O que é um motor de indução linear?
Princípio de funcionamento
Um motor de indução linear (LIM) é um motor de indução trifásico cortado ao longo do eixo e planificado. O enrolamento do estator deixa de criar um campo girante e passa a criar um campo que viaja ao longo da máquina na velocidade síncrona v_s = 2·τ·f, em que τ é o passo polar e f a frequência de alimentação. Diante dele, através de um entreferro pequeno, fica uma placa condutora, em geral de alumínio ou cobre sobre uma chapa de ferro de retorno. O campo viajante induz correntes na placa, e elas a arrastam junto com o campo.
Escorregamento, empuxo e fator de mérito
A placa sempre fica atrás do campo: o escorregamento é s = (v_s − v)/v_s. O empuxo é a potência do entreferro dividida pela velocidade do campo, F = P_entreferro / v_s; é zero na velocidade síncrona e grande em repouso. O quanto a placa converte o campo em empuxo é medido pelo fator de mérito G = μ0·ω·τ²·σ·d/(π²·g). Um bom condutor, frequência alta, passo polar longo e entreferro pequeno elevam G, e um G alto significa menos corrente de magnetização, melhor fator de potência e melhor rendimento.
Entreferro grande e efeito de extremidade
Ao contrário de uma máquina rotativa, o LIM tem um entreferro de centímetros, porque a placa e a folga ficam entre o estator e o ferro de retorno. A reatância de magnetização cai com 1/g, então a corrente de magnetização é alta e o fator de potência e o rendimento são baixos, muitas vezes abaixo de 0,5. Um estator curto também tem uma borda de entrada e outra de saída: as correntes parasitas da placa não se extinguem enquanto ela atravessa o estator, o que tira fluxo e empuxo em alta velocidade. É o efeito de extremidade, que cresce com a velocidade.
Força normal e aplicações
O estator também atrai o ferro de retorno com uma força normal que pode ser várias vezes o empuxo, e rodas ou guias precisam suportá-la. O LIM dispensa engrenagens, tração por rodas e peças girantes, e por isso move trens de levitação magnética e metrôs, esteiras transportadoras, portas de correr, lançamentos de montanhas-russas e catapultas de aeronaves. Um conversor de frequência define v_s e, com isso, a velocidade; inverter a sequência de fases inverte o movimento e freia o veículo.
Perguntas frequentes
- Por que o fator de potência de um motor de indução linear é tão baixo?
- O entreferro é grande porque a placa e a folga ficam entre o estator e o ferro de retorno, então a reatância de magnetização é pequena e quase toda a corrente apenas cria o campo. Reduza o entreferro no simulador: a corrente cai e o fator de potência e o rendimento sobem. O efeito de extremidade acrescenta perdas.
- O que é o efeito de extremidade em um motor de indução linear?
- O estator tem comprimento finito, então a placa entra e sai do campo. As correntes parasitas induzidas na borda de entrada se extinguem devagar e ainda circulam quando a placa sai; elas enfraquecem o fluxo do entreferro e gastam potência. Alterne entre ideal e com efeito de extremidade no simulador e compare as curvas de empuxo: a perda cresce com a velocidade.
- Como mudar a velocidade ou o sentido de um LIM?
- A velocidade síncrona é v_s = 2·τ·f, então um conversor de frequência muda a velocidade do campo e o veículo o segue com um escorregamento. Trocar duas fases inverte o campo viajante e o empuxo, o que também freia um veículo em movimento. Aumente a frequência no simulador e veja a velocidade síncrona e a curva de empuxo se deslocarem.