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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.
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Montagem |
Procedimento |
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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).
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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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