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Motor elétrico síncrono
(motores e geradores)

Prof. Luiz Ferraz Netto
leobarretos@uol.com.br

Objetivo
Mostrar o princípio básico de um motor elétrico síncrono e sua possível reversibilidade.

Material

Bicicleta com 'dínamo' de 6VAC,
Transformador com saída de 6VAC,
'Dínamo' desmontado.

Nota: Dínamo é denominação para máquina eletromecânica (gerador) que fornece corrente contínua e Alternador é para aquela que fornece corrente alternada. Na verdade, o 'dínamo de bicicleta' é um alternador. É conotação popular (errônea) designá-lo como dínamo. No texto colocaremos 'dínamo' (entre pliques) para lembrá-lo desse detalhe técnico.

Montagem

Procedimento

A bicicleta tem sua roda dianteira levantada do solo e guidão travado (veja foto). O 'dínamo' é pressionado de encontro à borda do pneu dessa roda. A saída de 6VAC do transformador é conectada ao 'dínamo' e ligada. Observa-se que o 'dínamo' fica 'zumbindo' com um som característico da corrente alternada. Se a roda dianteira for posta a girar, com auxílio da mão, ela manterá o giro, às custas do 'dínamo'. O 'dínamo' está trabalhando, agora, como um motor elétrico. Se a roda for 'carregada' (freando levemente por meio de sua mão no pneu) ela logo vai parar, abruptamente, e as trepidações e o zumbido reiniciam. Quando você der à roda um impulso no outro sentido, o 'dínamo' manterá a rotação nesse novo sentido.

Comentário teórico
Dentro do 'dínamo' nós encontramos uma bobina fixa na carcaça (estator) e um ímã permanente cerâmico  girante (rotor). O ímã cerâmico tem 8 pólos e gira dentro da bobina (ilustração abaixo; um 'dínamo' desmontado; esquerda).
Por meio de dois anéis de ferro, providos de garras, as quais cabem no interior da bobina, os campos magnéticos dos pólos norte e sul do ímã ficam perpendiculares à bobina (ilustração abaixo, à direita).


Nesse modelo, do interior da bobina
sai um só fio; o outro extremo da bo
bina está ligado na carcaça.            

Quando o ímã gira (por ação mecânica externa), esses campos trocam de posição, de modo que a bobina (fixa) fica sujeita a um campo magnético variável. Essa variação do fluxo magnético concatenado com a bobina, faz surgir nessa, uma f.e.m. de mesma freqüência que a variação do fluxo. O dispositivo está trabalhando como gerador (ilustração abaixo).

Quando uma fonte de alimentação externa faz circular uma corrente alternada através da bobina, as garras mudam sua polaridade norte-sul continuamente (devido ao campo alternante da corrente), atraindo e repelindo os pólos do ímã cerâmico. Quando o ímã tem a velocidade correta, o torque passa a ser eficaz e o movimento do rotor em um sentido se mantém (ilustração abaixo, esquerda). O dispositivo está trabalhando como motor.

 Quando o giro do ímã é demasiadamente lento, apenas pequenos impulsos é recebido por ele (F.Dt), a rotação torna-se cada vez mais lenta e acaba parando (veja ilustração abaixo, direita).  O ímã não pode começar a girar sem auxílio externo porque sua inércia (momento de inércia) é demasiado elevada e ele não consegue escolher se vai girar no sentido horário ou anti-horário em intervalo de tempo tão pequeno (0,0083 s). Nessa fase, o ímã é atraído e repelido pelo campo variável das garras e, sem girar, começa a vibrar.

A velocidade angular do ímã está diretamente relacionada à freqüência da tensão alternada fornecida pela fonte de alimentação (por isso, este tipo de motor é chamado de motor síncrono.).

Nossa freqüência é f = 60Hz, assim a cada 0,0083 s uma garra muda sua polaridade. [f = 60Hz, significa 120 inversões de polaridade a cada segundo; Dt = 1/120 s]. Com os 8 pólos no ímã, o ímã fará uma volta completa em 0,067 s. Em 0,067s 'cabem' 4,02 ciclos da corrente alternada [0,067 x 60]. Assim o ímã girará com uma freqüência de 60/4,02 =~ 15Hz.
O diâmetro da rodinha serrilhada do 'dínamo' que encosta no pneu determinará a rapidez com que a roda dianteira irá girar.



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