Motor elétrico

 Nota: Para outros tipos de motor, veja Motor.

Motor elétrico
O eixo deste motor industrial entrega o movimento à máquina que ele aciona.
Da eletricidade ao movimento
O que faz	Recebe energia elétrica e a transforma em movimento, geralmente a rotação de um eixo.
O que o move	Na maioria dos modelos, a corrente elétrica e os campos magnéticos produzem a força de giro.
Partes básicas	O estator fica parado. O rotor gira dentro dele, e o eixo transmite a rotação.
De onde vem a energia	Pode vir de uma bateria ou da rede elétrica. O motor usa corrente contínua ou corrente alternada, conforme o modelo.
Como é controlado	Escovas e comutador ou circuitos eletrônicos podem controlar a corrente e a rotação. A solução depende do tipo de motor.
Outras formas	Alguns motores produzem movimento em linha reta, como o motor linear.
Sentido inverso	Quando recebe movimento, uma máquina elétrica adequada pode gerar eletricidade. Isso permite a frenagem regenerativa em veículos.
Usos	Ventiladores, bombas, eletrodomésticos, máquinas industriais e veículos.

Um motor elétrico transforma energia elétrica em movimento para girar o eixo de um ventilador, acionar uma bomba ou impulsionar um veículo. Na maior parte desses motores, a corrente elétrica e os campos magnéticos produzem a força que move o rotor.

Há motores de tamanhos e construções muito diferentes, desde os que cabem em um relógio até os que movem máquinas industriais. Eles podem receber energia de uma bateria ou da rede elétrica, girar continuamente ou produzir movimento em linha reta. Em alguns, escovas conduzem corrente à peça giratória. Em outros, o controle eletrônico dispensa esse contato.

Um motor também pode trabalhar no sentido inverso: ao receber movimento, passa a gerar eletricidade. É o que permite a um veículo recuperar parte da energia durante a frenagem regenerativa. As diferenças de alimentação, construção e controle explicam por que cada tipo de motor se ajusta melhor a determinadas tarefas.

Componentes

Estator fixo e rotor móvel formam as partes principais do circuito magnético.

No interior de um motor giratório, o rotor se move enquanto o estator permanece parado. O circuito elétrico e magnético reúne os ímãs de campo e o induzido, distribuídos entre essas partes em um circuito magnético. Os ímãs podem ser eletroímãs ou ímãs permanentes. Seu campo atravessa o induzido, que geralmente ocupa o rotor quando os ímãs de campo ficam no estator. Há motores com a disposição inversa.

Rotor

Ver artigo principal: Rotor

O rotor faz o eixo girar quando seus condutores, ímãs permanentes ou peças ferromagnéticas interagem com o campo do estator.

Estator

Ver artigo principal: Estator

Ao redor do rotor fica o estator, que pode abrigar ímãs permanentes ou eletroímãs feitos de fios enrolados em núcleos de ferro. Esse campo atua sobre o rotor, cuja construção pode ter enrolamentos, barras condutoras, peças ferromagnéticas ou ímãs permanentes. O núcleo do estator é composto de chapas finas de aço elétrico isoladas umas das outras, chamadas lâminas. A escolha do aço considera sua permeabilidade magnética, sua histerese e o ponto em que satura. Empilhar chapas isoladas reduz as perdas por correntes parasitas, que seriam maiores em um núcleo maciço. Nos motores de CA ligados à rede, os fios do enrolamento costumam ser imobilizados por impregnação a vácuo com verniz. O verniz impede que os fios vibrem uns contra os outros e desgastem o isolamento. Em motores encapsulados em resina, usados em bombas submersíveis de poços profundos, máquinas de lavar e aparelhos de ar-condicionado, o estator é envolvido por resina plástica para evitar a corrosão ou reduzir o ruído transmitido pela estrutura.

Entreferro

Ver artigo principal: Entreferro

Entre a parte fixa e a parte giratória há um pequeno espaço chamado entreferro. Se ele for largo demais, pode ser necessária mais corrente para estabelecer o campo magnético. Se for estreito demais, pequenas diferenças de fabricação podem fazer as peças roçarem e produzirem ruído.

Induzido

No rotor de polos salientes, as projeções magnéticas se voltam para o estator.

Nos motores CC com escovas, os enrolamentos do induzido ficam no rotor, sobre um núcleo ferromagnético. A corrente que passa pelos fios encontra o campo do estator e produz a força de giro chamada torque. Em outros motores, o campo e o induzido ocupam posições diferentes.

Os polos magnéticos podem formar projeções no núcleo, como dentes voltados para a outra parte do motor. Nesse caso, a máquina tem polos salientes. O fio passa ao redor de cada projeção, que se torna um polo norte ou sul quando a corrente circula. Na máquina de polos não salientes, chamada também de campo distribuído ou rotor cilíndrico, os fios ocupam ranhuras ao longo de um núcleo cilíndrico liso. A corrente alternada nesses enrolamentos faz os polos do campo magnético girarem continuamente. No motor de polos sombreados, um enrolamento em parte do polo atrasa a fase de seu campo magnético.

Comutador

Ver artigo principal: Comutador (eletricidade)

Em um motor com escovas, o comutador alimenta o rotor enquanto gira com ele. Seus segmentos metálicos formam um cilindro e se ligam aos enrolamentos do induzido. Escovas de material condutor macio, como carbono, deslizam sobre os segmentos. Esse contato muda a corrente nas bobinas no momento necessário para manter a força de giro no mesmo sentido. Em um modelo simples de dois polos, a força mudaria de sentido depois de meia volta se a corrente não fosse invertida. Para muitas tarefas, usam-se motores sem escovas ou de indução, que dispensam esse comutador.

Eixo

O eixo sai da carcaça para transmitir a rotação à máquina acionada. Se uma polia ou outra peça faz força na parte que fica além do último rolamento, o eixo recebe uma carga em balanço.

Rolamentos

Ver artigo principal: Rolamento

Os rolamentos sustentam o eixo enquanto ele gira e transferem à carcaça as forças que o empurram de lado ou ao longo de seu comprimento. Essas forças recebem os nomes de cargas radiais e axiais.

História

Ver artigo principal: História do motor elétrico

Primeiros motores

Em 1821, Faraday demonstrou a conversão da corrente elétrica em movimento circular.

Muito antes dos motores magnéticos, a atração e a repulsão entre cargas elétricas moviam pequenos aparelhos. Essa força é chamada eletrostática. Ela movia os aparelhos experimentais do monge escocês Andrew Gordon na década de 1740 e os que Benjamin Franklin construiu na década de 1750. Henry Cavendish encontrou em 1771 a relação entre essas forças e a distância, mas não a publicou. Charles-Augustin de Coulomb chegou à mesma relação de forma independente em 1785 e a divulgou como a lei de Coulomb. Como era difícil produzir as altas tensões necessárias, esses motores ficaram restritos a experiências.

Com a pilha de Volta, inventada por Alessandro Volta em 1799, tornou-se possível manter a corrente elétrica por mais tempo. Quando Hans Christian Ørsted fez a corrente elétrica desviar uma agulha magnética em 1820, abriu um caminho para criar movimento por eletricidade. Poucas semanas depois, André-Marie Ampère relacionou a corrente, o campo magnético e a força mecânica na lei que leva seu nome.

No porão da Royal Institution, Michael Faraday fez uma corrente elétrica produzir movimento circular em 3 de setembro de 1821. Ele suspendeu um fio com a ponta mergulhada em mercúrio ao lado de um ímã permanente. Quando a corrente passava, o fio girava ao redor do ímã por causa do campo magnético ao seu redor. Faraday publicou os resultados no Quarterly Journal of Science e enviou exemplares do artigo e pequenos modelos do aparelho a colegas de outros países. A roda de Barlow seguiu a mesma ideia. Esses motores homopolares ainda levariam décadas para encontrar aplicação prática.

O "autorrotor eletromagnético" de Ányos Jedlik já reunia rotor, estator, eletroímãs e comutador no fim da década de 1820. Jedlik divulgou seu trabalho muitos anos depois, e a data exata da construção permanece incerta. Nesse aparelho, até o campo que movia o rotor vinha de eletroímãs, sem ímãs permanentes.

• 
  O autorrotor eletromagnético de Jedlik reunia estator, rotor e comutador.
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  O motor oferecido por Joule a Kelvin em 1842 é um exemplo dos projetos experimentais que se sucederam à demonstração de Faraday.

Motores de corrente contínua

Ver artigo principal: Máquina de corrente contínua

William Sturgeon mostrou publicamente um dispositivo elétrico rotativo em 1833, possivelmente construído no ano anterior. A data de sua construção é incerta, assim como a alegação de que Sturgeon teria inventado o motor CC com comutador. Mais tarde, Thomas e Emily Davenport construíram um motor CC com a colaboração de Orange Smalley. Emily anotava os experimentos e sugeriu usar mercúrio como contato elétrico no primeiro motor com comutação. Em julho de 1834, os três conseguiram fazer um modelo girar por si mesmo. Thomas recebeu a patente norte-americana n.º 132 em 1837. Em 1840, um de seus motores acionou a impressora de um pequeno jornal. As pilhas custavam caro e faltava dinheiro para desenvolver a invenção. Em 1842, Thomas voltou a trabalhar como ferreiro.

