Explorando os Fundamentos e Aplicações dos Motores Elétricos - Parte 1

O funcionamento do motor elétrico se fundamenta nas seguintes constatações físicas:

1) Se um condutor, imerso num campo magnético, é circulado por uma corrente elétrica, verifica-se a ação de uma força que tende a movimentá-lo no sentido perpendicular ao campo. Esta constatação fundamenta o funcionamento do motor elétrico. Este é o “efeito motor”.

2) Se o condutor é movimentado no sentido perpendicular ao campo magnético, verifica-se o aparecimento de uma tensão elétrica entre seus extremos. Esta constatação fundamenta o funcionamento do gerador elétrico. Este é o “efeito gerador”.

A função do motor elétrico é a de transformar energia elétrica em trabalho mecânico. Observando a figura 1, o condutor está enrolado, formando um laço ou espira que, ao ser circulado pela corrente I, gera um campo magnético perpendicular ao campo B. Os lados (de comprimento C) que formam um ângulo reto com o campo magnético B, experimentam um par de forças F em direções opostas. Estas forças resultam proporcionais:

• - À intensidade da corrente i;
• - À intensidade do campo magnético B;
• - Ao comprimento c (lado da espira) do condutor, imerso no campo magnético B.

Esse par de forças produz um torque (esforço de rotação em torno de um eixo) que provocará o giro da espira. O torque depende da dimensão L da bobina e da força F. Mudando o sentido da corrente i, muda o sentido das forças que atuam perpendicularmente aos sentidos da corrente e do campo.

Somente com o intuito de apresentar o conceito básico de funcionamento, os exemplos mostram um motor de uma única espira. Na prática, os motores possuem várias bobinas independentes enroladas sobre um núcleo de material ferromagnético. O conjunto se denomina “armadura”. 

 Para aumentar a força, um comprimento maior de condutor pode ser enrolado formando uma bobina. A força total experimentada pela bobina será a soma das forças de cada espira.

Os polos do ímã e o espaço entre eles formam um circuito magnético. Portanto, outra forma de aumentar a força é diminuindo a relutância do circuito, enrolando a bobina sobre um núcleo de material ferromagnético.

Alimentando a armadura com a configuração da figura 1, surge o inconveniente que a mesma somente girará até atingir a posição da figura 2. Para continuar a girar deveria ser invertido o sentido da corrente, invertendo a polaridade. Como veremos a seguir, isto se consegue introduzindo um dispositivo “inversor mecânico”, como é feito no motor de contínua.

MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA

Para resolver o inconveniente mencionado no item anterior, no motor de contínua, a corrente é aplicada à bobina através de um conjunto de contatos formados pelo anel de segmentos ou anel comutador e as escovas (fig.3)

Como será mostrado a seguir, este conjunto funciona como um inversor mecânico de polaridade.

Cada extremo da bobina está ligado a um segmento do anel.

comutador. Portanto, neste último, existem tantos pares de segmentos como bobinas têm a armadura.

Este conjunto (anel comutador/escovas) é o responsável pela inversão do sentido da corrente, a cada meia volta, com o objetivo de que a bobina gire no mesmo sentido. Invertendo o sentido da corrente, inverte-se o sentido de giro. 

O torque desenvolvido pelo motor é proporcional:

• - À intensidade da corrente i;
• - À intensidade do campo magnético B;
• - À área da bobina. O torque é máximo quando a bobina está no mesmo plano que o das linhas de fluxo (fig.3) do campo B e nulo, quando está na posição perpendicular ao plano das linhas de força (fig.5).

Visto de outro ângulo, um motor de contínua gira como resultado da interação de dois campos magnéticos como mostra a figura 4.

 Na configuração da figura 4, quando circula corrente pela bobina, a armadura atua como um eletroímã. 

Por motivos de clareza, na figura 4 foi omitida a indicação do campo B gerado pelo ímã.

Sendo que a armadura está imersa num campo magnético formado pelos polos (ímãs permanentes), esses dois campos interagem de forma que polos opostos se atraem e iguais se repelem. Assim, o sentido de rotação é aquele indicado, resultado de que o polo norte do eletroímã, gerado pela corrente i que circula pela bobina, é atraído pelo polo sul do ímã permanente. Nesta posição a força desenvolvida pelo motor é máxima.

Quando a bobina alcança a posição perpendicular ao campo magnético (fig.5), a força exercida pela interação dos dois campos magnéticos é mínima. Nesse instante, as escovas fazem contato com o isolante que separa as duas metades que compõem o anel comutador (ou curto-circuitam momentaneamente, as duas metades) de forma que se interrompe a circulação de corrente; nesta situação, desaparece momentaneamente, o campo magnético gerado pela bobina.

Continua na próxima edição do jornal.