Campos
rotativos
Uma das propriedades mais características de sistemas formados por
correntes alternadas defasadas (sistemas polifásicos) é a de gerar,
em determinadas condições, um campo magnético de intensidade
constante, cuja direção roda num plano, em movimento uniforme,
isto é, gera campos magnéticos rotativos perfeitamente iguais aos
que se produzem por meio da rotação física de ímãs permanentes.
A descoberta dessa propriedade de extraordinária importância,
deve-se a Galileo Ferraris, em 1885.
Campos
rotativos bifásicos
Imaginemos dois eletroímãs idênticos, com eixos de 90o
entre si, como se ilustra abaixo, e enviemos aos mesmos duas
correntes alternadas de igual freqüência e igual valores eficazes,
mas defasadas uma da outra de 90o. Assim, no primeiro
eletroímã teremos a corrente i1 = imáx.senwt,
e no segundo, a corrente defasada de 90o (por exemplo, em
atraso em relação à primeira) i2 = imáx.sen(wt
- 90o).
O
primeiro eletroímã gera no ponto 0 um campo magnético H1,
alternado e dirigido ao longo do eixo X1X1,
proporcional à intensidade da corrente i1 e
representado pela expressão H1 = Hmáx..senwt.
O segundo eletroímã gera um campo magnético H2,
dirigido ao longo do eixo X2X2, defasado em
atraso sobre o primeiro de 90o, e representado pela relação
H2 = Hmáx..sen(wt
- 90o).
O
valor do campo resultante da superposição desses dois campos magnéticos,
defasados de 90o entre si, é dado por:

Isto
quer dizer que, em cada instante, a superposição dos dois campos
magnéticos H1 e H2 formam um
outro campo magnético, de valor constante, igual ao valor máximo de
cada um deles (no caso exposto).
Com isso, temos demonstrado que o campo resultante, produzido pela
superposição dos campos H1 e H2,
possui um valor constante (no ponto considerado). Devemos agora
demonstrar que este campo resultante Hres.,além de
possuir um valor constante no decorrer do tempo, gira em torno do
ponto 0. Para isso montamos o diagrama ilustrativo abaixo:
Nessa
ilustração destacamos as duas senóides que representam os valores
instantâneos dos dois campos magnéticos alternados H1
e H2 e, sob estes, a composição, nos eixos
ortogonais X1 e X2, dos dois valores instantâneos
que se sucedem em cada oitavo de período. Os diagramas indicam
claramente que o campo resultante Hres. , em cada
oitavo de período, desloca-se angularmente de 45o. A
amplitude do campo magnético resultante é, constantemente, igual ao
valor Hmáx., o que pode ser demonstrado, pois nos
instantes T/8, 3T/8, 5T/8, 7T/8 as intensidades dos campos
componentes são:

Pode-se,
então, enunciar o seguinte princípio:
Lançando-se
duas correntes alternadas de igual freqüência e valor eficaz, mas
defasadas de 90o entre si, em dois eletroímãs (ou
bobinas) idênticos, simetricamente deslocados, com os eixos
normais entre si, gera-se um campo magnético rotativo com
amplitude constante, igual ao valor máximo constante de cada um
dos dois campos alternados. O campo magnético rotativo gira com a
velocidade uniforme de uma rotação por período.
O
sentido de rotação do campo rotativo depende das correntes
magnetizantes e inverte-se quando se inverte a corrente em um dos
circuitos. Pode-se constatar este fato invertendo-se o atraso das senóides
ilustradas acima.
Um
experimento interessante e didático para observar o efeito do campo
girante é o ilustrado abaixo, onde se dispõe de dois eletroímãs
para 117 VAC, um capacitor de 5 a 10 µF x 250 VAC (usado em motores
de indução de ventiladores) e uma bússola:
Outro
dispositivo didático que se apóia no princípio dos campos girantes
pode ser visto na Sala 22 -- Motores Gerais -- sob o título "Motor
de Yoke" -- clique aqui
para acessá-lo.