator é a parte não movimentada do motor e possui bobinas que recebem a fonte de alimentação CA.O estator de um motor de indução monofásica é feito de folhas finas de aço para reduzir a perda de energia.Essas folhas têm slots que mantêm o estator ou a bobina principal.O aço de silício é geralmente usado para essas folhas para reduzir a perda de energia devido ao magnetismo.
O estator possui duas bobinas: a bobina principal e a bobina auxiliar.A bobina principal cria o campo magnético que induz a corrente no rotor, enquanto a bobina auxiliar ajuda a criar uma mudança de fase no campo magnético, ajudando a iniciar o motor.Esta bobina é colocada em um ângulo de 90 graus na bobina principal.
Rotor
O rotor é a parte do motor que gira e move a carga mecânica através do eixo.Nos motores de indução monofásica, o rotor geralmente é do tipo gaiola de esquilo.Este tipo possui barras de alumínio ou cobre colocadas em um núcleo redondo.Essas barras são conectadas nas duas extremidades pelos anéis finais, formando um loop, e é por isso que é chamado de "gaiola de esquilo".O rotor é construído com essas barras atuando como condutores, e os anéis finais conectam -os nas duas extremidades.Os slots que seguram as barras são inclinados para diminuir o ruído e impedir o bloqueio magnético.
Figura 3: Design do rotor de gaiola de esquilo
Princípio de trabalho de motores de indução monofásica
Os motores de indução monofásica trabalham através da indução eletromagnética.Quando conectado a uma fonte de alimentação CA monofásica, o enrolamento do estator cria um campo magnético em mudança.Este campo induz uma corrente no rotor, que então forma seu próprio campo magnético.A interação entre esses campos magnéticos produz a força necessária para girar o rotor.
O campo magnético alternado no estator, acionado pelo suprimento de CA, induz uma força eletromotiva (EMF) nos condutores do rotor com base na lei de indução eletromagnética de Faraday.Este EMF induzido gera correntes nas barras do rotor, geralmente feitas de alumínio ou cobre.Essas correntes criam um campo magnético secundário ao redor das barras do rotor.A interação entre os campos magnéticos do estator e do rotor gera uma força, conhecida como força Lorentz, que produz o torque para girar o rotor.
O motor atinge um estado estacionário, onde a velocidade do rotor é um pouco menor que a velocidade síncrona do campo magnético do estator.Essa diferença de velocidade, chamada Slip, é necessária para a indução contínua de corrente no rotor, mantendo o motor funcionando.Enquanto a fonte de alimentação CA estiver presente, esse processo continuar, acionando a rotação do motor.
Para iniciar o motor, mecanismos como capacitores ou enrolamentos auxiliares são usados para criar uma mudança de fase inicial, gerando um campo magnético rotativo para iniciar o rotor.Uma vez que o rotor ganha velocidade suficiente, esses auxílios iniciais geralmente são desconectados, permitindo que o motor funcione no enrolamento principal.A manutenção regular, incluindo a verificação da carga e a garantia da ventilação adequada, ajuda a evitar problemas como superaquecimento e desgaste mecânico, garantindo bom desempenho e vida útil longa.
Figura 4: Indução eletromagnética em motores de indução monofásica
Por que os motores de indução monofásicos não são auto-iniciados
Ao contrário dos motores trifásicos, os motores de indução monofásicos não podem começar por si mesmos.Isso ocorre porque a corrente alternada monofásica cria um campo magnético trêmulo em vez de um giro.Este campo de agitação atua como dois campos magnéticos girando em direções opostas com igual força.Quando o motor tenta começar, esses campos se cancelam, fazendo com que não vira o rotor.
De acordo com a teoria rotativa de campo duplo, qualquer corrente alternada pode ser dividida em duas partes.Cada parte possui metade da força da corrente original e eles giram em direções opostas.Por exemplo, um fluxo magnético, φ, pode ser dividido em duas partes: uma avançando e a outra se movendo para trás.Ao começar, essas partes são iguais em força, mas se movem em direções opostas, cancelando -se e não criando força para girar o rotor.
Construindo um motor bifásico para resolver problemas de fase monofásica
Para corrigir o problema monofásico, uma boa maneira é criar um motor bifásico que possa criar energia bifásica a partir de uma fonte de fase monofásica.Isso significa projetar um motor com duas bobinas que são colocadas a 90 graus de distância eletricamente.Essas bobinas recebem duas fases de corrente que também são deslocadas em 90 graus no tempo.
Esse tipo de motor é chamado de motor de capacitor permanente de split.A chave para o seu trabalho é o uso de um capacitor, que cria a mudança de fase necessária entre as correntes nas duas bobinas.Ao fazer essa mudança de fase, o motor pode produzir um campo magnético rotativo, semelhante ao que seria fabricado por uma verdadeira fonte de alimentação bifásica.
