Aprenda como funciona o motor elétrico, as suas partes principais, porquê e onde são utilizados, juntamente com exemplos práticos.

Desloque-se para o fundo para ver o tutorial do YouTube

Este é um motor elétrico. É um dos dispositivos mais importantes alguma vez inventados. Estes motores são utilizados em todo o lado, desde bombear a água que bebemos, a alimentar elevadores e gruas, até ao arrefecimento de centrais nucleares. Por isso, vamos ver o interior de um e aprender em pormenor como funcionam neste artigo.

O motor de indução tem o seguinte aspeto: transforma a energia eléctrica em energia mecânica, que pode ser utilizada para acionar bombas, ventoinhas, compressores, engrenagens, polias, etc. Quase todas as peças se encontram no interior da carcaça principal. Na parte da frente encontra-se o veio, que é a parte que roda e à qual podemos ligar coisas como bombas, engrenagens e polias, para que estas trabalhem para nós.O motor de indução pode produzir muito calor quando está em funcionamento, pelo que a ventoinha sopra ar ambiente sobre a caixa para a arrefecer. Se o motor de indução ficar demasiado quente, o isolamento das bobinas eléctricas internas derrete, provocando um curto-circuito e o motor destrói-se.As alhetas na parte lateral da caixa ajudam a aumentar a área de superfície, o que nos permite remover mais calor indesejado.

O eixo é suportado por alguns rolamentos que se encontram no interior das blindagens dianteira e traseira. Os rolamentos ajudam o eixo a rodar suavemente e mantêm-no em posição.

No interior da carcaça encontra-se o estator, que é estacionário e não gira. É constituído por vários fios de cobre que são enrolados em bobinas entre as ranhuras posicionadas em torno do perímetro interno. O fio de cobre é revestido com um esmalte especial que isola eletricamente os fios uns dos outros, o que significa que a eletricidade tem de fluir através de toda a bobina, caso contrário levariaEste é um motor de indução trifásico, pelo que temos três conjuntos separados de bobinas no estator. As extremidades de cada conjunto serão ligadas aos terminais dentro da caixa de terminais eléctricos. Veremos como estes são ligados um pouco mais adiante neste artigo. Quando ligado à alimentação eléctrica, o estatorgera um campo eletromagnético rotativo.

Ligado ao eixo está o rotor. Neste caso, é um rotor do tipo gaiola de esquilo. Chama-se gaiola de esquilo porque tem dois anéis de extremidade ligados por algumas barras, que rodam em conjunto. Este design é semelhante a uma pequena gaiola ou roda de exercício utilizada por um hamster de estimação ou mesmo por um esquilo.

A gaiola de esquilo está equipada com várias chapas de aço laminado, que ajudam a concentrar o campo magnético nas barras. As chapas são utilizadas em vez de uma peça sólida de metal, uma vez que melhoram a eficiência ao reduzir o tamanho das correntes de Foucault no rotor.

Quando o rotor é colocado dentro do estator e o estator é ligado a uma fonte de alimentação eléctrica, o rotor começa a rodar. Como é que isto é possível?

Como funcionam os motores de indução

Quando a eletricidade passa através de um fio, é gerado um campo eletromagnético à volta do fio. Podemos ver isto colocando algumas bússolas à volta do fio, as bússolas rodam para se alinharem com este campo magnético. Se o sentido da corrente for invertido, o campo magnético também se inverte, pelo que as bússolas mudam de direção.

O campo magnético do fio está a puxar e a empurrar os mostradores da bússola. Tal como se deslizarmos dois ímanes em barra na direção um do outro, eles serão atraídos ou repelidos. Podemos até utilizar um íman para rodar outro íman. Ou podemos rodar o íman alterando a intensidade do campo magnético à sua volta.

Se colocarmos um fio num campo magnético e fizermos passar uma corrente através dele, o campo magnético do fio irá interagir com os ímanes permanentes, o campo magnético e o fio irão sofrer uma força. Esta força irá mover o fio para cima ou para baixo, dependendo da direção da corrente e da polaridade dos campos magnéticos.

Se enrolarmos o fio numa bobina, o campo eletromagnético torna-se mais forte, a bobina produzirá um pólo norte e um pólo sul, tal como um íman permanente. Chamamos a estas bobinas de fio um indutor. Quando passamos corrente alternada através do fio, os electrões mudam constantemente de direção entre fluir para a frente e para trás. Assim, o campo magnético também se expande e colapsa e oQuando colocamos uma outra bobina, separada, nas proximidades e completamos o circuito, o campo eletromagnético induzirá uma corrente nesta segunda bobina.

Podemos ligar duas bobinas e colocá-las uma em frente da outra para criar um campo magnético maior. Se colocarmos um fio em loop fechado no interior deste grande campo magnético, induziremos uma corrente no loop. Como sabemos, quando passamos uma corrente através de um fio, este gera um campo magnético e também sabemos que os campos magnéticos se empurram ou puxam uns aos outros. Assim, este loop de fio também geraráCada lado da bobina experimentará forças opostas, fazendo-a girar. Este loop é, portanto, o nosso rotor, e as bobinas são o estator.

No entanto, o rotor só roda até estar alinhado com as bobinas do estator e depois fica preso porque a corrente induzida inverte com a bobina. Para ultrapassar isto, temos de introduzir outro conjunto de bobinas no estator e temos de as ligar a outra fase. Os electrões fluem nesta fase num momento ligeiramente diferente, pelo que o campo eletromagnético também mudará de intensidade eIsto forçará o rotor a rodar.

