Tipos de motores elétricos e suas características

Motores elétricos convertem energia elétrica em energia mecânica. Eles são baseados no princípio da indução eletromagnética. Eles podem ser usados em uma variedade de aplicações, por exemplo, como uma solução de inversor em máquinas industriais.

Tipos de motor elétrico

Existem diferentes tipos de motores elétricos, cada um com diferentes funções e propriedades. Os tipos de motores elétricos usados atualmente são divididos categoricamente em motores CC e motores CA. Para motores CA, é feita uma distinção entre motores síncronos e de indução.

A construção de motores elétricos é normalmente a seguinte:

• Estator: O estator é um íman elétrico ou permanente que está permanentemente, por exemplo, ligado de forma rígida ao compartimento do motor.
• Rotor: O rotor é um eletroíman que fica entre os polos do estator no eixo do motor. Dependendo do design, é feita uma distinção entre motores rotativos (eixo do motor rotativo) e motores lineares (eixo deslizante).
• Comutador (inversor de polo): O comutador consiste em dois ou mais segmentos de um anel deslizante, isolado um do outro, através do qual a corrente é fornecida ao rotor. Dois contactos deslizantes, que estão ligados a uma fonte de alimentação, pressionam-na a partir do exterior.

• 1 - Rotor
• 2 - Escova
• 3 - Bobina
• 4 - Folga de ar
• 5 - Íman permanente

Vários métodos de controlo de malha aberta e/ou fechada são usados para controlar motores elétricos. Os métodos comuns incluem modulação por largura de pulso (PWM), controlo de tensão direta ou regulação orientada por campo.

Motores CC (motores CC)

Os motores CC operam com uma direção de corrente constante e geram binário. São úteis em aplicações que exigem controlo preciso de velocidade e binário, como máquinas CNC. Os seguintes motores são exemplos de motores CC:

• Motor CC com escovas: O comutador funciona com contactos que são contactados por pressão de mola. Estas são chamadas escovas e são feitas de carbono, por exemplo. Graças às escovas, a potência pode ser facilmente regulada pela tensão de funcionamento aplicada.
• Motor CC com escovas: Em vez do comutador mecânico, um sensor elétrico mede o ângulo do rotor dos motores CC sem escovas.
• Motor da engrenagem: Uma caixa de velocidades é utilizada para baixar - ou em casos raros também para aumentar - a velocidade de rotação original para um valor definido.
• Motor escalonado: Os motores de passo estão disponíveis como motores rotativos e como motores lineares. Os motores podem ser ajustados para pequenos passos de posicionamento através de um número elevado de pares de polos (dentes). Eles são geralmente controlados com encoders de posição rotativos ou lineares. Estes motores são adequados para trabalhos de posicionamento exigentes, como impressão 3D. Deve ter-se em atenção que sobrecarregar/subdimensionar pode levar a erros de passo.

Vantagens e desvantagens dos motores CC

As vantagens dos motores CC incluem:

• Elevado binário de arranque, tornando-o adequado para aplicações pesadas.
• Podem ser controlados com precisão, o que é principalmente alcançado com a velocidade de rotação. Isso os torna adequados para aplicações que exigem posicionamento preciso e operação suave.
• Controlo de binário muito fiável e simples mesmo possível a baixa velocidade de rotação.
• Reversibilidade: A direção da rotação pode ser facilmente alterada invertendo a direção atual.
• Está disponível uma ampla gama de velocidades.
• Os motores CC sem escovas são duráveis, de baixa manutenção e mais silenciosos

As desvantagens são:

• A utilização de escovas resulta em intervalos de inspeção frequentes, normalmente a cada três meses, o que leva a custos de manutenção mais elevados.
• Suscetibilidade a condições ambientais adversas: O design relativamente aberto facilita a penetração do pó e da sujidade.
• A compra é muitas vezes dispendiosa, especialmente com motores CC sem escovas, uma vez que requerem um controlo mais complexo do que um controlo de escova simples.

