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  • Foto do escritorDrano Rauteon

Motores Elétricos

Atualizado: há 2 dias

Como bem sabemos existe uma pluralidade de motores elétricos e para as mais

diversas aplicações.

Complemento 1 - A definição e os tipos mais comuns de motores elétricos


Pois bem, com este artigo, pretendo concatenar detalhes diversos sobre os motores, sejam eles Brushless (sem escovas) ou Brushed (com escovas). Serão mostrados vários motores vistos em nosso cotidiano, mantendo o artigo focado na prática mas com alguma teoria.

Para nos situarmos


Enquanto motores de corrente contínua precisam de um trabalho mútuo entre imãs permanentes e eletroimãs, os motores de corrente alternada precisam operar com um material condutor e eletroimãs ou também, imãs permanentes e eletroimãs, sendo todos belos exemplos da magnetodinâmica. Mas o que são estes dois elementos?


-> Um imã permanente é uma peça metálica que mantém suas características ferromagnéticas por um longo período de tempo sem alterações significativas.

Seus dipolos magnéticos são orientados, e dependendo desta orientação são definidos como "imã pólo sul" e "imã pólo norte".

Imagem 1 - É por isso que os opostos se atraem!


Apenas existe atração entre um "pólo sul" e um "pólo norte" (lembre-se, os opostos se atraem :v) ou vice-versa. "pólo sul" com "pólo sul" da repulsão, da mesma forma com que "pólo norte" com "pólo norte" também dá repulsão;


CURIOSIDADE: Para entender melhor a atração e repulsão magnética, leia o texto sobre eletrostática! Para acessar, CLIQUE AQUI!


-> Um eletroimã é uma bobina, isto é, um enrolamento de fio sobre um núcleo que apenas gera atração ou repulsão quando percorrida por corrente elétrica.

O sentido da corrente, isto é, a mudança de polaridade determinará a organização dos dipólos magnéticos do núcleo ferromagnético e, portanto, sua polaridade. Observe o desenho:

Imagem 2 - Isso já é bastante difundido na eletrônica, mas talvez falte elucidar!

Lembre-se que uma chapa de aço qualquer, ou um bloco cerâmico de Ferrite, uma lâmina de Aço-Silício ou um pedaço de Níquel é atraído por um imã sim, todavia, só se torna um quando passar por um processo de magnetização permanente. Um eletroimã tem capacidade de apenas organizar os dipólos enquanto houver corrente elétrica circulando sobre o enrolamento, ou seja, o núcleo será um imã enquanto a corrente de alimentação durar!

 

Rotor e estator?


A geometria de um motor ou gerador se baseia na combinação de um rotor e um estator.

-> Um estator é uma coroa fixa internamente na carcaça do motor ou gerador, isto é, uma peça estática, que não se movimenta durante seu funcionamento.


-> Um rotor é um cilindro, isto é, um componente que rotaciona em seu próprio eixo, eixo este que está apoiado em mancais com rolamento.

Imagem 3 - Este é um rotor 'gaiola de esquilo', retirado de um motor CA monofásico de indução. Note que a peça tem aparência laminada e há um anel de liga de Alumínio nas extremidades do cilindro, unindo todas as barras de mesmo material dispostas axialmente dentro da região laminada


Ele não se desloca de maneira axial (para frente e para trás) nem de forma radial (para cima, para baixo ou para os lados), apenas gira em seu próprio eixo, não tocando no estator. Esta geometria permite que a interação dos campos magnéticos não gere outra ação a não ser a de revolução.


Quanto às características ferromagnéticas, um estator pode:

-> Ser uma coroa com dois ou mais pares de imãs permanentes norte e sul intercalados;

-> Ser uma coroa de chapas laminadas empilhadas não imantadas;

-> Ser uma coroa de chapas laminadas empilhadas não imantadas e com, no mínimo, um par de bobinas enroladas em seu entorno.


Quanto às características ferromagnéticas, um rotor pode:

-> Ser um cilindro com dois ou mais pares de imãs permanentes norte e sul intercalados;

-> Ser um cilindro de chapas laminadas empilhadas não imantadas;

-> Ser um cilindro de chapas laminadas empilhadas não imantadas e com, no mínimo, umas três bobinas enroladas em seu entorno.


Quando se fala em imãs, diversas composições químicas vem à cabeça. Talvez a mais comum seja o imã de cerâmica, composto por Óxido de Ferro e amplamente conhecido como "Ferrite". Caso queira saber mais sobre o Ferrite, CLIQUE AQUI!


Já quando se fala em chapas não imantadas, mas magnetizáveis, a primeira coisa que lembramos é do Aço-Silício, identificado facilmente pela característica de estar disposto em várias chapas empilhadas, e isso tanto em transformadores quanto em motores elétricos. Para saber mais sobre o Aço-Silício, CLIQUE AQUI!


Mas há muito mais além destes dois materiais. Carros elétricos, por exemplo, fazem uso de "imãs de terras raras" - fazendo referência aos Lantanídeos (e o Ítrio) da Tabela Periódica -, sendo os mais comuns composiçãoes de NdFeB e SmCo.


Em resumo, aplicações comuns do nosso dia-a-dia, como FANs de computador, motores de arranque de automóveis de combustão interna, furadeiras e ventiladores domésticos fazem uso do Ferrite e até do Aço-Silício, enquanto aplicações mais complexas, tais como os carros elétricos e geradores fazem uso dos "imãs de terras raras".

Em resumo, os imãs de acordo com a aplicação do motor:

Imagem 4


Agora, resumindo suas características...

Tabela / Gráfico 1 - Comparação entre os principais tipos de imãs


A Remanência (também magnetização remanescente ou magnetismo residual, medido pela unidade Tesla) é a magnetização deixada num material ferromagnético após a remoção de um campo magnético externo. Coloquialmente, após "magnetizado" um ímã mostra a Remanência (significa "aquilo que permanece"), pois é esta que explica a manutenção da magnetização após a remoção do campo externo que a induziu. Esse fenômeno fornece a memória magnética em dispositivos de armazenamento magnético, por exemplo.


CURIOSIDADE: Por vezes, o termo "retentividade magnética" é usado para designar a remanência medida em unidades de densidade de fluxo magnético. O termo equivalente "magnetização residual" é geralmente usado em aplicações de engenharia.


Em transformadores, motores elétricos e geradores, uma grande magnetização residual não é desejável (daí a existência de materiais ferromagnéticos com baixa remanência). Por exemplo, uma magnetização remanescente num eletroímã de um relé após a corrente na bobina ser desligada é um efeito indesejável. Onde não for desejada, a magnetização remanente pode ser removida por desmagnetização (degaussing).

