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1.0 - MOTORES DE CORRENTE ALTERNADA
Motor elétrico é uma máquina destinada a transformar energia elétrica em mecânica. É o mais usado de todos os tipos de motores, pois combinam as vantagens da energia elétrica - baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e simplicidade de comando – com sua construção simples, custo reduzido, grande versatilidade de adaptação às cargas dos mais diversos tipos e melhores rendimentos: Motores Elétricos e a sua Importância, o acionamento de máquinas e equipamentos mecânicos por motores elétricos é um assunto de extraordinária importância econômica. No campo de acionamentos industriais, avalia-se que de 70 a 80% da energia elétrica consumida pelo conjunto de todas as indústrias seja transformada em energia mecânica através de motores elétricos.
Figura SEQ Figura * ARABIC 1 - Organograma de Motores de Corrente Alternada
2.0 - MOTORES SÍNCRONOS
2.1- Princípio de Funcionamento:
Funciona com velocidade constante; utiliza-se de um induzido que possui um campo constante pré-definido e, com isso, aumenta a resposta ao processo de arraste criado pelo campo girante. É geralmente utilizado quando se necessita de velocidades estáveis sob a ação de cargas variáveis. Também pode ser utilizado quando se requer grande potência, com torque constante. Ao operar o Motor síncrono, a energia elétrica é fornecida à máquina pela aplicação de tensões alternadas trifásicas aos terminais dos enrolamentos do estator, além disso, os enrolamentos de campo do rotor são alimentados por uma fonte de tensão contínua. Como as tensões aplicadas aos enrolamentos do estator são alternadas e trifásicas, circulará nos mesmos, uma corrente alternada de mesma frequência que a tensão, essa corrente produzirá campos magnéticos também alternados que variam no tempo.Além disso, devido a disposição espacial dos enrolamentos no estator, esses campos magnéticos variantes no tempo também irão circular pelo estator, de forma que o campo magnético resultante irá rodar em torno da circunferência do estator com velocidade angular proporcional à frequência da tensão alternada aplicada nos enrolamentos. Assim, quando um dos pólos do campo magnético gerado pelo enrolamento de campo do rotor interagir com o campo girante resultante do estator, tentará alinhar-se com o pólo de sinal oposto, e como o pólo do campo girante do estator está a girar, surgirá no rotor um binário de forças que gerarão um torque de forma que o rotor gire e mantenha os campos do enrolamento de campo do rotor e o campo girante do estator alinhados. Com o surgimento do torque, o rotor girará seguindo o sentido e velocidade do campo girante do estator, logo, a velocidade angular do motor síncrono estará sincronizada com a frequência da tensão alternada aplicada aos enrolamentos do estator.
Figura SEQ Figura * ARABIC 3 - Componentes
3.0 - MOTORES ASSÍNCRONOS
Motor assíncrono é um motor elétrico de corrente trifásica, cujo rotor não está excitado pelo estator e a velocidade de rotação não é proporcional à frequência da sua alimentação (a velocidade do rotor é menor que a do campo girante, devido ao escorregamento). O rotor assíncrono pode ser de dois tipos: Gaiola de esquilo; Bobinado.
3.1 - Princípios de Funcionamento
Quando os enrolamentos localizados nas cavas do estator são sujeitos a uma corrente alternada, gera-se um campo magnético no estator. Por conseqüência no rotor surge uma força eletromotriz induzida devido ao fluxo magnético variável que atravessa o rotor. Esta f.e.m. (força eletro-motriz) induzida dá origem a uma corrente induzida no rotor que tende a opor-se à causa que lhe deu origem, criando assim um movimento giratório no rotor. O motor de indução converteu-se no tipo de motor mais usado na industria. Este fato deve-se à maioria dos sistemas atuais de distribuição de energia elétrica serem de
corrente alternada. Comparando com o motor de corrente contínua, o motor de indução tem como vantagem a sua simplicidade, que se traduz em baixo custo e máxima eficácia com manutenção mínima. O rendimento é elevado para média e máxima carga, e pode-se assegurar um bom fator de potência com uma seleção correta. Esse estudo torna-se mais relevante, já que a maioria dos motores elétricos utilizados na indústrias são de motores de indução gaiola de esquilo.
3.2 - Constituição do Motor de Indução
O motor assíncrono é constituído basicamente pelos seguintes elementos: - um circuito magnético estático, constituído por chapas ferromagnéticas empilhadas e isoladas entre si, ao qual se dá o nome de estator; - por bobines (n. de grupos, consoante o motor monofásico ou polifásico) localizadas em cavas abertas no estator e alimentadas pela rede de corrente alternada; por um rotor constituído por um núcleo ferromagnético, também laminado, sobre o qual se encontra um enrolamento ou um conjunto de condutores paralelos, nos quais são induzidas correntes provocadas pela corrente alternada das bobinas do estator. O rotor é apoiado num veio, que por sua vez transmite à carga a energia mecânica produzida. O entreferro (distância entre o rotor e o estator) é bastante reduzido, de forma a reduzir a corrente em vazio e, portanto as perdas, mas também para aumentar o fator de potência em vazio. Como exemplo apresentamos a "projeção" dos diversos elementos o motor assíncrono de rotor em gaiola de esquilo.