O projeto de Jacobi mostra a busca por torque suficiente para acionar uma carga útil no século XIX.

Enquanto outros aparelhos ainda produziam pouco movimento, Moritz von Jacobi construiu em maio de 1834 um motor rotativo capaz de realizar trabalho útil. Em setembro de 1838, seu projeto seguinte superou a potência do primeiro. Com ele, um barco levou 14 pessoas através de um rio. Outros motores alcançaram e depois superaram esse desempenho entre 1839 e 1840.

As máquinas de Gramme ajudaram a demonstrar que a conversão eletromecânica podia ocorrer nos dois sentidos.

A armadura em anel que Antonio Pacinotti apresentou em 1864 tinha bobinas dispostas em torno de um círculo e ligadas aos segmentos de um comutador. Pensada inicialmente para um gerador CC, fornecia pelas escovas uma corrente quase sem oscilações. Zénobe Gramme retomou o projeto de Pacinotti em 1871 e combinou suas ideias com soluções de Werner von Siemens. Os motores CC resultantes encontraram uso comercial.

O fato de uma máquina elétrica poder funcionar como motor ou gerador, chamado reversibilidade, foi formulado por Emil Lenz em 1833. Em um experimento publicado em 1838, ele fez um gerador trabalhar como motor. Na Exposição Universal de 1873, em Viena, Gramme ligou duas máquinas: uma gerava a eletricidade que fazia a outra girar.

Na Siemens & Halske, Friedrich von Hefner-Alteneck trocou a armadura em anel de Pacinotti por um rotor em tambor em 1872. A mudança melhorou a eficiência. A empresa passou a usar um rotor laminado no ano seguinte, reduzindo perdas no ferro e elevando a tensão induzida. Em 1880, Jonas Wenström abriu ranhuras no rotor para receber os fios.

Um sistema de bondes movido por motores CC aperfeiçoados por Frank Julian Sprague começou a operar em Richmond, Virgínia, em 1888. Em 1892, fundou a Sprague Electric Elevator Company para desenvolver elevadores elétricos. Na ferrovia elevada de Chicago, a South Side Elevated Railroad substituiu a tração a vapor por carros elétricos em 1898. Com o controle desenvolvido por Sprague, um operador podia comandar os motores e os freios de todos os carros do trem.

O automóvel elétrico La Jamais Contente, projetado por Camille Jenatzy e equipado com dois motores, foi o primeiro veículo rodoviário a superar 100 km/h, em 29 de abril de 1899.

Nas fábricas, motores individuais passaram a mover máquinas que antes dependiam de eixos de transmissão, correias, ar comprimido ou pressão hidráulica. Acionar cada máquina junto ao local de trabalho facilitava o controle e evitava parte das perdas na transmissão. Na agricultura, passaram a realizar tarefas como transportar grãos e bombear água. Em casa, máquinas de lavar, lava-louças, ventiladores, condicionadores de ar e geladeiras diminuíram o trabalho físico. Na indústria de manufatura dos Estados Unidos, os sistemas acionados por motores consomem cerca de 54% da eletricidade.

Motores de corrente alternada

Ver artigo principal: Motor de corrente alternada

Na década de 1820, François Arago observou a rotação de um disco metálico sob a ação de um ímã em movimento, fenômeno conhecido como rotações de Arago. Em 1879, Walter Baily usou eletroímãs acionados por interruptores para produzir um campo magnético girante capaz de mover um disco, precursor do motor de indução. Na década de 1880, ainda faltavam motores que aproveitassem bem a CA: as vantagens da CA na transmissão de alta tensão a longas distâncias ainda não eram acompanhadas de motores adequados.

Galileo Ferraris inventou em 1885 um motor de indução de CA sem comutador e aperfeiçoou seu projeto em 1886. Em 1888, a Academia Real de Ciências de Turim publicou o estudo de Ferraris sobre os fundamentos desse motor, embora ele concluísse que o aparelho não teria utilidade comercial.

Um modelo do motor de indução de Tesla ilustra a passagem dos protótipos à aplicação industrial da corrente alternada.

Nikola Tesla desenvolveu por conta própria um motor de indução em 1887 e recebeu sua patente em maio de 1888. Naquele ano, apresentou à AIEE o trabalho A New System of Alternate Current Motors and Transformers, com três tipos patenteados de motores bifásicos de quatro polos no estator: um rotor de quatro polos formando um motor de relutância sem partida autônoma, um rotor bobinado formando um motor de indução com partida autônoma e um motor síncrono propriamente dito, com alimentação CC separada para o enrolamento do rotor. Outra patente que Tesla havia apresentado em 1887 tratava de um rotor com enrolamento em curto-circuito para o motor de indução.

George Westinghouse, que já havia adquirido direitos de Ferraris por mil dólares, comprou as patentes de Tesla por 60 mil dólares, mais 2,50 dólares por cavalo-vapor vendido até 1897. Westinghouse contratou Tesla e designou Charles F. Scott para trabalhar com ele. Tesla deixou o projeto em 1889.

Como a velocidade dos bondes precisava variar bastante, o motor de indução CA, de velocidade quase constante, não se ajustava bem a eles, mas os engenheiros da Westinghouse o adaptaram para uma instalação mineira em Telluride, Colorado, em 1891. Em 1892, a Westinghouse obteve seu primeiro motor de indução prático e, em 1893, lançou uma linha de motores polifásicos de 60 Hz, ainda bifásicos e com rotores bobinados. Benjamin G. Lamme desenvolveu depois um rotor com enrolamento em barras.

Trabalhando com três correntes alternadas defasadas entre si, Mikhail Dolivo-Dobrovolsky construiu em 1889 motores de indução trifásicos com rotor em gaiola ou com rotor bobinado e reostato de partida. Em 1890, inventou o transformador de três colunas. Após um acordo entre a AEG e a Maschinenfabrik Oerlikon, ele e Charles Eugene Lancelot Brown desenvolveram modelos maiores, um de gaiola de cerca de 15 kW e um de rotor bobinado com reostato de cerca de 75 kW. Esses motores assíncronos trifásicos já podiam ser empregados em aplicações práticas.

Desde 1889, Wenström também desenvolvia máquinas trifásicas. Na Exposição Internacional de Eletrotécnica de Frankfurt de 1891, apresentou-se um sistema trifásico de longa distância, com tensão de 15 kV e 175 km de extensão, desde a usina de Lauffen no rio Neckar. A usina tinha um alternador de 240 kW, 86 V e 40 Hz e um transformador elevador. Na exposição, outro transformador alimentava um motor de indução trifásico de cerca de 75 kW, que movia uma cachoeira artificial.

O motor de indução trifásico passou a atender grande parte das aplicações comerciais. Para Dolivo-Dobrovolsky, as pulsações do sistema bifásico limitavam o motor de Tesla. Ele continuou a desenvolver a alimentação trifásica.

A General Electric começou a desenvolver motores de indução trifásicos em 1891. Em 1896, ela e a Westinghouse firmaram um acordo de licenciamento cruzado para o rotor de barras, mais tarde chamado de rotor em gaiola de esquilo. O avanço do projeto reduziu muito o tamanho necessário: um motor de indução de aproximadamente 75 kW chegou a ocupar uma montagem parecida com a de um motor de 5,6 kW fabricado em 1897.

Século XXI

Os sistemas que usam motores elétricos consumiram 53% da eletricidade mundial em 2023. Os motores CA ganharam espaço em aplicações antes atendidas por motores CC desde a década de 1980.

Alimentação

Fonte de energia

O corte de um motor CC deixa à vista as escovas que alimentam o rotor e os rolamentos que sustentam o eixo.

Nos motores CC com escovas, a alimentação chega aos enrolamentos do rotor pelas escovas e pelos segmentos do comutador.

Em alguns motores CA de rotor bobinado, anéis coletores levam a corrente ao rotor giratório. Em outros, não há contato elétrico com a alimentação. A velocidade pode ser fixa ou variável, e o rotor pode acompanhar o campo do estator ou girar um pouco mais devagar. Motores universais funcionam com CA ou CC.

Controle

O inversor controla a alimentação do motor CA para variar a velocidade de operação.

A velocidade dos motores CC pode variar com o ajuste da tensão aplicada aos terminais ou por modulação por largura de pulso (PWM). Motores CA de velocidade fixa costumam ser ligados diretamente à rede ou por uma partida suave. Para variar a velocidade, usam inversores de potência, conversores de frequência ou sistemas de comutação eletrônica. O controlador de motor ajusta a alimentação para obter o movimento desejado. Nos motores CC sem escovas e nos de relutância comutada, esse comando pode receber o nome de comutador eletrônico.

Dados nominais, proteção e refrigeração

A placa reúne os dados elétricos e mecânicos necessários para instalar e operar o motor conforme sua especificação.

A placa do motor informa a potência e a velocidade para as quais ele foi projetado, o número de polos e os valores de tensão, corrente e frequência da alimentação. Também são especificados o regime de serviço, a classe térmica do isolamento e o grau de proteção da carcaça. A norma IEC 60034-5 classifica os graus de proteção das máquinas rotativas contra o contato com partes internas e a entrada de corpos sólidos, poeira e água, indicados por códigos IP.