Motores CA

Em motores de corrente alternada, a tensão muda regularmente devido a alterações constantes na direção da corrente. A velocidade de rotação do motor é determinada pela frequência da rede elétrica e pelo número de polos. Existem motores CA monofásicos e trifásicos. Motores CA monofásicos são usados principalmente em máquinas menores e eletrodomésticos, enquanto motores CA trifásicos são usados principalmente em aplicações industriais devido à sua maior potência nominal e eficiência. Os seguintes motores são exemplos de motores CA:

• Motor de indução: A velocidade de rotação do motor não está exatamente sincronizada com a frequência da corrente alternada conectada. Esta diferença permite que o rotor rode. Eles geralmente trabalham com corrente alternada trifásica, amplamente usada na indústria, e é por isso que o motor de indução é um dos motores mais usados. Os motores de indução podem ser divididos em monofásicos e trifásicos.
• Motor síncrono: A velocidade do rotor é síncrona com o campo magnético rotativo do estator. Isto resulta numa elevada precisão e velocidade de rotação constante, o que é importante para as máquinas-ferramentas, por exemplo. Os motores síncronos podem ser divididos em monofásicos e trifásicos.

Servomotores:

Um servomotor pode ser um motor CC, assíncrono ou síncrono. Esses motores têm um servo-drive e geralmente seus próprios componentes eletrónicos de controlo. Um servo-drive é um sistema de controlo eletrónico que posiciona um motor precisamente e de forma controlada e também permite mudanças de velocidade para realizar movimentos precisos em várias aplicações, como robótica, máquinas CNC e sistemas de automação.

Vantagens e desvantagens dos motores CA

As vantagens dos motores CA incluem:

• São mais duráveis e têm menos manutenção se não forem utilizadas escovas
• O design fechado resulta em menos entrada de sujidade
• Maior eficiência
• São possíveis altas velocidades
• Geralmente são mais económicos

As desvantagens são, por exemplo, que têm um maior desenvolvimento de ruído devido a vibrações mais fortes. Devido ao design, a velocidade de rotação só pode ser controlada alterando a frequência e/ou pode ser controlada em incrementos através da comutação dos pares de polos. Podem ser necessários componentes adicionais para um controlo preciso. Além disso, os motores CA não são adequados para aplicações móveis porque as baterias fornecem tensão CC (ou isto só é possível com componentes adicionais, como inversores).

Dependendo das condições locais e da aplicação desejada, pode ser utilizada uma ampla variedade de designs de motores elétricos, razão pela qual o MISUMI fornece uma ampla gama de motores.

Princípios de operação de um motor elétrico usando o exemplo de um motor CC

Quando uma corrente elétrica flui através da bobina do rotor num motor CC, o rotor começa a rodar. Cada meia volta faz com que o comutador inverta a polaridade para garantir o movimento contínuo do motor. Caso contrário, o motor apenas rodaria até o polo norte do rotor ficar virado para o polo sul do estator e ficar parado nesta posição. Um motor com um rotor de dois polos não arranca automaticamente em todas as posições, razão pela qual os rotores com três ou mais polos são frequentemente utilizados em motores elétricos. O princípio é um pouco diferente para motores lineares: Em vez de um rotor, esta aplicação utiliza um rotor (transportador) guiado linearmente equipado com várias bobinas que se movem ao longo de uma linha reta. Os ímanes permanentes são instalados em intervalos regulares. Ao controlar propositadamente as bobinas, os rotores são movidos por campos magnéticos de acordo com o mesmo princípio de funcionamento que no motor rotativo. As bobinas controladas podem ser posicionadas no rotor e também no caminho linear do estator num design invertido.

Fatores que caracterizam motores elétricos

As características dos motores são fundamentais para o seu desempenho e aplicação em várias áreas técnicas e industriais.