3.3 - Funcionamentos de um Motor Assíncrono
A partir do momento que os enrolamentos localizados nas cavas do estator são sujeitos a uma corrente alternada, gera-se um campo magnético no estator, conseqüentemente, no rotor surge uma força eletromotriz induzida devido ao fluxo magnético variável que atravessa o rotor. A f.e.m. induzida dá origem a uma corrente induzida no rotor que tende a opor-se à causa que lhe deu origem, criando assim um movimento giratório no rotor. Como podemos constatar o princípio de funcionamento do motor de indução baseia-se em duas leis do Eletromagnetismo, a Lei de Lenz e a Lei de Faraday.
s – escorregamento. n - velocidade do eixo do motor (RPM). ns- velocidade síncrona (RPM). A velocidade sofre um ligeiro decréscimo quando o motor passa de um funcionamento em vazio (sem carga) para um funcionamento em carga máxima. O motor assíncrono tem atualmente uma aplicação muito grande tanto na industria como em utilizações domésticas, dada a sua grande robustez, baixo preço, arranque fácil (pode mesmo ser direto, em motores de baixa potência). Não possui coletor (órgão delicado e caro) tratando-se de uma gaiola de esquilo; não produz faíscas e tem, portanto uma manutenção muito mais reduzida do que qualquer outro motor. É utilizado o motor monofásico para baixas potências (até 1 a 2 Kw) e o polifásico para potências superiores. Há que destacar que o motor de indução ideal está numa faixa de velocidade entre 900 e 1800rpm, e com potências inferiores a alguns milhares de KW. Associados aos conversores eletrônicos de tensão e freqüência variáveis (variadores eletrônicos de velocidade), os motores de indução tendem a assumir um papel quase que exclusivo nos acionamentos elétricos. As perdas que ocorrem num motor dividem-se em quatro diferentes tipos:
- Perdas elétricas
- Perdas magnéticas
- Perdas mecânicas
- Perdas parasitas
- As perdas elétricas são do tipo { RI2}, aumentam acentuadamente com a carga aplicada ao motor. Estas perdas, por efeito de Joule podem ser reduzidas, aumentando a secção do estator e dos condutores do rotor.
- As perdas magnéticas ocorrem nas lâminas de ferro do estator e do rotor. Ocorrem devido ao efeito de histerese e às correntes induzidas (neste caso, correntes de Foucault), e variam com a densidade do fluxo e a freqüência. Podem ser reduzidas
através do aumento da secção do ferro no estator e rotor, através do uso de lâminas delgadas e do melhoramento dos materiais magnéticos.
- As perdas mecânicas são devido à fricção dos procedimentos, ventilação e perdas devido à oposição do ar. Podem ser reduzidas, usando procedimentos com baixa fricção e com o aperfeiçoamento do sistema de ventilação.
- As perdas parasitas (stray losses) ou perdas extraviadas são devidas a fugas do fluxo, distribuição de corrente não uniforme, imperfeições mecânicas nas aberturas para escoamento do ar, e irregularidades na densidade do fluxo do ar ao ser escoado pelas aberturas. Podem ser reduzidas através da otimização do projeto do motor e ainda de uma produção ou fabrico cuidadoso. Apresentamos seguidamente a distribuição das perdas no motor, as perdas parasitas não são representadas por terem um valor insignificante.
3.4 - Motores de Indução Monofásicos
Os motores monofásicos são assim chamados porque os seus enrolamentos de campo são ligados diretamente a uma fonte monofásica. Os motores de indução monofásicos são a alternativa natural aos motores de indução polifásico, nos locais onde não se dispõe de alimentação trifásica, como residências, escritórios, ficinas e em zonas rurais. Apenas se justifica a sua utilização para baixas potências (1 a 2 KW). Entre os vários tipos de motores elétricos monofásicos, o motor com rotor tipo gaiola destaca-se pela simplicidade de fabricação e, principalmente, pela robustez, fiabilidade e manutenção reduzida. Por terem somente uma fase de alimentação, não possuem um campo girante como os motores polifásicos, mas sim um campo magnético pulsante. Isto impede que tenham binário de arranque, tendo em conta que no rotor se induzem campos magnéticos alinhados com o campo do estator. Para solucionar o problema de arranque utilizam-se enrolamentos auxiliares, que são dimensionados e posicionados de forma a criar uma segunda fase fictícia, permitindo a formação do campo girante necessário para o arranque.