Parte da energia elétrica acaba em calor, que precisa sair do motor durante o funcionamento. A carcaça pode dissipá-lo diretamente, uma ventoinha presa ao eixo ou alimentada à parte pode mover o ar, e alguns projetos fazem circular líquido. Os códigos IC da IEC 60034-6 identificam os circuitos e os meios usados para retirar o calor. O código IC411, por exemplo, designa um motor fechado ventilado externamente pela própria ventoinha.

Tipos

A alimentação pode vir de fontes de corrente contínua (CC), como baterias e retificadores, ou de corrente alternada (CA), como a rede elétrica, inversores e geradores. Pela alimentação e pela construção, há motores monofásicos, bifásicos ou trifásicos, com escovas ou sem elas, de fluxo axial ou radial e refrigerados a ar ou a líquido. Os motores também se distinguem pela aplicação e pelo movimento que produzem.

Os grandes motores da propulsão naval, da compressão em dutos e de usinas hidrelétricas reversíveis podem ultrapassar 100 MW. Outros movem ventiladores, sopradores, bombas, máquinas-ferramentas, eletrodomésticos, ferramentas, veículos e unidades de disco. Os menores cabem em relógios elétricos. Em um veículo com motor de tração, a frenagem regenerativa permite que ele opere como gerador e recupere parte da energia que seria dissipada em calor e atrito.

A força de um motor pode girar um eixo, na forma de torque, ou mover um mecanismo em linha reta. Esse trabalho o torna um atuador. Em geral, um motor é feito para girar continuamente ou percorrer uma distância grande em relação ao próprio tamanho. O solenoide também transforma eletricidade em movimento, mas percorre uma distância curta.

O magnetismo, a eletrostática e a piezoeletricidade podem fazer um motor se mover. No tipo magnético, os campos das partes fixa e móvel interagem para girar o eixo. Durante a rotação, ao menos um desses campos muda pela comutação dos polos ou da variação de sua intensidade.

Conforme o projeto, o motor pode funcionar com CC, CA ou qualquer uma das duas. Os que recebem CA podem ser síncronos ou assíncronos. Nos síncronos, o rotor gira à mesma velocidade que o campo girante do estator. Os de indução são assíncronos: quando trabalham como motores, precisam girar um pouco mais devagar que o campo para induzir corrente no rotor.

Pela classificação tradicional, um motor de potência fracionária tem potência nominal inferior a cerca de 0,746 kW ou carcaça menor que a padronizada para essa potência. Muitos motores domésticos e industriais pertencem a essa classe.

Tipos de comutação dos motores

Comutação própria			Comutação externa
Comutador mecânico		Comutador eletrônico	Assíncrono	Síncrono2
CA	CC	CA5, 6	CA6
* Universal, de série com comutador CA ou CA/CC1 De repulsão	Excitação elétrica separada, em série, em derivação ou composta. Há também modelos de ímãs permanentes.	Rotor de ímãs permanentes: BLDC. Rotor ferromagnético: SRM.	Trifásico: motor de indução com gaiola (SCIM) e motor de indução de rotor bobinado (WRIM). Bifásico com capacitor. Monofásico com enrolamento auxiliar, polos sombreados ou estator assimétrico.	Síncrono de rotor bobinado (WRSM), motor síncrono de ímãs permanentes (PMSM), motor CA sem escovas (BLAC), motores de relutância síncrona, de histerese e híbridos e motores de passo.
Eletrônica simples	Retificador, transistores lineares ou recortador CC	Eletrônica mais elaborada	Eletrônica mais elaborada, como o inversor de frequência, quando instalado

Notas da tabela

1. A rotação não depende da frequência da tensão CA.
2. A rotação ocorre à velocidade síncrona, a do campo do estator.
3. Operação com velocidade variável.
4. Acionamentos de motores síncronos e de indução costumam fornecer ondas senoidais ou em seis etapas. Acionamentos BLDC usam normalmente corrente trapezoidal. Em seus aspectos fundamentais, máquinas de ímãs permanentes senoidais e trapezoidais comportam-se de modo semelhante.

Siglas: BLAC, motor CA sem escovas; BLDC ou BLDM, motor CC sem escovas; EC, comutador eletrônico; PM, ímã permanente; IPMSM, motor síncrono de ímãs permanentes internos; PMSM, motor síncrono de ímãs permanentes; SPMSM, motor síncrono de ímãs permanentes superficiais; SCIM, motor de indução de gaiola; SRM, motor de relutância comutada; SyRM, motor de relutância síncrona; VFD, inversor de frequência; WRIM, motor de indução de rotor bobinado; WRSM, motor síncrono de rotor bobinado.

Motores com comutação própria

Motor CC com escovas

Ver artigo principal: Máquina de corrente contínua

Em muitos motores CC pequenos, ímãs permanentes produzem o campo fixo, enquanto escovas e um comutador invertem a corrente do rotor no momento certo.

Motor CC de excitação elétrica

Ver artigo principal: Máquina de corrente contínua

O comutador inverte a corrente a cada meia volta para conservar o sentido do torque.

Os enrolamentos do induzido e o comutador giram com o eixo. Ao tocar sucessivos segmentos, as escovas mudam o sentido da corrente nos enrolamentos do rotor. Uma ou mais duplas de escovas tocam o comutador e conectam a alimentação externa ao induzido em movimento.

As bobinas do induzido são enroladas em um núcleo de folhas de material ferromagnético macio. A corrente sai das escovas, atravessa o comutador e percorre as bobinas. O induzido se torna um eletroímã cujo campo encontra o dos ímãs permanentes ou das bobinas fixas na carcaça, fazendo o eixo girar. Com a rotação, o comutador muda as bobinas alimentadas, impedindo que os polos do rotor se alinhem definitivamente aos do estator. O movimento prossegue enquanto houver alimentação.

O contato das escovas com o comutador gera atrito e impõe limites a esse tipo de motor. Ao cruzar as separações isolantes dos segmentos, as escovas podem produzir faíscas e, conforme o projeto, estabelecer curtos entre segmentos adjacentes e extremidades de bobinas. A indutância das bobinas do rotor aumenta a tensão nelas quando o circuito se abre, intensificando as faíscas. Em velocidades altas, faíscas intensas podem aquecer, desgastar ou até fundir o comutador. A densidade de corrente nas escovas e sua resistividade também limitam a potência.

A passagem das escovas entre segmentos também gera ruído elétrico. As faíscas podem causar interferência de radiofrequência. Com o uso, as escovas precisam ser trocadas e o comutador pode exigir reparo ou substituição.

Em motores grandes, a montagem do comutador é cara e requer o encaixe preciso de muitas peças. Nos pequenos, geralmente faz parte permanente do rotor, que também precisa ser substituído quando o comutador falha.

Além do cilindro usual, o comutador pode ter a forma de um disco plano dividido em segmentos sobre um isolante. Escovas grandes oferecem mais área de contato e suportam mais corrente. As menores pesam menos, custam menos e podem trabalhar em velocidades maiores sem produzir tantas faíscas. Molas mais fortes mantêm o contato em altas velocidades, mas aumentam o atrito e o desgaste. O fabricante precisa conciliar potência, velocidade, eficiência e vida útil.

Alguns nomes ajudam a distinguir as partes e o funcionamento das máquinas CC:

• Circuito do induzido: o enrolamento que conduz a corrente da carga, fixo ou girante.
• Circuito de campo: o conjunto de enrolamentos que gera o campo magnético.
• Comutação: a técnica mecânica que permite a retificação ou a obtenção de CC.

A ligação dos enrolamentos de campo ao induzido distingue os motores CC em derivação, série e compostos.

A ligação entre o campo e o induzido dá origem às seguintes construções de motor CC com escovas:

• Excitação em derivação.
• Excitação em série.
• Excitação composta:
  • Composição cumulativa.
  • Composição diferencial.
• Ímã permanente, não mostrado na figura.
• Excitação separada, não mostrada na figura.

Ímã permanente

Ímãs permanentes podem produzir o campo do estator sem consumo de corrente em um enrolamento de campo.

Ver artigo principal: Motor elétrico de ímãs permanentes

Em um motor CC de ímãs permanentes, os próprios ímãs criam o campo do estator, sem precisar de uma bobina de campo na carcaça. Em motores grandes, enrolamentos de compensação em série com o induzido podem melhorar a comutação sob carga. Não é possível variar esse campo como se varia a corrente de uma bobina para controlar a velocidade. Nos motores miniaturizados, os ímãs evitam o consumo elétrico do enrolamento de campo. Em muitos motores CC maiores, enrolamentos no estator produzem o campo magnético. Em modelos antigos, um ímã permanente podia perder parte de sua força ao ser desmontado. Bobinas de campo forneciam a intensidade necessária sem esse problema. Ímãs permanentes grandes também são caros, difíceis e perigosos de montar, o que favorece os campos bobinados nas máquinas grandes.

