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Motor elétrico CC – corrente contínua

Motor elétrico em geral é um equipamento que transforma energia elétrica em energia mecânica. Nas indústrias em geral, mais precisamente em seu parque de máquinas e equipamentos, o uso de motores elétricos é uma necessidade.

Isso independentemente do tipo de processo industrial necessário para produção. Antes de entrar no mérito sobre os motores de corrente contínua – CC, vamos entender como surgiu o motor elétrico.

Surgimento do motor elétrico

As grandes invenções têm algo em comum a meu ver, sempre acontecem com o envolvimento de mais e uma pessoa. Sempre tem alguém a mais, que de alguma maneira tem participação nessas grandes inovações. E com o motor elétrico não foi diferente, não tem como atribuir a uma pessoa somente como inventor.

Nos EUA, o ferreiro Thomas Davenport é reconhecido como o inventor do primeiro motor elétrico, isso porque foi o primeiro a patentear o mesmo em 1837.

Mas ele não foi a primeira pessoa a construir um motor elétrico. Vários inventores na Europa já haviam desenvolvido versões mais poderosas quando Davenport registrou sua patente.

Em 1834, o físico e engenheiro Moritz Jacobi, prussiano de língua alemã, e naturalizado russo, apresentou um motor três vezes mais potente comparado ao que Davenport viria a patentear.

Já o professor holandês Sibrandus Stratingh e o fabricante de instrumentos alemão Christopher Becker foram os primeiros a demonstrar uma aplicação prática para um motor elétrico. Fizeram a apresentação de um pequeno modelo de veículo (triciclo) em 1835.

O primeiro motor CC, tema deste artigo, foi inventado alguns anos depois em 1886 pelo engenheiro eletricista americano Frank Julian Sprague.

Essa invenção levou ao primeiro sistema de trolle motorizado em 1887, e ao primeiro elevador elétrico em 1892. O motor de corrente contínua de Sprague foi um desenvolvimento extremamente significativo. Sua invenção proporcionou uma variedade de aplicações que remodelariam a imagem da indústria e da manufatura.

Motor elétrico – dois grupos distintos

Os motores elétricos se dividem basicamente em dois grupos distintos conforme a corrente elétrica que utilizam. Temos o motor elétrico de corrente alternada (CA) e o motor de corrente contínua (CC) ou DC – do inglês direct current.

O motor elétrico CA é o mais comumente utilizado em todos os segmentos da indústria porque a distribuição de energia elétrica é feita normalmente em corrente alternada.

E podemos colocar também como sua preferência, o seu custo de aquisição e manutenção. Claro que em certas necessidades, o motor CC é o mais indicado por diversos fatores. Principalmente quando se faz necessário um maior nível de torque e controle preciso de velocidade.

Características do motor CC – corrente contínua

Os motores CC são bastante aplicados na indústria em processos em que exige torque constante independente da variação de velocidade. Outros fatores são sua robustez, características de fabricação desse tipo de equipamento, e a precisão no ajuste fino do controle de velocidade.

A evolução na eletrônica de potência fez com que os grupos conversores rotativos dessem lugar a fontes estáticas de corrente contínua com tiristores, confiáveis, de baixo custo, mas que exige um programa de manutenção devido à saturação de componentes eletrônicos.

Com isso, apesar do alto custo dos motores CC, passam a ser boas alternativas em muitos processos que exigem as características já citadas.

Aspectos construtivos do motor CC

Quanto aos aspectos construtivos dos motores CC em termos de manutenção e peças, são muito complexos porque exigem habilidade, conhecimento e um programa de manutenção eficiente. Os componentes que formam basicamente um motor CC são;

• Estator
• Armadura
• Comutador
• Escovas
• Interpolos

Lembrando que temos o tipo de motor de CC sem escovas, que veremos a seguir, conhecido como motor de CC Brushless.

Tipos de Motores CC – corrente contínua

Embora os princípios de funcionamento sejam os mesmos, existem vários tipos diferentes de motores CC. E cada tipo deles oferecem vantagens e desvantagens específicas entre si.

São quatro principais tipos de motor CC – motor sem escovas, motor escovado ou com escovas, motor de derivação (Shunt) e motor bobinado em série.

Motor elétrico de CC sem escovas (Brushless)

Esse tipo de motor é também conhecido como motor comutado eletronicamente, ou motores CC síncronos, e diferem do motor escovado, graças ao desenvolvimento da eletrônica de estado sólido.

A principal diferença entre os motores CC sem escova e outras variedades é que eles não possuem um comutador, que é substituído por um servomecanismo eletrônico capaz de detectar e ajustar o ângulo do rotor.

Motor elétrico de  CC escovado

Vem de seu projeto original, que nos remete ao projeto inicial de Sprague, no ano de 1886. O motor escovado clássico possui um comutador, para reverter a corrente a cada meio ciclo e criar torque de direção única.

