o que é um motor?

O que é um motor elétrico?

Resumidamente: um motor elétrico é um equipamento que transforma energia elétrica em energia mecânica.  


Mas o funcionamento do motor elétrico e as suas aplicações são muito mais complexos e abrangentes do que esta definição deixa transparecer. 

Os motores elétricos podem ser construídos de diversas formas, com diferentes componentes, e ser utilizados como propulsores de máquinas tão pequenas como um nanobot ou tão grandes como um petroleiro.

Como funciona um motor elétrico?

Quando passa corrente elétrica por um fio condutor, é gerado um campo magnético em volta do fio. 

 

Os motores elétricos utilizam esta propriedade para transformar a energia elétrica em energia mecânicaPara isto, um motor elétrico tem duas partes principais: um rotor e um estator. O rotor, como o nome indica, é a peça que se move (roda); o estator é a peça que está imóvel (estática). Ao fazer variar a corrente elétrica, por uma ou ambas as partes, o campo magnético oscila e força o movimento no motor. 

Com base neste princípio, existe uma variedade de motores elétricos que diferem na sua construção, alimentação e funcionamento:

  • Com escovas AC  
  • Com escovas DC 
  • Sem escovas AC monofásico 
  • Sem escovas AC bifásico 
  • Sem escovas AC trifásico 

Motor elétrico com escovas AC

Um motor elétrico com escovas (brushed) AC é o motor mais comum e de menor custo. 

 

Neste motor, tanto o rotor como o estator são constituídos por bobines de fio condutor. As escovas são o elemento responsável por fazer chegar a energia às bobines corretas, atuam essencialmente como um controlador mecânico (comutador).  

Estes motores são particularmente úteis porque funcionam com corrente alternada (AC) diretamente da tomada, sem necessitar de controladores complexos. Podem também funcionar com corrente contínua (DC) mas, geralmente, para DC, são utilizados motores em que o estator é de íman permanente (com escovas DC) em vez de bobines de fio condutor, para diminuir o consumo de energia. 

Motor elétrico com escovas DC

Num motor elétrico com escovas (brushed) DC, o estator é composto por ímanes e o rotor por bobines. 

Estes motores são mais eficientes do que os AC com escovas porque só é necessário usar energia elétrica para induzir um campo magnético no rotor (enquanto o AC tem de induzir campos magnéticos no rotor e no estator). 

Tem, no entanto, o defeito de apenas poder operar com corrente contínua (DC), e o preço por potência é mais alto do que os que vimos antes, com escovas AC.

Motores elétricos sem escovas

Os motores sem escovas são sempre AC, porque para haver movimento no motor tem de haver variação no campo magnético. Enquanto nos motores com escovas são estas as responsáveis por produzir essa variação, nos motores sem escovas esta variação tem de vir da corrente elétrica (corrente alternada).

motor elétrico brushless

Nos motores sem escovas, o rotor tem ímanes permanentes e o estator tem as bobines de fio condutor. Estes motores têm uma durabilidade muito superior e são mais silenciosos. No entanto, a maioria requer controladores digitais mais complexos para poder alterar a velocidade do motor, tornando o sistema mais caro do que o dos motores com escovas.

Tipos de motores sem escovas (AC)

Os motores sem escovas podem ainda ser monofásicos, bifásicos ou trifásicos, dependendo do modo como as bobines estão ligadas e da sua alimentação. O número de fases é, resumidamente, o número de grupos de bobines controlados independentemente. 

  • Um motor monofásico tem apenas um conjunto de bobines que se liga e inverte periodicamente (normalmente, 60Hz). 
  • Um bifásico (mais conhecido como stepper motor) tem dois conjuntos de bobines independentes, que já requer um controlo digital mais avançado, uma vez que fornece corrente sequencialmente aos dois grupos de bobines para criar um movimento preciso. 
  • Um trifásico tem três conjuntos de bobines, precisam de um controlador mais complexo porque têm de transformar a fonte de energia num sinal complexo.