Ímãs de neodímio, feitos em geral de neodímio, ferro e boro, permitem construir motores pequenos sem perder intensidade de campo. Com mais fluxo magnético no mesmo espaço, eles podem oferecer desempenho semelhante ao de máquinas síncronas e de indução bem projetadas. Em algumas construções, o rotor tem três ou mais polos para facilitar a partida em diferentes posições. A carcaça de aço pode fechar o caminho do fluxo entre os ímãs.

Comutador eletrônico

Motor CC sem escovas

A comutação eletrônica energiza os enrolamentos do estator conforme a posição do rotor, dispensando escovas.

Ver artigo principal: Motor de corrente contínua sem escovas

No motor CC sem escovas, chamado BLDC, um circuito eletrônico acompanha a posição do rotor e alimenta as bobinas na ordem necessária, no lugar do comutador mecânico. Sem escovas, desaparecem o desgaste e o ruído elétrico desse contato. A eficiência ainda depende de como o motor e seu controlador foram projetados.

A forma aproximadamente trapezoidal da força contraeletromotriz depende da disposição das bobinas no estator e dos ímãs permanentes no rotor. Por isso esses motores também recebem o nome de motores CC com comutação eletrônica ou de construção invertida. Os enrolamentos do estator podem ser monofásicos, bifásicos ou trifásicos. Sensores de efeito Hall instalados nos enrolamentos detectam a posição do rotor e permitem controlar a comutação em malha fechada a baixo custo.

O controle preciso da velocidade levou esses motores a unidades de disco, videocassetes, leitores de CD e CD-ROM, ventiladores, impressoras a laser e fotocopiadoras. Conforme o projeto, eles podem oferecer:

• Maior eficiência que a dos ventiladores CA de polos sombreados, com operação mais fria e maior vida útil dos rolamentos.
• Vida útil potencialmente maior que a de motores com escovas, sem o ruído elétrico e de radiofrequência causado pelo comutador. Podem ser usados perto de equipamentos sensíveis, como computadores e aparelhos de áudio.
• Sinal de tacômetro fornecido pelos sensores Hall para controlar a velocidade e indicar, por exemplo, que um ventilador está funcionando.
• Sincronização a um relógio interno ou externo para controle preciso da velocidade.
• Uso frequente em equipamentos pequenos e na remoção de calor por ventiladores.
• Baixo ruído mecânico, útil em equipamentos sensíveis a vibrações.

A potência dos motores BLDC vai de frações de watt a muitos quilowatts, o que permite usá-los em veículos elétricos e em aeromodelos elétricos.

Motor de relutância comutada

Ver artigo principal: Motor de relutância comutada

A energização sequencial dos polos do estator atrai o rotor de relutância comutada.

No motor de relutância comutada, ou SRM, o rotor não tem escovas, ímãs permanentes nem enrolamentos alimentados. Os polos do estator recebem corrente um após o outro, e o rotor tenta se alinhar ao campo que avança. Esse pequeno desencontro entre as posições dos polos gera a força de giro.

O fluxo magnético dos enrolamentos percorre o caminho de menor relutância, atravessando os polos do rotor mais próximos dos polos energizados do estator. Esses polos são magnetizados e produzem torque. Conforme o rotor gira, outros enrolamentos recebem corrente e sustentam o movimento. SRMs podem ser usados em acionamentos industriais e em sistemas de tração.

Motor universal CA/CC

Ver artigo principal: Motor universal

No motor universal, campo e induzido podem inverter sua polaridade juntos e manter o mesmo sentido de rotação.

Com bobinas de campo e de induzido ligadas em série, o motor universal pode receber CA ou CC, sempre por meio de escovas e comutador. Em CA, a corrente das bobinas de campo e do induzido muda de sentido ao mesmo tempo. Como os dois campos mudam juntos, o eixo continua girando no mesmo sentido.

Nas frequências usuais da rede, o motor universal costuma equipar aparelhos de menos de 1 kW. Também foi usado nos motores tradicionais de tração em ferrovias eletrificadas. Um motor construído apenas para CC poderia aquecer demais se recebesse CA, pois a alternância geraria correntes parasitas em suas peças magnéticas. Os polos de campo desses motores podem até ser de ferro maciço. Esse uso ferroviário se tornou raro.

Como gira depressa e faz bastante força ao partir, o motor universal pode ser compacto. As escovas, porém, se desgastam e exigem manutenção. Por isso costuma equipar aparelhos usados por períodos curtos e que precisam de torque de partida. Tomadas intermediárias na bobina de campo permitem controle de velocidade em etapas, com pouca precisão. Liquidificadores com muitas velocidades podem combinar essas tomadas com um diodo em série, fazendo o motor receber CA retificada em meia onda. O controle eletrônico por TRIAC também é possível, inclusive em máquinas de lavar: a inversão da conexão do campo em relação ao induzido muda o sentido de agitação do tambor.

A frequência da rede limita a rotação dos motores de indução de gaiola ligados diretamente a ela. Os universais podem girar muito mais depressa. Isso os torna úteis em liquidificadores, aspiradores e secadores de cabelo, bem como em furadeiras, lixadeiras, serras circulares e serras tico-tico. Muitos motores de aspiradores e aparadores de grama ultrapassam 10.000 rotações por minuto, e pequenas retificadeiras podem superar 30.000.

Máquinas CA de comutação externa

Ver artigo principal: Motor de corrente alternada

Os motores de indução e os síncronos recebem CA senoidal ou próxima dessa forma, monofásica ou polifásica. A ligação direta à rede mantém a velocidade próxima de um valor fixo. Para variá-la, pode-se usar um controlador como o inversor de frequência.

Motor de indução

O campo girante do estator induz correntes no rotor em gaiola, que passa a girar.

Ver artigo principal: Motor de indução

No motor de indução, a corrente alternada do estator produz um campo que leva energia ao rotor por indução eletromagnética. Não é preciso ligar o rotor à fonte: como em um transformador, o estator funciona como primário e o rotor como secundário de um transformador rotativo. Motores de indução polifásicos são muito usados na indústria.

Rotor em gaiola e rotor bobinado

No rotor bobinado, os anéis coletores dão acesso externo ao circuito do rotor para a partida e o controle.

Em uma construção, barras de cobre ou alumínio atravessam o rotor e são unidas por anéis nas extremidades. Essa forma lembra uma pequena gaiola giratória e dá nome ao rotor em gaiola de esquilo (SCIM). Outra construção usa um rotor bobinado (WRIM).

Quando o campo do estator atravessa as barras, induz nelas correntes que geram o campo do rotor. A forma das barras altera a força disponível em cada velocidade. No início da rotação, a corrente induzida na gaiola muda quase tão depressa quanto a corrente da rede e se concentra mais perto da superfície das barras. À medida que o rotor acelera, essa frequência diminui e a corrente alcança regiões mais internas. Por isso a resistência efetiva muda com a velocidade, e o formato das barras pode ser escolhido conforme a partida e o trabalho que o motor fará.

No rotor bobinado, muitas voltas de fio isolado terminam em anéis coletores montados no eixo. Os anéis dão acesso ao circuito do rotor para ligar uma resistência ou um dispositivo de controle. A resistência altera a velocidade, mas transforma parte da energia em calor. Um conversor ligado ao rotor pode devolver à rede, por meio de um inversor ou conjunto motor-gerador, a energia de escorregamento que de outro modo seria perdida.

O rotor bobinado ajuda a partir cargas de alta inércia ou que exigem alto torque ao longo de uma faixa de velocidades. A escolha da resistência no circuito do rotor permite obter bastante torque sem exigir uma corrente tão alta da alimentação durante a aceleração.

Motores de indução são empregados em potências que vão de pequenos aparelhos a grandes instalações industriais.

Ao aumentar a resistência ligada ao rotor, o ponto de torque máximo se desloca para uma velocidade menor. Se for elevada além do ponto em que esse torque é atingido com o rotor parado, o torque diminui. Se a carga exige mais torque conforme acelera, o motor se estabiliza quando a força de giro produzida se iguala à exigida. Com uma carga menor, acelera até outro equilíbrio. Com uma maior, desacelera. As resistências, porém, podem desperdiçar bastante energia de escorregamento. O controle da velocidade e a eficiência ficam limitados.

Motor de torque

O motor de torque é dimensionado para exercer esforço controlado mesmo em velocidades muito baixas.

Ver artigo principal: Motor de torque

Mesmo parado, um motor de torque projetado para trabalhar com o rotor bloqueado continua fazendo força sem sofrer danos. Nos carretéis de gravadores, uma tensão baixa mantém a fita levemente esticada enquanto o cabrestante a puxa diante das cabeças, ou quando ela está parada. Uma tensão maior acelera o avanço ou o rebobinamento sem precisar de engrenagens ou embreagens adicionais. Também é empregado nos volantes com resposta de força de jogos.

Em outros mecanismos, esse esforço controlado resiste a uma carga que muda durante o funcionamento.

Motor síncrono

No regime síncrono, o rotor acompanha o campo magnético girante sem escorregamento médio.

Ver artigo principal: Motor síncrono

O rotor de um motor síncrono acompanha exatamente a velocidade do campo girante criado pela CA, enquanto um motor de indução precisa ficar um pouco atrás desse campo para produzir torque. O campo do rotor pode vir de uma corrente CC fornecida por anéis e escovas, de ímãs permanentes ou da forma de suas peças magnéticas. Em operação, seus polos seguem o campo do estator.