Motor elétrico de CC de derivação CC (Shunt)

Uma variedade de motor escovado que tem os enrolamentos de campo conectados em paralelo com a armadura.

Os motores CC com enrolamento em derivação têm uma corrente mais baixa devido aos enrolamentos paralelos. Um motor de derivação CC é utilizado para aplicações que requerem um torque constante.

Motor elétrico de CC bobinado em série

Outra variedade de motor escovado, sua principal diferença em comparação ao motor “de derivação”, é que os enrolamentos de campo são conectados em série.

Isso significa que toda a corrente de armadura passa para o enrolamento de campo, criando velocidades muito mais rápidas.

Manutenção do motor elétrico de CC – com escovas

Em uma manutenção de motores de corrente contínua (com escovas), adequadamente aplicados, deve-se inspecionar periodicamente alguns itens. Tais como os níveis de isolamento, lubrificação dos rolamentos, vida útil dos mancais, níveis de vibração, desgastes de escovas, comutador e condições dos porta escovas.

E para isso existem a necessidade de elaboração de um plano de manutenção e inspeção, normalmente fornecidos pelo fabricante do motor. A seguir alguns itens de inspeção essenciais para esse tipo de motor.

Nota: esses itens de inspeção e manutenção foram extraídos de um arquivo em PDF da empresa WEG – fabricante de motores e sistemas elétricos industriais.

Itens de inspeção e manutenção periódica

Uma inspeção regular em intervalos dependentes das condições de serviço é importante para evitar falhas ou paradas inesperadas que pode ter reparos demorados. Alguns itens a serem inspecionados:

Motor (parte externa): O motor deve ser mantido livre de poeira, sujeira e óleo por meio de uma limpeza periódica.

Escova e porta escovas: Limpeza dos suportes dos porta-escovas e dos terminais, que podem ficar cobertos de pó. Deve-se remover as escovas e limpá-las, para assegurar que se movam livremente no alojamento. Verificar também a condição das molas.

Enrolamentos: Sujeira e pó sobre os enrolamentos devem ser removidos com uma escova dura (não metálica). Caso tenha sujidade por óleo, este pode ser removido com um solvente adequado.

Filtros de tela: os filtros deverão ser limpos regular e frequentemente, assim como os feltros. Caso necessário, devem ser substituídos por itens novos.

Ventilação: os motores de CC podem ser fabricados com vários tipos de sistemas de ventilação. Pode ser sistema auto ventilado, ventilação forçada, trocadores de calor ar/ar ou ar/água ou mesmo sem ventilação.

No caso de trocador de calor, é necessária uma limpeza periódica, verificação de filtros e teste de funcionamento do termostato e detector fluxo de ar. Verificar as tubulações do radiador a fim de que se retire quaisquer incrustações.

Comutador: O comutador deve ser conservado livre de sujeiras, óleos, etc. A resistência de isolação deve ser verificada regularmente para monitorar os enrolamentos.

Verificar o nível de comutação aplicando carga no motor e verificando seu faiscamento se está normal ou não. As faíscas resultantes de uma comutação irregular podem ter causas mecânicas, como vibrações, deformação no comutador, pressão inadequada nas escovas, etc.

Pode ter causas elétricas também como mau contato entre escovas e comutador, problemas no enrolamento dos polos de comutação ou na armadura, picos de corrente, etc.

E aspectos físico-químicos, como umidade do ar excessiva e a existência de vapores ou gases corrosivos no ambiente, ou a deposição de óleos ou poeira sobre o comutador.

Rolamento e mancais: Necessário uma inspeção geral e minuciosa do estado dos mancais e rolamentos, fazer uma limpeza e lubrificação. Quando os rolamentos são de lubrificação permanente, os mesmos devem ser trocados ao final da vida útil do lubrificante.

Essa vida útil normalmente é em horas e determinadas pelo fabricante do motor. O controle de temperatura nos mancais também faz parte da manutenção de rotina. A temperatura pode ser controlada através de medições manuais ou por meio de detectores de temperatura embutidos.

Conclusão

Para todos esses itens de inspeção e manutenção existe uma periodicidade que normalmente é pré definida pelo fabricante. Por se tratar de um equipamento de alto custo, é essencial seguir esse plano de manutenção e inspeção.

E sendo um motor elétrico, uma ótima estratégia além das inspeções, é fazer o monitoramento online com a técnica preditiva da análise de vibração.

Seriam avaliados em tempo real suas condições de funcionamento quanto a temperatura e vibração. Um investimento que se paga tranquilamente, evitando os altos custos de uma manutenção corretiva e perdas de produtividade.

Fonte:

https://www.scientificamerican.com/article/frank-julian-sprague/

https://www.britannica.com/biography/Thomas-Davenport

https://www.eti.kit.edu/english/1382.php

https://www.prestigeelectriccar.com/en/news/2294/Stratingh__Becker_electric_vehicle_from_1835