Por que a eficiência de um motor de indução (rotor bobinado ou gaiola de esquilo) é tão pobre com escorregamentos elevados?
Passo 1
O enunciado pergunta por que a eficiência de um motor de indução (seja de rotor bobinado ou de gaiola de esquilo) cai muito quando o escorregamento
é grande. O conteúdo envolvido é a análise das potências no entreferro e das perdas por aquecimento (perdas ôhmicas) no estator e no rotor.
Passo 2
Em regime estacionário, define-se o escorregamento como
onde
é a velocidade síncrona e
a velocidade do rotor. A potência elétrica de entrada
é convertida em parte no entreferro, chamada potência de fluxo de ar-gap
, e sofre perdas no estator
:
Passo 3
Do total
, parte vira energia mecânica útil
e parte se dissipa por efeito Joule no rotor
. A teoria do motor de indução mostra que
Isso ocorre porque quanto maior o escorregamento, maior a corrente induzida no rotor e, portanto, maiores as perdas ôhmicas
.
Passo 4
A eficiência
do motor é a razão entre a potência mecânica de saída e a potência elétrica de entrada:
Desprezando provisoriamente
para ver o efeito de
isoladamente, obtém-se
Logo, se
é grande (por exemplo
), a eficiência máxima aproximada cai para cerca de
.
Passo 5
Na prática, além das perdas de rotor, quando
aumenta as correntes no estator também sobem e o fator de potência piora, elevando ainda mais
(perdas ôhmicas e perdas no núcleo). Portanto, em escorregamentos altos a maior parte da energia elétrica entra dissipada em calor, sobrando pouco para trabalho mecânico.
Resposta
A eficiência fica pobre em altos escorregamentos porque a fração da potência de entreferro que se transforma em calor no rotor cresce com
(
) e, simultaneamente, aumentam as perdas ôhmicas também no estator e as perdas no núcleo, de modo que a potência útil
torna-se muito pequena diante do total consumido.