Os motores com escovas CA (comumente conhecidos como motores universais monofásicos) são amplamente utilizados em eletrodomésticos de alta velocidade, como aspiradores de pó e secadores de cabelo. Seus enrolamentos de estator e rotor são conectados em série. Mesmo quando alimentados com corrente alternada (CA) que inverte constantemente a direção, os polos magnéticos do estator e do rotor mudam de polaridade simultaneamente, mantendo assim uma direção constante do torque de rotação.
Ao contrário dos ímãs permanentes dos motores com escovas CC, o estator de um motor com escovas CA consiste em um conjunto de bobinas eletromagnéticas. Quando a corrente alternada é aplicada, a polaridade (polos N/S) do eletroímã do estator alterna com a direção da CA.
A estrutura de «enrolamento em série (excitação em série)» do motor significa que a corrente da fonte de alimentação CA flui primeiro através das bobinas eletromagnéticas do estator, depois através das escovas de carvão e dos segmentos do comutador para as bobinas do rotor, e finalmente retorna à fonte de alimentação. Isso significa que as correntes que fluem através do estator e do rotor mudam em perfeita sincronia.
Quando a CA muda de positiva para negativa, o campo magnético do estator se inverte (por exemplo, o lado esquerdo muda de N para S). No mesmo instante, a corrente que flui através das bobinas do rotor também se inverte, fazendo com que os polos magnéticos del rotor mudem de polaridade em sincronia! De acordo com as leis da atração magnética, como ambos os polos magnéticos se invertem ao mesmo tempo, as direções de repulsão e atração não mudam, e o motor continua a girar em sua direção original!
Nesta demonstração interativa, você pode ver o estado físico de um motor universal acionado por corrente alternada monofásica (CA 220V). Durante os semiciclos positivo e negativo da CA senoidal, la direção do campo magnético do estator e a polaridade do enrolamento do rotor mudam juntas. Isso mantém o torque de rotação líquido apontando no sentido horário, o que, combinado com a comutação segmentada do comutador, permite que o motor funcione de forma suave e em alta velocidade sob alimentação CA.
Carregando...
| Etapa | Status do semiciclo CA | Polaridade do estator (Esquerda/Direita) | Seg. de contato da escova (+) | Seg. de contato da escova (-) | Status do torque eletromagnético |
|---|
O estator de um motor de escovas CC é um ímã permanente cuja direção do campo magnético é fixa. Se conectado à alimentação CA, quando a corrente se inverte, a direção del campo magnético do estator permanece inalterada, mas a corrente que flui para a bobina do rotor se inverte, fazendo com que o torque eletromagnético também se inverta. Como resultado, o motor apenas oscilará ou vibrará violentamente de um lado para o outro no campo magnético alternado de 50 Hz, sem conseguir girar em uma direção. Em contraste, como o estator e o rotor de um motor universal estão conectados em série, suas polaridades se invertem em sincronia («dois negativos fazem um positivo»), permitindo que o motor gire suavemente em uma única direção.
Um motor universal (também conhecido como motor em série) é chamado assim porque pode operar tanto com alimentação CA monofásica quanto CC. Como seu torque de operação depende apenas do produto das direções da corrente do estator e do rotor, a aplicação de CC ou CA gera torque de acionamento na mesma direção. Oferece velocidades de rotação extremamente altas, ajuste de velocidade fácil através da regulação de tensão e é altamente econômico.
Eles são amplamente utilizados em eletrodomésticos e ferramentas elétricas que requerem velocidades ultra-altas e torque forte por durações relativamente curtas. Os exemplos incluem:
• Aspiradores de pó: Velocidades elevadas são necessárias para gerar sucção de pressão negativa (normalmente 20.000 a 40.000 RPM).
• Secadores de cabelo: São necessários impulsores de alta velocidade para fornecer alto volume de fluxo de ar.
• Furadeiras manuais e esmerilhadeiras angulares: Fornecem energia portátil e de alto torque para cortar metal e madeira.
• Liquidificadores e processadores de alimentos: Altas velocidades são necessárias para triturar as fibras dos alimentos.
Existem duas fontes principais de ruído:
• Fricção de escovas de alta frequência: As escovas de carvão e os segmentos do comutador criam sons de fricção física intensos e pequenos estalos de arco elétrico enquanto giram a dezenas de milhares de RPM.
• Assobio do fluxo de ar de alta velocidade: As velocidades de operação de dezenas de milhares de RPM são muito maiores do que as dos motores de indução padrão (normalmente no máximo 3.000 RPM). As pás do ventilador ou o núcleo do rotor cortando o ar a tais velocidades geram forte fricção do ar e assobio. Esta também é a razão pela qual os secadores de cabelo e aspiradores de pó de alta qualidade estão em transição para "motores CC sem escovas de alta velocidade (BLDC)" para uma operação mais silenciosa.