O que é um motor de indução de rotor bobinado (anéis coletores)?
Princípio de funcionamento
Um motor de indução de rotor bobinado tem o mesmo estator e o mesmo campo girante de um motor de gaiola, mas seu rotor leva um enrolamento trifásico cujas extremidades saem para três anéis coletores no eixo. Escovas de carvão deslizam sobre os anéis e ligam o circuito do rotor a um banco de resistores externo. O campo induz correntes no rotor como em qualquer motor de indução; a diferença é que, com o motor em funcionamento, é possível inserir resistência extra no rotor por fora e retirá-la depois.
Resistência rotórica e curva de torque
Acrescentar resistência ao circuito do rotor não altera o torque máximo; apenas desloca o escorregamento em que ele ocorre: quanto maior a resistência, maior esse escorregamento. O torque de partida sobe até que o pico fique na velocidade zero, e a corrente de rotor bloqueado diminui porque a impedância do circuito rotórico cresce. O motor de gaiola precisa aceitar sua curva fixa, enquanto o de anéis combina alto torque de partida com corrente de partida bem menor.
Partida em estágios e controle de velocidade
Um reostato rotórico insere toda a resistência na energização e a retira em estágios conforme o motor acelera; cada estágio leva o ponto de operação a uma curva mais alta e o torque permanece elevado até o rotor ser curto-circuitado. A mesma resistência controla a velocidade: com torque de carga constante, mais resistência significa mais escorregamento e menos rotação. O preço é a potência de escorregamento: a fração s da potência do entreferro perdida no rotor vira calor no resistor, e o rendimento cai quase na mesma proporção da velocidade.
Onde é usado
Motores de rotor bobinado acionam cargas difíceis de partir: britadores, moinhos, talhas, pontes rolantes, transportadores e grandes bombas e ventiladores em redes fracas. Alto torque de partida com pouca corrente favorece acelerações longas e pesadas, e o controle por resistência era comum em guindastes antes da eletrônica de potência. Hoje as máquinas de anéis também aparecem como geradores de dupla alimentação em turbinas eólicas, enquanto motores de gaiola com inversor substituíram muitos outros.
Perguntas frequentes
- Por que a resistência rotórica aumenta o torque de partida de um motor de rotor bobinado?
- Na velocidade zero a corrente do rotor fica atrasada em relação à tensão induzida por causa da reatância de dispersão, e boa parte dela produz pouco torque. Uma resistência extra deixa a corrente mais em fase, aumenta o torque por ampère e limita a corrente. O torque na partida é máximo quando a resistência do rotor se aproxima da reatância de dispersão; acima disso, volta a cair.
- A resistência rotórica altera o torque máximo?
- Não. O torque máximo depende da tensão de alimentação e das reatâncias de dispersão, não da resistência do rotor. A resistência apenas muda o escorregamento em que o máximo ocorre, aproximando-o da velocidade zero à medida que cresce. No simulador as curvas mantêm a mesma altura e seus picos se deslocam para velocidades menores.
- Por que o controle de velocidade por resistência rotórica é ineficiente?
- A potência de escorregamento não é recuperada; ela é dissipada como calor no resistor externo. Com o rotor a 1200 rpm em um campo de 1500 rpm, cerca de 20 % da potência do entreferro se perde ali, o rendimento cai quase junto com a velocidade e o banco precisa suportar calor contínuo. Para controle prolongado usam-se inversores ou recuperação da potência de escorregamento.