Gráfico 2 - Um conjunto de curvas de histerese de um Aço-Silício GO (BR denota a remanência e HC a coercividade


Coercitividade ou coercividade é a capacidade que apresenta um material magnético de manter seus ímãs elementares presos numa determinada posição. Esta posição pode ser modificada colocando o tal material num campo magnético externo.

Um material da alta coercitividade consegue fazer com que seus ímãs elementares resistam bastante à mudança de posição, exigindo para a sua desmagnetização um campo magnético externo mais forte. O supracitado também não pode absorver mais campo magnético, de tal maneira que um aumento na magnetização não provoca mudança significativa na densidade do fluxo magnético.

Um fator que tem influência na desmagnetização do imã permanente é a própria corrente que circula pelos enrolamentos do motor, sejam estes enrolamentos no estator (como nos motores AC ou DC Brushless com imãs permanentes) ou no rotor (como nos motores DC Brushed com imãs permanentes).

O campo magnético criado pelos enrolamentos atua sobre o imã permanente e, com o passar do tempo, faz com que seu magnetismo se reduza até o ponto em que comece a afetar de modo sensível o rendimento da máquina. Assim, pulsos de correntes intensas devem ser evitados de qualquer forma pois eles podem causar este tipo de problema.


Já a temperatura de Curie (Tc), ou ponto de Curie, é a temperatura acima da qual os materiais magnéticos perdem suas propriedades ferromagnéticas, se tornando paramagneticos.


CURIOSIDADE: A temperatura Curie deve o seu nome a Pierre Curie (1859 ~ 1906), que mostrou que o magnetismo se perdia em uma determinada temperatura crítica.


A permeabilidade magnética, cujo símbolo é μ, é uma constante de proporcionalidade, isto é, dependente do material e da sua preparação, que relaciona a indução magnética do material num determinado ponto, em função do campo magnético existente no ponto.

É calculada pela razão entre a densidade de fluxo magnético B numa substância e a intensidade do campo magnético exterior, denominado H. Ou seja:


-> Nos materiais paramagnéticos, a permeabilidade é maior do que 1;

-> Nos dimagnéticos é menor do que 1;

-> Nos ferromagnéticos muito superior a 1.


Ao longo do texto. você verá que núcleos e estatores bobinados possuem chapas de Aço-Silício com alta Permeabilidade e baixa Remanência, afinal precisam 'responder' imediatamente ao fluxo de corrente que passa pela fiação. Em compensação, motores de indução - cujo rotor não é bobinado e nem imantado - a permeabilidade não precisa ser alta, apenas é necessário ser condutivo (até composições de Alumínio podem cumprir o papel), afinal, os eletroimãs do estator é que vão induzir correntes no rotor e faze-lo rotacionar.

 

Isolamento elétrico


Os fios de cada bobina não são apenas enrolados uma volta por cima da outra, pois isso geraria curto-circuito, então é necessário uma separação. Todo fio de Cobre ou Alumínio aplicado em sistemas elétricos indústriais, domésticos ou eletrônicos possui um ultra fino revestimento de proteção conhecido popularmente como 'esmalte', mesmo quando se trata de um condutor encapado.

O tal do 'esmalte' nada mais é que um polímero, isto é, uma resina plástica transparente e pouco viscosa (isto pois possui solventes, admitindo uma aparência de verniz) depositada sobre o metal, criando uma proteção física ultra fina contra oxidação e formando um isolamento elétrico 'primário'.

Complemento 2 - Estes são alguns exemplos de resinas plásticas aplicadas em revestimentos de fios condutores


Como você verá na Imagem 18 e na Imagem 33, é o 'esmalte' polimérico que dá cor ao fio, fazendo com que ele fique vermelho forte, marrom ou até mesmo azul.


Para além disso, é comum em sistemas com bobinas no estator o uso de filme plástico isolante nas canaletas, isolando os condutores elétricos da carcaça do equipamento:

Imagem 5 - O papel é o tipo mais rudimentar de isolação das canaletas


Antigamente era mais comum o uso de folhas de papel 'Kraft' ou 'Presspan', é até hoje faz-se uso de combinações destas folhas de Celulose com revestimento de resina de Polietileno Tereftálico (PET) disposta numa camada muito fina, fazendo o papel marrom ter uma aparência lisa e brilhosa.

Entretanto, enquanto transformadores ainda privilegiam a Celulose com Poliéster, as indústrias de motores e geradores fazem muito uso de um papel branco 100% sintético, que usa meta-Aramida (mais conhecida pelo nome comercial Nomex) revestindo ambos os lados de um filme de Polietileno Tereftálico (mais conhecido pelo nome comercial Mylar). Tal compósito é conhecido como "papel NMN".

Imagem 6 - Note as folhas brancas de Poliéster


Na imagem acima, um motor de indução monofásico datado de 10 anos atrás aplicado em ventiladores de mesa. Não há interruptor centrífugo e o capacitor é permanente.

Observe este outro motor, retirado de uma máquina de lavar:

Imagem 7 - Um motor monofásico WEG datado de 2005


É comum que alguns motores passem por um processo de imersão em resina (ou verniz, cuja grande diferença é a presença de solventes para reduzir a viscosidade), cuja função é impregnar, colar e imobilizar toda a fiação, impedindo futuros danos (tal como curto-circuito) no 'esmalte' dos fios e isolamento do estator em decorrência da vibração e altas temperaturas.

Complemento 3 - Resinas e Vernizes de base polimérica aplicadas em motores

 

Como conectar o rotor ao circuito?


Se tratando de qualquer sistema com bobinas no rotor faz-se necessário as chamadas "escovas", afinal, como faríamos energizar os enrolamentos do circuito elétrico durante o movimento rotacional?

Imagem 8 - Duas pequenas escovas portando fios de Cobre, terminais de latão e molas helicoidais


Uma escova é um nome não muito receptivo para um componente que permite a conexão elétrica das bobinas do rotor com o circuito externo a ele.

Se tratam de dois contatos metálicos, ou então duas barras de composto de Carbono, tal como Grafite ou Negro de Fumo (variante Acetileno) sinterizadas.


CURIOSIDADE: As barras de composto de Carbono podem ser genericamente referidas como "carvão". Você ouvirá com frequência "abri o motor da máquina 'x' e troquei o par de carvão".


Tendo um coeficiente de atrito muito bom, estes derivados de Carbono ficam em contato com um anel coletor, isto é, algo que pode ser entendido como uma Bronzina, onde os terminais das bobinas do rotor são conectados. Veja a seguinte imagem:

Imagem 9 - Um serra tico-tico Bosch com motor CC/CA monofásico (220 Volts)


Observe a seta azul destacando o rolamento do eixo do motor apoiado sobre o mancal, que neste projeto faz parte da própria carcaça do equipamento, toda construída em PA66-GF35. As escovas - duas barras de Grafite - são montadas em invólucros de PA na cor preta (destacados pela seta amarela), que por sua vez são apoiados também na carcaça, não fazendo-se necessário um 'porta-escovas' dedicado.

