AS MÁQUINAS DE INDUÇÃO POLIFÁSICAS

MÁQUINAS DE INDUÇÃO POLIFÁSICAS

        No motor de indução a corrente alternada é fornecida diretamente ao estator, e o rotor recebe a corrente por indução, da mesma maneira que um transformador, a partir do estator, o enrolamento do estator é como na máquina síncrona, quando a excitação é feita por uma fonte polifásica equilibrada, um campo magnético é produzido no entreferro girando em velocidade síncrona que é determinada pelo número de polos no estator e pela frequência.

        O rotor pode ser do tipo enrolado ou bobinado, que tem o enrolamento polifásico semelhante ao do estator com o mesmo número de pólos, os terminais do enrolamento do rotor são conectados a anéis deslizantes isolados montados sobre o eixo, com escovas de carvão apoiadas sobre esses anéis que permitem que os terminais do rotor fiquem disponíveis externamente ao  motor, mas esse tipo é bem incomum, somente tendo utilização bem específica, ou pode ser do tipo rotor de gaiola de esquilo, onde o enrolamento consiste em barras condutoras encaixadas em ranhuras no ferro do rotor e curto circuitadas em cada lado por anéis condutores e são os mais utilizados.

        [pic 1]

Suponhamos que o rotor esteja girando numa constante de n rpm no mesmo sentido que o campo girante do estator. Seja  rpm a velocidade síncrona do campo do estator, chamamos de escorregamento a diferença da velocidade síncrona e a do rotor, e pode ser expresso como sendo uma fração da velocidade síncrona

A velocidade do rotor em rpm pode ser expressa em termos de escorregamento e da velocidade síncrona como

A velocidade angular mecânica   pode ser expressa em termos de velocidade síncrona angular e do escorregamento como

O movimento relativo entre o fluxo do estator e os condutores do rotor induz tensões de frequência   dada por

sendo chamada de frequência de escorregamento no rotor.

        Assim uma máquina elétrica de indução é parecida com um transformador, porém realiza a transformação de frequência, devido ao movimento relativo entre os enrolamentos do estator e do rotor e pode ser utilizada com esse fim de conversão de frequência.

        Os terminais do rotor podem ser curto circuitados por construção no caso de gaiola de esquilo e externamente no caso de motor de rotor bobinado. O fluxo girante do entreferro induz tensões com a frequência de escorregamento nos enrolamentos do rotor. As correntes do rotor são determinadas então pelas magnitudes das tensões induzidas e pela impedância apresentada pelo rotor na frequência de escorregamento. Na partida com o rotor parado (n=0), o escorregamento é unitário (s=1), e as frequências rotor e estator são iguais. Portanto as velocidades dos campos do rotor e estator são iguais, gerando um conjugado de partida, que faz com que o rotor gire no sentido de rotação do campo de indução do estator, e o motor só atingirá sua velocidade de operação se esse conjugado superar a oposição feita pela carga no eixo, porém essa velocidade nunca pode se igualar a síncrona, se não os condutores do rotor estariam estacionários em relação ao  campo do estator e não haveria nenhuma corrente induzida.

        Com o rotor com o mesmo sentido de rotação do campo do estator, a frequência das correntes do rotor será   e elas produzirão uma onde girante de fluxo, que irá girar com  rpm em relação ao rotor no sentido pra frente. Entretanto superposta a essa relação, está a rotação mecânica do rotor a n rpm. Assim em relação ao estator, a velocidade da onda de fluxo produzida pelas correntes o rotor é a soma das duas velocidades sendo igual a

 

Como os campos do rotor e do estator giram sincronicamente, estão estacionários entre si, produzindo um conjugado constante que assim mantém a rotação do rotor e é chamado de conjugado assíncrono.

Os fatores que influenciam a forma da curva conjugado x velocidade para um motor de indução polifásico de gaiola de esquilo podem ser vistos na forma da equação

A corrente do rotor é igual ao negativo da tensão induzida pelo fluxo do entreferro dividido pela impedância do rotor na frequência do escorregamento. O sinal negativo é necessário por que a corrente induzida no rotor tem o sentido que desmagnetiza o fluxo do entreferro, em condições normais de funcionamento o escorregamento é pequeno tendo 2 a 10 por cento a plena carga na maioria dos motores de gaiola de esquilo. A frequência do rotor por tanto é muito pequena, nesse intervalo a impedância do rotor é grandemente resistiva e portanto independente do escorregamento. A tensão induzida no rotor por outro lado é proporcional ao escorregamento e adianta-se 90º em relação ao fluxo do entreferro resultante. Assim, a corrente do rotor é proporcional ao escorregamento e a tensão do rotor, estando defasada em 180º. Como resultado a FMM do rotor está atrasada aproximadamente 90º elétricos em relação ao fluxo do entreferro resultante, e assim

[pic 2]

        Portanto espera-se uma proporcionalidade do conjugado em relação ao escorregamento, que é aproximada dentro do intervalo em que o escorregamento é pequeno. Na proporção que o escorregamento aumenta, a impedância do rotor cresce, devido a contribuição crescente da indutância de dispersão do rotor. Assim a corrente do rotor é menos do que a proporcional ao escorregamento e fica mais atrasada em relação a tensão induzida e o valor de sen diminui.

O conjugado aumente com o escorregamento crescente até um valor máximo e então decresce, o conjugado máximo que é praticamente o dobro do conjugado nominal, limita a capacidade de sobrecarga de curta duração do motor.

O escorregamento, para qual ocorre o conjugado de pico, é proporcional a resistência do rotor. Para motores de gaiola de esquilo esse escorregamento é relativamente pequeno, assim pode se dizer que o motor de gaiola de esquilo é um motor de velocidade constante, tendo uma pequena queda quando passa para a condição de plena carga. No caso de rotor bobinado, a resistência pode ser aumentada com uma resistência externa, aumentando assim o  escorregamento do conjugado de pico e diminuindo a velocidade do motor para um valor específico do conjugado, porém as máquinas de rotor bobinado são maiores, mais caras e de dificultosa manutenção esse método é raramente usado.