Trabalho Final Motor de Indução Trifásico

1. Introdução

O motor de indução trifásico (MIT) possui como princípio transformar energia elétrica em energia mecânica rotativa. Desenvolvido a partir dos estudos sobre campo girante de Nikola Tesla, também seu inventor, é atualmente o motor mais utilizado em tração elétrica no cenário industrial nacional devido à suas vantagens em relação ao motor de corrente contínua (CC). Podemos assim citar as seguintes vantagens do MIT:

• Menor custo de um MIT comparado com um CC de mesma potência;

• Manutenção do MIT é mais simples e menos onerosa;

• Mais robustez em comparação ao motor CC;

• Grande vida útil;

• O consumo de energia do MIT nos processos de aceleração e frenagem é menor; • Com o MIT pode-se obter velocidades maiores, o que implica em potências maiores. Por outro lado, possui como desvantagem sua dependência entre fluxo e a tensão do estator, o que não ocorre nos motores CC com excitação independente. Isto acaba limitando a faixa de variação de velocidade do motor, quando controlado por variação da tensão do estator. Entretanto, com a atual evolução de sistemas eletrônicos, como o inversor de frequência, que permitem o controle do moqtor por variação simultânea da tensão e frequência do estator, esta desvantagem desaparece.

2. Princípio de Funcionamento

De um modo geral, o princípio de funcionamento de um MIT se baseia na variação de um fluxo magnético e uma corrente em um condutor, resultando numa força sobre este. Esta força resulta num torque de saída no eixo do motor.

Para o entendimento completo de seu funcionamento precisamos ter em mente alguns conceitos prévios, como a lei da indução eletromagnética e a força de Lorentz. A lei de Faraday afirma que “a corrente elétrica induzida por um campo magnético em um circuito fechado é proporcional à taxa de variação temporal do número de linhas de fluxo magnético que atravessam a área delimitada pelo circuito“, enquanto a força de Lorentz resulta da superposição da força elétrica proveniente de um campo elétrico com a força magnética devida a um campo magnético, atuando sobre uma partícula carregada eletricamente se movendo no espaço.

Correntes trifásicas alternadas, ao passar pelas bobinas do estator, defasadas em 120º, provocam um campo magnético girante também alternado. Este por sua vez, induz tensão no rotor, seguindo portanto a lei de Faraday, e, consequentemente, uma corrente no rotor, gerando assim um campo girante no rotor. Têm-se assim a geração de uma força no rotor, segundo a lei de Lorentz (F=BiLSenθ). Para a determinação da direção e sentido do vetor força gerado, pode-se utilizar a regra do tapa, em que a palma da mão direita representa a saída do vetor campo magnético, as pontas dos dedos o sentido do vetor corrente e o polegar o sentido do vetor força.

3. Partes constituintes

O motor de indução trifásico é uma máquina elétrica rotativa de corrente alternada, assíncrona, cuja construção respeita o estabelecido nas normas, e é condicionada pelos meios de produção do fabricante. Portanto, no MIT podem ser observados os seguintes elementos: o estator, o rotor, e a estrutura mecânica.

O estator é um circuito magnético estático, constituído de chapas ferromagnéticas empilhadas e isoladas entre si, com baixa densidade de perdas magnéticas. Ele se mantém fixo à carcaça e tem por função conduzir energia elétrica, nos motores para rotacionar e nos geradores

para transformar a energia cinética do induzido. Nas máquinas assíncronas e nas máquinas síncronas pequenas, é nele que, assim como nas bobinas, é formado o campo magnético capaz de induzir no rotor uma corrente. O circuito eléctrico estatórico é formado por um enrolamento com três bobinas afastadas no espaço de 120º e são destinadas a serem alimentadas por cada uma das fases de um sistema trifásico. Os condutores dos enrolamentos são isolados entre si e o material ferromagnético.

Rotor é tudo que gira em torno de seu próprio eixo produzindo movimentos de rotação. O núcleo magnético rotórico é, também, folheado e construído com o mesmo tipo de chapa magnética utilizada no núcleo estatórico. As chapas magnéticas têm uma forma de coroa circular que possuem ranhuras fechadas perto da periferia exterior. O número de ranhuras rotóricas está relacionado com o número de ranhuras estatóricas para evitar o aparecimento de ruído no funcionamento do motor. O enrolamento rotórico pode ser do tipo gaiola de esquilo ou pode ser bobinado. O enrolamento rotórico em gaiola é constituído por uma gaiola de alumínio, dopado com uma pequena quantidade de impurezas que e obtida por injeção. O circuito elétrico de um motor de indução trifásico com rotor bobinado contata com a parte fixa da máquina através de um sistema coletor de anéis escovas, sendo possível alterar o valor dos parâmetros durante seu funcionamento. Também geralmente se encontra fixo ao rotor ventiladores, que se utilizam da movimentação rotativa do eixo para gerar fluxos de ar, o que constitui o sistema de arrefecimento do rotor.

O entreferro (também conhecido como air gap) é o termo utilizado, em circuitos magnéticos, para denominar o espaço entre o indutor e o circuito ferromagnético a que está acoplado. No caso do motor, entreferro é a denominação do espaço entre o rotor e o estator. Apesar de ser inevitável, o entre ferro pode ser visto como ponto negativo ou positivo. Como fator positivo, o aumento do entreferro evita a saturação do núcleo e diminui o efeito de Histerese magnética. Por outro lado, diminui a permeabilidade magnética (fator dependente da característica do gás presente nele, uma vez que a permeabilidade varia com o mesmo),o que obriga a criação de um campo magnético mais intenso, para se induzir a mesma potência no rotor.

Na estrutura mecânica estão fixas a carcaça, a caixa de ligação, a placa de identificação, as tampas laterais e o estator. A carcaça serve de sustentação para todos os elementos, inclusive os mancais, peças que auxiliam na estabilidade e sustentação do eixo; a placa de identificação contém as informações que determinam as características nominais e de desempenho dos motores que são definidas pela NBR-7094, entre outras informações; as tampas laterais são partes removíveis do motor que facilitam na execução de checagem e manutenção de seu estado; e a caixa de ligação é o local onde ficam os terminais de