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Introdução
Motores de indução – também conhecidos como motores assíncronos – são o tipo mais comum de motor elétrico utilizado atualmente. Devido ao seu design simples, baixo custo e alta confiabilidade, os motores de indução são aplicados em uma ampla gama de usos em todas as indústrias de engenharia.
Motor de Indução
Tipos/Designs
Existem dois tipos principais de motor de indução: monofásico (1~) e trifásico (3~).
Designs de motores de indução monofásicos incluem:
- Motores de indução de fase dividida - utilizados em máquinas onde a frequência de partida é limitada e onde a potência não excede 1 kW.
- Motores de indução com capacitor de partida - empregados em máquinas com cargas de inércia mais altas e aquelas que requerem partidas frequentes, como transportadores.
- Motores de indução com capacitor de partida e capacitor de funcionamento - aplicações semelhantes aos motores de indução com capacitor de partida; um capacitor adicional é instalado para quando o motor está em operação.
- Motores de indução de polo sombreado – o original motor de indução AC. Ainda é usado em pequenos dispositivos e aqueles que requerem baixo torque de partida, como toca-discos, ventiladores de projetores, ventiladores de fotocopiadoras, secadores de cabelo etc.
Designs de motores de indução trifásicos incluem:
- Motores de indução de gaiola de esquilo - escolhidos por sua longevidade e baixa manutenção. Este design de motor de indução é o mais comum.
- Motores de indução de anel deslizante - fornecem alto torque e baixa corrente de partida; usados, por exemplo, em elevadores, guindastes e talhas.
Embora os motores de indução existam em várias formas, este artigo foca no design do motor de indução trifásico de gaiola de esquilo porque é de longe o tipo mais comum de motor de indução.
Dica - o termo ‘indução’ refere-se ao fato de que a corrente elétrica é induzida na gaiola do rotor quando o motor está em operação; isso difere de outros motores onde a corrente do rotor é fornecida por uma fonte externa.
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Componentes do Motor de Indução
Os dois principais conjuntos dentro de um motor de indução são o estator e o rotor; o estator e o rotor são, no entanto, construídos a partir de componentes individuais menores.
Estator
O estator é a parte estacionária do motor e consiste em uma carcaça com ranhuras e uma série de enrolamentos.
Enrolamentos do Estator
Os enrolamentos recebem energia AC trifásica, o que causa um campo magnético ao redor de cada um dos enrolamentos para expandir e contrair quando a corrente está fluindo. Cada enrolamento é energizado em pares e em sequência para produzir um campo magnético rotativo. Os enrolamentos do estator são geralmente fabricados de cobre, embora outros materiais estejam disponíveis, por exemplo, alumínio.
Carcaça do Estator
O estator é construído empilhando laminações de aço muito finas e altamente permeáveis dentro de uma estrutura de aço ou ferro fundido. A estrutura é fixada ao chão e é o exterior da estrutura que é pintado e visível para os observadores externos. Materiais comuns de construção de estrutura de motor incluem vários graus de aço e ferro fundido.
Rotor
Dentro do estator há um eixo metálico sólido, laminações e uma gaiola de esquilo; este conjunto é conhecido como rotor e é a parte rotativa do motor.
O eixo do rotor geralmente tem uma forma cilíndrica longa e fina, mas isso depende do design. As laminações de aço, a gaiola de esquilo e os rolamentos são todos montados no eixo do rotor. Os eixos do rotor são geralmente fabricados de aço inoxidável, pois é durável, mecanicamente forte e possui boas propriedades de resistência à corrosão e erosão.
Rotor do Motor de Indução
A gaiola de esquilo é uma gaiola em forma cilíndrica que se encaixa ao redor do eixo com barras que se estendem entre suas duas extremidades. Em cada extremidade da gaiola de esquilo, anéis de extremidade são anexados para criar um curto-circuito pelo qual a corrente induzida fluirá. As gaiolas de esquilo são tipicamente feitas de cobre ou alumínio.