Em alguns motores síncronos de histerese, um capacitor de motor faz a corrente de uma bobina ficar fora de fase com a da outra. O rotor liso começa a girar como o de um motor de indução. Ao se aproximar da velocidade do campo, fica temporariamente magnetizado. Seus polos distribuídos fazem-no operar como um motor síncrono de ímã permanente. Isso depende da histerese do material, que conserva parte da magnetização mesmo depois que o campo mudou. Durante a operação, os polos mantêm sua posição.

Motores síncronos pequenos são usados em certos relógios ligados à rede elétrica, cuja rotação acompanha a frequência da alimentação.

Máquina elétrica duplamente alimentada

Na máquina duplamente alimentada, dois circuitos elétricos contribuem para a conversão de potência.

Ver artigo principal: Máquina elétrica duplamente alimentada

Com enrolamentos no estator e no rotor, a máquina de indução duplamente alimentada pode receber energia por dois caminhos. O estator fica ligado à rede, enquanto um conversor alcança o rotor por anéis coletores e regula a velocidade e a troca de potência ativa pelos dois circuitos.

O conversor pode ser menor do que o usado para alimentar sozinho um motor comparável. Os enrolamentos e os anéis do rotor custam mais, e controlar a velocidade perto da síncrona exige cuidados adicionais.

Tipos avançados

Rotativos

Motor de rotor sem ferro ou sem núcleo

A ausência de núcleo de ferro no rotor reduz a inércia e favorece acelerações rápidas.

Em um motor CC sem núcleo, os ímãs permanentes fazem par com um rotor cujas bobinas não têm núcleo de ferro. Mais leve, esse rotor acelera depressa. As bobinas podem formar um cilindro ou sustentar a própria estrutura com os fios e o material que os prende. Em uma construção, o rotor gira dentro dos ímãs do estator, ao redor de um cilindro fixo que fecha o caminho do fluxo magnético. Em outra, as bobinas do rotor envolvem os ímãs, e é a carcaça externa que fecha esse caminho. Ambas usam material magneticamente macio nessa parte do circuito.

Como a massa do rotor é pequena, sua constante de tempo mecânica pode ser inferior a um milissegundo, especialmente com enrolamentos de alumínio em vez de cobre. A falta do núcleo de ferro também deixa menos material para absorver calor. Se a refrigeração não for suficiente, o rotor pode superaquecer.

A vibração de alguns telefones vem de um pequeno motor com o peso distribuído de forma desigual. Ele pode ser cilíndrico ou ter a forma de um disco, com um ímã fino de vários polos e um rotor plástico desbalanceado que contém duas bobinas sem núcleo. Escovas metálicas e um comutador plano alimentam as bobinas.

Um atuador de curso curto também pode usar uma bobina sem núcleo entre ímãs permanentes. Em discos rígidos, esse arranjo move rapidamente a cabeça de leitura e gravação. O nome "bobina móvel" ficou de modelos antigos, em que a cabeça avançava em linha reta por um mecanismo semelhante ao de um alto-falante. Os modelos posteriores têm construção diferente.

Motor plano ou de fluxo axial

Na configuração de fluxo axial, discos de rotor e estator se enfrentam ao longo do eixo.

Ver artigo principal: Motor de fluxo axial

No motor de armadura impressa, as bobinas formam um disco plano diante de ímãs dispostos em círculo. O campo atravessa o espaço entre as peças na direção do eixo, configuração chamada fluxo axial. Seu perfil achatado explica o nome "motor panqueca".

O induzido surgiu como uma placa de circuito impresso e também pode ser feito de lâminas de cobre estampadas e materiais compósitos, formando um disco fino e rígido. As escovas deslizam diretamente sobre sua superfície, sem um anel comutador separado. Outra versão usa fio de cobre achatado em torno de um comutador central, como pétalas ao redor de uma flor. Uma resina epóxi pode prender as bobinas e formar uma peça rígida. Para isso, pode-se escolher uma mistura de viscosidade intermediária que cure lentamente, encolha pouco e não libere calor demais. Esses materiais podem ter classificação de isolamento UL 1446, classe H, para 180 °C.

Sem ferro no rotor, desaparece o torque de engrenamento, a pequena variação da força de giro causada pela atração entre o ferro e os ímãs. Não há também um núcleo em que possam circular correntes parasitas. Nos rotores de ferro, o empilhamento de chapas ajuda a reduzi-las. O rotor leve responde depressa, e a escolha do controlador ainda precisa levar em conta suas características elétricas.

Em gravadores de fita, esses motores moviam o cabrestante, porque ele precisava alcançar a velocidade de reprodução depressa e parar em pouco espaço. Também são usados em servossistemas rápidos, robôs, máquinas industriais e aparelhos médicos. Há construções para altas temperaturas em equipamentos militares, bombas de baixo custo e servomecanismos simples.

Em outra construção de fluxo axial, o estator fica entre dois rotores em forma de disco. Os ímãs dos rotores ficam voltados para o estator, e o fluxo magnético atravessa os entreferros aproximadamente na direção do eixo. Há também protótipos testados com estator sem núcleo e bobinas feitas em placas de circuito impresso.

Motor de fluxo transversal

No motor de fluxo transversal (TFM), também chamado de motor de polos modulados, o campo atravessa núcleos em forma de U no estator. Seu caminho não segue apenas o eixo nem apenas o raio do motor. Cada fase tem uma bobina distribuída ao redor do estator. Assim, é possível aumentar o número de polos sem precisar aumentar a bobina, obtendo bastante força de giro em pouco espaço. O torque pode oscilar e apresentar engrenamento magnético. O projeto e a fabricação também são difíceis e caros, o que limita as aplicações.

Servomotor

O codificador ligado ao servomotor fornece a informação necessária à realimentação de posição.

Ver artigo principal: Servomotor

Quando uma máquina precisa saber onde seu eixo está ou a que velocidade gira, pode usar um servomotor com realimentação. Esse controle aparece em máquinas-ferramentas e plotadoras de caneta. A resposta aos comandos depende da relação entre velocidade e torque, da potência disponível, da indutância das bobinas e da inércia do rotor. Se a resposta não precisa ser muito rápida, um sistema grande pode usar um motor CA ou CC convencional com sensores de posição ou velocidade. Para respostas mais rápidas, empregam-se motores especializados, como os sem núcleo. A densidade de potência e a aceleração dos motores CA favorecem acionamentos síncronos de ímãs permanentes, BLDC, de indução e de relutância comutada.

No servossistema, o controlador recebe a posição medida enquanto o motor se move e pode corrigir o comando. Um motor de passo pode operar em malha aberta, presumindo que cada passo solicitado foi concluído. Um sensor de posição permite verificar os passos e fechar a malha de controle.

Motor de passo

Ver artigo principal: Motor de passo

A sequência de energização das bobinas determina as posições sucessivas do rotor.

Em um motor de passo, as bobinas externas recebem corrente em uma ordem programada e puxam o rotor de uma posição definida para a seguinte. O rotor pode ter ímãs permanentes ou polos de material magneticamente macio. Seu funcionamento lembra um solenoide rotativo e um motor CC comandado eletronicamente: a cada bobina alimentada, o rotor procura alinhar-se ao novo campo magnético. Pode avançar em etapas, partindo e parando entre posições sucessivas, em vez de girar continuamente. A ordem de alimentação determina o sentido, as paradas, a aceleração e a desaceleração.

Um controlador simples liga e desliga as bobinas por completo, e o rotor salta entre posições definidas. Controladores de micropasso ajustam proporcionalmente a corrente, permitindo posições intermediárias e rotação mais suave. Um computador pode programar essa sequência para posicionar mecanismos, inclusive dentro de um servossistema digital.

Os primeiros discos rígidos podiam usar motores de passo para levar a cabeça de leitura e gravação a ângulos definidos. Com o aumento da densidade dos discos, seus limites de precisão e velocidade levaram à substituição por atuadores de bobina móvel. Nesse uso, "bobina móvel" é uma denominação histórica derivada da estrutura de um alto-falante de cone.

Impressoras, digitalizadores ópticos e fotocopiadoras digitais usam motores de passo para mover componentes, o carro da cabeça de impressão e os rolos de alimentação. Os relógios de pulso analógicos a quartzo empregam motores de passo muito pequenos, com uma bobina, baixo consumo e rotor de ímã permanente. O mesmo tipo equipa relógios a quartzo alimentados por pilha, e alguns cronógrafos têm mais de um motor. Há motores de passo de relutância variável, de ímã permanente e híbridos.

Lineares

Ao se deslocar ao longo do estator, o campo magnético produz força retilínea em vez de torque no eixo.

Ver artigo principal: Motor linear

Se o campo magnético avança em linha reta em vez de girar, a força acompanha esse caminho. É assim que um motor linear move uma peça sem precisar de um eixo rotativo. Há modelos de indução, síncronos de ímãs permanentes e de passo. Encontram-se em montanhas-russas, nas quais o trilho controla o movimento rápido de um vagão sem motor próprio, e em trens de levitação magnética. Em escala menor, a plotadora de caneta HP 7225A, lançada por volta de 1978, usava dois motores lineares de passo para mover a caneta nos eixos X e Y.

