Motor DC – Características e funcionamento

Você conhece as características e o funcionamento do motor de corrente contínua? No artigo de hoje, o Mundo da Elétrica irá falar sobre esse motor tão importante e utilizado. Então, vamos lá pessoal!

Existe uma grande variedade de máquinas elétricas, que podem ser usadas tanto como geradores quanto como motores elétricos. Porém, todos eles possuem características e funcionamentos muito semelhantes, funcionando a partir da interação entre condutores em movimento e campos magnéticos!

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Máquinas elétricas de corrente contínua

As máquinas elétricas de corrente contínua são capazes de converter energia mecânica em energia elétrica ou energia elétrica em mecânica, com uma corrente de entrada ou saída na forma contínua. Elas são constituídas por circuito indutor, circuito induzido e circuito magnético!

Motores e Geradores

Um motor é uma máquina que converte energia elétrica em energia mecânica de rotação. Os motores são os responsáveis pelo funcionamento das máquinas de lavar, secadoras de roupa, ventiladores, condicionadores de ar e da maioria das máquinas encontradas nas indústrias.

Já o gerador, é uma máquina que converte energia mecânica de rotação em energia elétrica. A energia mecânica pode ser fornecida por uma queda d’água, vapor, vento, gasolina, óleo diesel ou por um motor elétrico.

Componentes da máquina CC

As partes principais dos geradores e dos motores de corrente contínua são basicamente as mesmas! Na imagem abaixo, é possível ver uma máquina CC comercial com um corte, simplificada para dar ênfase às partes principais.

Componentes da máquina de corrente contínua.

As máquinas CC são constituídas por duas partes, uma parte móvel que se chama rotor ou armadura e uma parte fixa, a que se dá o nome de estator ou campo.

Armadura

A armadura ou rotor, é a parte girante da máquina. Ela é montada sobre o eixo da máquina e construída de um material ferromagnético envolto em um enrolamento chamado de enrolamento de armadura.

Em um motor, a armadura recebe a corrente proveniente de uma fonte elétrica externa, fazendo o eixo girar. Já em um gerador, a armadura gira por efeito de uma força mecânica externa.

A tensão gerada na armadura é ligada a um circuito externo. Em resumo, a armadura do motor recebe a corrente de um circuito externo de alimentação, e a armadura do gerador libera corrente para um circuito externo, ou carga.

O núcleo da armadura é construído de camadas laminadas de aço, provendo uma faixa de baixa relutância magnética entre os polos. As lâminas servem para reduzir as correntes parasitas no núcleo, e o aço usado é de qualidade destinada a produzir uma baixa perda por histerese.

O núcleo contém ranhuras axiais na sua periferia para colocação do enrolamento da armadura, constituído de bobinas isoladas entre si e do núcleo da armadura, colocadas nas ranhuras e eletricamente ligadas ao comutador.

Campo

O estator ou campo, é a parte estática da máquina. Ela é montada em volta do rotor, de forma que o mesmo possa girar internamente. Ele é constituído de material ferromagnético, e é envolto por um enrolamento chamado de enrolamento de campo.

Comutador

Uma máquina CC quando usada como gerador, tem um comutador para converter a corrente alternada induzida que passa pela sua armadura em corrente contínua liberada através de seus terminais, mantendo assim a tensão gerada sempre com a mesma polaridade.

Quando utilizada como motor, os comutadores têm a função de manter a corrente circulando sempre no mesmo sentido na armadura, fazendo com que o torque gerado esteja sempre no mesmo sentido.

O comutador é constituído por segmentos de cobre, com um par de segmentos para cada enrolamento da armadura. Cada segmento do comutador é isolado dos demais por meio de lâminas de mica.

Os segmentos são montados em torno do eixo da armadura, sendo isolados do eixo e do ferro da armadura. No estator da máquina são montadas duas escovas fixas, que permitem contatos com os segmentos opostos do comutador.

Escovas

As escovas são conectores fixos, de grafita ou carvão, montadas sobre molas que permitem o deslizamento do comutador no eixo da armadura.

As escovas estão sempre instantaneamente conectadas a um segmento do comutador, e em contato com uma bobina localizada na zona interpolar, para que se possa injetar energia elétrica no enrolamento.

No caso do gerador, elas servem de contato entre os enrolamentos da armadura e a carga externa.

Enrolamento de Campo

O enrolamento de campo é composto por um eletroímã que produz o fluxo interceptado pela armadura, e localizado na estator da máquina.

