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Componentes e princípio de funcionamento do motor

2023-12-06 15:11:30

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Motor é um dispositivo eletromagnético que realiza a conversão ou transmissão de energia elétrica de acordo com a lei da indução eletromagnética. Os motores elétricos podem ser classificados como motores elétricos e geradores. Um motor elétrico é representado pela letra M no circuito. Sua principal função é produzir torque de acionamento, como fonte de energia de aparelhos elétricos ou máquinas diversas. A gerador é representado pela letra G no circuito. Sua principal função é converter energia mecânica em energia elétrica.

Componentes de motores

Um motor elétrico possui duas partes mecânicas: um rotor e um estator. Possui também duas partes elétricas: um ímã e uma armadura, uma das quais está conectada ao rotor e a outra ao estator. Os ímãs produzem um campo magnético que passa pela armadura. Esses ímãs podem ser eletroímãs ou ímãs permanentes. Os ímãs do campo magnético geralmente estão localizados no estator, enquanto a armadura está localizada no rotor. No entanto, os dois também podem ser invertidos.

Rolamentos

O rotor é sustentado por rolamentos. Os rolamentos transmitem a força das cargas axiais e radiais do eixo para a carcaça do motor, girando assim o rotor no eixo.

Rotor

O rotor é a parte móvel que fornece energia mecânica. O rotor geralmente é equipado com condutores que transportam corrente elétrica. O campo magnético do estator exerce uma força sobre o condutor, fazendo com que o eixo gire. Alguns rotores possuem ímãs permanentes. Os ímãs permanentes têm alta eficiência em uma ampla faixa de velocidades e potências operacionais.

Entreferro

O entreferro entre o estator e o rotor permite a rotação. A largura do entreferro tem um efeito significativo nas características elétricas do motor. Em geral, quanto menor for o entreferro, melhor será o desempenho do motor. Isso ocorre porque um entreferro excessivo reduz o desempenho. Por outro lado, um entreferro muito pequeno pode criar atrito além de ruído.

O eixo do motor se estende para fora do motor para atender aos requisitos de carga. Como a força da carga se estende além do rolamento mais externo, ela é chamada de carga suspensa.

Estator

O estator é posicionado ao redor do rotor e normalmente incorpora ímãs de campo, que podem ser ímãs permanentes ou eletroímãs (compreendendo enrolamentos em torno de um núcleo ferromagnético). Esses ímãs criam um campo magnético que permeia a armadura do rotor e gera uma força nos enrolamentos do rotor. O núcleo do estator contém múltiplas folhas metálicas finas e isoladas chamadas laminações, feitas de aço elétrico que possui propriedades específicas como permeabilidade, histerese e saturação. Se um núcleo sólido fosse usado, seriam produzidas correntes parasitas, mas esse efeito é minimizado pelo empilhamento das folhas. Para motores CA alimentados pela rede elétrica, os condutores nos enrolamentos são impregnados com verniz no vácuo para evitar vibração do fio, o que pode desgastar o isolamento e reduzir a vida útil do motor. Em contraste, os motores encapsulados em resina encontrados em bombas submersíveis de poços profundos, máquinas de lavar e condicionadores de ar têm seus estatores revestidos em resina plástica, o que ajuda a prevenir a corrosão e minimizar o ruído conduzido.

Armadura

Uma armadura consiste em um fio enrolado em torno de um núcleo ferromagnético. À medida que a corrente passa pelos fios, um campo magnético exerce uma força (força de Lorentz) sobre eles que faz com que o rotor gire. Os enrolamentos são bobinas enroladas em torno de um núcleo ferromagnético laminado de ferro macio, que quando energizado forma pólos magnéticos.

Os motores são classificados em duas configurações, com e sem pólos magnéticos. Nos motores de pólo salino, os núcleos ferromagnéticos do rotor e do estator têm projeções chamadas pólos voltados um para o outro. Os fios são enrolados em cada poste abaixo da face do poste. À medida que a corrente flui através dos fios, esses pólos tornam-se pólos norte e sul. Em um motor de pólo não inclinado (campo distribuído ou rotor circular), o núcleo ferromagnético é um cilindro liso. Os enrolamentos são distribuídos uniformemente em ranhuras ao redor da circunferência. A corrente alternada nos enrolamentos cria pólos magnéticos em rotação contínua no núcleo. Os motores de pólo sombreado têm um enrolamento em torno de alguns pólos que atrasa a fase do campo magnético naquele pólo.

