Bloco 1 · Princípios

Electromagnetismo

• Lei de Faraday: variação de fluxo magnético induz f.e.m.
• Lei de Lenz: corrente induzida opõe-se à causa.
• Lei de Laplace: condutor com corrente em campo magnético sofre força (F = B·I·L).

Estes 3 princípios explicam todos os motores e geradores.

Estrutura comum

Toda máquina rotativa tem:

• Estator (parte fixa).
• Rotor (parte rotativa).
• Entreferro (espaço entre ambos).
• Bobinas (enrolamentos).
• Núcleo ferromagnético (chapas laminadas para reduzir perdas).
• Mancais (rolamentos).
• Veio e chumaceira de transmissão.
• Caixa de bornes.

Bloco 2 · Motor assíncrono trifásico

Princípio

O mais usado na indústria (~80% dos motores instalados).

• Estator com 3 enrolamentos a 120° → cria campo magnético rotativo.
• Rotor (gaiola de esquilo) é arrastado pelo campo, mas com escorregamento (s).
• Frequência mecânica < frequência eléctrica → "assíncrono".

n_sincrona = 60 × f / p (rpm)
n_rotor = n_sincrona × (1 − s)
s típico = 2-5%

p = pares de pólos (2, 4, 6, 8).

Velocidades típicas (50 Hz)

Motor 4 pólos é o mais comum (1440 rpm) para aplicações industriais médias.

Ligação estrela vs triângulo

   Estrela (Y)            Triângulo (Δ)
   U1     V1     W1       U1 ── V2 ── W1 ── U2
   │      │      │        ──Δ── ──Δ── ──Δ──
   └──┬───┘──────┘
      neutro

• Estrela: tensão por bobina = U_linha / √3 (230 V em rede 400 V).
• Triângulo: tensão por bobina = U_linha (400 V em rede 400 V).
• Mesmo motor pode ligar-se de ambos os modos consoante chapa de características.

Chapa de características

Toda informação essencial:

P: 4 kW
U: 230/400 V Δ/Y
I: 14,8/8,5 A
cos φ: 0,82
n: 1440 rpm
f: 50 Hz
η: 88%
IP55  IE3
S1 (serviço contínuo)

Ler antes de qualquer intervenção.

Bloco 3 · Motor monofásico

Particularidade

Motor monofásico não arranca sozinho — necessita de um truque para criar campo rotativo:

• Capacitor de arranque: cria desfasamento de 90° numa segunda bobina.
• Bobina auxiliar: enrolada com fio diferente para criar desfasamento.
• Pólo sombreado (anel de cobre): em motores pequenos.

Após arrancar, em alguns modelos um interruptor centrífugo desliga a bobina auxiliar.

Aplicações

• Habitação: ventoinhas, frigoríficos, máquinas de lavar.
• Pequeno comércio: bombas pequenas, ventilação.
• Potências típicas: até 2,2 kW.

Acima de 2,2 kW → motor trifásico mesmo em ambiente doméstico (com VFD se necessário).

Bloco 4 · Motores DC

Tipos

• Excitação independente: bobina de campo alimentada separadamente.
• Excitação em série: bobina em série com a armadura → binário enorme no arranque.
• Excitação em derivação (paralelo): bobina em paralelo → velocidade estável.
• Excitação composta: combinação.
• Imã permanente (PMDC): pequenos (brinquedos, automóvel).
• Brushless (BLDC): sem escovas, comutação electrónica.

Características

• Velocidade ajustável por tensão de armadura → muito usado em aplicações de velocidade variável antes do VFD.
• Binário linear com corrente.
• Inversão de sentido trivial: trocar polaridade.
• Desvantagem clássica: escovas + colector → desgaste, faíscas, manutenção.
• BLDC elimina escovas → fiabilidade ↑.

Bloco 5 · Servo e passo-a-passo

Servomotor

• Motor + encoder + driver com lazo fechado de posição/velocidade.
• Precisão muito elevada (resolução até 0,01°).
• Tipicamente BLDC com encoder ou síncronos com imã permanente (PMSM).
• Aplicações: robótica, máquinas CNC, automação de precisão.

Motor passo-a-passo (stepper)

• Sem realimentação (lazo aberto).
• Passos discretos (típico 1,8° = 200 passos/volta).
• Mais barato que servo; menos preciso em carga.
• Aplicações: impressoras 3D, máquinas pequenas, posicionamento simples.

Diferença essencial: servo "sabe" onde está (encoder); stepper "conta" passos (mas pode perder passos se sobrecarga).

Bloco 6 · Geradores

Princípio inverso do motor

Roda mecânica externa → induz tensão nos enrolamentos.

Tipos:

• Síncrono: rotor com excitação CC roda à frequência da rede. Centrais eléctricas, geradores de emergência.
• Assíncrono: pode funcionar como gerador se rodado acima da velocidade síncrona (parques eólicos).
• DC com escovas: dínamos antigos, raros hoje.

Bloco 7 · Arranque e protecção

Métodos de arranque

VFD substitui todos os outros métodos em aplicações modernas (controlo de velocidade + arranque suave + protecções integradas).

Protecção

• Disjuntor magnetotérmico para curto-circuito.
• Relé térmico para sobrecarga (95-105% I_nominal).
• DR para fugas (30 mA pessoas, 300 mA equipamento).
• Protecção contra subtensão (motor não arranca com tensão baixa).
• Protecção térmica directa: termístor (PTC) no enrolamento → relé desliga se > 130 °C.

Bloco 8 · Manutenção e diagnóstico

Manutenção preventiva

Diagnóstico de avarias comuns

Ferramentas de diagnóstico

• Multímetro + pinça amperimétrica.
• Megger (isolamento).
• Câmara térmica (pontos quentes).
• Analisador de vibração (FFT — descobre desequilíbrio, rolamento partido por frequência).
• Analisador de qualidade da energia (harmónicas, desequilíbrio entre fases).
• Estetoscópio mecânico (ruído anormal).