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Motor de Corrente Contínua (Motor DC) – Teoria (máquinas eléctricas 1/25)

Motores de Corrente Contínua (DC)

Um motor DC simples é apenas constituído por uma bobina que é livre de rodar num campo magnético.

A corrente (contínua) para a bobina é fornecida por uma pilha/bateria, através de duas escovas que, ao movimentar-se, fazem contacto com um anel dividido em partes.
A bobina é colocada perante um campo magnético estacionário, criado, por exemplo, por dois ímanes. As forças provocadas nos fios condutores que transportam a corrente eléctrica criam um
torque na bobina.

Figura 1 Figura 2

A força F num fio de comprimento L, que é atravessado por uma corrente i, quando é posta perante um campo magnético B, é dada por:

F = i x L x B x sen do ângulo entre B e I, que será 90º se o campo for uniforme vertical.

A direcção de F pode ser obtida usando a regra da mão direita, como mostrado na Figura 1.

As duas forças aqui mostradas são iguais e opostas, mas são deslocadas verticalmente, e por isso provocam um torque. (As forças nos outros dois lados da bobina actuam ao longo da mesma linha e por isso não provocam torque.)

(*) Torque não é mais do que uma força rotacional. Pense por exemplo quando está a tentar rodar o volante de um carro para a direita: a mão esquerda faz força para cima e a direita para baixo. Essas forças provocam um torque e fazem o volante rodar.

A bobina pode também ser considerada um dipolo magnético, ou um pequeno íman eléctrico, como é indicado pelas seta S –> N:
Enrole os dedos da sua mão direita na direcção da corrente, e o seu polegar será o pólo Norte.

Na Figura 2, o electroíman formado pela bobina do rotor está representada como um íman permanente, e o mesmo torque (não esquecer que o Norte atrai o Sul e vice-versa) pode ver-se a actuar de modo a fazê-lo alinhar-se com o íman principal/estator.

Repare no efeito das escovas no anel dividido em partes.
Quando o plano da bobina que roda atinge a horizontal, as escovas perdem o contacto com o anel, abrindo-se o circuito, (de qualquer forma, muito pouco é perdido, pois este é o ponto de torque zero – a força actua para o interior).
O momento angular (‘embalagem’) que a bobina carrega consigo fá-la passar este intervalo e a corrente então flui na direcção oposta, o que inverte o dipolo magnético. Assim, depois de passar o ponto de intervalo (ponto morto), o rotor continua a rodar no sentido contrário aos ponteiros de relógio e começa a alinhar-se na direcção oposta, e assim sucessivamente.

O torque gerado num círculo completo varia com a separação vertical das duas forças. Portanto, depende do seno do ângulo entre o eixo da bobina e o campo magnético.
Contudo, devido ao anel dividido em partes, esse torque é sempre no mesmo sentido.

A animação abaixo mostra a sua variação no tempo, e pode pará-la em qualquer ponto e verificar a direcção aplicando a regra da mão direita.

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