Motores Eletricos

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Capítulo 8 - MOTORES ELÉTRICOS _

8.1 - Motores de Corrente Contínua 8.2 - Motores de Corrente Alternada 8.3 - Motores Especiais 8.4 - Exercícios Propostos

Na natureza a energia se encontra distribuída sob diversas formas, tanto energia mecânica, térmica, luminosa e outras formas; no entanto a energia mecânica é a mais conhecida forma de energia e na qual o homem tem mais domínio. A energia mecânica, tal como ela está disponível na natureza é de difícil utilização prática, além de ser uma energia variável no tempo. Então, converte-se a energia mecânica em Energia Elétrica através das Máquinas Elétricas conhecidas como geradores. A energia elétrica possui as vantagens de ser uma energia limpa, de fácil transporte e de fácil manuseio, podendo ser reconvertida em energia térmica, luminosa, eletromagnética, e também em energia mecânica. Quem efetua esta última transformação são as Máquinas Elétricas conhecidas como motores.

Então, o motor é um elemento de trabalho que converte energia elétrica em energia mecânica de rotação. Já o gerador é uma máquina que converte energia mecânica de rotação em energia elétrica.

Num motor elétrico, distinguem-se essencialmente duas peças: o estator, conjunto de elementos fixados à carcaça da máquina, e o rotor, conjunto de elementos fixados em torno do eixo, internamente ao estator.

O rotor é composto de : a) Eixo da Armadura: responsável pela transmissão de energia mecânica para fora do motor, pelo suporte dos elementos internos do rotor e pela fixação ao estator, por meio de rolamentos e mancais. b) Núcleo da Armadura: composta de lâminas de Fe-Si, isoladas umas das outras, com ranhuras axiais na sua periferia para a colocação dos enrolamentos da armadura. c) Enrolamento da Armadura: São bobinas isoladas entre sí e eletricamente ligadas ao comutador. d) Comutador: consiste de uma anel com segmentos de cobre isolados entre sí, e eletricamente conectados às bobinas do enrolamento da armadura.

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O estator é composto de:

a) Carcaça: serve de suporte ao rotor, aos pólos e de fechamento de caminho magnético. b) Enrolamento de campo: são bobinas que geram um campo magnético intenso nos pólos. c) Pólos ou sapatas polares: distribui o fluxo magnético produzido pela bobinas de campo. d) Escovas: são barras de carvão e grafite que estão em contato permanente com o comutador.

As máquinas elétricas possuem praticamente os mesmos elementos principais, porém com diferenças importantes entre eles. Às vezes a bobina de armadura está no estator e não no rotor, o mesmo acontecendo com a bobina de campo. Outras não possuem escovas, outros ainda não possuem bobina de armadura, e assim por diante. Porém, os nomes dados aos componentes da máquina são gerais e valem para a maioria das máquinas elétricas.

De forma geral os motores elétricos são classificados em:

Todo o motor apresenta suas principais caraterísticas elétricas escrita sobre o mesmo ou em uma placa de identificação. Os principais dados elétricos são: tipo de motor, tensão nominal, corrente nominal, freqüência, potência mecânica, velocidade nominal, esquema de ligação, grau de proteção, temperatura máxima de funcionamento, fator de serviço, etc..

4.1 Motor de Corrente Contínua

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A Figura Capítulo 8 .1 nos mostra as partes internas de um máquina de corrente contínua básica e sua representação.

Figura Capítulo 8 .1 - Motor de Corrente Contínua com 2 Pólos

O motor de corrente contínua apresenta quatro terminais acessíveis, dois para as bobinas de campo ( terminais 3 e 4 ) e dois para as bobinas de armadura ( terminais 1 e 2 ). Em alguns motores de baixa potência, as bobinas de campo são substituídas por ímãs permanentes. Neste caso, o motor apresenta apenas dois terminais de acesso ( terminais 1 e 2 ).

O princípio de funcionamento elementar de um motor de corrente contínua está baseado na

Força mecânica que atua sobre um condutor imerso num campo magnético, quando sobre ele circula uma corrente elétrica. Observe a figura 8.2 . Na bobina 1, as forças são iguais e opostas, não produzindo nenhuma força de rotação ( torque ou par binário), mas as bobinas 2,3 e 4 tem sobre elas um torque Fx tal que impulsiona o rotor para girar, levando consigo a bobina 1, que então entra na região ( da bobina 2) onde estava a bobina 2, e então passa a exercer uma força de giro também. Observe que para este esquema funcionar, é necessário inverter o sentido da corrente da armadura a cada 180 º . O elemento que faz a comutação do sentido da corrente é o comutador.

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Figura Capítulo 8 .2 - Motor de Corrente Contínua com 2 Pólos e 4 Bobinas no Rotor

Sabemos que, quando um condutor está imerso num campo magnético, se deslocando com uma certa velocidade “v” dentro deste campo, sobre ele é induzido uma corrente elétrica. Observe que o sentido desta corrente elétrica é contrário ao sentido mostrado na figura 8.2. Por isso essa força eletromotriz induzida é chamada de Força-contra-eletromotriz induzida - fcem- simbolizada pelas letras Ec.

A equação fundamental do torque nos motores é dado por:

T KI (N.m)1 a= f

Onde:

f = Fluxo magnético produzido pelos pólos; Ia = corrente que circula pelas bobinas da armadura;

K1 = constante construtiva do rotor das máquinas elétricas. A fcem gerada pelo movimento do motor é dado por:

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Onde: n = número de rotações por minuto;

O fluxo magnético, por sua vez, depende da corrente de campo If, pela seguinte expressão:

Tanto as bobinas de campo como as bobinas de armadura apresentam um resistência elétrica a passagem da corrente, e chamamos aqui de Rf e Ra respectivamete.

Analisando o circuito do rotor, podemos conclui que:

Va IaRa Ec Ec Va IaRa = +

Como Ec varia com a velocidade e o fluxo, podemos subsutitui Ec na equação anterior e isolar a velocidade n ( em rpm ). Então:

n Va IaRa

Esta equação é fundamental, pois nos diz que a velocidade do motor depende das tensão aplicada na armadura, da corrente na bobina e do valor do fluxo magnético. Note que a velocidade do motor tende ao infinito quando o fluxo tende a zero. Conseqüentemente, não devemos tirar, sob hipótese alguma, a corrente de campo, pois o motor “dispara” .

O princípio de funcionamento do motor de corrente contínua também pode ser baseado na ação de forças magnéticas sobre o rotor, geradas pela interação do campo magnético criado pelas bobinas de campo com o campo magnético criado pelas bobinas da armadura, conforme mostra a figura 8.3.

Observa-se que o comutador possui a função de inverter o sentido da corrente na bobina da armadura em 90º e 270º dando continuidade ao movimento rotativo do motor.

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Figura Capítulo 8 .3 - Princípio de Funcionamento

Tipos de Motores de Corrente Contínua

Os motores C são divididos de acordo com o tipo de conecção entre as bobinas do rotor e do estator. Se forem conectados em série, são chamados de Motor Série. Se for em paralelo, são chamados de Motor Paralelo. Se for misto, são chamados de Motor Misto ou Composto.

A figura 8.4 mostra conexão Série e a conexão paralelo.

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