Introduo

O motor eltrico uma mquina destinada a transformar energia eltrica em energia mecnica. o mais usado de todos os tipos de motores, pois combinam as vantagens da utilizao de energia eltrica baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e simplicidade de comando com sua construo simples, custo reduzido, grande versatilidade de adaptao s cargas dos mais diversos tipos e o melhor rendimento. O motor eltrico evoluiu ao longo do tempo para atender a diferentes aplicaes. Essa evoluo teve como consequncia o surgimento do motor de corrente continua e do motor de corrente alternada que, por sua vez, pode ser sncrono ou assncrono, monofsico ou trifsico.

O MOTOR CC1. Aspectos Construtivos O motor de corrente contnua composto de duas estruturas magnticas: Estator (enrolamento de campo ou m permanente); Rotor (enrolamento de armadura). O estator composto de uma estrutura ferromagntica com plos salientes aos quais so enroladas as bobinas que formam o campo, ou de um m permanente. A figura 1 mostra o desenho de um motor CC de 2 plos com enrolamento de campo.

Fig. 1 - Desenho de um motor CC de 2 plos O rotor um eletrom constitudo de um ncleo de ferro com enrolamentos em sua superfcie que so alimentados por um sistema mecnico de comutao (figura 2). Esse sistema formado por um comutador, solidrio ao eixo do rotor, que possui uma superfcie cilndrica com diversas lminas s quais so conectados os enrolamentos do rotor; e por escovas fixas, que exercem presso sobre o comutador e que so ligadas aos terminais de alimentao. O propsito do comutador o de inverter a corrente na fase de rotao apropriada de forma a que o conjugado desenvolvido seja sempre na mesma direo. Os enrolamentos do rotor compreendem bobinas de n espiras. Os dois lados de cada enrolamento so inseridos em sulcos com espaamento igual ao da distncia entre dois plos do estator, de modo que quando os condutores de um lado esto sob o plo norte, os condutores do outro devem estar sob o plo sul. As bobinas so conectadas em srie atravs das lminas do comutador, com o fim da ltima conectado ao incio da primeira, de modo que o enrolamento no tenha um ponto especfico.

Fig. 2 Sistema de Comutao. 2. Princpio de Funcionamento

A figura 3 mostra, de maneira simplificada, o funcionamento do motor CC de dois plos.

Fig. 3 Princpio de funcionamento do motor CC A figura acima um desenho esquemtico simples de um motor onde o estator constitudo por ms permanentes e o rotor uma bobina de fio de cobre esmaltado por onde circula uma corrente eltrica. Uma vez que as correntes eltricas produzem campos magnticos, essa bobina se comporta como um m permanente, com seus plos N (norte) e S (sul) como mostrados na figura. Comecemos a descrio pela situao ilustrada em ( a) onde a bobina apresenta-se horizontal. Como os plos opostos se atraem, a bobina experimenta um torque que age no sentido de girar a bobina no sentido anti-horrio. A bobina sofre acelerao angular e continua seu giro para a esquerda, como se ilustra em (b). Esse torque continua at que os plos da bobina alcance os plos opostos dos ms fixos (estator). Nessa situao (c) a bobina girou de 90o no h torque algum, uma vez que os braos de alavanca so nulos (a direo das foras passa pelo centro de rotao); o rotor est em equilbrio estvel (fora resultante nula e torque resultante nulo). Esse o instante adequado para inverter o sentido da corrente na bobina. Agora os plos de mesmo nome esto muito prximos e a fora de repulso intensa. Devido inrcia do rotor e como a bobina j apresenta um momento angular para a esquerda, ela continua girando no sentido anti-horrio (semelhante a uma inrcia de rotao) e o novo torque (agora propiciado por foras de repulso), como em ( d), colabora para a manuteno e acelerao do movimento de rotao. Mesmo aps a bobina ter sido girada de 180o, situao no ilustrada na figura, o movimento continua, a bobina chega na vertical giro de 270 o , o torque novamente se anula, a corrente novamente inverte seu sentido, h um novo torque e a bobina chega novamente situao ( a) giro de 360o. E o ciclo se repete. Essas atraes e repulses bem coordenadas que fazem o rotor girar. A inverso do sentido da corrente (comutao), no momento oportuno, condio indispensvel para a manuteno dos torques favorveis, os quais garantem o funcionamento dos motores. A comutao consiste na mudana de uma lmina do comutador, onde as bobinas so ligadas em srie, para a prxima. Durante esta comutao a bobina momentaneamente curto circuitada pelas escovas, o que ajuda a liberar energia a armazenada, antes de a corrente fluir no sentido oposto. Porm, como essa inverso de corrente no instantnea, uma fora eletromotriz induzida na espira dt di L a a , o que origina uma corrente de curto-circuito que circula no coletor, nas espiras e nas escovas. Aps o curto-circuito, a interrupo dessa corrente d origem ao aparecimento de fascas nos contatos das escovas com o coletor, que podem gerar arcos eltricos perigosos e que danificam o coletor, tendo portanto que ser eliminadas. A fim de eliminar as fascas, torna-se necessrio induzir na espira, durante o curto-circuito, uma fora eletromotriz que anule a resultante do processo de comutao, conseguido atravs dos plos de comutao, de menores dimenses e situados sobre a linha neutra e percorridos pela mesma corrente do rotor. No entanto estes plos, alm de anularem o fenmeno da comutao,