Não magnéticos

Eletrostático

Neste experimento, a carga elétrica e sua dissipação mantêm o rotor em movimento.

Ver artigo principal: Motor eletrostático

No motor eletrostático, cargas elétricas se atraem e se repelem para mover o rotor. Muitos modelos exigem alta tensão, embora modelos menores possam funcionar com tensão mais baixa. Os motores eletromagnéticos usam campos magnéticos e costumam trabalhar com correntes mais altas e tensões menores. No século XVIII, Andrew Gordon e Benjamin Franklin realizaram experimentos pioneiros com dispositivos eletrostáticos. Em sistemas microeletromecânicos (MEMS), placas móveis carregadas podem ser fabricadas por processos semelhantes aos dos circuitos integrados.

Piezoelétrico

A sequência de fixação e extensão transforma pequenas deformações piezoelétricas em deslocamento acumulado.

Ver artigo principal: Motor piezoelétrico

Quando um campo elétrico faz um material piezoelétrico mudar ligeiramente de forma, essa deformação pode mover um motor piezoelétrico. Pelo efeito piezoelétrico inverso, o material gera vibrações acústicas ou ultrassônicas que produzem movimento linear ou rotativo. Em uma construção, o material se prende, estica e se prende de novo, avançando aos poucos como uma lagarta.

Propulsão espacial elétrica

Ver artigo principal: Propulsão espacial elétrica

Na propulsão espacial elétrica, a eletricidade acelera o propelente expelido pela nave para gerar empuxo. Propulsores iônicos e de efeito Hall não dependem da rotação de um eixo como um motor elétrico convencional.

Na propulsão iônica, energia elétrica acelera partículas do propelente para produzir empuxo no espaço.

Comparação entre categorias principais

As construções diferem na forma de criar o campo magnético, na partida e no modo de controlar a velocidade. A tabela reúne vantagens, limitações, usos e formas de alimentação para comparar motores destinados a tarefas distintas.

Comparação de tipos de motor

Tipo	Vantagens	Limitações	Aplicações típicas	Acionamento ou saída
Motores com comutação própria
CC com escovas	A velocidade é fácil de controlar, e o custo inicial é baixo.	As escovas exigem manutenção. A vida útil é intermediária, e o conjunto de escovas e comutador custa caro.	Siderurgia, fabricação de papel, esteiras de exercício, acessórios automotivos.	Retificador, transistores lineares ou controlador recortador de CC.
CC sem escovas (BLDC/BLDM)	Dura bastante, exige pouca manutenção e aproveita bem a energia.	Custa mais no início e precisa de um controlador eletrônico que acompanhe seu funcionamento.	Discos rígidos, unidades de CD/DVD, veículos elétricos, veículos de controle remoto e aeronaves não tripuladas.	Síncrono, monofásico ou trifásico, com rotor de ímãs permanentes. Geralmente usa inversor PWM.
Relutância comutada (SRM)	Dura bastante, exige pouca manutenção e aproveita bem a energia. Não precisa de ímãs permanentes, e sua construção é simples e barata.	Pode vibrar por ressonância e perder muita energia no ferro. Exige controle eletrônico e tem limitações para controle escalar ou vetorial e para operação em paralelo.	Eletrodomésticos, veículos elétricos, indústria têxtil e aeronaves.	PWM e outros acionamentos especializados.
Motor universal	Parte com bastante força de giro, ocupa pouco espaço e alcança alta velocidade.	As escovas exigem manutenção, a vida útil é menor e o motor faz ruído. O custo compensa principalmente em potências pequenas.	Ferramentas portáteis, liquidificadores, aspiradores e sopradores de isolamento.	CA monofásica variável, com controle de ângulo de fase por TRIAC ou retificação de meia onda ou de onda completa. Pode usar controle em malha fechada.
Motores CA assíncronos
Motor de indução polifásico em gaiola ou de rotor bobinado (SCIM/WRIM)	Parte sozinho, custa pouco e tem modelos padronizados e confiáveis, inclusive acima de 1 MW.	Puxa bastante corrente na partida e perde energia para manter o campo magnético.	Em máquinas industriais, pode trabalhar com velocidade fixa. Com velocidade variável, move bombas, ventiladores, sopradores, compressores e cargas de torque ou potência constantes.	A alimentação direta mantém velocidade fixa. Para variá-la, usa-se uma resistência no rotor bobinado ou um inversor de frequência. Controle vetorial substitui aplicações antes atendidas por motores CC e de rotor bobinado.
Motor de indução monofásico em gaiola com capacitor de partida	Tem bastante potência e força de giro na partida.	Gira um pouco abaixo da velocidade síncrona e precisa de interruptor ou relé de partida.	Eletrodomésticos e ferramentas fixas.	CA monofásica com velocidade fixa ou variável. Para variar a velocidade, costuma-se usar controle de fase em onda completa com TRIAC. A malha fechada é opcional.
Motor monofásico em gaiola com capacitor permanente	Parte com potência e força moderadas, dispensa o interruptor de partida e dura relativamente bastante.	Velocidade abaixo da síncrona e custo um pouco maior.	Sopradores e máquinas industriais.
Motor monofásico de fase dividida com enrolamento auxiliar de partida	Potência moderada.	Parte com pouca força de giro, roda abaixo da velocidade síncrona e precisa de relé ou interruptor de partida.	Eletrodomésticos e ferramentas fixas.
Motor de polos sombreados	Baixo custo e longa vida útil.	Parte com pouca força de giro, tem baixa eficiência e potência pequena, e roda abaixo da velocidade síncrona.	Ventiladores, eletrodomésticos e toca-discos.
Motores CA síncronos
Motor síncrono de rotor bobinado (WRSM)	Gira à velocidade do campo e pode aproveitar melhor a energia.	Custa mais e pode ter baixo fator de potência.	Motores industriais.	Velocidade fixa ou variável, alimentação trifásica e, em geral, inversor de fonte de corrente com comutação pela carga ou inversor PWM de fonte de tensão.
Motor síncrono de histerese	Mantém uma velocidade precisa, com pouco ruído e vibração.	A eficiência e a força de giro dependem da construção, e há perdas por histerese.	Relógios, temporizadores, aparelhos de reprodução e gravação de som, discos rígidos e cabrestantes.	CA monofásica com capacitor de partida e de funcionamento para obter duas fases.
Motor de relutância síncrona (SyRM)	Lembra o motor de gaiola, mas pode ser menor, esquentar menos e aproveitar melhor a energia. Como dispensa ímãs, não sofre desmagnetização.	Precisa de controlador, custa caro e tem menor oferta no mercado.	Eletrodomésticos, veículos elétricos, indústria têxtil e aeronaves.	Inversor de frequência com controle direto de torque ou PWM de fonte de tensão.
Motores especiais
Motor plano ou de fluxo axial	Ocupa pouco espaço e permite controlar a velocidade com facilidade.	Tem custo e vida útil intermediários.	Equipamentos de escritório, ventiladores, bombas e servossistemas industriais ou militares rápidos.	Acionamento CC com ou sem escovas.
Motor de passo	Alcança posições precisas e pode manter o eixo firme quando está parado.	Alguns modelos custam mais e precisam de controlador.	Impressoras, unidades de disquete e máquinas-ferramentas.	A posição é determinada pela contagem de pulsos, sem inversor de frequência.

Comparação com motores não elétricos

Um motor hidráulico recebe líquido sob pressão, e um pneumático recebe ar comprimido, enquanto o motor elétrico recebe eletricidade. A bomba ou o compressor que fornece a pressão pode ser movido por um motor elétrico ou de combustão.

Formas de produzir movimento de rotação

Motor	Energia recebida	Como o eixo gira	Exemplo de uso
Elétrico	Eletricidade da rede ou de uma bateria.	Na maior parte dos modelos, a corrente e o campo magnético movem o rotor.	Ventiladores e veículos elétricos.
De combustão interna	Combustível e ar.	A queima dentro do cilindro empurra um pistão ligado ao virabrequim.	Automóveis com motor a gasolina.
Hidráulico	Líquido sob pressão, enviado por uma bomba.	A pressão do líquido faz girar o eixo.	Transmissão de alguns cortadores de grama motorizados.
Pneumático	Ar comprimido, vindo de um compressor ou reservatório.	A pressão do ar faz girar o eixo.	Furadeiras e lixadeiras pneumáticas.

Os veículos movidos somente por eletricidade não liberam gases pelo escapamento ao rodar, e a produção da eletricidade e dos próprios veículos pode gerar emissões.

Princípios de funcionamento

Velocidade síncrona e escorregamento

As correntes alternadas nas bobinas criam um campo resultante que gira em torno do eixo.

