Motor de gaiola de esquilo

figura 1. Gaiola de esquilo motora esquemática. Fonte: Wikimedia Commons.

O que é um mecanismo de gaiola de esquilo?

O motor da gaiola de esquilo é um motor elétrico de indução, cuja parte rotativa ou rotor é constituída por um conjunto de barras condutivas paralelas à direção axial e dispostas em uma forma cilíndrica ao redor do eixo.

Este formulário se lembra de uma gaiola como aqueles usados ​​para capturar esquilos no norte da América do Norte, daí o nome. Eles também são a manutenção mais barata, durável e menor, por falta de carvão, escovas ou colecionadores no rotor, que não precisa se conectar eletricamente a qualquer fonte de corrente externa.

Os primeiros motores do campo rotativo foram criados entre 1885 e 1886 independentemente por dois grandes gênios de eletricidade: Galileo Ferraris e Nikola Tesla. Esses motores eram os antecessores dos atuais motores de gaiola de esquilo.

O mecanismo de gaiola de esquilo está alternando a corrente, que pode ser três fases, bifásicas ou de fase única. De acordo com o tipo de alimento, o design pode variar um pouco, mas o princípio da operação é sempre o mesmo.

Gaiola de esquilo de operação do motor

O princípio da operação é baseado na geração de um campo magnético rotativo no centro do motor, por um enrolamento estático em sua periferia, que é alimentada com corrente alternada.

Este campo magnético rotativo induz correntes nas barras que compõem a gaiola do rotor, e essas correntes, por sua vez, produzem um campo magnético secundário que interage com o campo primário, produzindo um torque ou momento no rotor.

A chave para operação está na produção de um campo magnético rotativo perpendicular ao eixo de rotação. Este campo rotativo exerce uma força de torção magnética nas barras longitudinais da gaiola quando a corrente circula.

Para gerar a corrente nas barras condutoras paralelas ao eixo de rotação da gaiola, não é necessária uma fonte de corrente externa, uma vez que o próprio campo rotativo, por indução magnética, é capaz de induzir uma corrente nas barras da gaiola.

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Que, desde que haja uma diferença entre a velocidade de rotação do campo magnético e a velocidade de rotação do rotor.

Campo magnético rotativo em um motor de três fases

Os motores de gaiola de esquilo pode ser de três fases ou fase única. No caso do motor de três fases, ou seja, aquele que trabalha com uma corrente alternada de três fases, cada fase avança para a anterior em 120º, ou seja, um terço do período.

Figura 2.- Animação mostrando o campo magnético rotativo resultante da sobreposição dos campos individuais dos três desatualizados de 120º e alimentados com corrente em três fases. Fonte: Wikimedia Commons.

Em cada motor elétrico, duas partes são distinguidas:

• Estator, A parte periférica do motor que é fixada em relação à sua habitação.
• Rotor, Parte de rotação central do motor.

No estator, há um pacote de lençóis com fenda e esmaltados (para evitar correntes parasitárias ou foucault) e alta permeabilidade magnética.

As ranhuras passam pelos cabos cobertos com verniz isolante que formam pelo menos três enrolamentos ou bobinas, desatualizadas em 120º. As três bobinas se alimentam com corrente alternada de três fases e cada fase também avançou em 120º em relação ao anterior.

A cada momento, a superposição dos campos magnéticos fornece um campo resultante perpendicular ao eixo de rotação do motor. À medida que o tempo avança, o campo magnético combinado das três bobinas mantém sua amplitude, mas sua direção sempre perpendicular ao eixo de rotação gira com uma frequência igual à da corrente alternada, geralmente entre 50 e 60 Hz.

Rotor da gaiola do esquilo

Consiste em dois condutores conectados por oito ou mais barras condutivas longitudinais, paralelas ao eixo de rotação.

Figura 3. Rotor da gaiola do esquilo. Fonte: Wikimedia Commons.

Torque no rotor

Para entender como o campo rotativo produz torque na gaiola, você pode imaginar uma gaiola mínima, consistindo em duas barras longitudinais diametralmente opostas.

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Quando esta gaiola está originalmente em repouso e graças à força eletromotiva, o campo rotativo que a atravessa induz um movimento de carga em cada barra. No entanto, como as barras são curtas -circuito nas extremidades por um aro condutor, uma circulação atual entre as barras opostas é estabelecida.

