Ligue um ventilador de mesa e as pás giram suavemente, sem escovas ou comutador visíveis. Dentro há um pequeno motor CA, provavelmente um motor de indução. Em vez de alimentar a corrente diretamente no rotor, o motor cria corrente no rotor por indução magnética do estator. Esse é o núcleo do princípio de funcionamento do motor de indução: um campo magnético rotativo induz corrente no rotor, e a interação entre esses dois campos produz torque.
O que é um motor de indução?
Um motor de indução é um motor elétrico CA no qual o torque é produzido por uma corrente de rotor induzida eletromagneticamente. O estator está conectado à fonte CA e cria um campo magnético rotativo. O rotor, normalmente um rotor de gaiola de esquilo, possui circuitos fechados nos quais a mudança de campo induz uma tensão. Como a corrente flui no rotor sem qualquer contato elétrico direto, o motor não precisa de escovas, anéis coletores e ímãs permanentes.
Como a corrente induzida depende do movimento relativo entre o rotor e o campo do estator, o rotor não pode girar exatamente na velocidade síncrona. A diferença de velocidade é chamada de escorregamento. É por isso que o motor de indução também é descrito como motor assíncrono. Para uma visão mais ampla das famílias de motores, revise o principais categorias de motores .
Estator e rotor: as duas partes básicas
Todo motor de indução possui dois componentes ativos. O estator é um núcleo estacionário feito de finas chapas de aço laminadas, com enrolamentos de cobre ou alumínio colocados em ranhuras. Os motores monofásicos normalmente usam um enrolamento principal mais um enrolamento auxiliar. Os motores trifásicos usam três enrolamentos espaçados de 120 graus. Quando a energia CA é aplicada, os enrolamentos criam um campo magnético rotativo que atravessa o entreferro.
O rotor é a parte rotativa. A construção mais comum é o rotor de gaiola de esquilo, onde barras de alumínio ou cobre são embutidas em um núcleo laminado e curto-circuitadas por anéis terminais. Isso dá ao motor um corpo simples e robusto, sem desgaste no circuito do rotor. Para pequenos eletrodomésticos, a simplicidade do rotor de gaiola de esquilo é uma das principais razões pelas quais os motores de indução duram muito tempo.
Como o princípio de funcionamento do motor de indução produz torque
A lei de Faraday diz que um campo magnético variável induz uma tensão em um condutor. No motor de indução, o campo rotativo do estator percorre as barras do rotor. Os condutores veem um fluxo variável, então uma tensão é induzida. Como as barras estão em curto-circuito através dos anéis finais, a corrente flui no rotor.
De acordo com a lei de Lenz, a corrente induzida cria um campo magnético que se opõe à mudança que a causou. Essa oposição resulta em uma força mecânica nas barras do rotor. A força é aplicada tangencialmente e o motor começa a girar. Em termos simples, o rotor persegue continuamente o campo do estator.
Por que o rotor nunca alcança o campo
Se o rotor atingisse a velocidade síncrona, o campo do estator e o rotor se moveriam juntos. Não haveria movimento relativo, nem tensão induzida, nem corrente no rotor, nem torque. Portanto, o rotor sempre funciona um pouco mais devagar que o campo rotativo. Essa pequena diferença de velocidade é o que permite que o motor de indução continue produzindo torque.
Velocidade e deslizamento síncronos
A velocidade do campo rotativo do estator é chamada de velocidade síncrona. Para uma determinada frequência AC e número de pólos, é calculado como Ns = 120f/P, onde f é a frequência da linha em hertz e P é o número de pólos. A 50Hz, um campo de 2 pólos gira a 3.000 rpm e um campo de 4 pólos gira a 1.500 rpm. A 60Hz, as velocidades são 3.600 rpm e 1.800 rpm, respectivamente.
| Número de pólos | 50 Hz | 60 Hz |
|---|---|---|
| 2 | 3000rpm | 3600 rpm |
| 4 | 1500rpm | 1800rpm |
| 6 | 1000rpm | 1200rpm |
O deslizamento é definido como s = (Ns - Nr) / Ns, onde Nr é a velocidade real do rotor. Sem carga, o escorregamento é muito pequeno. Em plena carga, um motor pequeno típico pode apresentar um escorregamento de 3 a 6%. Se o escorregamento fosse zero, o rotor não teria razão para girar porque nenhuma corrente seria induzida. É por isso que um motor de indução, por definição, sempre funciona mais devagar que o campo rotativo.