No motor CA síncrono, o rotor acompanha o campo magnético que gira ao redor dele. A frequência da alimentação determina quantas vezes o campo muda por segundo. O número de pares de polos determina quantas dessas mudanças são necessárias para completar uma volta. A velocidade do campo, em rotações por minuto, pode ser calculada assim:

$n_{s}={\frac {60f}{p}},$

Na fórmula, $f$ é a frequência em hertz, $p$ é o número de pares de polos e $n_{s}$ é a velocidade síncrona. Uma alimentação de 60 Hz em um motor de quatro polos, ou dois pares, produz um campo a 1.800 rotações por minuto. O rotor de indução precisa ficar um pouco atrás dele para que a corrente seja induzida. Essa diferença relativa é o escorregamento $s=(n_{s}-n)/n_{s}$. Com ele, a velocidade do rotor é $n=n_{s}(1-s)$.

Força e torque

A direção da força sobre um condutor percorrido por corrente depende da direção da corrente e do campo magnético.

A corrente elétrica que atravessa uma bobina cria um campo magnético. A força entre campos pode fazer o rotor girar, e cada trecho de fio por onde passa corrente sofre uma força no campo ao seu redor. Para calcular sua intensidade e direção, a força de Lorentz usa a corrente $I$, o comprimento orientado do fio ${\boldsymbol {\ell }}$ e o campo $\mathbf {B}$:

$\mathbf {F} =I{\boldsymbol {\ell }}\times \mathbf {B}$

O sinal $\times$ é o produto vetorial, uma operação que leva em conta a direção da corrente e do campo. Em geometrias menos simples, o cálculo da força pode usar tensores.

Potência

A potência mecânica mede a rapidez com que o motor entrega energia ao movimento. Em um eixo giratório, multiplica-se a força de giro pela velocidade de rotação: $P_{\mathrm {m} }=T\omega$. Se o motor move uma peça em linha reta e a força aponta na direção do movimento, multiplica-se a força pela velocidade: $P_{\mathrm {m} }=Fv$.

Nessas expressões, $\omega$ é a velocidade angular do eixo em radianos por segundo, $T$ é o torque em newton-metros, $F$ é a força em newtons e $v$ é a velocidade em metros por segundo. O resultado é dado em watts.

No motor de indução, parte da energia atravessa o espaço de ar entre estator e rotor por meio do campo magnético. Para calcular essa potência, usa-se a resistência equivalente do rotor $R_{r}$, a corrente por fase $I_{r}$ e o escorregamento $s$:

$P_{\mathrm {entreferro} }=3{\frac {R_{r}}{s}}I_{r}^{2},$

O fator 3 corresponde às três fases do motor, e o escorregamento é a diferença entre a velocidade do campo e a do rotor dividida pela velocidade do campo. Sem essa diferença, não há corrente induzida para produzir torque.

Força contraeletromotriz

Escovas transferem corrente aos segmentos do comutador enquanto o rotor gira.

Ver artigo principal: Força eletromotriz

Quando os enrolamentos do induzido de um motor CC ou universal se movem através do campo magnético, uma tensão é induzida neles. Ela se opõe à tensão de alimentação e recebe o nome de força contraeletromotriz. Sua intensidade cresce com a velocidade. A soma dessa tensão e das quedas de tensão na resistência interna dos enrolamentos e nas escovas equivale à tensão aplicada às escovas. Esse é o mecanismo básico de regulação de velocidade de um motor CC. Se a carga mecânica aumenta, o motor desacelera, a força contraeletromotriz diminui e a corrente fornecida pela fonte cresce, gerando torque para equilibrar a carga.

Nas máquinas CA, também pode ser útil considerar uma fonte interna de força contraeletromotriz, particularmente ao regular com precisão a velocidade dos motores de indução alimentados por inversores de frequência.

Perdas

As lâminas do núcleo interrompem os caminhos das correntes parasitas e reduzem perdas no estator.

As perdas dos motores provêm principalmente do aquecimento resistivo dos enrolamentos, das perdas no núcleo magnético, do atrito nos rolamentos e do arrasto aerodinâmico, em especial quando há ventiladores de refrigeração. A comutação também causa perdas: comutadores mecânicos podem produzir faíscas e circuitos eletrônicos dissipam calor.

Nos motores de indução, distinguem-se perdas resistivas no estator e no rotor, perdas no ferro por histerese magnética e correntes de Foucault, perdas mecânicas por atrito e ventilação e perdas adicionais associadas à carga. A potência dissipada corresponde à diferença entre a potência elétrica de entrada e a potência mecânica útil de saída. A participação de cada parcela depende do projeto e das condições de funcionamento.

Eficiência

A eficiência varia com a carga; a escolha do motor leva em conta a carga que ele vai mover.

Uma parte da energia elétrica recebida pelo motor vira calor e outras perdas. A eficiência energética compara a potência mecânica entregue à carga com a potência elétrica recebida:

$\eta ={\frac {P_{\mathrm {m} }}{P_{\mathrm {e} }}},$

em que $\eta$ representa a eficiência, $P_{\mathrm {e} }$ a potência elétrica de entrada e $P_{\mathrm {m} }$ a potência mecânica de saída. Com alimentação CC, a potência de entrada é $P_{\mathrm {e} }=IV$. Em um eixo giratório, a potência de saída é $P_{\mathrm {m} }=T\omega$. Nessas expressões, $V$ é a tensão de entrada, $I$ a corrente, $T$ o torque e $\omega$ a velocidade angular. A eficiência máxima ocorre em uma combinação específica de velocidade e carga, que varia conforme o projeto.

No Brasil, as tabelas de eficiência do Inmetro para motores elétricos trifásicos fazem parte das regras criadas para estimular motores que desperdicem menos energia. A eficiência varia com o tamanho e a construção. Em motores industriais convencionais, rendimentos de 80% a 93% são comuns. Versões de alto rendimento podem superar essa faixa.

A eficiência máxima de muitos motores ocorre perto de 75% da carga nominal. Um motor de 7,46 kW, por exemplo, pode apresentar sua melhor eficiência ao mover uma carga de aproximadamente 5,6 kW. Motores maiores tendem a ser mais eficientes. Alguns modelos só podem operar continuamente por um período especificado, por exemplo, no máximo uma hora por ciclo.

A IEC 60034-30-1:2025 estabelece classes de eficiência IE para motores CA de uma velocidade alimentados por tensão senoidal, dentro de faixas definidas de potência, tensão e número de polos. A edição de 2025 incluiu a classe IE5. Essa classificação considera a eficiência do motor nas condições especificadas pela norma e não abrange as perdas do sistema completo de acionamento, como as do inversor e dos cabos.

Fator de qualidade

O fator de qualidade $G$ compara algumas propriedades elétricas e magnéticas de máquinas em um mesmo modelo. Na fórmula proposta por Eric Laithwaite, a resistência e a relutância magnética entram no denominador:

$G={\frac {\omega }{{\text{resistência}}\times {\text{relutância}}}}={\frac {\omega \mu \sigma A_{\mathrm {m} }A_{\mathrm {e} }}{l_{\mathrm {m} }l_{\mathrm {e} }}},$

em que $G$ é o fator de qualidade, $A_{\mathrm {m} }$ e $A_{\mathrm {e} }$ são as áreas das seções transversais dos circuitos magnético e elétrico, $l_{\mathrm {m} }$ e $l_{\mathrm {e} }$ são seus comprimentos, $\mu$ é a permeabilidade do núcleo, $\sigma$ é a condutividade elétrica e $\omega$ é a frequência angular de acionamento. O valor de $G$ permite comparar essas propriedades num modelo de máquina, mas não informa sozinho a eficiência sob uma carga real.

Parâmetros de desempenho

Torque

Uma curva de torque e velocidade ajuda a comparar a capacidade de partida e a operação sob carga.

A força de giro nasce da interação entre os campos magnéticos. Seu cálculo exige conhecer os campos no entreferro e somar as forças ao longo do raio em que atuam. A corrente nos enrolamentos produz esses campos, mas, quando há materiais magnéticos, sua intensidade não cresce necessariamente na mesma proporção que a corrente.

Para escolher um motor, é preciso saber quanta força de giro ele consegue produzir com a corrente disponível. Desconsiderando o limite de aquecimento, a corrente máxima determina o torque máximo. Sob um mesmo limite de saturação do núcleo, corrente ativa, tensão, número de pares de polos, frequência de excitação e densidade de fluxo no entreferro, categorias de motores e geradores bem projetados podem apresentar torque contínuo semelhante para uma mesma área de entreferro e espessura de ferro de retorno. Algumas aplicações exigem picos acima do torque contínuo, como a aceleração de um veículo elétrico a partir da imobilidade. A capacidade de produzir esses picos varia entre os tipos de máquina e é limitada pela saturação magnética, pela tensão e pelo aquecimento admissível.

Densidade de torque contínuo

Nas máquinas elétricas convencionais, a densidade de torque contínuo depende da área do entreferro e da espessura do ferro de retorno. Essas dimensões se relacionam à potência dos enrolamentos do induzido, à velocidade e à densidade de fluxo alcançável antes da saturação. Mesmo com a elevada coercividade de ímãs de neodímio ou de samário-cobalto, máquinas com enrolamentos otimizados podem ter densidades de torque contínuo próximas. O limite também depende do método de refrigeração e do tempo admissível de operação antes de danos térmicos aos enrolamentos ou ímãs.

