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Motores elétricos.




Motores elétricos.

Os motores eletricos estão presentes no dia a dia de todas as pessoas. Em linhas gerais, eles são definidos como quaisquer máquinas que fornecem energia mecânica a partir de energia elétrica.


É interessante observar que todas as fontes de energia não produzem a energia, mas a convertem em outras formas, o que resume uma frase famosa de Lavoisier: Na natureza nada se perde, nada se cria, tudo se transforma.


É possível dividir esses dispositivos em duas grandes categorias: os de corrente contínua e os de corrente alternada.


Respectivamente, uma é constante com fluxo de elétrons ordenado e outra possui variações cíclicas, mudando magnitude e direção.


Uma curiosidade é que existem aparelhos eletrônicos chamado de inversores de tensão, cujo objetivo é alterar uma corrente contínua para uma corrente alternada.


Eles permitem que se utilizem baterias ou pilhas para um aparelho que foi feito para ter a rede elétrica como fonte de energia.


Dispositivos mecânicos

Existem dispositivos mecânicos acionados por motores elétricos, como é o caso do hidráulico e pneumático.


A hidráulica diz respeito ao uso de fluidos pressurizados para obter trabalho, geralmente a água ou algum óleo.


A pneumática é uma das formas de funcionamento para equipamentos e ferramentas mais populares. Por exemplo, é através dela que as portas de ônibus do transporte público abrem e fecham.


Baseada no uso de ar comprimido para gerar trabalho, as aplicações são diversas, desde a área de construção civil até o transporte de partículas em indústrias.


Dentro desse contexto, os motores elétricos possuem um papel de grande importância, permitindo que os sistemas pneumáticos sejam usados: eles compõem o chamado atuador pneumático.


Sendo a última etapa para o acionamento pneumático, esses atuadores são formados por motores elétricos, cilindros e ferramentas.


Os movimentos gerados por eles podem ser rotativos ou lineares e eles apresentam diversas vantagens quando comparados a outros atuadores, como:


Baixa rigidez;
Leveza;
Tamanho reduzido;
Proteção contra explosões;
Segurança à sobrecarga;
Facilidade de inversão.


Entretanto, também existem algumas desvantagens que esse tipo de equipamento propicia, como a produção de ruído, vibrações e a falta de precisão na parada de posições intermediárias.


Há casos de pessoas que tiveram sua saúde prejudicada com o uso constante de equipamentos pneumáticos, sobretudo na área de construção civil.


Mas isso pode ser facilmente evitado pelo uso de Equipamentos de Proteção Individual (EPIs) e escolhendo produtos com maior qualidade, que apresentem menos vibração e ruído.


Dispositivos eletromecânicos


Também existem dispositivos eletromecânicos acionados por motores elétricos, como é o caso motor de passo, motor de indução, servo motor e motor linear.


O servo motor é usado em controles de precisão na indústria de automação. Essa indústria é responsável por tornar processos independentes em indústria, através de softwares de controle do chão de fábrica.


Ele serve para controle de movimento, o que exige posicionamento de alta precisão, reversão rápida e desempenho excelente. Ao pesquisar por servo motor preço, nota-se que seu custo é mais elevado que o de outros dispositivos eletromecânicos, mas isso se justifica por sua alta qualidade.


Para entender de fato o que são os servos, basta ter um pensamento simples: são motores comuns com controladores e encoders (conversores de código, capazes de gerar informações interpretáveis) acoplados.


O funcionamento esperado do servo motor só pode acontecer se todas as suas peças estiverem em perfeitas condições, desde o servo drive até o encoder.


Ainda assim, a manutenção desses motores é fácil, eles possuem um imã permanente que garante eficiência e performance e não precisam de escovas. Outro benefício é que seus níveis de ruído e vibração são muito baixos.


O cenário do ramo industrial contribui para que esse tipo de motor seja muito mais utilizado. Isto é, as vantagens da automação industrial são muitas.


Consegue-se maior controle dos processos, aumenta-se a produtividade, há redução de custos, análises de desempenho passam a ser possíveis através do banco de dados e muito mais.


Por isso, a indústria de automação cresce cada vez mais, o que torna esse tipo de motor cada vez mais relevante.


Em resumo, os motores elétricos são fundamentais para a vida moderna., nas indústrias no uso doméstico e mais, é impossível não entrar em contato com eles em algum momento.


Com funções e aplicações diversas, o que todos têm em comum é a conversão de energia elétrica para energia mecânica.




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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.

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.
Fonte Mecatrônica Atual
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.

Fonte Mecatrônica Atual
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.

Fonte Mecatrônica Atual
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.

Fonte Mecatrônica Atual
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.

Fonte Mecatrônica Atual
 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.

Fonte Mecatrônica Atual
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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