Em outros artigos focalizamos o princípio de funcionamento dos motores de corrente contínua, apresentando um interessante projeto experimental para o próprio leitor construir seu motor. É claro que os motores de corrente contínua não os únicos que existe e muitas tecnologias para a construção de motores podem ser encontradas nos tipos usados em dispositivos de automação, mecatrônica e robótica. Um dos motores que encontramos em projetos ligados à rede de energia é o Motor de Indução. Por suas características ele pode ser uma solução interessante para muitos projetos, mas é preciso que o leitor o conheça para saber onde pode usá-lo. É justamente deste motor que vamos falar neste artigo.
Uma característica não muito desejável em motores elétricos é a presença de escova que comutam as bobinas. Essas escovas, ao comutarem geram transientes e outras perturbações que tanto podem afetar o próprio circuito onde o motor funciona como até circuitos próximos de outros aparelhos na forma de EMI ou Interferência Eletro-Magnética.
Os motores de indução, entretanto, não usam escovas e por esse motivo podem consistir numa solução bastante interessante para alguns projetos. É claro que eles, como qualquer outro tipo de motor têm suas vantagens e desvantagens que ficarão claras no decorrer deste artigo.
Como Funciona
A não presença de escovas comutadoras e apenas uma bobina fixa torna bastante simples entender o princípio de funcionamento do motor de indução.
Um motor típico do tipo de indução possui um rotor em curto-circuito com defasamento indutivo de campo e possuem uma estrutura básica conforme a mostrada na figura 1.
Encontramos esses motores no acionamento de toca-discos antigos, de 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, já que os motores de indução operam exclusivamente com corrente alternada.
Temos então um eletro-imã em forma de "U" formado por diversas placas de ferro doce, como as usadas nos transformadores comuns. A finalidade de se usar um núcleo laminado é evitar as correntes de turbilhão induzidas num condutor sólido que causariam seu aquecimento excessivo, conforme mostra a figura 2.
Entre os pólos do imã, 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 eletro-imã em forma de "U".
A eficiência deste tipo de motor depende da fenda ou espaço que existe entre o eletro-imã e o rotor. Tanto 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 eletro-imã duas fendas nas quais são colocados dois anéis de cobre, conforme mostra a figura 3.
A finalidade destes 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 eletro-imã.
Conforme mostra a figura 4, se representarmos o campo na bobina e o campo na espira através de um gráfico, observamos que existe 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 deste 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 traduzida em 3 600 rpm para o motor (rotações por minuto).
Para que o rotor possa responder à esse campo rotativo ele precisa ter uma construção especial que é mostrada na figura 5.
Esse rotor possui sulcos ou canaletas no sentido axial nos quais são embutidos fios de cobre todos tendo 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. Como 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 acontece 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 o 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 vai dar uma volta completa a cada dois ciclos da corrente alternada. Assim, a velocidade teórica máxima desse tipo de motor é 1800 rpm.
Podemos também encontrar tipos com maior número de pólos que terão uma velocidade que será dada por:
rpm = 3600/n
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
Tem 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 injetores.
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, ou aproximadamente 200% da potência nominal) sendo por isso indicados para o acionamento de cargas maiores.
Tipo D
Tem o maior de todos os torques de partida e a velocidade final é menor. Trata-se de tipo ideal para aplicações em que 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.
