PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS

Engenharia Mecânica com ênfase em Mecatrônica

Física III

Aurélio Faleiro Teixeira Alves

Hairton Júnior José da Silveira

Marcelo Mansueto Placidonio Silva

Aplicação de Eletroímãs em Motores Elétricos

Belo Horizonte

2013

2. Introdução a Motores Elétricos

2.1. Funcionamento:

O motor elétrico é a máquina mais usada para transformar energia elétrica em energia mecânica, pois combina as vantagens da utilização de energia elétrica (baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e simplicidade de comando) com sua construção simples e robusta a baixos custos com grande versatilidade de adaptação aos mais variados tipos de cargas.

2.2. Tipos de Alimentação:A alimentação dos motores elétricos pode variar entre Motores CC(Corrente Contínua) e Motores CA(Corrente Alternada).

Motores CC:Os motores de corrente contínua são motores com custo mais elevado pois precisam de uma fonte de corrente contínua, ou de um dispositivo que converta a corrente alternada em corrente contínua. Este motor é aplicado em casos especiais.

Motores CA:Os motores de corrente alternada são os mais utilizados, porque a distribuição de energia elétrica é feita em corrente alternada, sendo assim mais fácil de encontrar pontos de alimentação, e podendo obter uma corrente mais elevada, dependendo do motor.Os motores de corrente alternada podem ser síncronos ou assíncronos:

Para cada tipo de aplicação usamos um tipo diferente de Motor Elétrico. Vários critérios podem influenciar na escolha do mesmo. Exemplificando o tipo de funcionamento de uma forma específica, analisaremos o Motor Assíncrono de Indução.

2.3. Tipos de rotação:

Rotação é o número de giros do eixo do motor por uma unidade de tempo. A rotação normalmente é expressa em rpm (rotações por minuto). Para a frequência de 60 Hz, temos:

2.4. Potencia:É a força que o motor gera para movimentar a carga em uma determinada velocidade.Esta força é medida em HP (horsepower), cv (cavalo vapor) ou em kW (quilowatt).A potência especificada na placa de identificação do motor indica a potência mecânica disponível na ponta do eixo.

2.5. Tipos de Tensão:

Monofásica:É a tensão medida entre fase e neutro. O motor monofásico normalmente está preparado para ser ligado a uma rede de 127 V ou 220 V. No entanto, existem lugares onde a tensão monofásica pode ser de 115 V, 230 V ou 254 V. Nestes casos deve ser aplicado um motor específico para estas tensões.

Trifásica:É a tensão medida entre fases. São os motores mais utilizados, já que os motores monofásicos têm limitação de potência e, além do mais, fornecem rendimentos e torques menores, o que aumenta seu custo operacional. No Brasil as tensões trifásicas mais utilizadas são 220 V, 380 V e 440 V.

2.6. Freqüência:

É o número de vezes que um determinado evento se repete dentro de um intervalo de tempo. A freqüência da rede de alimentação utilizada no Brasil é de 60 Hz. Isso significa que a tensão da rede repete o seu ciclo sessenta vezes por segundo. Em países como Paraguai, Argentina e no continente europeu utiliza-se a freqüência da rede de alimentação de 50 Hz. A freqüência é um fator importante pois tem influência direta sobre a rotação do motor elétrico.

3. Eletroímãs e Motores

3.1. Eletroímã Funcionamento Básico:

Um eletroímã pode ser, facilmente, criado utilizando, apenas, um núcleo de material ferromagnético , fio condutor e uma bateria.Por exemplo um eletroímã simples que possui 50 voltas de fio em um prego e seus terminais conectados a uma bateria. O prego se transforma em um ímã e tem um pólo norte e um pólo sul enquanto a bateria estiver conectada.

3.2.Eletroímã em um Motor:

Considerando,ainda,o eletroímã feito com prego,foi atravessado um eixo no meio do prego e esse foi suspenso no meio de um ímã tipo ferradura, conforme mostrado na figura abaixo. Se for ligado uma bateria ao eletroímã de modo que o pólo norte apareça conforme mostrado, a lei básica do magnetismo enuncia o que acontecerá: o pólo norte do eletroímã será repelido pelo pólo norte do ímã tipo ferradura e atraído pelo pólo sul do ímã tipo ferradura. O pólo sul do eletroímã será repelido de maneira similar. O prego se moverá metade de uma volta e então parará na posição mostrada.

O movimento de meia-volta ocorre simplesmente devido à maneira como ímãs se atraem e repelem naturalmente. O importante para um motor elétrico é ir uma etapa adiante, de modo que, no momento em que esse movimento de meia-volta se completar, o campo do eletroímã tenha o sentido invertido. A inversão faz com que o eletroímã complete outra meia-volta de movimento. Para inverter o campo magnético basta mudar a direção do fluxo dos elétrons no fio (invertendo a corrente que vem da bateria). Se o campo do eletroímã for invertido precisamente no momento final da meia-volta de movimento, o motor elétrico girará livremente.

4. Armadura, Comutador e Escovas

A armadura ocupa o lugar do prego,como no exemplo anterior, em um motor elétrico. A armadura é um eletroímã feito enrolando-se fio fino em volta de dois ou mais pólos de um núcleo de metal.

A armadura possui um eixo, e o comutador é conectado ao eixo. No diagrama à direita há três diferentes imagens da mesma armadura: frontal, lateral e na direção do eixo. Na imagem na direção do eixo, a bobina foi ocultada para deixar o comutador mais destacado.(O comutador é simplesmente um par de placas presas ao eixo. Essas placas fornecem duas conexões para a bobina do eletroímã.)

O trabalho de "inversão do campo elétrico" de um motor elétrico é feito por duas peças: o comutador e as escovas.

A figura à direita mostra como o comutador e as escovas trabalham em conjunto para fazer com que a corrente flua para o eletroímã e também para inverter o sentido em que os elétrons estão fluindo exatamente no momento correto. Os contatos do comutador são fixados ao eixo do eletroímã, de modo que eles giram junto com este. As escovas são duas peças de metal flexível ou grafite que fazem contato com o comutador.

Armadura

Coclusão

O eletroimã é aplicado diretamente nos motores elétricos, ou seja, é o núcleo do motor, como foi mostrado no desenvolvimento deste trabalho, sendo que os conhecimentos das leis que enunciam o comportamento dos eletroimãs são fundamentais para o desenvolvimento de um motor segundo as características apresentadas.

Referêcias Bibliograficas

[1] http://ciencia.hsw.uol.com.br/eletroimas.htm

[2] http://pt.wikipedia.org/wiki/Eletro%C3%ADm%C3%A3

[3] http://www.brasilescola.com/fisica/eletroima.htm

[4]http://ecatalog.weg.net/files/wegnet/WEG-guia-pratico-de-treinamento-de-motores-eletricos-50009256-guia-rapido-portugues-br.pdf

[5] http://ciencia.hsw.uol.com.br/motor-eletrico.htm

[6] http://pt.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9trico

[7] http://www.geocities.ws/saladefisica7/funciona/motoreletrico.html

[8] http://www.brasilescola.com/fisica/eletricidade-acionamento-motores-eletricos.htm