Observe que dentro de cada invólucro há uma pequena mola metálica helicoidal, responsável por manter pressionado a barra de Grafite contra a Bronzina (destacada com a seta rosa). Esta 'pista' - mais conhecida como anel coletor, ou comutador - para as escovas, que não por acaso é confeccionada em Bronze ou Latão (condutores metálicos com ótimo coef. de atrito) possui várias seções para a ligação dos terminais dos enrolamentos dispostos no rotor.

Ao girar o eixo, as barras de Grafite fecham contato com cada bobina do rotor.

Em sistemas mais complexos, as barras de "carvão" e seus invólucros de plástico podem ser montados em um 'porta-escovas' metálico, como é o caso de motores de partida e alternadores para automóveis, caminhões e tratores:

Imagem 10 - Note que este possui as duas escovas do mesmo lado


Alternadores de automóveis costumam usar dois anéis coletores, um do lado do outro apenas para manter o contato elétrico positivo e negativo (a alimentação do rotor é tensão contínua) com o enrolamento de campo presente no rotor.


Resumindo as geometrias aplicadas:

-> Enquanto alternadores trazem duas escovas posicionadas em paralelo (uma ao lado da outra), sendo cada uma montada numa pista radial;

-> Motores DC Brushed ou até mesmo monofásicos CA (como o da serra tico-tico mostrada anteriormente) trazem duas escovas compartilhando a mesma pista, também disposta em posição radial. Em motores de arranque automotivos (DC), por exemplo, é comum o uso de quatro escovas na mesma pista;

-> Alguns projetos de motores DC ou monofásicos CA contemplam uma pista axial com duas ou até quatro escovas, como é o caso do motor monofásico deste barbeador Philips PhilisHave De Luxe datado dos anos 1970:

Imagem 11 - Um velho PhilisHave com escovas montadas de forma axial. Perceba os pequenos pinos de Grafite no fundo da estrutura metálica que sustenta o estator


Outros projetos usam molas de torção para pressionar as escovas contra o anel coletor, como é o caso deste motor fabricado pela Ametek para a máquina de cortar grama Trapp Master 700:

Imagem 12 - Note o posicionamento da mola de torção


Perceba que a própria mola já faz o contato elétrico entre a escova e o terminal do enrolamento do estator, dispensando um cabo para cada conexão. Nesta outra Trapp Super 1000 há um 'cordão' de liga de Cobre interligando o terminal do enrolamento do estator na respectiva escova:

Imagem 13 - O pino guia da mola de torção quebrou, então a solução foi adaptar, já que é uma peça estrutural, impossível de repor sem trocar o motor


Talvez isto seja o mais interessante:

Se você testar com um multímetro a continuidade nas seções do anel coletor de um motor DC, vai notar que não há um isolamento muito bom entre elas, no entanto, não há um grande curto-circuito dada a resistência elétrica envolvendo o rotor e o porta-escovas - ou seja, há um elemento consumidor ali. Você verá mais adiante neste texto sobre os pequenos curto-circuitos gerados quando as escovas trocam de seção.

 

Princípio fundamental


Partindo do princípio de que um motor DC com escovas e um AC sem escovas movimentam o rotor pela repulsão / atração entre os ímãs permanentes e o campo magnético gerado quando a corrente flui nas bobinas, então, controlando a direção da corrente altera-se o 'sentido' do campo, mudando os dipolos magnéticos do eletroimã de direção (pólo sul e norte) e gerando interação (atrativa ou repulsiva) com os imãs permanentes.

Como a geometria do mecanismo não permite a ejeção para longe quando há repulsão entre um imã e um eletroimã, muito menos 'colar' um imã e um eletroimã quando há atração, o rotor é forçado a girar, iniciando uma revolução.


Para compreender melhor o funcionamento de um motor elétrico, precisamos antes entender um bocado de mecânica...

Complemento 4 - Um motor elétrico na verdade é pura eletromecânica!


Os motores AC de indução também funcionam desta forma, porém, aqui já há apenas eletroimãs variando de pólo norte para pólo sul - e vice-versa - que induzem correntes no rotor metálico e o fazem girar.


Em suma, dividi os motores em quatro principais tipos:

-> DC Brushed (com escovas);

-> DC Brushless (sem escovas);

-> AC Brushless (sem escovas) - inclui os de indução e imãs permanentes;

-> AC Brushed (com escovas) - inclui os monofásicos AC/DC;


Agora, vamos ao resumo de cada tipo:

DC Brushed


Motores de corrente contínua (DC) em muitos casos possuem escovas, isto é, um elo de contato que permite a passagem de corrente elétrica para o rotor, que está em movimento.

O estator é composto por um ou mais pares de imãs permanentes. Cada par é composto por um polo norte e outro polo sul. Ao mudar constantemente o fluxo da corrente elétrica através do comutador de escovas, as bobinas no rotor (também dois ou mais pares de eletroimãs) repelem e atraem os imãs permanentes, gerando revoluções, isto é, rotações.


Em suma, há apenas bobinas no rotor e o estator é uma espécie de “coroa” ferromagnética de imãs norte e sul permanentes.


Resolvi começar por um sistema muito simples. Desmontei um drive de CD/DVD para computadores de mesa e destrinchei o mecanismo da gaveta:

Imagem 14 - O mecanismo que empurra e puxa a gaveta é todo montado na 'carcaça' feita de PS-HI (Poliestireno de Alto Impacto)


O motor é do tipo 'blindado', difícil de abrir sem inutiliza-lo:

Imagem 15 - O motor possui apenas um polo positivo e outro negativo de tensão contínua (5,9 V)


Perceba na imagem acima que os terminais negativo e positivo são ligados em lâminas metálicas:

Imagem 16 - As minúsculas escovas destes motores são metálicas. Infelizmente ao desmontar o pequeno motor, a lâmina à esquerda entortou um bocado


Estas pequenas lâminas de latão galvanizado não precisam de mola, pois a liga metálica possui uma boa elasticidade. Além do mais, como podemos notar, elas já são dispostas de uma forma a ficarem pressionadas no coletor de corrente do rotor, que por sua vez possui três terminais ao longo da pista:

Imagem 17 - Note que há uma pequena arruela branca, feita de Poliamida, que serve como rolamento


A arruelinha branca ficará em contato com aquele disco metálico dourado (provavelmente feito de Bronze ou Latão, no centro da base das escovas) da imagem anterior.


Voltando ao principal, note que há três seções (coletores de corrente) metálicas formando a pista de contato das escovas. Ao girar o rotor, o polo positivo e negativo vai alternando, gerando nas bobinas campos magnéticos de atração e repulsão aos imãs permanentes.

