Motores Elétricos: Tipos, Funcionamento e Aplicações
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Motores Elétricos: Guia Completo
Dispositivo que transforma energia elétrica em energia mecânica (+ energia térmica). São largamente empregados em indústrias e eletrodomésticos, podendo funcionar com corrente alternada (CA), corrente contínua (CC) ou ambos os tipos de alimentação.
Componentes Principais
- Estator: Parte fixa que garante um campo magnético fixo (ímãs permanentes ou eletroímã).
- Rotor: Parte móvel. Bobinas percorridas por correntes elétricas que geram campos magnéticos, submetendo o rotor a forças magnéticas e produzindo seu movimento giratório.
Princípio de Funcionamento
Forças magnéticas de atração ou repulsão entre o estator e o rotor produzem torques que fazem com que o rotor gire.
Tipos de Motores Elétricos Comerciais
Os motores elétricos comerciais são principalmente dos tipos de corrente contínua (CC) ou de corrente alternada (CA). Os motores de corrente contínua são menos empregados (cerca de 5% das situações), visto que a energia elétrica é normalmente fornecida em corrente alternada. Isso exige dispositivos de conversão de CA para CC, o que encarece o equipamento, além do custo do próprio motor ser mais alto que o de corrente alternada. Por esses motivos, seu uso é restrito a instalações especiais, como para acionar equipamentos que utilizam tração elétrica, guindastes, compressores, etc.
Motores de Corrente Contínua (CC)
- Shunt: Empregados quando as características de partida (torque e aceleração) não são muito rígidas (ex: turbobombas, ventiladores, esteiras).
- Série: Empregados quando o conjugado de partida é muito grande (ex: guindastes, pontes rolantes e compressores).
- Compound: Empregados quando há necessidade de partida elevada e funcionamento constante (ex: acionamento de bombas alternativas, compressores cilíndricos de lâminas).
Estrutura do Motor CC
Estator: Ímã permanente
Rotor: Eletroímã
A alimentação do motor CC é comutada conforme o rotor gira, fazendo com que a força magnética sempre atue no mesmo sentido sobre o rotor, garantindo que ele gire em apenas uma direção. A corrente flui ora num sentido, ora no outro.
Motores de Corrente Alternada (CA)
Os motores elétricos de corrente alternada, amplamente empregados na indústria, pertencem a uma das seguintes categorias:
- Motor Síncrono;
- Motor Assíncrono (ou de indução) nas especificações:
- Com rotor de gaiola;
- Com rotor bobinado;
- Com rotor maciço.
- Motor Universal (funciona em CA e CC, utilizado em eletrodomésticos).
Sincronismo e Número de Polos em Motores
Existe uma grandeza chamada número de pares de polos do motor, que é de natureza construtiva. Chamaremos a velocidade de rotação do rotor de "n" (rpm), a frequência da tensão de alimentação de "f" (Hz) e o número de polos do motor de "p":
Fórmulas de Velocidade
Velocidade do rotor:
n (unid. rpm)
Velocidade do campo girante:
n1 = (120 x f) / p (unid. rpm)
n
Motor Síncrono
Alguns motores são projetados para operar sincronizados com a frequência de alimentação. Estes motores possuem a seguinte construção:
O motor síncrono CA utiliza eletroímãs como estatores para fazer girar o rotor, que é um ímã permanente. O rotor gira com frequência igual ou múltipla daquela da CA aplicada.
Funcionamento do Motor Síncrono
O princípio de funcionamento do motor síncrono baseia-se na interação de dois campos magnéticos: um campo girante produzido no estator por corrente alternada e um campo fixo no rotor.
Estes motores têm uma velocidade de rotação, denominada velocidade síncrona, constante e rigorosamente definida pela frequência do sinal de alimentação e pelo número de polos, de acordo com a expressão já analisada anteriormente:
n1 = (120 x f) / p (rpm)
A estrutura e o mecanismo de operação dos motores síncronos são relativamente complicados. Para o seu funcionamento, há necessidade de uma fonte suplementar de energia em corrente contínua destinada à alimentação dos enrolamentos do rotor, visto que o estator recebe corrente alternada. Isso é obtido através de um pequeno gerador (espécie de dínamo) conhecido por excitatriz, acionado pelo mesmo eixo do motor. Não possuem condições próprias de partida, necessitando de equipamento auxiliar de partida até atingir a velocidade de sincronismo.
Motor Assíncrono (ou de Indução)
- Os mais comuns são os trifásicos.
- O princípio de funcionamento é baseado na indução de um campo girante produzido por bobinas alimentadas por um sistema de bobinas compensadoras automáticas. Essa indução cria uma força eletromotriz nas espiras que, por sua vez, produzem campos girantes que atraem as espiras, de modo que cada espira gera um campo reagente com a tendência de anular o efeito do campo girante, cuja somatória de reações eleva a força de atração.
A velocidade de rotação não coincide exatamente com a velocidade síncrona, pois há na carga uma ligeira redução na rotação em decorrência da atração do rotor pelo campo girante.
Essa diferença de velocidade, da ordem de 3% a 5%, é conhecida como escorregamento (s) e é dada por:
s = (n1 - n) / n1 (%)
Motor Assíncrono com Rotor de Gaiola
O rotor consiste em barras condutoras dispostas ao longo do rotor, curto-circuitadas nas extremidades por anéis condutores. As barras são geralmente de alumínio.
Este é o motor mais comum atualmente, pois apresenta diversas vantagens em relação ao motor de rotor bobinado e aos motores de corrente contínua, pelo fato de não possuir anéis coletores nem escovas.
Motor Assíncrono com Rotor Bobinado
O enrolamento do rotor é similar ao enrolamento do estator. Este tipo de motor possui anéis coletores e escovas que, ao conduzirem a corrente gerada no rotor para o exterior, permitem, através de resistências variáveis, limitar a corrente no arranque e controlar a velocidade de rotação do motor.
Motor Assíncrono com Rotor Maciço
O rotor é maciço e formado por metais não magnéticos, como o alumínio, e não possui nenhuma conexão elétrica. Quando um rotor feito de alumínio é exposto a campos magnéticos alternados, correntes elétricas começam a fluir por ele por causa da indução eletromagnética.
Motores Universais
Estator: Eletroímã
Rotor: Eletroímã
Funciona tanto com alimentação CA quanto CC.
Isso é possível substituindo o estator de ímãs permanentes por eletroímãs em série com o circuito do comutador e rotor.
Aplicações: Batedeira, Liquidificador, Aspirador de pó, etc.
Motor de Passo
Muitos dispositivos computadorizados (ex: drivers de disquete, CD-ROM, etc.) usam motores especiais que controlam os ângulos de giro de seus rotores. Em vez de girar continuamente, estes rotores giram em etapas discretas; os motores que fazem isso são denominados "motores de passo". O rotor de um motor de passo é simplesmente um ímã permanente que é atraído, sequencialmente, pelos polos de diversos eletroímãs estacionários, como se ilustra:
Num motor de passo, o rotor é atraído por um par de polos do estator e, a seguir, por outro. O rotor movimenta-se por etapas discretas, pausando em cada orientação, até que um novo comando do computador ative um conjunto diferente de eletroímãs.