No interior do motor de indução temos 3 bobinas separadas que são utilizadas para produzir um campo eletromagnético rotativo. Quando passamos uma corrente alternada através de cada bobina, as bobinas produzem um campo eletromagnético que muda de intensidade e de polaridade à medida que os electrões mudam de direção, mas, se ligarmos cada bobina a uma fase diferente, então os electrões em cada bobinaIsto significa que a polaridade e a intensidade do campo magnético também ocorrerão num momento diferente.

Para distribuir este campo magnético, é necessário rodar os conjuntos de bobinas 120 graus em relação à fase anterior, e depois combiná-los no estator. O campo magnético varia em força e polaridade entre as bobinas que se combinam para produzir o efeito de um campo magnético rotativo.

As barras da gaiola de esquilo estão em curto-circuito em cada extremidade, o que cria vários laços ou bobinas, cada barra induz uma corrente e cria um campo magnético.

O campo magnético das barras do rotor interage com o campo magnético do estator. O campo magnético das barras do rotor é atraído pelo campo magnético do estator. Como o campo magnético está a rodar, o rotor também roda na mesma direção que o campo magnético para tentar alinhar-se com ele, mas nunca conseguirá alcançá-lo totalmente.

As barras do rotor são frequentemente inclinadas, o que ajuda a distribuir o campo magnético por várias barras e impede o motor de se alinhar e encravar.

Ligações eléctricas

O estator contém todas as bobinas ou enrolamentos utilizados para criar o campo eletromagnético rotativo quando a eletricidade é passada através dos fios. Para alimentar as bobinas, encontramos uma caixa de terminais eléctricos na parte superior ou, por vezes, na lateral.

Dentro desta caixa temos 6 terminais eléctricos. Cada terminal tem uma letra e um número correspondente, temos U1, V1 e W1 e depois W2, U2 e V2. Temos a nossa bobina da fase 1 ligada aos dois terminais U, depois as bobinas da fase 2 ligadas aos dois terminais V e por último a bobina da fase 3 ligada aos dois terminais W. Repare que os terminais eléctricos estão dispostos numa configuração diferenteVeremos porquê daqui a pouco.

Agora trazemos a nossa fonte de alimentação trifásica e ligamo-la aos seus respectivos terminais. Para que o motor funcione, precisamos de completar o circuito e há duas formas de o fazer. A primeira forma é a configuração delta. Para isso, ligamos os terminais de U1 a W2, V1 a U2 e W1 a V2. Isto dar-nos-á a nossa configuração delta.

Agora, quando fornecemos corrente alternada através das fases, vemos que a eletricidade flui de uma fase para outra à medida que a direção da corrente alternada se inverte em cada fase num momento diferente. É por isso que temos os terminais em diferentes disposições na caixa de terminais, porque podemos facilmente ligá-los e permitir que a eletricidade flua entre as fases à medida que os electrões se invertem em momentos diferentes.

A outra forma de ligar os terminais é utilizar a configuração em estrela ou estrela-triângulo. Neste método, ligamos entre W2, U2 e V2 apenas de um lado, o que nos dará a nossa ligação equivalente em estrela ou estrela-triângulo. Agora, quando passamos eletricidade através das fases, vemos que os electrões são partilhados entre os terminais das fases.

Devido às suas diferenças de conceção, a quantidade de corrente que flui na configuração em estrela e em triângulo é diferente, e veremos alguns cálculos para estas configurações no final do artigo.

Cálculos Delta em estrela (Wye)

Vejamos a diferença entre as configurações em estrela e em delta.

Digamos que temos o motor ligado em delta, com uma tensão de alimentação de 400 Volts, o que significa que quando utilizamos um multímetro para medir a tensão entre quaisquer duas fases, obteremos uma leitura de 400 Volts, a que chamamos tensão linha a linha.

Agora, se medirmos através das duas extremidades de uma bobina, veremos novamente a tensão de linha a linha de 400 Volts. Digamos que cada bobina tem uma resistência ou impedância, uma vez que se trata de corrente alternada, de 20 Ohms. Isso significa que obteremos uma leitura de corrente na bobina de 20 amperes. Podemos calcular isso a partir de 400 Volts divididos por 20 Ohms, que é 20 Amperes. Mas, a corrente na linha será diferente, será de 34,6 Amperes.Obtemos isso a partir de 20Amps multiplicado pela raiz quadrada de 3, que é 34,6Amps, isto porque cada fase está ligada a duas bobinas.

Agora, se olharmos para a configuração em estrela ou em estrela, temos novamente uma tensão de linha a linha de 400 V. Vemos isso, se medirmos entre quaisquer duas fases. Mas, com a configuração em estrela, todas as nossas bobinas estão ligadas entre si e encontram-se no ponto estrela ou no ponto neutro. É a partir deste ponto que podemos passar um fio neutro, se necessário. Portanto, desta vez, quando medimos a tensão através das extremidades de qualquer bobina,obtemos um valor mais baixo de 230Volts, isto porque a fase não está diretamente ligada a duas bobinas como na configuração delta, uma extremidade da bobina está ligada a uma fase mas a outra está ligada ao ponto partilhado, pelo que a tensão é partilhada. A tensão é menor porque uma fase está sempre em sentido inverso. Podemos calcular isto através de 400Volts divididos pela raiz quadrada de 3 que é 230Volts. Como oSe esta bobina também tiver uma impedância de 20 Ohms, então 230Volts divididos por 20Amps = 11,5Amps. A corrente de linha também será, portanto, a mesma, com 11,5Amps.

Assim, podemos ver que, na configuração em triângulo, a bobina está exposta a 400 V entre duas fases, mas a configuração de arranque está exposta apenas a 230 V entre a fase e o ponto neutro. Assim, a estrela utiliza menos tensão e menos corrente em comparação com a versão em triângulo.