enfraquecem o fluxo do estator fenmeno chamado de reao magntica do rotor. Nas mquinas de grandes dimenses esse fenmeno eliminado atravs dos enrolamentos de compensao que, ligados em srie com o rotor e colocados na periferia dos plos do estator, geram um fluxo com a mesma intensidade e sentido contrrio do fluxo de reao, anulando-o. A figura 4 mostra um desenho esquemtico bastante simplificado de um motor CC com apenas uma bobina, o comutador e as escovas.

Fig. 4 Comutador e escovas Em sua forma mais simples, o comutador apresenta duas placas de cobre encurvadas e fixadas (isoladamente) no eixo do rotor; os terminais do enrolamento da bobina so soldados nessas placas. A corrente eltrica chega por uma das escovas (+), entra pela placa do comutador, passa pela bobina do rotor, sai pela outra placa do comutador e retorna fonte pela outra escova (-). Nessa etapa o rotor realiza sua primeira meia-volta. Nessa meia-volta, as placas do comutador trocam seus contatos com as escovas e a corrente inverte seu sentido de percurso na bobina do rotor. E o motor CC continua girando, sempre com o mesmo sentido de rotao.

3. Tipos, caractersticas e aplicaes de motores cc

Os motores de corrente contnua so classificados segundo o tipo de ligao de seus campos. Assim, temos:

Motor de m permanente;

Motor de campo srie; Motor de campo paralelo (shunt);

Motor de excitao independente; Motor composto (compound).

Vamos aprofundar nossos conhecimentos sobre cada um desses tipos de motores de corrente contnua.

3.1Motores de m permanente

Os motores de m permanente possuem um m fixo no estator e um rotor bobinado alimentado em corrente contnua por intermdio de um conjunto escova comutador. Observe que a armadura encontra-se dentro de um m permanente e a alimentao CC feita diretamente no comutador.A Figura 6 mostra uma representao esquemtica de um motor de m permanente.

Figura 6 Motor de m permanente

Os motores de m permanente caracterizam-se normalmente por serem de pequena potncia, porm de grande volume de aplicao na indstria de brinquedos, na indstria automotiva e outras aplicaes industriais.Esse tipo de motor tem como vantagem a facilidade da variao da velocidade, pela simples variao da tenso em seus terminais.Outra vantagem que, aplicando-se rotao ao seu eixo, tornam-se geradores de corrente contnua com tenso diretamente proporcional velocidade, podendo, assim, tambm ser utilizados como tacmetros de baixo custo.Como desvantagem, os motores de m permanente tm geralmente uma baixa vida til devido ao atrito e faiscamento no conjunto escova-comutador, podendo produzir rudos eletromagnticos de interferncia em circuitos eletrnicos. Motor de campo srieNo motor de CC em srie, as bobinas so constitudas por espiras ligadas em Srie com o rotor (induzido). Essas espiras so de condutor mais grosso, para suportar a corrente circulante. Observe a representao esquemtica desse tipo de motor na Figura 7.