Na tabela seguinte, o motor CA sem escovas com ímãs na superfície e corrente durante 180° recebe o valor 1,0. Os demais valores comparam a densidade de torque de outras construções com essa base:

Tipo de máquina elétrica	Densidade de torque relativa
Ímãs permanentes superficiais, CA sem escovas, condução de 180°	1,0
Ímãs permanentes superficiais, CA sem escovas, condução de 120°	0,9–1,15
Motor de indução assíncrono	0,7–1,0
Ímãs permanentes internos	0,6–0,8
Motor de relutância variável com polos salientes no rotor e no estator	0,7–1,0

Nessa comparação, o valor 1,0 é uma referência relativa, e não uma medida em N·m/kg. Uma segunda escala compara máquinas CC, de indução (IM), síncronas de ímãs permanentes (PMSM) e de relutância comutada (SRM), atribuindo índices de torque e potência a cada uma:

Característica	CC	IM	PMSM	SRM
Densidade de torque	3	3,5	5	4
Densidade de potência	3	4	5	3,5

Em motores de até 1 MW, a densidade de torque dos modelos PMSM também pode ser bem maior que a dos motores de indução.

Densidade de potência contínua

Parte da energia elétrica absorvida se dissipa como calor no motor, exigindo atenção à refrigeração.

A densidade de potência contínua depende do torque sustentado e da velocidade angular de operação. Na faixa de velocidades em que o torque contínuo permanece constante, a potência aumenta com a velocidade. O aquecimento limita a potência que pode ser mantida continuamente. A potência de pico só fica disponível por pouco tempo.

Ruído acústico e vibrações

Gravação de uma politriz: o zumbido do motor se mistura aos sons da transmissão e do trabalho da máquina.

O zumbido e as vibrações podem nascer de peças diferentes:

• Mecânica, como nos rolamentos.
• Aerodinâmica, como nos ventiladores montados no eixo.
• Magnética, pelas forças eletromagnéticas, como as representadas pelo tensor das tensões de Maxwell, e pela magnetostrição nas estruturas do estator e do rotor.

As forças magnéticas podem produzir o som agudo de alguns motores elétricos, chamado ruído acústico eletromagneticamente induzido.

Indústria e fabricantes

A WEG nasceu em 1961 em Jaraguá do Sul, Santa Catarina, fabricando motores elétricos. A empresa mantém linhas de motores para máquinas industriais e eletrodomésticos, além de produzir transformadores e equipamentos de automação. Sua produção se estendeu a fábricas fora do Brasil.

A ABB oferece motores de baixa, média e alta tensão para instalações industriais. A Nidec fabrica desde pequenos motores de precisão até motores de grande porte para a indústria.

Unidade WEG II em Jaraguá do Sul, Santa Catarina, cidade onde a empresa começou a fabricar motores elétricos.

Normas técnicas

O projeto, a fabricação e os ensaios de motores elétricos seguem normas próprias de cada tipo de máquina:

• American Petroleum Institute: API 541, motores de indução de gaiola com enrolamentos moldados, a partir de 375 kW.
• American Petroleum Institute: API 546, máquinas síncronas sem escovas a partir de 500 kVA.
• American Petroleum Institute: API 547, motores de indução de gaiola de uso geral com enrolamentos moldados, de 185 a 2.240 kW.
• Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos: IEEE 112, ensaios de motores e geradores de indução polifásicos.
• Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos: IEEE 115, ensaios de máquinas síncronas.
• Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos: IEEE 841, motores de indução fechados de gaiola para serviços severos nas indústrias petrolífera e química, de 0,75 a 370 kW.
• Comissão Eletrotécnica Internacional: IEC 60034, máquinas elétricas girantes.
• Comissão Eletrotécnica Internacional: IEC 60072, dimensões e séries de potência de máquinas elétricas girantes.
• National Electrical Manufacturers Association: NEMA MG 1, motores e geradores.
• Underwriters Laboratories: UL 1004, norma de motores elétricos.

Ver também

• Gerador elétrico, converte energia mecânica em energia elétrica.
• Motor de corrente contínua, família alimentada por corrente contínua.
• Motor de corrente alternada, família alimentada por corrente alternada.
• Motor de indução, tipo assíncrono usado em máquinas industriais.
• Motor de passo, permite posicionamento angular em etapas.
• Frenagem regenerativa, usa o motor de tração para recuperar energia.
• Inversor de frequência, controla a velocidade de muitos motores CA.
• Máquina elétrica, categoria que abrange motores e geradores.
• Servomotor, motor empregado em sistemas de controle com realimentação.

Bibliografia

• Fink, Donald G.; Beaty, H. Wayne (2000). Standard Handbook for Electrical Engineers. [S.l.]: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-022005-8  !CS1 manut: Nomes múltiplos: lista de autores (link)
• Houston, Edwin J.; Kennelly, Arthur. Recent Types of Dynamo-Electric Machinery. American Technical Book Company, 1897; P. F. Collier and Sons, Nova Iorque, 1902.
• Kuphaldt, Tony R. (2006). «Chapter 13: AC Motors». Lessons in Electric Circuits, Volume II. [S.l.: s.n.] Consultado em 11 de abril de 2006. Cópia arquivada em 19 de outubro de 2007 
• Rosenblatt, Jack; Friedman, M. Harold (1984). Direct and Alternating Current Machinery. [S.l.]: C. E. Merrill Publishing Company. ISBN 978-0-675-20160-5  !CS1 manut: Nomes múltiplos: lista de autores (link)
• Knowlton, A. E., eds. (1949). Standard Handbook for Electrical Engineers 8 ed. [S.l.]: McGraw-Hill  !CS1 manut: Usa parâmetro editores (link)
• Stölting, Hans-Dieter D.; Kallenbach, Eberhard; Amrhein, W., eds. (2008). Handbook of Fractional-Horsepower Drives. [S.l.]: Springer. ISBN 978-3-540-73128-3  !CS1 manut: Usa parâmetro editores (link)
• Hameyer, Kay (2001). «Electrical Machine I: Basics, Design, Function, Operation» (PDF). RWTH Aachen University Institute of Electrical Machines. Consultado em 11 de janeiro de 2013 

Leitura adicional

• Bedford, B. D.; Hoft, R. G. (1964). Principles of Inverter Circuits. [S.l.]: Wiley. ISBN 978-0-471-06134-2  !CS1 manut: Nomes múltiplos: lista de autores (link)
• Bose, Bimal K. (2006). Power Electronics and Motor Drives: Advances and Trends. [S.l.]: Academic Press. ISBN 978-0-12-088405-6 
• Chiasson, John (2005). Modeling and High-Performance Control of Electric Machines. [S.l.]: Wiley. ISBN 978-0-471-68449-7 
• Fitzgerald, A. E.; Kingsley, Charles Jr.; Umans, Stephen D. (2003). Electric Machinery 6 ed. [S.l.]: McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-366009-7  !CS1 manut: Nomes múltiplos: lista de autores (link)
• Pelly, B. R. (1971). Thyristor Phase-Controlled Converters and Cycloconverters: Operation, Control, and Performance. [S.l.]: Wiley-Interscience. ISBN 978-0-471-67790-1 

• Motor elétrico: guia básico (PDF). [S.l.]: CNI; Eletrobras; IEL. 2009. ISBN 978-85-87257-30-7. Cópia arquivada (PDF) em 23 de julho de 2024 
• Gestão Energética: guia técnico (PDF). [S.l.]: Eletrobras/Procel. 2005. Cópia arquivada (PDF) em 2 de outubro de 2024 
• «Guia de especificação de motores elétricos» (PDF). WEG. Cópia arquivada (PDF) em 1 de setembro de 2026 
• «Eletrônica de Potência e Acionamentos Elétricos» (PDF). Instituto Federal de Minas Gerais. Cópia arquivada (PDF) em 18 de junho de 2024 
• «Manual geral de instalação, operação e manutenção de motores elétricos» (PDF). WEG. Cópia arquivada (PDF) em 14 de abril de 2024 
• Padilha, Juliano Bitencourt; Ries, Lisandra Kittel (2023). Fundamentos de Máquinas de Indução: Teoria e Prática. [S.l.]: Instituto Federal de Santa Catarina. ISBN 978-65-83787-00-2. Cópia arquivada em 18 de junho de 2026  !CS1 manut: Nomes múltiplos: lista de autores (link)
• «Máquinas Elétricas II». Instituto Federal de Santa Catarina 
• «Motores elétricos trifásicos: tabelas de eficiência energética». Inmetro 

Ligações externas

• Motor elétrico, verbete no Wikcionário.
• Eletromagnetismo, livro introdutório no Wikilivros.
• Motores elétricos trifásicos, tabelas de eficiência do Inmetro.
• Guia de especificação de motores elétricos, WEG.
• Motor elétrico, material didático da Confederação Nacional da Indústria.
• Gestão Energética: guia técnico, Eletrobras/Procel, com orientações sobre o uso de motores.
• Eficiência energética, Empresa de Pesquisa Energética.
• Thomas Davenport and the Dream of an Electric World, pesquisa histórica da Vermont Historical Society (em inglês).
• The Invention of the Electric Motor 1800 to 1893, Instituto de Tecnologia de Karlsruhe (em inglês).
• How to Make Something that Makes (almost) Anything, animações em câmera lenta e oscilogramas de motores, MIT (em inglês).