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.

 

Motor de indução típico.
Motor de indução típico.

 

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.

 

Corrente de turbilhão induzidas no núcleo.
Corrente de turbilhão induzidas no núcleo.

 

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.

 

Anel de cobre para fazer uma espira de curto-circuito.
Anel de cobre para fazer uma espira de curto-circuito.

 

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.

 

Defasagem entre os campos magnéticos.
Defasagem entre os campos magnéticos.

 

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.

 

Rotor de construção especial.
Rotor de construção especial.

 

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.

 

Motor de indução de 4 pólos.
Motor de indução de 4 pólos.

 

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

 

Ventilador com motor de indução.
Ventilador com motor de indução.

 

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.