Mas são duas escovas, três seções no coletor de corrente, três bobinas (eletroimãs) e apenas dois imãs permanentes?

Imagem 18 - Três eletroimãs para dois imãs permanentes de Ferrite


O núcleo de cada bobina possui uma alta Permeabilidade, Permissividade magnética e baixa Remanência.

A mágica está aí!

Vídeo 1 - Observe os três coletores de corrente, um para cada bobina


Agora veja este GIF da Toshiba:

GIF 1 - Como funciona um pequeno motor DC 5,9 V com escovas


Aqui está a sequência de operação do motor DC Brushed 5,9 V:

-> No ponto base, a bobina 1 está situada no pólo S e as bobinas 2 e 3 nos pólos N, e elas giram no sentido horário pela atração e repulsão;

-> Na posição 30° para a direita, a bobina 1 está situada no pólo S e a bobina 2 permanece no pólo N. A corrente para de fluir na bobina 3 e então continua a girar para a direita pela atração e repulsão;

-> Na posição 60° para a direita, a bobina 1 está situada no pólo S, a bobina 2 permanece no pólo N e a bobina 3 está situado no pólo S e continua girando para a direita pela atração e repulsão;

-> Na posição 90° para a direita, nenhuma corrente fluirá na bobina 1. A bobina 2 está situada no pólo N, e a bobina 3 permanece no pólo S, e então continua a girar para a direita pela atração e repulsão;

-> Na posição de 120 graus, a bobina 3 gira para a posição da bobina 1 (que é o ponto base), a bobina 1 para a posição da bobina 2 (que é o ponto base) e a bobina 2 para a posição da bobina 3 (que é o ponto base).


Quando as escovas mudam de seção passando de um enrolamento para outro no giro de um motor, por uma fração de segundo, o contato ocorre em dois enrolamentos ao mesmo tempo:

Diagrama 1 - Curto-circuito momentâneo entre bobinas


Neste instante temos um curto-circuito de curta duração que absorve energia convertendo-a em calor. Outro problema que este curto causa é atuar como um freio eletro-dinâmico, já que as espiras são momentaneamente colocadas em curto, gerando assim uma carga para o motor.


Se pegarmos, por exemplo, um motor de partida de um gerador térmico de carro ou caminhão, notaremos uma grande quantidade de lâminas magnetizadas formando o estator:

Imagem 19 - Observe os vários imãs dispostos na carcaça do motor. Créditos: AutoDOC Portugal (You Tube)


São imãs permanentes de Ferrite:

Imagem 20 - São peças encaixadas na carcaça. Créditos: AutoDOC Portugal (You Tube)


Há também várias bobinas no rotor e contatos no coletor de corrente. Aqui, as escovas podem ser barras de Grafite ou Negro de Fumo:

Imagem 21 - O rotor possui uma pluralidade de condutores espessos e, em geral são 4 escovas Créditos: AutoDOC Portugal (You Tube)


São motores com elevada potência e operam em 12 Volts, ou seja, há uma alta demanda de corrente elétrica, tanto que o rotor utiliza fios bastante espessos.

Imagem 22 - Um motor de arranque desmontado. Créditos: AutoDOC Portugal (You Tube)


Um motor elétrico de arranque com 900 Watts de potência é necessário para pôr um propulsor FireEvo 1.4 em marcha:

Imagem 23 - Fragmento do manual do FIAT Palio Attractive 2012. Repare que o propulsor 1.6 16v precisa de um motor de partida com potência ainda maior


Em uma conta simples, podemos deduzir a corrente elétrica aproximada para este motor de 0,9 kW:


900 W / 12 V = 75 A


Para comporvar isso, usando um alicate amperímetro fizemos o teste na prática:

Vídeo 2 - Veja este vídeo e muitos outros no canal Hardware 'DailyCentral', no DailyMotion


Em uma temperatura ambiente de quase 30 °C, no verãozão de Dezembro, com o motor frio e óleo lubrificante trocado à poucos meses, conseguimos um pico de 48,02 A.


CURIOSIDADE: Caso queira saber mais sobre a corrente de partida a frio das baterias (CCA), bem como um punhado de outras informações sobre acumuladores de Chumbo-Ácido, CLIQUE AQUI! e CLIQUE AQUI!


Para se fazer o controle de rotação de motores Brushed, a melhor maneira é regulando a tensão de alimentação. Se você usar como exemplo os eletroventiladores aplicados no radiador do sistema de arrefecimento e ar-condicionado dos automóveis de combustão interna - e até veículos elétricos -, evidenciará a existência de dois estágios de rotação. O segundo, com 12 ~ 13 Volts e velocidade máxima, e um primeiro com cerca de 8 Volts e uma rotação obviamente inferior. Quem faz a queda de tensão do primeiro estágio é uma pequena placa com um ou dois resistores e um fusível térmico instalada junto da ventoinha, se aproveitando da circulação de ar, já que existe uma grande dissipação térmica nos componentes.


CURIOSIDADE: Para saber mais sobre a aplicação de resistores no controle de rotação de motores de tensão contínua, CLIQUE AQUI!


Como estamos falando de bobinas alimentadas com tensão contínua, temos um visível efeito da indução, provocando uma contrária Força Eletromotriz (Contra FEM, também chamada de Back EFM) no momento em que a bobina é energizada. Para entender toda esta teoria, recomendo a leitura do texto "MecAut - Bobinas de Ignição". Para ler este conteúdo, clique na propaganda abaixo:

Propaganda de conteúdo do HC!


O que precisamos entender é que esta Contra FEM induzida gera uma queda na corrente de alimentação das bobinas, sendo proporcional à velocidade do rotor, ou seja, durante o momento da partida, a corrente inicial é alta - e, consequentemente, a geração de calor também é alta - e cai conforme a velocidade aumenta. Isso significa que, posteriormente à partida, quanto maior for a carga acoplada sobre o rotor, maior tenderá a ser esta Contra FEM.

Imagem 24 - Sim, motores DC Brushed podem ter eletroimãs no estator, entretanto, a construção com imãs permanentes é muito mais comum!


Motores DC muito parrudos podem contemplar um sistema de controle de alimentação durante a partida para evitar danos às bobinas devido a alta corrente inicial.

 

AC Brushed


Já os motores de tensão alternada monofásicos com escovas são amplamente utilizados em ferramentas para marcenaria - tal como a serra tico-tico Bosch mostrada anteriormente -, cortadores de grama, eletrosserras e liquidificadores, por exemplo. Estes tipos não precisam de capacitor de partida, isto pois, tornando o rotor um eletroimã, é possível 'simular' o funcionamento de um motor de imãs permanentes.


O desempenho é satisfatório em aplicações pequenas, e além do mais, eles podem funcionar com corrente contínua!

