Motores Elétricos: Funcionamento e Tipos de Motores DC

Motores Elétricos

Os motores elétricos podem ser classificados conforme a corrente em que operam: motores DC (corrente contínua), motores de corrente alternada (AC) e motores universais (usados para ambos os tipos de correntes).

Os motores DC são classificados pelo tipo de excitação: independente, série, derivação (shunt), compostos e de ímãs permanentes (conforme o campo magnético produzido).

Motores de corrente alternada são classificados em função da velocidade (síncronos ou assíncronos), tipo de rotor (bobinado ou gaiola de esquilo) e número de fases (monofásicos universais, com enrolamento auxiliar e capacitor, ou trifásicos).

Motor DC

Funcionamento de um motor DC

Os motores de corrente contínua (DC) são baseados nos princípios da força eletromagnética e da força eletromotriz induzida. Os motores consistem essencialmente de um indutor e um induzido.

• Indutor: Sua missão é criar um campo magnético e está alojado na parte fixa ou estator do motor. O indutor é formado por bobinas de fio de cobre colocadas ao redor da expansão polar de material ferromagnético. Para a bobina circular, utiliza-se uma corrente elétrica. Também podem ser utilizados ímãs permanentes.
• Induzido: Tem a tarefa de criar campos magnéticos que se opõem ao motor. Este é composto por condutores de cobre dispostos em uma bobina. As bobinas são alojadas em sulcos em um pacote cilíndrico de folhas de material ferromagnético, que está sujeito ao eixo de rotação e é a parte móvel ou rotor da máquina.

O início e o final das várias bobinas estão ligados a uma peça de cobre fino chamada coletor, que gira com o eixo. Os segmentos são as partes em que o coletor é dividido e isolado umas das outras. Para entrar a corrente nos condutores da armadura, utilizam-se as escovas, que são pedaços de grafite em contato com o deslizamento das lâminas e, portanto, conectam o circuito externo ao interior da máquina.

Tipos de Motores DC

Para um motor DC, precisamos de um circuito indutor e um circuito de armadura; dependendo de como os dois se conectam, temos diferentes tipos de motores:

• Motores de excitação independente: O enrolamento da armadura (A, B) e o enrolamento indutor (J, K) são alimentados por fontes de energia diferentes e independentes. O fluxo e a intensidade serão constantes.
• Motor Shunt (Derivação): Caracteriza-se pelo fato de o enrolamento de campo (C, D) estar conectado à mesma fonte de tensão induzida (A, B).
• Motor Série: O indutor (E, F) está em série com a armadura (A, B), o que implica que o fluxo magnético e a carga podem variar.
• Motor Composto (Compound): Pode ser de derivação longa ou curta.

Características dos Motores DC

As características de desempenho dos motores DC dependem do tipo de excitação e fornecem informações sobre o trabalho do motor em certas condições. As mais importantes são:

• Velocidade: n = f(I)
• Torque (Momento): M = f(I)
• Característica Mecânica: M = f(n)

Motores de Derivação (Shunt)

1. Velocidade do veículo: n = f(I_i)
2. Natureza do torque: M_i = f(I_i)
3. Característica mecânica: M = f(n)

Motor Série

1. Velocidade do veículo: n = f(I_i)
2. Característica de torque: M = f(I_i)
3. Característica mecânica: M = f(n)

Partida de Motores DC

A primeira fase da operação de um motor e sua carga é o ponto de partida. Especificamente, podemos agir sobre a tensão aplicada ao motor ou sobre a resistência do circuito da armadura. Pode-se usar a opção que resulta em menos perdas, realizada através da inserção de uma resistência inicial entre a rede e a armadura, chamada de reostato de partida. À medida que o motor acelera, a força eletromotriz aumenta e a corrente é reduzida. Durante a inicialização, a resistência é eliminada gradualmente até desaparecer.

Controle de Velocidade

A regulação destina-se a manter uma velocidade programada. Para ajustar a velocidade, devemos agir sobre a tensão ou o fluxo. Podemos agir sobre a tensão aplicada através destes métodos:

• Inserir um resistor em série com a armadura (regulação por resistência de armadura).
• Tensão variável (regulação de controle de tensão).

Se agirmos sobre o fluxo, temos que regular a corrente de excitação, ligando um reostato que, dependendo do tipo de motor, será conectado de uma maneira ou de outra.

Inversão do Sentido de Rotação

Os motores elétricos podem funcionar nos dois sentidos de rotação ao alterar as ligações sobre o indutor ou o induzido. A direção do torque depende do campo magnético e da direção da corrente nos condutores da armadura, por isso é suficiente reverter as conexões. Se a mudança ocorre quando a máquina está parada, recomenda-se mudar as conexões da armadura. Se a inversão for feita em movimento, é obrigatório mudar as conexões da armadura, pois, se mudar o indutor, o motor ficaria sem excitação. Antes de inverter, é fundamental inserir toda a resistência do reostato de partida.

Frenagem de Motores DC

Em muitas aplicações, é necessário parar ou desacelerar o motor rapidamente. A frenagem de motores de corrente contínua baseia-se no princípio da reversibilidade dessas máquinas. Ao desligar o motor, ele passa a funcionar como um gerador, o que inverte a direção do torque. Este tipo de freio é conhecido como frenagem elétrica e pode ser feito de duas maneiras:

• Frenagem Reostática: Consiste em dissipar a energia gerada ao agir como um gerador em resistências de frenagem, que muitas vezes são as mesmas utilizadas para a partida.
• Frenagem Regenerativa: Consiste no retorno da energia gerada para a linha de alimentação.