Figura 7 Rotor com duas bobinas de campo em srie

Devido ao magntica nesse motor, o conjugado diretamente proporcional ao fluxo indutor e corrente que circula pelo induzido.Esses motores possuem arranque vigoroso. A partida e a regulagem de velocidade podem ser feitas por meio do reostato ou fonte eletrnica intercalado no circuito.No arranque (ou na partida), o valor da corrente alto e por consequncia o fluxo magntico tambm. Isso resulta em um alto conjugado ao motor.Esse tipo de motor indicado para casos em que necessrio partir com toda a carga. Por isso ele usado em guindastes, elevadores e locomotivas, por exemplo.Como tendem a disparar (aumentar a rotao), no recomendvel que esses motores funcionem a vazio, ou seja, sem carga.

Motor de campo paralelo (shunt)No motor de CC em paralelo, as bobinas de campo so ligadas em paralelo com o induzido. Elas so formadas por vrias espiras de condutor mais fino do que o que o motor campo srie. A bitola do condutor varia de acordo com a potncia do motor. Essa bitola deve ser suficiente para suportar a corrente do campo paralelo, esta configurao resulta em velocidade constante.A representao esquemtica a seguir ilustra esse tipo de motor:

Figura 8 Rotor com bobina de campo em paraleloPela ao eletromagntica, o conjugado proporcional ao fluxo e corrente. No momento da partida a corrente no induzido deve ser limitada pela tenso da fonte que o controla, o que diminui o conjugado. Por isso, recomenda-se que o funcionamento desse tipo de motor seja iniciado (ou partido) sem estar a plena carga.O motor de CC em paralelo empregado, por exemplo, em mquinas-ferramenta (tornos e retficas de preciso), em geral, com velocidade quase constante.Motor de excitao independenteO motor de CC de excitao independente aquele em que as bobinas de campo so ligadas independentes do induzido. Elas tambm so formadas por vrias espiras de condutor relativamente fino, cuja bitola varia de acordo com a potncia do motor e adequada ao campo que se quer obter. Como resultado, esta configurao resulta em total controle de velocidade e torque constante para qualquer valor de carga. Isto mais bem obtido com o controle tanto da tenso e da corrente do campo quanto da corrente de armadura. A Figura 9 mostra a representao esquemtica do motor de excitao independente.

Figura 9 Rotor e sua bobina de campoO uso do motor de excitao independente muito difundido em processos industriais em que h necessidade de que a velocidade seja constante, tais como extrusoras, laminadores, alimentadores, etc.Motor composto (compound)No motor de CC misto ou (compound), as bobinas de campo so constitudas por dois enrolamentos montados na mesma sapata polar, ou seja, nos plos onde so fixadas as bobinas. Um desses enrolamentos de condutor relativamente grosso e se liga em srie com o induzido. O outro, de condutor relativamente fino, se liga em paralelo com o induzido.

Figura 10 Rotor com as bobinas de campo srie e em paralelo

Este tipo de motor apresenta caractersticas comuns ao motor em srie e ao motor em paralelo, ou seja, seu arranque vigoroso e sua velocidade estvel em qualquer variao de carga. Pode tambm partir com carga.Os motores compostos podem ser do tipo adicional ou diferencial. Isto obtido variando-se a configurao das ligaes internas.No motor composto adicional, a ligao permite que os campos sejam adicionados, o que aumenta o torque e fornece velocidade dentro de uma faixa de variao.No motor composto diferencial, a ligao subtrativa, ou seja, os campos interagem e se comportam com maior controle do torque com uma velocidade constante.Os motores compostos so empregados em prensas e mquinas de estamparia, por exemplo.