Gaiola de Esquilo do Motor de Indução
Laminações de aço finas são deslizadas nas barras da gaiola de esquilo e comprimidas entre os anéis de extremidade; os materiais de laminação do rotor envolvidos são semelhantes aos usados para as laminações do estator. As laminações não seguem uma orientação perfeitamente reta, mas são ligeiramente inclinadas para aumentar o torque produzido. Há um grau máximo de ‘inclinação’ que essas laminações podem adotar, e isso depende do design do motor. A inclinação das laminações também reduz o risco de o rotor do motor ‘travar’ em uma posição entre campos magnéticos; esse cenário faz com que o rotor permaneça estacionário e não gire mesmo quando a corrente é fornecida aos enrolamentos do estator.
Tampas de Extremidade e Rolamentos
Tampas de extremidade são montadas em extremidades opostas da estrutura de um motor; o eixo do rotor passa por ambas as tampas de extremidade. Uma extremidade do eixo é a extremidade de acionamento (conectada à carga) enquanto a outra é a extremidade não acionada (geralmente conectada a um ventilador de resfriamento); ambas as extremidades do eixo têm chaves de eixo para transferir o movimento mecânico do eixo para suas conexões.
Rolamento Anti-Fricção
Escudos de poeira podem ser instalados entre o eixo e as tampas de extremidade para evitar que partículas estranhas entrem no interior do motor. Partículas estranhas podem levar à deterioração dos enrolamentos do motor ou de outras partes; a entrada de umidade é uma das formas mais comuns de falha do motor.
Em cada extremidade do eixo do rotor, rolamentos anti-fricção são instalados. Cada rolamento é instalado no eixo do rotor e alojado em um recesso dentro de cada tampa de extremidade. Um rolamento é geralmente retido usando um c-clip (anel de retenção) enquanto uma arruela de mola é usada para o rolamento oposto (dependendo do design do motor). O uso de rolamentos garante que o eixo gire suavemente e gere mínima fricção, o que é especialmente importante, pois o eixo pode girar em altas velocidades.
Informação – motores maiores não usam rolamentos anti-fricção, eles usam rolamentos lisos. Alterar o tipo de rolamento usado também altera consideravelmente o design. Por exemplo, rolamentos lisos requerem mais espaço, uma forma de lubrificação (geralmente óleo) e não usam arruelas de mola ou anéis de retenção c-clip. Rolamentos lisos também suportam cargas mais altas.
Ventilador e Protetor de Ventilador
Anexado à extremidade não acionada do eixo do rotor está um ventilador axial; quando o rotor gira, o ventilador também gira. O ventilador força o ar a atravessar o exterior da estrutura do motor para resfriá-lo durante a operação. As aletas da estrutura do motor servem como trocadores de calor e têm uma grande área de contato, isso aumenta a taxa de transferência de calor do motor para o ar e, assim, aumenta a capacidade de auto-resfriamento do motor.
Um protetor de ventilador protege o ventilador de corpos estranhos grandes e protege pessoas ou objetos próximos das lâminas do ventilador em movimento.
Protetor de Ventilador do Motor
Informação - um motor superaquecido pode derreter o isolamento ao redor dos enrolamentos e causar um curto-circuito no motor; esse modo de falha infelizmente não é incomum, mas pode ser facilmente evitado, desde que seja sempre fornecido resfriamento adequado.
Vantagens e Desvantagens
Vantagens do Motor de Indução
- Uso amplo - motores de indução são usados para uma ampla gama de aplicações em ambientes domésticos e industriais. Estima-se que cerca de 70% das máquinas usadas na indústria hoje são acionadas por motores de indução trifásicos.