Sim, o AC Brushed é amplamente conhecido como "Motor universal", pois é uma adaptação do DC Brushed capaz de operar com tensão alternada monofásica. Repare que em todos os motores AC Brushed o estator possui eletroimãs ao invés dos imãs permanentes, sendo esta a grande diferença entre os dois!


Tais motores não são muito explanados internet afora, entretanto, são muito comuns e podem ser explicados com a mesma teoria do DC Brushed. O mais comum encontrado em equipamentos do dia-a-dia possui configuração em série, isto é, todas as bobinas são ligadas em série:

Diagrama 2 - Este é o esquema mais comum


Notamos esta construção ao abrir uma máquina de cortar grama Trapp Super 1000:

Imagem 25 - Anteriormente já foi mostrada outra foto desta mesma máquina e que também explana bem este tópico


Na concepção em série, o torque no momento em que o motor é acionado é grande, entretanto, cai de forma exponencial conforme é inserido carga em seu eixo.

Já o próximo diagrama mostra um esquema parecido, porém, com duas velocidades de funcionamento:

Diagrama 3 - Note o interruptor, que ativa e desativa o diodo


Tal sistema é visto nesta velha furadeira Arno 500W, datada dos anos 1990:

Imagem 26 - São dois diodos SK1/01 em paralelo, que suportam 1,2 A cada


A primeira velocidade funciona com o interruptor aberto e a energia passando pelos dois diodos em paralelo, enquanto a segunda velocidade ocorre quando o interruptor é fechado, direcionando a corrente pelo caminho de menor resistência, inutilizando os diodos no circuito.

Para entender o funcionamento deste tipo de motor, primeiro precisamos saber que eles também são capazes de funcionar com corrente contínua. Agora o diodo em paralelo com o interruptor faz todo sentido. Ele corta o semi-ciclo negativo da tensão alternada fornecida pelo rede elétrica, fazendo com que os enrolamentos operem com tensão pulsada:

Gráfico 3 - Comportamento do diodo num circuito de tensão alternada


Como o diodo possui uma certa resistência elétrica, uma ligação direta em paralelo com ele permite que a corrente vá pelo caminho de menor resistência, deixando o semicondutor inoperante. Essa técnica também é vista na tico-tico Bosch Super Hobby já mostrada anteriormente:

Imagem 27 - Se trata de um 1N5406, que suporta 3 A e 600 V de VRRM


Muitas furadeiras possuem inversão do sentido de rotação, e isto é feito com um interruptor. Artesanalmente pode ser utilizado um interruptor de três posições e seis pinos ligados num esquema de ponte H:

Diagrama 4 - A alteração do sentido de rotação é feita mudando o sentido da corrente pelo interruptor


A ponte H (5) é feita diretamente nos seis terminais do interruptor.


Uma outra concepção menos comum de motor DC Brushed é a de configuração Shunt, onde as bobinas do estator estão conectadas em paralelo com as do rotor:

Imagem 28 - Um motor DC Brushed Shunt monofásico


Aqui, a curva velocidade / carga sobre o eixo é um pouco mais 'alinhada' do que nos DC Brushed seriais. Confesso que até o momento não me deparei com nenhum equipamento que traga em seu interior um motor DC Brushed Shunt.


Já os computadores de mesa usam outra tecnologia: O motor sem escovas!

 

DC Brushless


Um motor DC sem escovas é, em essência, um sistema onde o rotor possui os imãs permanentes, e o estator possui as bobinas.

Imagem 29 - Uma ventoinha com motor DC Brushless monofásico em um purificador d'agua Latina PA755


CURIOSIDADE: Os motores DC Brushless também são conhecidos como "BLDC" e Spindle.


Se trata de um ventilador monofásico sem monitoramento de rotação, isto é, não há um sensor Hall, existindo apenas dois fios, um positivo e outro negativo para o sinal de 12 Volts. Nos computadores pessoais e servidores faz-se uso tanto de modelos sem o acompanhamento do RPM, quanto de ventiladores com três fios.

Imagem 30 - Note que há um terceiro contato sem fio soldado. Este é para o sensor de rotação


A ventoinha acima foi retirada de uma fonte ATX genérica, e possui o tamanho de 12 cm. As mais comuns são de 8 cm.

Observe o BLDC da imagem acima desmontado:

Imagem 31 - Como é um DC Brushless monofásico


Perceba que a corôa de cerâmica de Ferrite (imã permanente) está fixada no rotor, feito de PBT-GF30, que engloba em uma única peça as espátulas da ventoinha. Note que o estator possui quatro bobinas e três capacitores de Óxido de Alumínio com eletrólito líquido. Todas as bobinas recebem a mesma alimentação, isto é, com corrente sempre no mesmo sentido e tensão contínua de 12 Volts. Aquela pequena caixinha preta (a U1, ao lado da bobina L2) é o sensor Hall, que monitora a rotação, entretanto, nesta unidade, como dito anteriormente, não há fio conectando o sensor à placa do equipamento.


Na próxima imagem, vemos outro propulsor Spindle monofásico ainda mais simples, sem nenhum capacitor, apenas com as quatro bobinas no estator e a corôa de Ferrite no rotor:

Imagem 32 - Repare a existência de um sensor Hall (de quatro terminais) entre duas bobinas. Este sensor está desativado, afinal, o motor possui apenas 2 fios


Assim como nos motores Brushed de tensão contínua, alterar a rotação de um motor BLDC monofásico é relativamente simples e pode ser feita provocando uma queda na tensão nominal. Aqui, esta mudança no valor de tensão pode ser feito também através de resistores (um potenciômetro, por exemplo), ou então algum circuito mais complexo digital, como é o caso dos que usam sinal PWM.

O controle de rotação por PWM é encontrado em computadores de mesa, servidores, e até em notebooks. Para isso ele precisa de, obrigatoriamente, um sensor de rotação embutido no motor e um circuito que forneça a modulação de sinal por largura de pulso, algo que sempre vem do sistema de gerenciamento integrado à placa-mãe. De qualquer maneira, há um circuito lógico também integrado ao motor, para que o sinal PWM seja interpretado e a tensão de alimentação dos enrolamentos do estator seja alterada de acordo com a demanda de circulação de ar para arrefecer o dissipador de calor do processador.


CURIOSIDADE: Quer saber mais sobre o funcionamento dos FANs da sua placa-mãe, do seu servidor ou do seu notebook? Então CLIQUE AQUI! e CLIQUE AQUI!


DC Brushless trifásico


Podemos elevar o nível, e com uma grande quantidade de bobinas agrupa-las em três entradas, isto é, criar um sistema alimentado por três fases de sinais pulsantes defasados entre si. Esta defasagem de sinal irá acionar um grupo de bobinas por vez, que em contato com os imãs permanentes provocará a rotação da mesma forma como ocorre no sistema com escovas. No entanto, será necessário o uso de um ESC, isto é, um microcontrolador para controla-lo, algo dispensável num motor DC com escovas e num motor Brushless monofásico.

