Uma característica não muito desejável em motores elétricos é a presença
de escovas que comutam as bobinas. Essas escovas, ao comutarem, geram
transientes e outras perturbações que podem afetar o próprio circuito onde o
motor funciona e até circuitos próximos de outros aparelhos na forma de EMI ou
Interferência Eletromagnética.
Os motores de indução, entretanto, não utilizam escovas e por esse
motivo podem tornar-se uma solução bastante interessante para alguns projetos.
É claro que eles, como qualquer outro tipo de motor têm suas vantagens e
desvantagens, as quais ficarão claras no decorrer deste artigo.
Encontramos esses motores no acionamento de toca-discos antigos,
ventiladores, ventoinhas de chuveiros pressurizados, bombas d’água de aquários
e muitos outros aparelhos eletrodomésticos, e mesmo em alguns equipamentos
eletrônicos que possuam um sistema de ventilação ligado à rede de energia,
visto que os motores de indução operam exclusivamente com corrente alternada.
COMO FUNCIONA
A ausência de escovas comutadoras e existência de
apenas uma bobina fixa facilita bastante simples entender o princípio de
funcionamento do motor de indução. Um motor indução típico possui um rotor em
curto-circuito com desfasamento indutivo de campo e uma estrutura básica
conforme a mostrada na figura 1.
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| Fonte Mecatrônica Atual |
Temos, então, um eletroímã em forma de “U” formado por diversas
placas de ferro doce semelhante às usadas nos transformadores comuns. A
finalidade de empregar-se um núcleo laminado é evitar as correntes de turbilhão
induzidas num condutor sólido, as quais causariam seu aquecimento excessivo,
veja a figura
2.
Entre os pólos do ímã, denominado estator, é colocado um rotor
cilíndrico que também é feito de chapas e tem a finalidade de fechar o percurso
das linhas do campo magnético criado pelo eletroímã em forma de “U”. A
eficiência deste tipo de motor depende da fenda ou espaço que existe entre o
eletroímã e o rotor.
Quanto menor o espaço entre os dois, menor será a corrente necessária
para a magnetização do conjunto. Observamos nesta construção que em pontos
opostos das peças que denominamos estator, que formam o eletroímã, há duas
fendas nas quais são colocados dois anéis de cobre, observe a figura 3.
A finalidade desses anéis é formar uma
espira de “curto-circuito”, e sua ação no sistema é justamente a de retardar a
formação do campo magnético em relação ao restante do eletroímã. Conforme
ilustra a figura
4, se representarmos
o campo na bobina e o campo na espira através de um gráfico, observamos que há
uma defasagem entre os dois, com o campo na espira se atrasando em relação ao
primeiro.
O retardo obtido com esta configuração
é de 1⁄4 do ciclo da alimentação alternada. O efeito desse retardo é como se
houvesse na peça polar um campo magnético rotativo entre os pólos, com uma
velocidade que corresponde justamente ao tempo de um ciclo por volta. Isso significa
que o campo entre as peças polares dá 60 voltas por segundo, já que nossa rede
de energia é de 60 Hz, ou 3 600 voltas por minuto, que será traduzido em 3 600
rpm para o motor (rotações por minuto). Para que o rotor possa responder a esse
campo rotativo, ele precisa ter uma construção especial que é exibida na figura 5.
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Esse rotor possui sulcos ou canaletas no sentido axial, nos quais são
embutidos fios de cobre, tendo todas as suas extremidades interligadas de modo
a formar espiras em curto. Ao cortar os condutores, o campo magnético rotativo
induz uma corrente. Como esses condutores estão em curto, a corrente induzida é
muito alta criando um campo magnético no próprio rotor. Esse campo interage com
o campo da peça polar ou estator, aparecendo uma força de atração tal que um
tende a seguir o outro. Visto que os condutores estão fixos, o rotor vai girar
no mesmo sentido do campo magnético criado pelo estator.
Na prática, o rotor não consegue acompanhar o campo
exatamente na mesma velocidade, pois se isso acontecesse a indução cessaria, de
modo que o motor gira um pouco mais devagar que os 3 600 rpm teóricos. A
velocidade desses motores é da ordem de 95% a 98% da velocidade teórica, que
corresponde a algo entre 3400 e 3560 rpm. Uma variação do motor que
descrevemos, é o motor de indução de 4 pólos mostrado na figura 6.
O princípio de funcionamento desse motor é o
mesmo, mas o campo dará uma volta completa a cada dois ciclos da corrente alternada.
Assim sendo, a velocidade teórica máxima desse tipo de motor é de 1800 rpm.
Podemos também encontrar tipos com maior número de pólos, que terão uma
velocidade que será dada por:
Onde n é o número de bobinas.
Um motor de 4 bobinas ou 8 pólos girará a 900 rpm (valor teórico).
Observe também que, na rede de 50 Hz, esses motores giram mais devagar.
TIPOS
A NEMA (National Electrical Manufacturers Association) classifica os
motores de indução em 4 categorias conforme o torque, corrente e outras
características importantes para os projetos. Essas categorias são designadas
pelas letras A, B, C e D. Analisemos as características dos motores das
diversas categorias:
Tipo A
Apresenta um torque normal na partida (150 a 170% da potência nominal) e
uma corrente de partida relativamente alta. Pode manusear cargas mais pesadas.
Na indústria, são usados em máquinas injetoras.
Tipo B
É o tipo mais comum. Seu torque de partida é semelhante ao do tipo A,
mas tem uma corrente inicial menor. A eficiência e o fator de carga são
relativamente altos. Aplicações típicas incluem sistemas de ventilação,
ferramentas, bombas, etc.
Tipo C
Tem um torque de partida elevado (maior do que o dos tipos anteriores,
com aproximadamente 200% da potência nominal) sendo, por isso, indicado para o
acionamento de cargas maiores.
Tipo D
Possui o maior de todos os torques de partida e a velocidade final é
menor. Trata-se de tipo ideal para aplicações onde ocorram grandes variações de
velocidade.
PROJETO
Na figura 7 mostramos um simples
ventilador feito com um motor de indução “de sucata”, que serve justamente para
experimentos de bancada envolvendo vento tais como:
- Usina eólica experimental
- Túnel de vento
- Acionamento de um anemômetro
- Acionamento de um catavento.
CONCLUSÃO
Motores de indução de baixa potência (na faixa de 5 a 50 W) podem ser
retirados de velhos toca-discos, chuveiros pressurizados fora de uso, bombas de
aquário e outros eletrodomésticos. Ligados na rede de energia, eles podem
movimentar diversos tipos de projetos mecatrônicos que não exijam torques
elevados. Trata-se de uma boa (e barata) opção para se obter movimento sem
ruídos (o motor de indução não tem escovas), velocidade com pequena variação
(dependendo da carga) e boa eficiência.
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