O resultado é um motor que pode iniciar e funcionar bem com uma fonte de fase monofásica enquanto copia o desempenho de um motor em duas fases.Esse método corrige os problemas dos motores monofásicos, que geralmente têm problemas com a potência inicial e a operação suave.O motor do capacitor permanente mistura a simplicidade e a disponibilidade de potência monofásica com o melhor desempenho de um sistema motor bifásico.
Motores de capacitores permanentes
Figura 5: Motores de capacitores de split permanente
Os motores de capacitores permanentes usam um capacitor que está sempre conectado em série com o enrolamento auxiliar.Essa configuração cria uma mudança de fase para a partida e a corrida, permitindo que o motor inicie e funcione com eficiência.Esses motores são mais simples e confiáveis porque não têm um interruptor.Eles têm dois enrolamentos (principal e auxiliar) espaçados a 90 graus.O capacitor fornece a mudança de fase necessária para criar um campo magnético rotativo.
No entanto, esse tipo de experiência motora aumentou a mudança de corrente e atraso à medida que acelera, causando pulsações de torque a toda velocidade.Para resolver isso, o capacitor é mantido pequeno para minimizar as perdas.As perdas são menores que as de um motor de pólo sombreado, e essa configuração funciona bem até 1/4 de potência (200 watts).A direção do motor é facilmente revertida, trocando o capacitor em série com o outro enrolamento.Esses motores são usados em ventiladores de teto, ventiladores de sopradores e máquinas de escritório.
Métodos de partida para motores de indução monofásicos
Para resolver o problema de se iniciar em motores, várias técnicas são usadas para criar um campo magnético rotativo inicial.Esses métodos incluem motores de indução de fase dividida, motores de indução de capacitores, motores de indução de capacitores de capacitores, motores de capacitores de divisão permanente e motores de polo sombreado.
Motores de indução de fase dividida
Os motores de indução de fase dividida usam dois enrolamentos: um enrolamento principal e um enrolamento auxiliar, colocados a 90 graus de distância.O enrolamento auxiliar tem maior resistência e menor reatância indutiva, causando uma mudança de fase entre as correntes nos dois enrolamentos.Essa mudança de fase cria um campo magnético rotativo, permitindo que o motor inicie.
Durante a operação, os dois enrolamentos são energizados para iniciar o motor.Quando o motor atingir cerca de 70-80% de sua velocidade total, um interruptor centrífugo desconecta o enrolamento auxiliar.O motor continua a correr no enrolamento principal.Esses motores são usados em ventiladores, sopradores e pequenas máquinas -ferramentas.
Motores de indução de capacitores
Em motores de capacitores, um capacitor é conectado em série com o enrolamento auxiliar.Este capacitor melhora a mudança de fase entre as correntes nos enrolamentos principais e auxiliares, fornecendo um torque inicial mais alto.Um interruptor centrífugo desconecta o enrolamento auxiliar quando o motor atinge uma certa velocidade.Esses motores são usados em aplicações que exigem um torque inicial significativo, como compressores de ar, bombas e geladeiras.
Motores de indução de capacitores de capacitores
Os motores administrados por capacitores do capacitor usam dois capacitores: um capacitor de partida para um torque de partida alto e um capacitor de corrida para melhorar o desempenho.O capacitor de partida fornece alta torque de partida, enquanto o capacitor em execução permanece no circuito para melhorar a eficiência da corrida.O capacitor de partida é desconectado por um interruptor centrífugo quando o motor atinge a velocidade desejada.Esses motores são usados em geladeiras, ar condicionado e bombas pesadas.
Motores de pau sombreado
Os motores de panela sombreada usam anéis de cobre (bobinas de sombreamento) em torno de uma parte da peça do polo.Essas bobinas de sombreamento criam um campo magnético atrasado, produzindo um efeito rotativo que ajuda a iniciar o motor.Esses motores são simples e baratos, mas oferecem baixo torque e eficiência inicial.Os motores de panela sombreada são usados em pequenos dispositivos, como ventiladores, secadores de cabelo e pequenas bombas.
Comparação entre motores de indução monofásicos e trifásicos
Figura 6: Motores de indução monofásicos e trifásicos
Os motores de indução monofásicos são bem diferentes dos motores de indução trifásicos em termos de construção, desempenho e eficiência.Os motores monofásicos têm um design mais simples com menos enrolamentos.Isso os torna menores e mais baratos, mas eles não têm um desempenho tão bom e são menos eficientes.Os motores monofásicos têm um fator de potência menor porque não possuem um campo magnético rotativo continuamente.Isso significa que eles desenham mais corrente para produzir a mesma potência em comparação com motores trifásicos.Por outro lado, os motores trifásicos usam os três enrolamentos continuamente, o que melhora o fator de potência e reduz o draw atual para a mesma saída de potência.
