Explique o funcionamento e as diferenças dos motores de corrente alternada com rotor de gaiola de esquilo e do rotor bobinado.

Passo 1

O enunciado pede para entendermos como funcionam, de forma geral, os motores de indução (motores de corrente alternada) e, em particular, as duas versões de rotor mais comuns: o rotor de gaiola de esquilo e o rotor bobinado. Para isso precisamos lembrar:
  • O princípio de funcionamento é a indução eletromagnética numa máquina síncrona desacoplada (ou seja, o rotor gira “atrasado” em relação ao campo girante do estator).
  • A construção dos enrolamentos do rotor (barras metálicas em curto ou bobinas trifásicas conectadas a anéis coletores) é o que diferencia os tipos.

Passo 2

Como o motor de indução produz torque
  1. No estator, aplicamos tensão trifásica alternada que cria um campo magnético girante com velocidade síncrona
n_s = \frac{120\,f}{p}
sendo f a frequência da rede e p o número de polos.
2. Esse campo girante corta o condutor do rotor e induz uma corrente alternada no rotor (Lei de Faraday).
3. A interação entre o campo do estator e a corrente induzida no rotor gera um torque que faz o rotor acelerar.
4. O rotor nunca alcança exatamente n_s; a diferença de velocidade é chamada de escorregamento s, que faz a máquina sempre induzir corrente e gerar torque.

Passo 3

Rotor de gaiola de esquilo
  • Construção: barras de alumínio ou cobre montadas nas fendas do núcleo e curtas-circuitadas por anéis nas extremidades, formando algo parecido com uma gaiola.
  • Funcionamento: o campo girante induz diretamente correntes nas barras, gerando torque.
  • Características principais:
    • Simplicidade mecânica, sem coletores nem escovas.
    • Alta robustez e baixo custo de fabricação.
    • Arranque direto (alta corrente de partida) mas escorregamento típico de 2\%- 5\%.
    • Pouco controle de torque nas baixas rotações, pois não dá para variar resistência do rotor.

Passo 4

Rotor bobinado
  • Construção: três enrolamentos trifásicos montados no rotor, cujas extremidades ficam ligadas a anéis coletores e escovas de contato.
  • Funcionamento: ao rotor girar no campo do estator, induz-se tensão nos enrolamentos, que sai pelos anéis coletores.
  • Características principais:
    • Possibilidade de inserir resistências externas no circuito do rotor (entre anéis e escovas) para controlar o torque e a corrente de partida.
    • Arranque mais suave (menor corrente de pico) e maior torque de partida ajustável.
    • Maior complexidade mecânica (manutenção de escovas e anéis), custo mais alto e menor robustez que o rotor gaiola.

Passo 5

Comparação direta
  • Montagem
    • Gaiola: barras em curto, sem peças deslizantes.
    • Bobinado: enrolamentos, anéis e escovas.
  • Custo e manutenção
    • Gaiola: barato e praticamente livre de manutenção.
    • Bobinado: mais caro e requer revisão de anéis/escovas.
  • Partida e controle de torque
    • Gaiola: arranque direto, alto pico de corrente, torque de partida limitado.
    • Bobinado: arranque ajustável via resistores, corrente de partida menor, torque de partida maior e controlável.
  • Aplicações típicas
    • Gaiola: bombas, ventiladores, compressores – cargas de partida simples e constantes.
    • Bobinado: grandes guindastes, laminadores, bombas de grande porte – quando é preciso controle de torque/velocidade no arranque ou em regimes variáveis.

Resposta

O motor de rotor de gaiola de esquilo é mais simples, barato e robusto, mas tem partida “bruta” e sem ajuste de torque. Já o motor de rotor bobinado permite intercalar resistências externas para obter um arranque suave e um controle mais fino do torque de partida, à custa de maior complexidade, manutenção e custo.

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