Motores De Corrente Contínua

1 INTRODUÇÃO

Motores de corrente contínua são um dos três tipos básicos de maquinas que têm sido largamente utilizado na indústria, principalmente quando se necessita de variação de velocidade, uma vez que ela é capaz de fornecer torque numa ampla faixa de velocidade.

As máquinas de corrente contínua podem ser utilizadas tanto como motor quanto como gerador. Porém, uma vez que as fontes retificadoras de potência podem gerar tensão contínua de maneira controlada a partir da rede alternada, pode-se considerar que, atualmente, a operação como gerador fica limitada aos instantes de frenagem e reversão de um motor.

Atualmente, o desenvolvimento das técnicas de acionamentos de corrente alternada (CA) e a viabilidade econômica têm favorecido a substituição dos motores de corrente contínua (CC) pelos motores de indução acionados por inversores de frequência. Porém devido às suas características, que serão mostradas adiante, o motor CC ainda se mostra a melhor opção em inúmeras aplicações.

2 HISTÓRIA DOS MOTORES ELÉTRICOS

O nascimento da máquina elétrica foi no ano de 1886, graças ao cientista alemão Werner von Siemens, que inventou o primeiro gerador CC auto induzido.

A partir desse primeiro invento, vários outros inventores se interessaram em estudar e pesquisar mais sobre o assunto.

Figura 1: Maquina de Siemens com excitação dos eletroímãs produzida por correntes da própria máquina.

FONTE: dee.ufrj.br

Há alguns anos antes da invenção de Werner von Siemens o grego Tales, em 641 a.C. já tinha verificado que ao atirar um peça de âmbar com um pano, está adquiria a propriedade de atrair corpos livres, como: pelos, penas, cinzas, etc. Em 1600 o cientista Willian Gilbert publicou em Londres sua obra “De Magnete”, descrevendo a força de atração magnética.

Em 1663, foi criada pelo alemão Otto von Guericke a primeira máquina eletroestática, e depois aperfeiçoada pelo suíço Martin Planta em 1775.

Ao fazer experiências com correntes elétricas o físico dinamarquês Hans Christian Oersted em 1820 notou que a agulha magnética da bússola se desviava de sua posição Norte/Sul quando passava pero de um condutor no qual circulava corrente elétrica. Esta observação fez Oersted notar a relação entre magnetismo e eletricidade. Em 1825, o sapateiro William Sturgeon com base nas observações de Oersted, constatou que um núcleo de ferro envolto por um fio condutor elétrico transformava-se em um imã quando se aplicava uma corrente elétrica, mas que a força cassava logo que a corrente fosse interrompida; E assim estava inventando o eletroímã, que seria de fundamental importância na construção de máquinas elétricas.

O cientista italiano S. Dal Negro em 1832 construiu a primeira máquina de corrente alternada com movimento de vaivém. Em 1833, o inglês W. Ritchie inventou o comutador construindo um pequeno motor onde o núcleo de ferro enrolado girava em torno de um imã permanente. Para dar uma volta completa, a polaridade do eletroímã era alternada a cada meia volta através do comutador.

O mecânico H. Pixii também demonstrou a alternância de polaridade ao construir um gerador em forma de ferradura que girava diante de duas bobinas fixas com um núcleo de ferro; logo a corrente alternada era transformada em corrente continua pulsante através do comutador.

O motor de maior sucesso da época foi desenvolvido pelo professor e arquiteto Moritz Hermann von Jacobi que em 1838, aplicou o motor em um bote que transportou 14 pessoas e navegou por 4,8 quilômetros por hora, era alimentado por células de bateria.

Apenas em 1886, Siemens construiu um gerador sem usar um imã permanente, mostrando que a tensão necessária para o magnetismo poderia ser retirado do próprio enrolamento do rotor, isto é, a máquina poderia se auto-exitar.

O primeiro dínamo de Siemens possuía uma potência de aproximadamente 30 Watts e uma rotação de 1200 rpm. A máquina não funcionava apenas como um gerador de eletricidade, mas também como um motor, desde que se aplicasse aos seus bornes uma corrente contínua.

Entre esses pesquisadores se destacam o iugoslavo Nikola Tesla, o italiano Galileo Ferraris e o russo Michael von Dolivo Dobrovolsk, os esforços não ficaram restritos apenas em aperfeiçoar o motor corrente contínua, mas também se cogitou de sistemas de corrente alternada, cujas as vantagens já eram conhecidas em 1881.

Nikola Tesla (1856-1943) e George Westinghouse (1846-1914) ajudaram a estabelecer a corrente alternada como o principal modo para transmissão e distribuição de eletricidade. (ALEXANDER; SADIKU, 2013, p 330)

Em 1889, o engenheiro eletricista Dobrowolsky, entrou com pedido do motor trifásico de gaiola. Esse motor tinha potência de 80 Watts e um rendimento de 80%. A figura 3 o motor desenvolvido por Dobrowolsky.

Figura 3: Primeiro motor trifásico com rotor de gaiola

FONTE: weg em revista

As vantagens do motor de corrente alternada para o motor de corrente contínua eram marcantes: construção mais simples, silencioso, menos manutenção e alta segurança em operação. Dobrowolsky desenvolveu, em 1891 a primeira fabricação em série de motores assíncronos, nas potências de 0,4 a 7,5 KW.

3 PRINCÍPIOS E FUNCIONAMENTO DO MOTOR CC

3.1 ASPECTOS CONSTRUTIVOS

O motor de corrente continua é composto de duas estruturas magnéticas:

O estator e o rotor.

O estator é composto de uma estrutura ferromagnética com polos salientes aos quais são enroladas as bobinas que formam o campo, ou de um ímã permanente. A figura 4 mostra o desenho de um estator.

Figura 4: Estator de um motor cc

FONTE: electronics.stackexchange.com

O rotor é um eletroímã constituído de um núcleo de ferro com enrolamentos em sua superfície que são alimentados por um sistema mecânico de comutação. Esse sistema é formado por um comutador, solidário ao eixo do rotor, que possui