Por outro lado, como as barras têm movimento em relação ao campo do estator, uma força de origem magnética aparece nelas, conhecida como força de Lorentz, que é perpendicular ao campo radial do estator e a direção da corrente em cada bar.

Para que a corrente e o torque nas barras, é necessário que eles tenham movimento relativo em relação ao campo de rádio magnético produzido no estator.

Portanto, a velocidade de rotação da gaiola é sempre menor que a do campo magnético. Devido a essa falta de sincronia entre o rotor e o campo, este é um motor assíncrono.

Portanto, há algumas forças opostas em cada barra, que produz um torque na gaiola simplificada e da mesma maneira com gaiolas de mais de duas barras.

Rotor do núcleo de ferro

Uma melhoria consiste em colocar a gaiola incorporada em um conjunto de discos rolados e esmaltados, feitos de alto material de permeabilidade magnética, como ferro.

O objetivo é multiplicar a intensidade dos campos magnéticos produzidos pelo estator e pelo próprio rotor. É graças à interação entre esses dois campos que o torque é produzido no rotor.

A experiência mostrou que, se as barras da gaiola têm alguma obliquidade em relação ao eixo de rotação, o motor tem uma operação mais suave com menos vibrações.

Uma carga maior no rotor, a velocidade de deslizamento do rotor em relação à velocidade de rotação do campo magnético do estator também cresce. Portanto, as correntes máximas e os torques máximos ocorrem quando o rotor está bloqueado, e é por isso que o motor sobrecarregado pode sofrer superaquecimento e, portanto, danos aos vernizes e esmolas isolantes das bobinas e as placas que compõem os núcleos do estator e do rotor.

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Aplicações de motor gaiola de esquilo

Os motores de gaiola de esquilo de três fases são preferidos para aplicações industriais. Eles são menos recomendados para os usos domésticos nos quais o mecanismo de fase sem síncrona é preferida, porque a corrente de três fases geralmente não atinge residências.

Bombas centrífugas

Os motores de gaiola de esquilo são preferidos para bombas centrífugas.

Tornos e máquinas de moagem

Eles também são ideais em tornas grandes e máquinas de moagem, bem como em indústrias onde são necessárias bandas transportadoras e sopradas.

Corte e troch de lençóis 

Esses tipos de motores são adequados para a indústria pesada de trocales e cisalhamento de folhas de metal.

Vantagens

Os motores de gaiola de esquilo têm inúmeras vantagens sobre outros tipos de motores elétricos:

1. Na igualdade de energia, os motores de gaiola de esquilo são mais compactos e menores do que os motores síncronos.
2. Eles são completamente escaláveis, ou seja, podem ser construídos de pequeno a muito grande.
3. O torque ou torque de rotação dos motores de gaiola de esquilo é geralmente maior que o de outros tipos de motores, muito apropriado para uso pesado.
4. A eficiência dos motores de gaiola de esquilo três em fase é maior que 70%. Os motores de fase única assíncronos têm um desempenho mais baixo, mas sempre mais alto que os motores de corrente direta.
5. Devido ao desenvolvimento de eletrônicos de energia, é possível controlar a velocidade desses motores eletronicamente, variando a frequência da corrente.

Desvantagens

Entre as principais desvantagens podem ser citadas:

1. No momento do início, os motores de indução têm uma alta demanda por corrente, portanto não são indicados para aplicações nas quais o motor deve começar e parar constantemente, pois isso significaria uma sobrecarga no sistema elétrico.
2. Mesmo quando os eletrônicos de potência avançam, sua velocidade de rotação não é tão controlável quanto a dos motores que passam.

Referências

1. Máquinas assíncronas ou de indução. Recuperado de: Bibing.nós.é
2. Martínez J. Partes de um mecanismo de indução e seu princípio de operação. Recuperado de: machineaffers4.arquivos.WordPress.com
3. Rosales J. Motores elétricos para a indústria. Recuperado de: USMP.Edu.educaçao Fisica
4. Wikipedia. Gaiola de esquilo. Recuperado de: é.Wikipedia.com
5. Wikipedia. Motor assíncrono. Recuperado de: é.Wikipedia.com