Binário e velocidade

O binário de um motor indica a força que pode exercer num eixo. A velocidade de rotação refere-se à velocidade à qual o eixo ou membro do rotor de um motor linear se move. Os motores são projetados para diferentes binários e velocidades de rotação/velocidades, dependendo da aplicação. As características da velocidade de rotação-binário são importantes para o dimensionamento do motor. Representam a relação entre velocidade de rotação e binário e podem diferir significativamente em alguns casos para diferentes tipos de motor (elétrico) e pontos de operação.

Densidade de potência

A densidade de potência dos motores elétricos refere-se à relação entre a potência gerada do motor e o seu tamanho ou massa. Os motores elétricos modernos podem ter uma alta densidade de potência e, portanto, podem fornecer muita potência em um projeto compacto. A densidade de potência é normalmente medida em watts por quilograma (W/kg) ou watts por centímetro cúbico (W/cm3), dependendo se o peso ou volume do motor está a ser considerado.

Controlabilidade

A capacidade de controlo dos motores elétricos refere-se à capacidade de controlar ou regular a velocidade, o binário e outros parâmetros de funcionamento do motor de uma determinada forma. Isso é particularmente útil em aplicações que exigem controlo preciso.

• Velocidade de rotação: Ao regular a velocidade de rotação, o motor pode ser adaptado a vários requisitos de velocidade.
• Binário: O controlo do binário é útil para cargas variáveis, por exemplo. Os motores elétricos podem ser controlados para fornecer o binário necessário para mover ou superar cargas.
• Direção: Alterando a direção da corrente ou usando circuitos especiais, um motor pode ser personalizado para aplicações dependentes da direção. Estes incluem, por exemplo, motores de acionamento em correias transportadoras ou elevadores.
• Posicionamento e precisão: O posicionamento e o controlo precisos são decisivos para máquinas CNC, por exemplo. Motores escalonados ou servomotores são frequentemente usados aqui.

Para integrar os seus motores elétricos de forma segura e fiável, oferecemos um grande número de peças de transmissão na nossa oficina, incluindo correias dentadas, rodas de engrenagens, correias e muito mais.

Vida útil e manutenção

A vida útil de um motor elétrico depende de vários fatores. O tipo de motor, as condições operacionais, a qualidade de manutenção e fabricação podem ter um impacto, por exemplo. Aqui estão alguns dos principais fatores que afetam a vida útil de um motor elétrico:

• Tipo de motor: Alguns tipos de motor são mais robustos e duráveis do que outros. Por exemplo, devido ao seu design sem escovas, os motores CC sem escovas (BLDC) têm geralmente uma vida útil mais longa do que os motores de corrente contínua com escovas.
• Condições de funcionamento: Fatores como temperatura, humidade, cargas de choque e vibração podem influenciar significativamente a vida útil. Os dispositivos de proteção do motor, tais como proteção contra sobreaquecimento e sobretensão, também servem este propósito.
• Ciclo de trabalho: O comprimento e a frequência de funcionamento afetam a vida útil. Motores operados em operação contínua geralmente têm uma vida útil mais curta.
• Manutenção Em geral, os motores elétricos são de baixa manutenção - onde os motores elétricos com escovas/contactos abrasivos são a exceção. No entanto, a inspeção e manutenção regulares, por exemplo, de rolamentos e peças desgastadas, podem prolongar significativamente o ciclo de vida de um motor.

Refrigeração do motor elétrico

O arrefecimento de motores elétricos é fundamental para garantir que funcionam de forma eficiente e permanecem dentro de temperaturas de funcionamento seguras. O sobreaquecimento pode encurtar significativamente a vida útil de um motor elétrico e levar a avarias. Eis alguns métodos comuns para refrigerar motores elétricos:

• Arrefecimento a ar
• Aletas de arrefecimento e dissipadores de calor
• Líquido de refrigeração
• Arrefecimento do óleo
• Refrigeração líquida
• Sensores e controlos de temperatura