Para o mesmo tamanho, um motor trifásico pode produzir mais energia, pois usa os três enrolamentos ao mesmo tempo, enquanto um motor monofásico usa apenas um enrolamento de cada vez.Esse uso constante de todos os enrolamentos em motores trifásicos permite uma melhor conversão de energia elétrica em energia mecânica.Os motores trifásicos geram torque de partida mais alto devido ao campo magnético rotativo contínuo criado pelo suprimento trifásico.Os motores monofásicos precisam de peças extras, como capacitores ou enrolamentos auxiliares, para criar torque de partida suficiente.Essas peças iniciais criam uma mudança de fase inicial para produzir um campo magnético rotativo necessário para iniciar o movimento do rotor.
Os motores trifásicos são mais eficientes porque compartilham a carga elétrica em três enrolamentos.Esse compartilhamento reduz a corrente por enrolamento, diminuindo as perdas elétricas e o acúmulo de calor.Os motores monofásicos têm perdas mais altas devido ao campo magnético pulsante, o que leva a mais resistência elétrica e calor nos enrolamentos.Praticamente, os motores trifásicos são melhores para usos industriais e comerciais, onde são necessárias alta potência e eficiência.Eles correm mais suavemente, têm um torque inicial mais alto e têm melhor desempenho geral.Os motores monofásicos são bons para usos menores e de baixa potência, mas precisam de atenção cuidadosa aos métodos de partida e ao gerenciamento de carga para executar de maneira confiável.É necessária manutenção regular para minimizar as perdas mais altas e evitar problemas de superaquecimento que acompanham motores monofásicos.
Circuito equivalente de motores de indução monofásica
O circuito equivalente de um motor de indução monofásica é criado usando a teoria rotativa de campo duplo ou a teoria de campos cruzados.Essas teorias nos ajudam a entender como o motor funciona sob diferentes condições.
Teoria giratória de campo duplo
Essa teoria diz que qualquer quantidade alternada pode ser dividida em duas partes que giram em direções opostas.Em um motor de indução monofásica, o campo magnético principal pode ser dividido em dois componentes que se movem em direções opostas.Esses componentes interagem com o rotor para produzir o torque necessário.Os parâmetros equivalentes do circuito incluem a resistência do enrolamento principal (R1m), a reatância de vazamento do enrolamento principal (x1m), a reatância magnetizante (XM), a resistência ao rotor paral referida ao enrolamento principal (R2 ') e a esteiraReatância de vazamento do rotor referida ao enrolamento principal (x2 ').
Teoria de campo cruzado
A teoria de campo cruzado analisa como o movimento do rotor afeta o campo magnético do estator, o que é importante para a compreensão do comportamento motor.Ao estudar essa interação, podemos descobrir os parâmetros de circuito equivalentes para analisar e prever o desempenho do motor.O circuito equivalente inclui a resistência do estator (R1), a reatância do estator (X1), a resistência ao rotor (R2 ') referida ao lado do estator, reatância do rotor (x2') se referiu ao lado do estator e reatância de magnetização (XM).
Esse circuito facilita a análise de corrente, tensão, fator de potência, eficiência e torque.Isso nos ajuda a entender como o motor começa e funciona.Os engenheiros usam o circuito equivalente para melhorar o projeto, diagnosticar falhas e desenvolver estratégias de controle para a regulação da velocidade e do torque.Compreender esse circuito é importante para projetar, operar e manter motores de indução monofásica, o que aumenta seu desempenho em diferentes aplicações.
Aplicações, vantagens e desvantagens de motores de indução monofásica
Os motores de indução monofásicos são muito populares em residências e empresas porque são simples, confiáveis e não muito caras.Saber onde eles são usados, seus pontos positivos e seus pontos ruins podem ajudá -lo a escolher o motor certo para o que você precisa.
Aplicações de motores de indução monofásica
Os motores de indução monofásicos são usados em muitas coisas porque são simples e confiáveis.Eles são encontrados em eletrodomésticos como fãs, máquinas de lavar, aspiradores e geladeiras.Nas bombas, elas são usadas em bombas de água e bombas de poço.Os compressores usam esses motores em compressores de ar e compressores de refrigeração.Os sopradores alimentados por esses motores são usados nos sistemas HVAC.Processadores de alimentos, como misturadores, trituradores e liquidificadores, também usam motores de indução monofásicos.Esses motores são escolhidos para essas aplicações porque funcionam bem e duram muito tempo.