GIF 2 - Como funciona um BLDC trifásico


Drives de disquete sempre foram uma grande aplicação para os motores Spindle trifásicos...

Imagem 33 - É incomum um drive de diquete que não tenha uma BLDC trifásico


Enquanto o movimento do disquete é feito por um BLDC, o deslocamento do cabeçote de leitura / gravação é feito por um motor de passo. Para saber mais sobre o funcionamento do disquete e seus equipamentos de leitura e gravação, CLIQUE AQUI!

Já os drives de CD, DVD e BluRay incorporam soluções DC Brushed e Brushless, além de alguns projetos ainda usarem motores de passo para o deslocamento do cabeçote. Para saber mais sobre as mídias ópticas:

-> CLIQUE AQUI para conhecer mais sobre a história do CD e DVD;

-> CLIQUE AQUI para conhecer mais sobre a história do BluRay e do HD-DVD;

-> CLIQUE AQUI para conhecer mais sobre a estrturas dos discos;

-> e CLIQUE AQUI para entender melhor o funcionamento dos drives de leitura e gravação!


OBSERVAÇÃO: Para relembrar, diferente de um motor trifásico de indução ou de imãs permanentes, alimentado por tensão alternada, um BLDC opera com tensão contínua pulsante, e um defasamento nestes sinais tal qual o trifásico de tensão alternada.

Gráfico 4 - Esta imagem serve apenas para nos situarmos nas formas de sinais mais comuns


Para saber mais sobre tensão e corrente elétrica, CLIQUE AQUI!


Nos motores Spindle, o agrupamento das bobinas pode ter uma configuração em estrela ou em delta, sendo mais comum o esquema em estrela.

Diagrama 5 - Assim como nos motores trifàsicos de corrente alternada, os BLDC usam dois esquemas de ligação comuns


Na configuração em estrela com “3” fios a corrente flui através de “2” fios em cada etapa do ciclo de operação, conforme pode ser observado na figura seguinte.

Diagrama 6 - Funcionamento do motor BLDC


Conforme a figura acima, em cada etapa do ciclo de rotação completo a corrente flui entre um dos fios que é colocado em potencial mais elevado e o segundo fio que está em potencial mais baixo, enquanto o terceiro fio fica isolado, sem corrente.

Em alguns casos encontram-se motores com uma configuração em estrela com 4 fios, onde “N” funciona como neutro (terra).

Diagrama 7


Na configuração em estrela com quatro fios a operação do motor é mais simples pois cada etapa utiliza o fio “N” como ground e alterna o potencial dos demais fios de forma que a corrente flui a partir de um dos fios (A ou B ou C), com maior potencial, para o fio “N”.

Uma boa maneira para controlar a velocidade dos motores spindle de 3 fases é a geração de pulsos “senoidais” de tensão defasados em 120°, conforme a figura abaixo.

Gráfico 5


Repare que os sinais positivos pulsantes são muito parecidos com os sinais alternados aplicados em motores trifásicos comuns.

Apesar disso, várias aplicações fazem uso de sinais PWM que simulam as saídas analógicas do gráfico acima.

 

AC Brushless


Existem várias concepções de motores de corrente alternada mono e multifásicos sem encovas. Algumas delas serão vista daqui pra diante:


AC de Indução (Assíncrono)


Os motores de indução, também conhecidos como 'motores assíncronos', isto é, máquinas que operam com tensão alternada e não possuem escovas são super comuns em aplicações industriais e um tanto comuns em aplicações domésticas. Se você tiver uma máquina de lavar roupas, pode saber que nela há um propolsor monofásico 127 ou 220 V sem escovas, da mesma forma que os ventiladores de teto, por exemplo:

Imagem 34 - Os ventiladores de teto lembram um pouco os DC Brushless monofásicos. Ventiladores de teto possuem capacitor permanente, ou seja, NÃO HÁ chave centrífuga


No motor da imagem acima notamos o uso de Aço-Silício na confecção tanto do rotor quanto do estator.


A diferença para outros motores monofásicos com escovas é a necessidade de um capacitor de partida (muito pouco usual)...

Diagrama 8 - Ligação do capacitor de partida num motor monofásico assíncrono


Note que o capacitor (4) é ligado em série com dois enrolamentos auxiliares (3). Estes dois enrolamentos e o capacitor são desacoplados e acoplados no circuito através de um interruptor centrífugo (5) instalado numa das pontas do eixo do rotor.

Todas as bobinas possuem um neutro comum, mas os enrolamentos auxiliares só ficam ligados até que o motor atinja sua faixa normal de rotação. Os enrolamentos auxiliares possuem indutância diferente, em geral mais baixa e relutância mais alta (consequentemente uma menor reatância indutiva) quando comparados com os enrolamentos principais, e a função disto é proporcionar um leve atraso na corrente em relação à tensão, ou seja, os dois pares de bobinas possuem especificações diferentes. O capacitor de partida adianta a corrente em relação à tensão, permitindo um contra-ponto com as bobinas principais, que estão com a corrente atrasada em relação à tensão.

Para fazer alteração no sentido de rotação, basta inverter o sentido da corrente, ou seja, inverter o fase e o neutro.

Como vimos anteriormente, quanto maior o tamanho da manivela, menor o esforço feito pra içar o balde no fundo do poço, logo, o capacitor funciona como uma 'longa alavanca', que permite aumentar o campo elétrico - e, consequentemente, o magnético - momentâneamente para dar um elevado torque e tirar o rotor da inércia.


...ou um capacitor permanente (super comum):

Diagrama 9 - Funcionamento do sistema monofásico com capacitor permanente


Note que ambos os enrolamentos possuem o neutro em comum e o capacitor (4) fica permanentemente ligado entre as duas bobinas. A mudança no sentido de rotação ocorre trocando o sinal fase de enrolamento através de um interruptor de três posições (6).

Numa das bobinas, a corrente elétrica chega sem defasagem, enquanto na outra o capacitor proporciona um atraso da tensão em relação à corrente, permitindo uma diferença no campo magnético entre os eletroimãs, induzindo corrente na corôa do rotor, provocando revoluções. Quando se muda a bobina que recebe a tensão sem sofrer atraso, o sentido de rotação muda, já que a outra ficará com a tensão defasada em relação a corrente.

Esta concepção elimina o interruptor centrífugo instalado no eixo do rotor e deixa o capacitor sempre conectado, reduzindo manutenções grandes, já que não é necessário extrair o rotor pra substitição do contato mecânico quando ele pifa, apenas fazer a troca do condensador - que fica por fora da carcaça - quando nota-se uma perda de força e rotação acentuada na máquina.


CURIOSIDADE: Caso queira saber mais sobre o tipo de capacitor utilizado nos motores monofásicos de indução, CLIQUE AQUI!


