As Máquinas Elétricas

Faculdade Anhanguera educacional

Máquinas elétricas

Relatório da 1° ATPS

Sobre este relatório , como proposto pelo professor em sala, foi escolhido pelo grupo um motor de indução monofásico com capacitor permanente como estudo. Bem como para montarmos uma versão “caseira” sobre o mesmo e para com isso nós aplicarmos o conceito teorico desse tipo de motor sobre o nosso experimento.

Os motores monofásicos assincronos com capacitor de partida é um modelo de máquinas elétricas utilizado em motores como  geladeira e ventilador.

O princípio de funcionamento se resume ao campo magnético defasado entre 2 bobinas posicionadas 90° uma da outra, sendo uma principal e a outra auxiliar.

A bobina auxiliar é ligada diretamente ao capacitor. Não há ligação entre o estator e o motor, possui o ar como entreferro.

[pic 1]

O enrolamento de um motor monofásico, produz ondas de FMM para frente e para trás, como podem ver no gráfico a seguir. Por isso ele fica estático na hora da partida, sendo necessário uma força auxiliar externa para impulsionar o motor

[pic 2]

Entre os vários tipos de partida que se possam dar neste motor, escolhemos o motor com capacitor de partida. Para isso usando de um capacitor eletrolítico para tal.

No gráfico a seguir é mostrado a curva típica de um motor com capacitor eletrolítico de partida:

No motor de indução monofásico, as correntes em quadratura induzem um campo alternado expresso por b(θ, t) = Bm x senωt x senθ[pic 3]

Usando a identidade trigonométrica senx cos y = 1/2 xsen(x − y) + 1/2x sen(x + y) tem-se b(θ, t) = 1/ 2 xBmxsen(ωt − θ) + 1/2 xBmxsen(ωt + θ)

Pesquisando na internet afim de realizar o ensaio deste motor, descobrimos que devemos medi-lo sem o rotor e com o rotor travado e analisar os dados colhidos, afim de substituir o circuito do motor por um equivalente, como mostrado na figura:

[pic 4]

Quanto às perdas no ferro, elas são devidas à três componentes que são as perdas por histerese, as perdas devidas às correntes induzidas (correntes de Foucault) e as perdas excedentes ou anômalas. Assim, as perdas totais podem ser escritas como abaixo para o caso de um dispositivo eletromagnético alimentado por tensões senoidais de freqüência f

O sentido do torque produzido pela interação entre a corrente induzida e o campo magnético em cada condutor do rotor é mostrado definido pela regra da mão esquerda polegarforça, indicador-campo, médio-corrente). O torque no sentido horário produzido pelos condutores da metade direita superior do rotor é equilibrado pelo torque anti-horário, associado aos condutores da mesma metade inferior, o mesmo acontecendo com a metade esquerda. O torque líquido é nulo. Quando muda o sentido da tensão CA, inverte-se tudo e da mesma maneira o torque líquido continua nulo.

Foi montado um dispositivo caseiro afim de medir a rpm do motor. Através do auxilio de um arduino mais um sensor do tipo reflexivo que contabiliza os giros.

[pic 5]

Com ele nos atentemos a seguinte fórmula:

n = ( 2/2p) x f x 60 x (1-s), 
onde 
n = velocidade em rpm; 
f = frequência em Hz; 
p = numero de polos 
s = escorregamento. 

Através de nossas medições, o circuito apresentou 1020 de rpm +ou -, pois as vezes oscilava pra 900, as vezes passava disso, então:

1020=   (2/2x2) x 60 x 60 x (1 - S) 

1020=1800(1-s)

1800s=1800-1020

S=720/1800

S=0,4 ou 40%

Com base nesses dados, nós calculamos a frequência elétrica no estator, em outras palavras: Sua frequência ideal:

Fi=120xFr/P

Onde:

P=número de polos

Fr=frequência da rede, padrão brasileiro:60hz

Fi,=frequência ideal, ou frequência do estator

Fi=120x60/2

Fi=1800

Com base desses dados nós podemos calcular a frequência do ROTOR, que se dá pela fórmula:

Fr = P(1800-1020)/120=

Fr=780/60

Fr=13

O rotor induz tensões em seu próprio embobinamento, por essas razões que ele pode ser comparado a um transformador. A frequência das tensões induzidas no rotor muda inversamente proporcional com a sua velocidade. Se a velocidade do rotor atinge o valor máximo, a frequência é quase nula, de modo que se ele estiver em repouso sua frequência e torna máxima.

Para fazer o cálculo do torque produzido pelo motor temos que fazer uma série de contas, a começar para descobrir seu passo polar:

Tp= 3,14xDi/p

Onde:

Tp=passo polar

Di=diâmetro interno da bobina principal

P=numero de polos

No diâmetro das bobinas que fizemos ela  é uma elipse de 22x12cm, então, para achar o diâmetro médio somei os 2 diametros e dividi por 2,

Que seria igual a :

(22+12)/2=17cm

Agora vamosao cálculo:

(3,14x17)/2=26,69

Agora calculamos o fluxo magnético estimado pela formula:

Fluxo = 2 x L x P x B

Onde:

p- profundidade da bobina

B= densidade do fluxo magnético, aproximadamente 15 500

L= longitude axial em cm

Fluxo =2 x 22 x 15500 x 2

Fluxo= 68200

Numero de espiras ideiais

It= (U x  10^^8)/(f x fluxo x 2,22 x K1 x K2)

K1= constant = 0,834

K2= constant = 0,866

It=365

Como são 2 bobinas, temos que divider esse valor por 2, assim

Numero e espiras = 365/2

=182 Seria o numero ideal que de espiras que este motor deveria possuir.

Sendo que a partida se dá com no mínimo a metade dessas espiras, algo comprovado

No ensaio prático.