3.5 - Tipos de Motores de indução monofásicos:
Motor de Pólos Sombreados (ou shaded pole); Motor de Fase Dividida
Figura SEQ Figura *
Figura 6
Este motor possui um enrolamento principal e um auxiliar (para o arranque), ambos defasados de 90 graus. O enrolamento auxiliar cria um deslocamento de fase que produz o binário necessário para a rotação inicial e a aceleração. Quando o motor atinge uma rotação predeterminada, o enrolamento auxiliar‚ é desligado da rede através de uma chave que normalmente é atuada por uma força centrífuga (chave ou disjuntor centrífugo) ou em casos específicos, por relé de corrente, chave manual ou outros dispositivos especiais. Como o enrolamento auxiliar é dimensionado para atuar apenas no arranque, se não for desligado logo após o arranque danifica-se. O ângulo de desfasamento que se pode obter entre as correntes do enrolamento principal e do enrolamento auxiliar é pequeno e, por isso, estes motores têm binário de arranque igual ou pouco superior ao nominal, o que limita a sua aplicação a potências fracionárias e a cargas que exigem pouco binário de arranque, tais como máquinas de escritórios, ventiladores e exaustores, pequenos polidores, compressores herméticos, bombas centrífugas, etc.
3.8 - Motor de Condensador de Partida (Capacitor-Start).
É um motor semelhante ao de fase dividida. A principal diferença reside na inclusão de um condensador eletrolítico em série com o enrolamento auxiliar de arranque. O condensador permite um maior ângulo de desfasamento entre as correntes dos enrolamentos principal e auxiliar, proporcionando assim, elevados binários de arranque. Como no motor de fase dividida, o circuito auxiliar é desligado quando o motor atinge entre 75% a 80% da velocidade síncrona. Neste intervalo de velocidades, o enrolamento principal sozinho desenvolve quase o mesmo binário que os enrolamentos combinados. Para velocidades maiores, entre 80% e 90% da velocidade síncrona, a curva do binário com os enrolamentos combinados cruza a curva de binário do enrolamento principal de maneira que, para velocidades acima deste ponto, o motor desenvolve menor binário, para qualquer escorregamento, com o circuito auxiliar ligado do que sem ele. Devido ao fato de o cruzamento das curvas não ocorrer sempre no mesmo ponto e, ainda, o disjuntor centrífugo não abrir sempre exatamente na mesma velocidade, é prática comum fazer com que a abertura aconteça, na média, um pouco antes do cruzamento das curvas. Após a abertura do circuito auxiliar o seu funcionamento é idêntico ao do motor de fase dividida. Com o seu elevado binário de arranque (entre 200% e 350% do binário nominal), o motor de condensador de partida
pode ser utilizado numa grande variedade de aplicações e‚ fabricado para potências que vão de ¼ cv a 15 cv.
3.9 - Motor De Condensador Permanente (Permanent.Split Capacitor)
Neste tipo de motor, o enrolamento auxiliar e o condensador ficam permanentemente ligados, sendo o condensador do tipo eletrostático. O efeito deste condensador é o de criar condições de fluxo muito semelhantes às encontradas nos motores polifásicos, aumentando, com isso, o binário máximo, o rendimento e o fator de potência, além de reduzir sensivelmente o ruído. Construtivamente são menores e isentos de manutenção, pois não utilizam contactos e partes móveis, como nos motores anteriores. Porém o seu binário de arranque, é inferior ao do motor de fase dividida (50% a 100% do conjugado nominal), o que limita sua aplicação a equipamentos que não requerem elevado binário de arranque, tais como: máquinas de escritório, ventiladores, exaustores, sopradores, bombas centrifugas, esmeris, pequenas serras, furadeiras, condicionadores de ar, pulverizadores, etc. São fabricados normalmente para potências de 1/50 a 1,5 cv.
- Motor Com Dois Condensadores (Two. Value Capacitor) É um motor que utiliza as vantagens dos dois anteriores: arranque como o do motor de condensador de partida e funcionamento em regime idêntico ao do motor de condensador permanente. Porém, devido ao seu alto custo, normalmente são fabricados apenas para potências superiores a 1 cv.
3.10 - Motores Polifásicos
O motor de indução polifásico é o tipo mais utilizado, tanto na industria como no ambiente doméstico, devido à maioria dos sistemas atuais de distribuição de energia elétrica serem trifásicos de corrente alternada. O nosso estudo recaiu essencialmente nos motores de indução trifásicos, já que na prática constituem o grande leque dos motores de indução polifásicos e também porque o numero de fases varia o seu comportamento de uma forma já relatada, nomeadamente com a variação do numero de pares de pólos que provoca alterações conhecidas. A utilização de motores de indução trifásicos é aconselhável a partir dos 2 KW , Para potências inferiores justifica-se o monofásico. O motor de indução trifásico apresenta vantagens relativamente ao monofásico, nomeadamente um arranque mais fácil, o ruído é menor e são mais baratos para potências superiores a 2Kw.
REFERËNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
HALLIDAY Resnick e Walker. Fundamentos de Física 3 – Eletromagnetismo
- 6ªedição- editora LTC – Cap. 28.
Disponível em : HTTP//www.wikipedia.com.br. Eletromagnetismo. Acessado em: 16 de setembro de 2011.
TIPLER, P.A., Física para Cientistas e Engenharias. Livros Técnicos e Cientificos. Editora S.A. 2000.
TORRES , Carlos Magno; NICOLAU, Gilberto Ferraro; PENTEADO, Paulo César; SOARES, Paulo Toledo. Física Ciência e Tecnologia. Volume único. Editora Moderna (2001).