Comutador

Um comutador é uma chave elétrica rotativa que fornece corrente ao rotor. O comutador inverte periodicamente a corrente nos enrolamentos do rotor à medida que o eixo gira. O comutador consiste em um cilindro que consiste em uma pluralidade de segmentos de contato metálicos em uma armadura. Pressionados contra o comutador estão dois ou mais contatos elétricos, chamados “escovas”, feitos de um material condutor macio, como o carbono. Quando o rotor gira, as escovas ficam em contato deslizante com sucessivos segmentos do comutador, fornecendo corrente ao rotor. Os enrolamentos do rotor estão conectados às pás do comutador. Cada meia volta (180°) do comutador inverte o sentido da corrente nos enrolamentos do rotor. Assim, a direção do torque aplicado ao rotor permanece sempre a mesma. Sem esta inversão, a direção do torque no enrolamento do rotor é invertida a cada meia volta, parando assim o rotor. Os motores comutados foram substituídos principalmente por motores sem escova, motores de ímã permanente e motores de indução.

Fornecimento e controle do motor

Fornecimento de motores

Conforme mencionado acima, os motores CC são geralmente alimentados por meio de um comutador de anel aberto-fechado. Um motor CA pode ser comutado usando um comutador de anel coletor ou um comutador externo. Pode ser do tipo de controle de velocidade fixa ou variável e pode ser síncrono ou assíncrono. Os motores de uso geral podem funcionar em CA ou CC.

Controle Motor

Os motores CC podem funcionar em velocidades variáveis ​​ajustando a tensão aplicada aos terminais ou usando modulação por largura de pulso (PWM).

Os motores CA operando em velocidades fixas geralmente são alimentados diretamente pela rede ou por meio de um soft starter de motor; Os motores CA que funcionam em velocidades variáveis ​​são alimentados por uma variedade de inversores de potência, inversores de frequência variável ou tecnologias de comutadores eletrônicos.

O termo comutado eletronicamente é comumente associado a motores CC sem escovas autocomutados e aplicações de motores de relutância comutada.

Principais

Os motores elétricos dependem de campos magnéticos para funcionar. Os campos magnéticos podem ser gerados por ímãs ou por enrolamentos em torno de um núcleo magnético. A teoria começa com uma explicação da força magnética em um fio condutor de corrente exposto a um campo magnético. Um ímã produz um campo magnético entre os pólos N e S. As linhas do campo magnético saem do pólo N e entram no pólo S. Este campo magnético é constante, não há flutuações no campo magnético e parece um campo magnético DC.

Quando um fio condutor de corrente entra em um campo magnético, o fio é submetido a uma força magnética e, portanto, se move. A magnitude da força magnética depende de vários parâmetros que serão discutidos neste artigo. O primeiro parâmetro que afeta a força magnética é a corrente que passa pelo fio. Se a corrente através do fio for zero, nenhuma força será aplicada ao fio e a força estará diretamente relacionada à corrente. Portanto, a seguinte equação pode ser escrita:

(1). F ∝ eu

onde F é a força magnética e I é a corrente no fio. O outro parâmetro é o comprimento do fio que vê o campo magnético. A relação entre a força magnética e o comprimento do fio exposto também é simples e pode ser escrita como:

(2). F ∝ eu

onde l é o comprimento do fio. O último parâmetro é a intensidade do campo magnético que tem uma relação direta com a força magnética como:

(3). F ∝ B

Estes três parâmetros determinam o valor máximo da força magnética quando o campo é perpendicular ao fio. Portanto, qualquer desvio da posição perpendicular reduz a força no fio. Isto significa que a força magnética não atinge o seu valor máximo. Isso ocorre porque existe um ângulo entre o campo magnético e a corrente no condutor.

Considerando todos os parâmetros, a força magnética pode ser calculada a partir das equações fornecidas:

(4). F=B·I·l·sinθ

Agora, em vez de um único condutor entre os pólos, existe um laço. O loop pode ter qualquer formato. Mas para melhor compreensão, suponha que o loop seja retangular. Neste caso, cada lado do circuito transporta corrente e está sujeito a uma força magnética. A direção da força pode ser obtida pela regra da mão esquerda.

Nesta regra, o polegar está alinhado com a força magnética, o dedo indicador indica o campo magnético e o dígito do meio indica a direção da corrente. Todos esses dedos são perpendiculares entre si. De acordo com a Equação 4, a força magnética é zero quando a corrente transportada é paralela ao campo magnético. Portanto, a força magnética em BC e AD é zero.

Neste caso, apenas AB e CD são magnetizados. Aplicando a regra da mão esquerda aos caminhos AB e CD, a direção da força magnética será para cima no caminho AB e para baixo no caminho CD. Essas duas forças opostas fazem com que a espira gire. No entanto, a rotação não pode ser realizada porque o sentido da corrente no circuito permanece o mesmo. Isso significa que quando o loop é perpendicular ao campo magnético, é a posição estável do loop. Nesta posição, as forças ascendentes e descendentes neutralizam-se mutuamente e o laço de fio não pode mover-se. Para resolver este problema, a direção da corrente na espira deve ser redirecionada a cada meia volta da rotação para permitir que a espira de fio gire. Além disso, a inércia ajudará o laço de fio a continuar girando e a passar pela posição estável.

 

 

 

 

 

 

 

 

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