Figura 7: Aplicações comuns de motores de indução monofásica
Vantagens de motores de indução monofásicos
Os motores de indução monofásicos são apreciados por muitos motivos.Eles são construídos simplesmente, tornando -os fáceis de cuidar e mais baratos para fazer e comprar, o que economiza dinheiro.Esses motores vêm em diferentes tamanhos e níveis de poder, tornando -os úteis para muitos empregos.Eles são construídos para durar muito tempo e trabalhar de maneira confiável, o que significa que não se decompõem com frequência.Por serem acessíveis, fáceis de encontrar e fortes, muitas pessoas escolhem motores de indução monofásica para vários usos.
Desvantagens de motores de indução monofásicos
Os motores de indução monofásicos têm algumas desvantagens.Eles usam mais energia em comparação com motores trifásicos para fazer o mesmo trabalho, o que os torna menos eficientes.Eles também lutam com tarefas que precisam de alta potência inicial, a menos que sejam adicionadas peças extras.Para necessidades de alta potência, elas não são a melhor escolha, porque não conseguem lidar com tanta energia quanto os motores trifásicos.
Conclusão
Os motores de indução monofásicos são amplamente utilizados em residências e empresas porque têm um design simples e funcionam bem.Eles são acessíveis e fáceis de cuidar, tornando -os bons para pequenas tarefas.Embora eles precisem de ajuda extra para começar por conta própria, melhorias como os capacitores de divisão permanente os tornaram melhores.Ao compará-los com motores trifásicos, você pode ver seus usos e limites específicos.O uso de modelos de circuito equivalente ajuda a melhorar a maneira como eles funcionam e a encontrar problemas.À medida que a tecnologia cresce, esses motores funcionarão mais com sistemas inteligentes e a Internet das Coisas (IoT), tornando -os mais úteis e confiáveis.Saber sobre os motores de indução monofásica ajuda a escolher o motor certo para tarefas específicas e garantir que elas funcionem sem problemas.
Perguntas frequentes [FAQ]
1. Quais são as características de um motor monofásico?
Os motores monofásicos são frequentemente usados em residências e pequenas empresas, porque são simples, fáceis de usar e não muito caras.Eles têm menos energia em comparação com motores trifásicos, tornando-os bons para tarefas leves, como fãs de corrida, geladeiras e máquinas de lavar.Esses motores precisam de um dispositivo inicial porque não podem começar sozinhos.Eles são confiáveis e podem durar muito tempo quando usados corretamente.
2. Qual é o método básico para iniciar um motor de indução monofásica?
Para iniciar um motor de indução monofásica, você o conecta a uma fonte de energia monofásica.Como não pode começar por conta própria, é usado um dispositivo de partida como um capacitor ou enrolamento extra.Este dispositivo cria uma mudança de fase, fazendo um campo magnético rotativo que deixa o rotor em movimento.Quando o motor atinge uma certa velocidade, o dispositivo de partida é desligado por um interruptor ou relé, e o motor funciona no enrolamento principal.
3. Qual é o princípio de funcionamento de um motor de indução?
Um motor de indução trabalha através da indução eletromagnética.Quando a energia CA é aplicada ao enrolamento do estator, cria um campo magnético em mudança.Este campo induz uma força eletromotiva (EMF) no rotor, fazendo com que as correntes fluam nas barras do rotor.A interação entre o campo magnético do estator e as correntes no rotor cria uma força que faz o rotor girar.O rotor continua seguindo o campo magnético rotativo feito pelo estator.
4. Qual é a principal diferença entre motores trifásicos e motores monofásicos?
A principal diferença está em sua fonte de alimentação e uso.Os motores trifásicos usam uma fonte de alimentação trifásica, dando mais energia e eficiência, tornando-os adequados para tarefas industriais pesadas, como a execução de cintos transportadores e máquinas grandes.Os motores monofásicos usam uma fonte de alimentação monofásicos e são usados para tarefas mais leves em residências e pequenas empresas, como a execução de eletrodomésticos.Os motores trifásicos podem começar sozinhos, enquanto os motores monofásicos precisam de um método de partida extra.
5. Quais são as precauções para motores de indução monofásica?
Ao usar motores de indução monofásica, verifique se eles são instalados corretamente com conexões elétricas seguras e aterramento adequado.Verifique regularmente o dispositivo inicial para garantir que funcione de maneira confiável.Evite sobrecarregar o motor para evitar superaquecimento e danos.Verifique se o motor possui ventilação suficiente para permanecer fresco e faça uma manutenção regular para verificar se há desgaste.Sempre conecte o motor à tensão e frequência corretas, conforme especificado pelo fabricante, para evitar problemas elétricos.Essas etapas ajudam o motor a funcionar com segurança e eficiência, fazendo com que dure mais.