Aula 16 - Motores de Indução Monofásico e Trifásico

Figura 01 - Tipos de motores.

O motor elétrico é a máquina mais simples para se obter energia mecânica através da transformação de energia elétrica. Sendo que o motor de indução é o mais usado entre todos os tipos de motores, pois concilia robustez, grande versatilidade de aplicação, baixo custo, melhores rendimentos e não é poluente, aliados ao fato de se utilizar energia elétrica como fonte de alimentação (energia de fácil disponibilidade e baixo custo). Os tipos mais comuns de motores elétricos são mostrados na figura ao lado.

Motores de corrente contínua: São motores que precisam de uma fonte de corrente contínua, ou de um dispositivo que converta a corrente alternada em contínua. Sua velocidade pode ser ajustada de acordo com a tensão aplicada. Tem sua utilização principal nas aplicações que requeiram elevado conjugado de partida (como tração elétrica) e controle de velocidade sobre grandes faixas, principalmente em potências elevadas. Devido a necessidade de uma fonte de corrente contínua, e forma construtiva tem o seu custo elevado.
Motor universal: é um tipo de motor de funciona tanto em corrente contínua quanto em corrente alternada. O motor universal é um motor CC com excitação série, ou seja, um motor CC cujos enrolamentos de campo e de armadura estão conectados em série, podendo, portanto ser alimentado por uma única fonte, que pode ser contínua ou alternada monofásica.

Motores de corrente alternada: São motores que sua alimentação é feita através de uma fonte de corrente alternada. Podem ser classificados em assíncronos (indução) e síncronos. As máquinas síncronas possuem velocidade fixa e têm sua aplicação bastante limitada, devido ao alto custo. Já os motores de indução são utilizados na grande maioria das aplicações que necessitam de motores elétricos.

Funcionamento de Motor de Indução Trifásico

Os Motores de Indução Trifásicos são compostos basicamente de duas partes: um estator e um rotor. O estator constitui a parte estática de um motor e o rotor sua parte móvel.

Figura 02 - Vista explodida de motor de indução.

O estator é composto de chapas finas de aço magnético tratadas termicamente para reduzir ao mínimo as perdas por correntes parasitas e histerese. Estas chapas têm o formato de um anel com ranhuras internas (vista frontal) de tal maneira que possam ser alojados enrolamentos que deverão criar um campo magnético no estator.
O rotor, composto de chapas finas de aço magnético tratadas termicamente como o estator, tem também o formato de um anel (vista frontal), com os enrolamentos alojados longitudinalmente.
O motor de indução é o motor de construção mais simples. O estator e rotor são montados solidários, com um eixo comum aos “anéis” que os compõem. A aplicação de uma tensão nos enrolamentos do estator irá fazer com que apareça uma tensão nos enrolamentos do rotor. Assim o estator pode ser considerado como o primário de um transformador e o rotor como seu secundário. O espaço entre o estator e o rotor é denominado entreferro. Os enrolamentos, ou bobinas, são em número de três. Estas bobinas, alojadas nas ranhuras do estator, podem ser ligadas em estrela ou triângulo. No rotor os enrolamentos, enrolados longitudinalmente a seu eixo, podem ser realizados de duas maneiras, o que dá origem a dois tipos de rotor: Rotor Gaiola de Esquilo e Rotor Bobinado.

Figura 03 - Campo eletromagnético em motor de indução.

O funcionamento de um motor de indução trifásico baseia-se no princípio do acoplamento eletromagnético entre o estator e o rotor, pois há uma interação eletromagnética entre o campo girante do estator e as correntes induzidas nas barras do rotor, quando estas são cortadas pelo campo girante.
O campo girante é criado devido aos enrolamentos de cada fase estarem espaçados entre si de 120º. Sendo que ao alimentar os enrolamentos com um sistema trifásico, as correntes I1, I2 e I3 originarão seus respectivos campos magnéticos H1, H2 e H3, também, espaçados entre si 120°.
Além disso, como os campos são proporcionais às respectivas correntes, serão defasados no tempo, também de 120° entre si. A soma vetorial dos três campos H1, H2 e H3, será igual ao campo total H resultante.
A composição do campo gerado pela corrente induzida no rotor com o campo girante do estator resulta em uma força de origem magnética que gera um conjugado no eixo do motor, tendendo a fazer o rotor girar no sentido do campo girante. Se o conjugado é suficiente para vencer o conjugado resistente aplicado sobre o eixo, o rotor começa a girar. A energia elétrica fornecida ao estator pela rede é transformada em energia mecânica através do eixo do motor.