Motores de indução monofásicos e trifásicos
Os motores de indução trifásicos têm partida automática porque os três conjuntos de enrolamentos geram naturalmente um campo magnético rotativo. Eles são amplamente utilizados em bombas industriais, compressores e acionamentos de transportadores. A eficiência e a densidade de potência desses motores são altas e o controle de velocidade pode ser adicionado com um inversor de frequência.
Os motores de indução monofásicos são diferentes. Com apenas um enrolamento, o campo do estator pulsa ao longo de um eixo em vez de girar, de modo que o rotor não pode dar partida sozinho. A solução padrão é adicionar um enrolamento auxiliar e um capacitor para criar uma mudança de fase. Em um motor monofásico com capacitor, o capacitor permanece no circuito durante a partida e o funcionamento, o que melhora o torque e a eficiência.
Este projeto é comum em ventiladores de resfriamento e aparelhos de movimentação de ar. Um exemplo típico é um motor CA de ar frio com carcaça de alumínio para mesa que usa um enrolamento de capacitor para fornecer rotação constante em um conjunto de ventilador.
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Ventiladores de resfriamento, refrigeradores de ar, ventiladores de aquecimento, exaustores e desumidificadores são aplicações típicas. O princípio de funcionamento do motor de indução oferece a esses produtos uma maneira confiável e de baixo custo de ligar um ventilador ou soprador a partir da alimentação CA padrão. Como o rotor é simples e sem escovas, os principais itens de desgaste são os rolamentos e o isolamento, e não o circuito elétrico.
Ventiladores de aquecedor
As aplicações de ventiladores de aquecedor exigem mais fluxo de ar contínuo. Um motor aquecedor deve suportar uma corrente de ar quente e uma carga térmica constante do trocador de calor. Por esta razão, muitos produtos de aquecimento utilizam um motor de aquecimento operado por capacitor para manter a velocidade do ventilador estável durante longos ciclos de funcionamento.
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Os exaustores de cozinha enfrentam gordura, umidade e produtos químicos de limpeza. Um motor CA de fumaça de óleo encapsulado em plástico é frequentemente preferido nesse ambiente porque o invólucro de plástico selado mantém o óleo e a umidade longe dos enrolamentos do motor. É um exemplo prático de como o projeto básico do motor de indução pode ser adaptado a tarefas exigentes de aparelhos.
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Ao escolher um motor para um novo aparelho, comece pela aplicação e depois verifique os detalhes elétricos e mecânicos. O princípio de funcionamento explica o básico, mas o produto final depende da qualidade de fabricação e da seleção dos componentes.
- Tensão e frequência nominais: confirme se o motor foi projetado para 110 V / 60 Hz, 230 V / 50 Hz ou classificação dupla.
- Velocidade do rotor e contagem de pólos: verifique a velocidade sem carga e a velocidade nominal sob carga e compare o escorregamento com o objetivo da sua aplicação.
- Tipo e tamanho do capacitor: o capacitor afeta o torque de partida, a eficiência de funcionamento e o aumento de calor. Use o valor especificado pelo projetista do motor.
- Rolamento e isolamento: escolha a qualidade do rolamento e a classe de isolamento de acordo com a temperatura operacional e vida útil esperada.
- Certificações e testes: confirme se o motor está em conformidade com os padrões de segurança elétrica e desempenho exigidos em seu mercado-alvo.
Teste o motor no aparelho completo. Meça o aumento da temperatura durante algumas horas, ouça ruídos anormais e verifique se a velocidade permanece estável sob carga. Se você estiver comparando opções de um fornecedor de motores , solicite medidas e desenhos dimensionais em vez de confiar apenas nos dados do catálogo.
O princípio de funcionamento do motor de indução é simples: um campo rotativo do estator cria uma corrente induzida no rotor e o escorregamento mantém essa corrente viva. O resultado é um motor simples e sem escovas que pode funcionar de forma confiável em ventiladores, sopradores e eletrodomésticos por anos. Compreender esses princípios básicos ajuda você a selecionar o motor certo e fazer as perguntas certas durante a avaliação do fornecedor.
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