A internet está abarrotada de informações sobre os motores AC monofásicos com capacitor de partida e interruptor centrífugo, todavia, a aplicação mais comum de todas é a de capacitor permanente. Desde um simples ventilador de teto, como vimos anteriormente, até um ventilador de mesa, ou de parede, ou uma máquina de lavar roupas faz uso de apenas um capacitor permanente, e nada de interruptores centrífugos. Isso soa estranho, pois a teoria é sempre explicada de uma forma e a prática traz grandes diferenças.

Até mesmo a nomenclatura pode ser confusa, pois estes AC monofásicos com interruptor centrífugo são chamados de "motores de fase dividida". O que interessa é que não está sendo fácil acha-los em máquinas comuns de nosso dia-a-dia.

Recentemente fiz manutenção em um compressor de ar portátil e, por padrão, tais equipamentos são acionados por um motor monofásico AC com um 'baita' capacitor ligado de maneira permanente:

Imagem 35 - Um capacitor de filme plástico de 140 µF é o responsável por pôr este motor em marcha


Agora veja este esmeril genérico chinês:

Imagem 36 - Estes equipamentos são super comuns no mercado. O motor possui 5 fios e é capaz de trabalhar em redes 127 ou 220 Volts. O capacitor fica 'escondido' na base e NÃO HÁ chave centrifuga


Os ventiladores de mesa talvez sejam os melhores e mais comuns exemplos de motor AC com capacitor permanente:

Imagem 37 - Este motor foi retirado um ventilador de mesa. O capacitor é permanente e NÃO HÁ chave centrífuga


Todos os motores de indução, sejam eles mono ou multifásicos possuem um rotor do tipo 'gaiola de esquilo'. Este tipo consiste em um cilindro de lâminas de Aço-Silício radialmente empilhadas, com um ou mais condutores de liga de Alumínio ou liga de Cobre embutidos numa região próxima da superfície do cilindro, ou então na própria superfície. Perceba que isso também é visto no rotor do motor do ventilador de teto mostrado no início deste tópico, apenas o formato de "corôa" o difere. O ventilador de teto possui a estrutura da corôa em liga de Alumínio, e nela vários anéis laminados de Aço-Silício encaixados.

Imagem 38 - Note que a corôa é feita de uma grande peça de liga de Alumínio combinada com chapas de Aço-Silício


Nesta concepção a velocidade de rotação do rotor será ligeiramente menor que a velocidade de rotação do campo magnético gerado pelas bobinas do estator. Se o rotor trabalhasse em sincronia com o campo do estator, não haveria diferença de fluxo e nenhuma geração de energia e, portanto, nenhuma força. É por isso que as máquinas de indução com rotor de gaiola são chamadas de assíncronas.

Imagem 39 - Um velho motor de máquina de lavar roupas fabricado pela WEG, datado de 2005. Repare que o rotor possui uma gaiola de liga de Alumínio preenchida com chapas de Aço-Silício já bastante enferrujadas


Ao produzir a gaiola do rotor a partir de um material com uma resistência específica mais alta (por exemplo, Latão ou Bronze em vez de Cobre puro), a resistência do rotor aumentará. Como resultado desse aumento, o torque de partida do motor elétrico aumentará e as correntes de partida diminuirão. Ligas de Alumínio são outras que possuem maior resistência elétrica que o Cobre e tronaram-se amplamente utilizadas, tanto que o esmeril, o ventilador de teto e o ventilador de mesa apresentados aqui possuem gaiola feita em liga de Alumínio, e todo o preenchimento construído em chapas de Aço-Silício isoladas entre si.

Na seguinte imagem vemos o motor de indução aplicado na Tesla CyberTruck na versão de 845 hp. Observe a gaiola em liga de Alumínio com chapas de aço-Silício e o tipo de fiação do estator:

Imagem 40 - Lembre-se que esta picape possui três motores em sua versão de topo, sendo que na traseira há um motor PMsynRM


Tais motores também são imersos em óleo isolante/refigerante.

Lembre-se que motores de tração de carros elétricos, sejam de indução ou não, são trifásicos. A corrente elétrica que circula nestes motores é bastante alta, sendo assim os fios costumam ser espessos e com secção retangular ou quadrada, melhorando até o assentamento nas cavas da corôa ferromagnética do estator.


AC de relutância (Síncrono)


Outra concepção de motor é o de relutância, mais conhecido como "SynRM". Tal tipo se baseia em um rotor ferro magnético não imantado com vários frisos ocos, prreechidos por ar em com bastante resistência magnética (Relutância).

Em qualquer motor de relutância, a produção de binário está associada à tendência do rotor se alinhar seguindo uma posição de relutância mínima, associada ao trajeto das linhas de força do campo magnético desenvolvido. O seu princípio de funcionamento é distinto das máquinas ditas convencionais, pois o binário desenvolvido resulta da combinação de dois campos magnéticos distintos, no estator e no rotor.

Em geral, existem apenas enrolamentos no estator (concentrados ou distribuídos pelas suas ranhuras), formando vários enrolamentos de fase, independentes entre si. Podem ser alimentados separadamente (vide o MRC o motor-de-passo de relutância variável) ou em simultâneo (vide o MSR e MRC).

O rotor é constituído por chapas de material ferromagnético, eletricamente isoladas entre si - podendo ser usado Aço-Silício, não havendo enrolamentos. A geometria/constituição das chapas tem como objetivo maximizar a variação do coeficiente de auto indução das fases do estator, em função da posição do rotor. Em outras palavras, trata-se de circuitos magnéticos fortemente anisotrópicos, sendo esta uma característica fundamental destas máquinas.

Caso queira saber mais sobre este tipo de motor, veja o PDF abaixo:

Motor de relutância
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O Lesics Português tem, no You Tube, um bom vídeo sobre o funcionamento destes motores de reltância. Veja só:

Vídeo 3 - Como funciona o motor de relutância


Exemplos de automóveis que usam ou já usaram tal tecnologia na modalidade MRC (Motor de relutância Comutada) são o BMW i3 e o Volkswagen ID.3.


AC de Relutância e Imãs Permanentes (Síncrono)


Evoluindo um pouco, um motor SynRM combinando com imãs permanentes (IP ou, em ingês, PM) permite corrigir as deficiências do motor SRM mostrado anteriormente. Sim, já tratamos deste tipo lá no início do texto, entretanto, aqui me refiro aos multifásicos industriais e automobilísticos cujo núcleo combina o fenômeno da relutância com o efeito dos imãs NdFeB. Sua aplicação está sendo grande em automóveis elétricos devido à eficiência, já que eles conseguem ter cerca da metade do tamanho de um motor de indução equivalente em desempenho.


CURIOSIDADE: Dada a necessidade do uso de imãs de terras raras, o rotor tende s se tornar bastante caro.