Uma última característica importante do motor de indução a ser citada é a sua placa de identificação, que traz informações importantes, listadas a seguir:

• CV: Potência mecânica do motor em cv;

• Ip/In: Relação entre as correntes de partida e nominal;

• Hz: Freqüência da tensão de operação do motor;

• RPM: Velocidade do motor na freqüência nominal de operação;

• V: Tensão de alimentação;

• A: Corrente requerida pelo motor em condições nominais de operação;

• F.S.: Fator de serviço, quando o fator de serviço é igual a 1,0, isto implica que o motor pode disponibilizar 100% de sua potência mecânica.

Os de tipos de falhas em motores trifásicos podem ser consultadas no catálogo disponível no link:  16_02_002 WEG Falhas em Motores trifásicos.pdf .
Vista explodida de motores trifásicos podem ser consultadas no catálogo disponível no link: 16_02_012 Vista Explodida em Motores Trifásicos.pdf.
O diagrama elétrico para energização de Motor de Indução trifásico está disponível em: 19_09_01 DM_Motor_de_Indução_6T .

Funcionamento de Motor de Indução Monofásico

Construtivamente, os motores monofásicos são semelhantes aos trifásicos, com a diferença de possuírem um único enrolamento de fase. Sua grande vantagem é a de poderem ser ligados à tensão de fase das redes elétricas, normalmente disponíveis em residências e pequenas propriedades rurais - ao contrário do que sucede com as redes trifásicas. Em contrapartida, possuem o inconveniente de serem incapazes de partir sem a ajuda de um circuito auxiliar, o que não ocorre com os motores trifásicos.
Em uma comparação com motores trifásicos, os monofásicos apresentam muitas desvantagens: apresentam maiores volume e peso para potências e velocidades iguais (em média 4 vezes); seu custo é mais elevado que os de motores trifásicos de mesma potência e velocidade; necessitam de manutenção mais apurada devido ao circuito de partida e seus acessórios; apresentam rendimento e fator de potência menores para a mesma potência; apresentam maior consumo de energia; possuem menor conjugado de partida e são difíceis de encontrar no comércio para potências mais elevadas (acima de 10 cv).

Motores monofásicos não podem partir sozinhos porque não conseguem formar o campo girante, como fazem os motores trifásicos. O campo pulsante sempre tem a mesma direção e não permitindo a indução de correntes significativas nos enrolamentos rotóricos.

Porém, se de alguma forma se puder conseguir um segundo campo com defasagem de 90° em relação à alimentação, se terá um sistema bifásico, com a conseqüente formação de um campo girante capaz de promover a partida, como mostra a figura ao lado. Existem várias maneiras de proporcionar esta defasagem. Cada uma delas corresponde a um determinado tipo de motor monofásico, como se verá na próximas seções.

É importante salientar que após atingir certa velocidade (entre 65 - 80% de sua velocidade síncrona), o motor pode continuar trabalhando com uma só fase. Isto quer dizer que, após acelerado, o circuito auxiliar de partida pode ser "desligado" sem que o motor pare.

Veja resumo de tipos de falhas em motores monofásicos no link: <<  16_02_001 WEG Falhas em Motores Monofásicos.pdf >>.

Vista explodida de motores monofásicos no link: 16_02_011 Vista Explodida em Motores Monofásicos.pdf .

Diagrama elétrico para energização do motor de indução monofásico com capacitor de partida disponível em: 19_09_09_CH_Motor_monofásico_com_reversão_manual .

As dimensões e características de motores elétricos podem ser consultadas no catálogo disponível no link a seguir: 14_09_024 Manual de Motores.

Quer saber como os motores de indução trifásicos são construídos, tenha a resposta assistindo o vídeo elaborado pela Catarinense Motores Elétricos: Motores de Indução Trifásico.

Lista de exercício de motores de indução monofásico e trifásico: 21_09_03 Lista de exercícios - Motores.

© Direitos de autor. 2015: Gomes; Sinésio Raimundo. Última atualização: 22/09/2019