O que é um motor universal?
Princípio de funcionamento
Um motor universal é um motor de comutador com excitação série: o enrolamento de campo e a armadura estão em série, e a mesma corrente passa por ambos. O torque é o fluxo do campo vezes a corrente da armadura e, como essa mesma corrente cria o fluxo, o torque cresce aproximadamente com o quadrado da corrente (T ∝ I²). Escovas de carvão e um comutador alimentam a armadura, como em um motor série de CC, e por isso a mesma máquina também funciona com corrente contínua.
Por que funciona em CA e CC
Ao inverter a alimentação, a corrente do campo e a da armadura se invertem juntas, então T ∝ I² mantém o sinal e o rotor continua girando no mesmo sentido. Em CA o torque nunca é negativo: ele pulsa entre zero e o dobro do valor médio a 2f, ou seja, 100 ou 120 vezes por segundo. A reatância dos enrolamentos também fica com parte da tensão, então, com a mesma tensão eficaz, o motor gira mais devagar em CA do que em CC e o fator de potência fica abaixo de 1.
Velocidade, carga e disparada
A força contraeletromotriz é proporcional ao fluxo e à velocidade. Com pouca carga a corrente cai, o campo enfraquece e nada segura o rotor, que acelera até o atrito e o próprio ventilador o limitarem, muitas vezes entre 10 000 e 35 000 rpm. Em vazio, um motor universal pequeno pode se destruir. A curva velocidade–torque muito inclinada, com a velocidade caindo rápido quando a carga aumenta, também dá a ele um torque de partida muito alto.
Controle de velocidade e aplicações
Um triac atrasa a condução após cada passagem por zero da rede. Esse controle por ângulo de fase reduz a tensão eficaz para V·√(1 − α/π + sin 2α / 2π) e, com ela, a velocidade; por isso reguladores do tipo dimmer comandam furadeiras, batedeiras e aspiradores. O motor universal é escolhido por alta velocidade, pouco peso e forte torque de partida; o faiscamento das escovas limita sua vida e gera interferência de rádio.
Perguntas frequentes
- Por que um motor universal funciona em CA e em CC?
- Seu campo e sua armadura estão em série, então, ao inverter a polaridade da alimentação, os dois se invertem ao mesmo tempo. O torque depende do quadrado da corrente (T ∝ I²), que não muda de sinal, e o rotor continua girando no mesmo sentido. Em CA o torque apenas pulsa ao dobro da frequência da rede. Troque o tipo de alimentação no simulador e compare.
- Por que um motor universal dispara em vazio?
- A velocidade é a força contraeletromotriz dividida pelo fluxo. Com quase nenhuma carga a corrente cai, o campo série enfraquece e a velocidade precisa subir muito até a força contraeletromotriz equilibrar a alimentação. Só o atrito e o ventilador a limitam, e chegam-se a dezenas de milhares de rpm. Reduza a carga a zero e observe o aviso de disparada.
- Como um triac controla a velocidade de um motor universal?
- O triac só começa a conduzir no ângulo de disparo α após cada passagem por zero, então o motor recebe uma senoide recortada com tensão eficaz menor, V·√(1 − α/π + sin 2α / 2π). Menos tensão significa menos corrente para o mesmo torque e, portanto, menor velocidade. Aumente o ângulo de disparo no simulador para ver a tensão e a velocidade caírem.