Na imagem abaixo, um rotor PM cuja estrutura (excluindo o eixo) é feita de centenas de chapas radiais de Aço-Silício isoladas (para reduzir correntes de fuga) com as fendas onde os imãs permantentes são encaixados. Todo o conjunto é enrolado em um filme de fibra de Carbono como forma de se evitar a desintegração do conjunto em altas rotações:

Imagem 41 - Perceba os seis pares de imãs permanentes


Ao desenrolar a fibra de Carbono, nos deparamos com isso:

Imagem 42 - Se trata do rotor do Tesla Model 3, que posteriormente vem sendo aplicado em toda a linha, em vários casos combinado com um motor de indução


Na imagem abaixo, vários rotores aplicados na indústria automobilística, em veículos já consolidados no mercado de elétricos.

Imagem 43 - Note as grandes diferenças contrutivas entre as marcas. As partes verdes marcam os imãs permanentes


O Lesics Português tem, no You Tube, um bom vídeo sobre o funcionamento destes motores de imãs permanentes, citando o propulsor empregado nos Tesla Model 3:

Vídeo 4 - Como funciona o motor IPMsynRM


Tais motores, como é o caso do Model 3, podem bater facilmente os 18 ~ 20 mil RPM, e costumam ter uma caixa de redução acoplada, permitindo diminuir a rotação e multiplicar o torque. Em VEs mais comuns a rotação é um tanto mais baixa, todavia, ainda é bastante alta.

Na imagem abaixo, vemos algumas especificações do Dacia Spring, o Kwid E-Tech brazuca:

Tabela 2 - Especificações de mecânica e beteria do Dacia Spring


Atualmente, o Dacia Spring já contempla uma versão com motor de 65 CV, tal qual o Kwid E-Tech brasileiro. Ambos são produzidos na China.

Já o Nissan Leaf integra um motor de imãs permanentes, e algumas rasas informações de mecânica podem ser vistas abaixo:

Tabela 3 - Algumas informações sobre o Nissan Leaf. Refere-se aos últimos modelos lançados


OBSERVAÇÃO: Alguns projetos podem englobar motores assíncronos (de indução) e os síncronos (de imãs permanentes), isto pois, o primeiro consegue maior torque de partida e retomadas, enquanto o segundo um melhor desempenho em velocidades constantes. Entretanto, existem carros elétricos que operam apenas com motor de indução, como é o caso dos primeiros Tesla Model S (em 2019 começaram a usar motor IPMsynRM também) e do velho GM EV1, um produto que durou pouco no mercado, mas até hoje é tido como uma referência de investimento nesta tecnologia:

Imagem 44 - Produzido entre 1996 e 1999, ele já contemplava um inversor de potência com transistores IGBT de Silício. Hoje já usam transistores de Carboneto de Silício (SiC), que são mais eficientes

Concluíndo o raciocínio:


→ Motores elétricos podem ser alimentados por tensão / corrente alternada (AC) ou tensão / corrente contínua (DC);

→ Todos os propulsores elétricos possuem rotor e estator;

→ Tudo se baseia em imãs e eletroimãs, ou então eletroimãs e materiais condutores sofrendo indução;


→ Quando há bobinas no rotor, é necessário a implementação de um anel coletor seccionado que fica em contato com terminais denominados "escovas";

→ Existem sistemas com escovas de latão e sistemas com escovas de Grafite ou Negro de Fumo;

→ Motores DC utilizam escovas e o estator possui imãs permanentes. Um estator desmantelado, já sem o anel coletor, pode ser visto abaixo:

Imagem 45 - Rotor de um motor de lixadeira. Note que os fios são envoltos em um tubo isolante que imita a cor do Cobre


→ Existem motores com escovas denominados "universais", entretanto, priorizados para alimentação AC. Tais motores possuem bobinas tanto no rotor quanto no estator, e essas bobinas podem ser agrupadas em série (tipo mais comum) ou em paralelo (também chamado de Shunt);


→ Motores de AC alternada sem escovas podem ter várias concepções, entre as mais comuns:

-> Motor de Indução (MI) mono ou multifásico (assíncrono);

-> Motor de Relutância (SynRM) multifásico (síncrono);

-> Motor de Relutância com imãs permanentes (IPMsynRM) multifásico (síncrono).


→ Dentre as máquinas monofásicas de indução, todas com rotor de gaiola de esquilo, temos:

-> Motor de fase dividida, isto é, com capacitor de partida e interruptor centrífugo;

-> Motor de fase sombreada, isto é, com derivação nos enrolamentos alimentando bobinas com fios mais espessos (pode usar capacitor);

-> Motor monofásico padrão, isto é, com capacitor permanente.


→ Rotores do tipo gaiola de esquilo possuem várias barras de liga de Cobre ou de Alumínio ligados juntos por dois anéis, e todo o espaço restante é preenchido por chapas de Aço-Silício isoladas entre si:

Imagem 46 - Em geral, apenas os aneis das extremidades da gaiola ficam visíveis, o restante é todo preenchido e coberto por chapas de Aço-Silício


→ Rotores de relutância são feitos também de chapas lâminadas de Aço-Silício, entretanto, possuem várias aberturas em seu interior, por onde o campo magnético tem dificuldades em passar:

Imagem 47 - perceba os vários pontos vazados no cilindro de Aço-Silício que compõe o rotor


→ Já os rotores de relutância com imãs permanentes preenchem parte destas aberturas do rotor com pequenos imãs, geralmente feitos de NdFeB, como vimos no rotor do motor da fabricante Tesla anteriormente.


Existem dezenas de tipos de motores elétricos, e este texto apenas trouxe os mais comuns do nosso dia-a-dia!

Este artigo é uma sequência dos artigos sobre indutores, além de exemplos práticos de aplicação de materiais ferromagnéticos em aplicações mecânicas e elétricas.

Ao longo do tempo este artigo vai ser atualizado com mais informações técnicas sobre motores DC. Caso queira contribuir com mais informações, fique à vontade para entrar em contato conosco pelo e-mail hardwarecentrallr@gmail.com.

 

FONTES e CRÉDITOS:

Texto: Leonardo Ritter; c2o.pro.

Imagens, diagramas e gráficos: Leonardo Ritter; c2o.pro; Lesics português; Google Imagens.

Fontes: Desmonte de motores AC e DC; outros conteúdos do próprio HC; c2o.pro (https://www.c2o.pro.br/automacao/apk.html); AutoDOC Portugal (You Tube); Instituto Newton C. Braga; Lesics português (You Tube); Mundo da Elétrica; Campo Girante (You Tube); Manuais de instruções de automóveis; Documentos técnicos da Weg; Wikipedia (somente artigos com fontes verificadas!).


Ultima atualização: 19 de Maio de 2024.

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