Nele é formado os polos magnéticos norte e sul, criando-se um campo de excitação. Além disso, é importante salientar que o estator do motor CC também pode ser feito por ímãs permanentes.

Em um motor, a corrente para o campo é fornecida pela mesma fonte que alimenta a armadura. Já nos geradores, a fonte de corrente de campo pode ser uma fonte separada, chamada de excitador ou proveniente da própria armadura.

Dá-se o nome de enrolamento de campo-série aquele que é constituído de poucas espiras de fio grosso. Já os constituídos de muitas espiras de fio fino, dá-se o nome de campo-shunt.

Na imagem abaixo é possível ver os enrolamentos de campo-série e campo-shunt.

Enrolamentos de campo série e campo shunt.

Enrolamento de armadura

O enrolamento de armadura é responsável por produzir o torque elétrico que o movimenta quando opera como motor, bem como a tensão de saída quando opera como gerador.

Funcionamento do motor CC

O funcionamento dos motores CC baseia-se no princípio do eletromagnetismo clássico pelo qual um condutor carregando uma corrente e mergulhado em um fluxo magnético fica submetido a uma força eletromagnética.

O enrolamento de campo é dividido em duas partes ligadas em série que produzem um fluxo magnético constante no sentido norte-sul.

A armadura é formada por várias espiras enroladas em um núcleo ferromagnético, cujos terminais são conectados nos dois segmentos do comutador.

A bobina do rotor é alimentada com uma tensão e injetada através das escovas fazendo com que circule uma corrente na mesma. Ela produz um campo magnético que interage com o campo magnético criado pelos ímãs do estator.

Essa interação origina uma força de atração ou repulsão dependendo do sentido da corrente e do sentido do enrolamento da bobina do rotor. O sentido de rotação depende do sentido da corrente no enrolamento do rotor!

As forças eletromagnéticas estabelecidas criam um torque eletromecânico que faz a armadura girar.

Ao inverter a fonte de alimentação do rotor, o sentido de circulação da corrente na bobina também inverterá e esta tenderá a girar em sentido contrário. Logo o sentido de rotação do motor depende do sentido da corrente!

Características do motor CC

Os motores DC possuem quatro características principais:

• Tensão nominal
• Corrente nominal
• Potência
• Velocidade

A tensão nominal, medida em volts (V) é a tensão para qual o motor pode operar permanentemente sem se danificar, podendo operar abaixo desta tensão quando se pretende reduzir a velocidade ou a sua potência.

A corrente nominal, medida em amperes (A) é a corrente para a qual o motor opera em condições nominais, esta depende diretamente da carga aplicada ao rotor. Deve-se garantir que o motor rode num regime em que a carga não exija mais corrente que a máxima recomendada pelo fabricante.

Potência medida em Watts (W), é a força que um motor pode exercer em determinado momento, determinada pelo produto da tensão pela corrente. Conhecer a potência, corrente e tensão é importante para dimensionar os circuitos de potência.

A velocidade é medida em rotações por minuto (RPM), esta depende da corrente, da tensão e da carga aplicada. Qualquer um destes fatores influenciam a velocidade do motor.

Tipos de Máquinas CC

Tanto a tensão de armadura quanto a tensão do campo são tensões CC, e em muitas situações pode-se usar a mesma fonte para alimentar os dois enrolamentos. Dependendo de como estes enrolamentos de excitação forem ligados a máquina CC, tanto os motores quanto os geradores podem ser:

• Excitação em separado
• Excitação em Série
• Excitação em paralelo (shunt)
• Excitação composta

Outro motor muito utilizado é o motor brushless! Ele se difere do motor de CC convencional, pois a conversão de energia elétrica é feita através de forças de atração magnética, e não por escovas de contato magnético que deslizam sobre comutadores eletromecânicos.

Se você deseja aprender mais sobre os motores elétricos, sugerimos que você assista o vídeo abaixo do canal Mundo da Elétrica!

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Sobre o autor

Eletricista desde 2006, Henrique Mattede também é autor, professor, técnico em eletrotécnica e engenheiro eletricista em formação. É educador renomado na área de eletricidade e um dos precursores do ensino de eletricidade na internet brasileira. Já produziu mais de 1000 videoaulas no canal Mundo da Elétrica no Youtube, cursos profissionalizantes e centenas de artigos técnicos. O conteúdo produzido por Henrique é referência em escolas, faculdades e universidades e já recebeu mais de 120 milhões de acessos na internet.

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