- Barato e fácil de instalar - motores de indução de gaiola de esquilo não contêm escovas, anéis deslizantes, comutadores, ímãs permanentes, sensores de posição ou outros componentes que aumentam seu custo geral. Sua construção simples garante que sejam geralmente fáceis de instalar e manter. A ausência de escovas nos motores de indução de gaiola de esquilo significa que não são criadas descargas elétricas (faíscas) dentro do motor (teoricamente). Portanto, os motores de indução podem ser operados em condições ambientais mais perigosas, desde que sejam modificados para isso (motores classificados Ex etc.).
- Baixa manutenção - motores de indução requerem níveis relativamente baixos de manutenção, especialmente em comparação com motores DC que contêm escovas de carbono que facilmente sucumbem à deterioração.
- Longa vida útil - motores de indução são considerados ter uma vida útil comparativamente longa porque suas partes são mecanicamente fortes, resistentes à corrosão e erosão, e têm baixas taxas de desgaste.
- Alta eficiência - motores de indução têm alta eficiência.
- Auto-partida - motores de indução trifásicos são inerentemente auto-partida, ou seja, desde que a corrente elétrica seja fornecida aos enrolamentos do estator, o motor girará, nenhuma outra força externa é necessária.
Desvantagens do Motor de Indução
- Pobre torque de partida - com base em seu design, motores de indução geralmente têm um baixo torque de partida, um custo colateral de sua alta eficiência. Por essa razão, motores de indução são inadequados para uso em aplicações que requerem alto torque de partida. No entanto, conectar o motor indiretamente à carga, ou seja, via engrenagens, polias etc., pode contornar esse problema.
- Baixo fator de potência durante condições de carga leve – durante a partida e carga leve, o motor requer uma grande corrente de magnetização para superar a resistência produzida pela lacuna de ar entre o estator e o rotor. A soma vetorial das correntes de carga e magnetização faz com que a tensão atrase, consequentemente resultando em um baixo fator de potência. Devido à alta corrente de magnetização, o motor também experimentará um aumento nas perdas de cobre, o que reduz sua eficiência geral.
- Dificuldade em alcançar controle de velocidade - como um motor de indução trifásico é um motor de velocidade constante, ele naturalmente sofre muito pouco em termos de variação de velocidade, tornando a manipulação de sua velocidade difícil. No entanto, esse problema foi significativamente mitigado nos últimos anos devido ao avanço e aplicação da tecnologia de controle de frequência de velocidade variável.
Anotações do Modelo
Capa do Ventilador
Uma capa previne danos acidentais ao ventilador e ao pessoal.
Ventilador Axial
Um ventilador é usado para resfriar forçadamente o motor. O ar é puxado através das grades da capa do ventilador devido à pressão negativa criada pelo ventilador, o ar é então direcionado através da carcaça do motor. O ar em fluxo resfria o motor e reduz o risco de superaquecimento.
Porca
Porcas e parafusos são usados para fixar partes do motor juntas. As porcas escolhidas devem ter características adequadas de resistência à tração e resistência à corrosão.
As porcas são a parte ‘feminina’ de um conjunto de porca e parafuso.
Arruela de Travamento
Arruelas de travamento são usadas para aplicar uma força de tração contínua (força de alongamento) ao conjunto de parafuso e porca. A força de tração reduz a possibilidade de a porca se soltar devido à vibração.
Arruela Lisa
A arruela lisa distribui a força de compressão exercida pelo conjunto de parafuso e porca quando apertado. A arruela também evita que a porca e o parafuso ‘escavem’ nas superfícies metálicas ao serem apertados.
Tampa de Extremidade do Motor
A tampa de extremidade abriga o rolamento, c-clip e às vezes um selo de poeira. As duas tampas de extremidade suportam o peso do eixo.
Carcaça do Rolamento
O rolamento é alojado neste espaço.
Carcaça do C-clip
O c-clip é instalado com alicates de c-clip. Após abrir os alicates, o c-clip se expande devido às forças de tração residuais. A força residual mantém o c-clip firmemente dentro do sulco e evita o movimento axial do rolamento.
