Questão 9 -
O rotor bobinado (anéis coletores) é especialmente útil quando:
A) Deseja-se baixo torque de partida
B) O motor deve funcionar sempre em vazio
C) É necessário adicionar resistência externa para aumentar o torque na partida
D) O motor precisa operar apenas em velocidade síncrona
E) O motor será ligado na rede monofásica

Passo 1

Vou deixar claro o que o enunciado pergunta e quais são as alternativas. Pergunta: “O rotor bobinado (anéis coletores) é especialmente útil quando:” Seguem as alternativas:
A) Deseja-se baixo torque de partida.
B) O motor deve funcionar sempre em vazio.
C) É necessário adicionar resistência externa para aumentar o torque na partida.
D) O motor precisa operar apenas em velocidade síncrona.
E) O motor será ligado na rede monofásica.

Passo 2

O que é um rotor bobinado com anéis coletores (explicação prática e física, sem pular etapas).
  • Num motor de indução trifásico existem dois tipos comuns de rotor: o rotor gaiola (squirrel-cage) e o rotor bobinado (com enrolamento e anéis coletores).
  • No rotor bobinado, as espiras do rotor têm terminais ligados a anéis coletores em vez de serem fundidas numa gaiola. Esses anéis permitem que se conecte externamente resistência ou outros dispositivos ao circuito do rotor enquanto o motor gira.
  • Em outras palavras, o rotor bobinado permite inserir uma resistência externa em série com o enrolamento do rotor através dos anéis coletores e escovas.

Passo 3

Por que isso é útil na partida (apresentando a fórmula do torque e seus termos).
  • Para entender o efeito, precisamos da fórmula simplificada do torque eletromagnético de um motor de indução, referido ao estator (forma típica usada em teoria básica):
T \propto \frac{s\,R_2'}{R_2'^2 + (sX_2')^2},
onde:
  • T é o torque eletromagnético (proporcional à expressão mostrada);
  • s é o escorregamento (slip), que vale s=1 na partida;
  • R_2' é a resistência do rotor referida ao estator (inclui qualquer resistência externa série);
  • X_2' é a reatância do rotor referida ao estator.
  • A expressão mostra como o torque depende de s e de R_2'. No momento da partida s=1, então o torque de partida tem comportamento proporcional a
T_{\text{partida}} \propto \frac{R_2'}{R_2'^2 + X_2'^2}.
  • Observe: se for possível aumentar R_2' (por exemplo adicionando R_{\text{ext}} em série via anéis coletores), o numerador aumenta mas o denominador também. Para certos valores, o efeito líquido é um aumento do torque de partida até um máximo prático. Além disso, a posição do pico de torque em termos de s muda com R_2': o escorregamento onde o torque é máximo é
s_{\max}=\frac{R_2'}{X_2'}.
Essa fórmula vem de derivar a expressão de T em relação a s e igualar a zero — a demonstração rápida é:
f(s)=\frac{sR_2'}{R_2'^2+(sX_2')^2},\qquad \frac{df}{ds}=\frac{R_2'\big(R_2'^2-s^2X_2'^2\big)}{\big(R_2'^2+(sX_2')^2\big)^2}.
Zerando o numerador obtém-se R_2'^2-s^2X_2'^2=0\Rightarrow s=R_2'/X_2'.
  • Conclusão técnica: aumentar R_2' por resistência externa aproxima o pico de torque para escorregamentos maiores, podendo fazer com que o torque máximo ocorra já na partida ( s\approx1), ou ao menos aumente o torque disponível na partida. Isso é justamente desejado em aplicações que exigem alto torque inicial.

Passo 4

Conectando essa teoria com a função prática do rotor bobinado.
  • O rotor bobinado permite, por construção, conectar uma resistência externa variável em série com o rotor durante a partida e removê‑la depois (quando o motor atinge velocidade próxima à nominal), reduzindo assim perda de potência contínua.
  • Esse artifício reduz também a corrente de partida exagerada no estator e aumenta o torque de partida quando necessário — útil em máquinas que precisam arrancar cargas pesadas (bombas, guindastes, moinhos, etc.).

Passo 5

Agora comparo cada alternativa com o que vimos (motivo pelo qual é correta ou não), usando linguagem direta e simples.
  • Alternativa A: “Deseja-se baixo torque de partida.”
    • Pelo que vimos, o rotor bobinado serve para permitir aumentar o torque de partida (não para reduzí‑lo). Portanto A está errada.
  • Alternativa B: “O motor deve funcionar sempre em vazio.”
    • Se o motor irá funcionar sempre em vazio, não há necessidade de controlar o torque de partida com resistência externa; rotor bobinado não é particularmente necessário só por isso. Portanto B está errada.
  • Alternativa C: “É necessário adicionar resistência externa para aumentar o torque na partida.”
    • Exatamente isso: inserir resistência externa via anéis coletores aumenta a resistência efetiva R_2' no rotor no instante da partida e isso aumenta o torque disponível na partida e melhora a arrancada. Portanto C está correta.
  • Alternativa D: “O motor precisa operar apenas em velocidade síncrona.”
    • Motores de indução (inclusive com rotor bobinado) operam em regime assíncrono; só motores síncronos atingem exatamente a velocidade síncrona. Rotor bobinado não tem relação com obrigar o motor a operar em velocidade síncrona. Portanto D está errada.
  • Alternativa E: “O motor será ligado na rede monofásica.”
    • Rotor bobinado é característica de motores de indução trifásicos; ligar em monofásica é outro tipo de projeto e não é a razão para usar rotor bobinado. Portanto E está errada.

Passo 6

Resumo final e motivação para a prova (dica de como responder rápido):
  • Se na prova a alternativa falar em “adicionar resistência externa” ou “controle do torque de partida”, associe imediatamente ao rotor bobinado (anéis coletores). É a característica-chave que diferencia esse rotor da gaiola.
  • Opções que mencionam “velocidade síncrona”, “monofásico” ou “funcionar em vazio” não têm relação direta com a existência de anéis coletores.

Resposta

C

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