 

Os motores elétricos sem escovas monofásicos são frequentemente usados em bombas de água, ventoinhas industriais e equipamentos de baixa manutenção que não requerem controlo de velocidade (que podem ser apenas ligados à corrente 220v AC normal de uma tomada).  

stepper motor

Os motores elétricos sem escovas bifásicos são os mais utilizados em robótica e equipamento industrial de precisão, pois tem o controlo de posição mais rigoroso a um preço competitivo e são mais fáceis de controlar do que os trifásicos. 

Os motores elétricos sem escovas trifásicos são os motores mais eficientes, tanto energeticamente como em potência/peso, são utilizados em equipamentos desde maquinaria pesada a drones e veículos elétricos. 

Vantagens e desvantagens dos tipos de motores elétricos

Aqui está uma comparação das vantagens de desvantagens de motores elétricos, de acordo com a sua construção e funcionamento.

Com escovas AC vs DC

Com escovas vs sem escovas

Perspetiva de evolução dos motores elétricos

Até agora, os motores elétricos com escovas AC têm sido os mais comuns. São o tipo de motor mais antigo e mais barato de construir, tendo ainda a vantagem acrescida de serem fáceis de usar ligando à corrente normal. No entanto, é provável que este cenário venha a sofrer grandes alterações.

Cada vez mais, com a redução do custo dos componentes eletrónicos, o obstáculo de necessitar de um controlador avançado tem vindo a perder peso quando comparado à eficiência energética e potência / peso dos motores elétricos brushless (sem escovas).

Prioridade: eficiência energética

Os motores trifásicos têm evoluído com base no investimento da indústria automóvel em veículos elétricos e dos desenvolvimentos em aeromodelismo (em particular dos drones). A aplicação dos motores elétricos em veículos vem substituir uma grande percentagem de peças móveis, que implica menos manutenção e dispensa o sistema de mudanças (a única peça móvel do motor é, muitas das vezes, a própria roda do carro).

motor brushless trifásico

No entanto, para uma transição completa para veículos elétricos, a autonomia das baterias é ainda um desafio, pelo que a eficiência energética dos motores elétricos torna-se o ponto central na escolha do tipo de motor.

Inovações recentes

Um exemplo de radical melhoria na eficiência dos motores elétricos: hoje em dia, cada bobine já não é composta por apenas um fio de maior diâmetro, mas de um feixe de vários fios independentes e eletricamente isolados, o que reduz as correntes “parasitas” (Eddy currents). Até há pouco tempo, eram consideradas insignificantes, mas a partir de frequências mais altas têm uma perda de até 20% da energia, produzindo mais calor que o motor teria de dissipar. Esta é apenas uma das inovações recentes que se têm visto numa tecnologia com quase 200 anos.

As formas dos motores e orientações magnéticas têm também sido optimizadas quase todos os anos, assim como os materiais utilizados. Os motores estão a tornar-se cada vez mais fortes, mais leves e eficientes, tornando viáveis aplicações onde antes não era possível utilizar motores elétricos ou onde a autonomia e capacidade de carga estavam condicionados.

Por exemplo, só há poucos anos as baterias e motores elétricos atingiram dimensões suficientemente compactas para serem integrados numa trotinete; os fatores potência / peso / eficiência tem também um papel fundamental na integração de drones na distribuição.

Novos motores?

Tem ainda surgido outro tipo de motores brushless: os motores ironless

Estes são muito mais leves, ainda que ligeiramente mais volumosos. Os motores ironless são eficientes numa gama maior de velocidades, mas apresentam frequentemente problemas de sobreaquecimento e são difíceis de fabricar (e, por isso, mais caros). 

Com o tempo vão tornar-se mais comuns e acessíveis, oferecendo a maior eficiência energética de todos os motores elétricos e a melhor potência/peso.

Vamos analisar este novo tipo de motor no próximo artigo, percebendo melhor o funcionamento e o potencial dos motores brushless ironless.

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