Rolamento de Esferas Selado
Um rolamento de esferas selado permite que o rotor gire sem transferir o movimento rotativo para outras partes estacionárias, ou seja, a carcaça do motor.
C-Clip / Anel de Retenção
Um anel de retenção é usado para reter o rolamento dentro da carcaça da tampa de extremidade do motor. O anel evita o movimento axial do rolamento.
Parafuso
Porcas e parafusos são usados para fixar partes do motor juntas. Os parafusos escolhidos devem ter características adequadas de resistência à tração e resistência à corrosão.
Os parafusos são a parte ‘masculina’ de um conjunto de porca e parafuso.
Carcaça do Motor
A carcaça do motor abriga o conjunto do estator e rotor. A carcaça deve ser forte o suficiente para suportar os estresses elétricos e mecânicos gerados pelo motor, bem como as demandas físicas de seu ambiente de trabalho, por exemplo, clima severo.
Estator
O estator contém os enrolamentos isolados para as três fases do motor.
A corrente elétrica fluindo por esses enrolamentos é o que faz o rotor girar.
O núcleo do estator é geralmente construído de ferro para reduzir as perdas de carga.
Trocador de Calor
As aletas do radiador aumentam a área de superfície da carcaça do motor. Uma área de superfície maior permite que o calor seja removido mais rapidamente pelo fluxo de ar forçado do ventilador.
Terminal de Conexão
O fornecimento trifásico e o cabo de aterramento são conectados à placa de terminais. Cada uma das três fases do motor deve ser corretamente ligada ao fornecimento de entrada. Os motores são conectados em configuração de fiação estrela ou delta.
Carcaça do Terminal
A carcaça do terminal protege a placa de conexão e as conexões elétricas de danos por objetos estranhos, como água.
Olhal de Elevação
O olhal de elevação permite mover o motor usando uma cinta, corda, guindaste, bloco de corrente ou cabo etc. É um requisito se o motor for muito grande para ser movido apenas com trabalho manual. Vários olhais de elevação podem ser usados para motores grandes.
Junta
Geralmente construída de borracha ou cartão. A junta é ‘espremida’ entre as duas superfícies metálicas para criar um espaço selado. A junta evita que água ou contaminação passe entre as superfícies metálicas e entre na carcaça do terminal.
Pés / Base
O peso completo do motor é transferido para a estrutura ou solo através dos pés. A base tem furos ou canais perfurados para permitir o alinhamento e fixação do motor.
Eixo do Rotor
O eixo do rotor conecta o rotor aos rolamentos, ventilador e carga. Ao instalar, o rotor é às vezes resfriado e os rolamentos aquecidos para permitir uma montagem fácil (apenas para motores pequenos).
Rotor
O núcleo do rotor é construído de laminações de aço. O campo magnético criado pelos enrolamentos do estator atua sobre o rotor e faz com que ele gire. O tipo de rotor usado neste exemplo é um rotor de gaiola (motor de gaiola de esquilo).
Chave de Eixo
A chave de eixo é a única conexão entre o eixo do rotor e a carga sendo acionada, portanto, é imperativo que a chave possa suportar as características de carga completas do motor sem falhar.
Anel de Extremidade
O anel de extremidade é usado para comprimir as laminações de aço juntas.
Ranhura da Chave de Eixo
A chave de eixo fica dentro desta ranhura.
Selo de Poeira
Dependendo do design, um selo de poeira de borracha pode ficar neste espaço. O selo reduz o risco de contaminação entrar na carcaça do motor. O selo é pressionado entre o eixo do rotor e a tampa de extremidade do motor.
Recursos Adicionais
https://en.wikipedia.org/wiki/Induction_motor
https://www.electrical4u.com/induction-motor-types-of-induction-motor
https://www.elprocus.com/induction-motor-types-advantages