Força Contra Electromotriz + Motores Universais – Teoria (máquinas eléctricas 4/…)

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Força Contra Electromotriz (F.C.E.M.)

Como as duas animações dos dois artigos, desta série, anteriores mostraram, os motores e geradores DC podem ser uma e a mesma coisa. Por exemplo, os motores dos comboios tornam-se geradores quando o comboio está a travar: eles convertem energia mecânica/cinética em energia eléctrica e colocam potência de volta na rede eléctrica. Recentemente, um conjunto de fabricantes começou a construir os motores de carros de forma racional. Nesses carros, os motores eléctricos utilizados para fazer andar o carro são também utilizados para carregar as baterias quando o carro está a parar – é a chamada travagem regenerativa.
Eis pois um interessante corolário. Todo o motor é um gerador. Isso é verdade, em certo sentido, mesmo quando funciona como motor. A fem que um motor gera e chamada de força contra electromotriz (fcem). Esta fcem cresce com a velocidade, devido à lei de Faraday. Então, se o motor não tem carga, ele roda com alta velocidade até que a fcem, mais a queda de tensão devido a perdas, iguala a tensão de alimentação. A fcem pode ser imaginada como um ‘regulador’: ela faz com que o motor não rode com velocidade infinita (poupando, com isso, um certo embaraço aos físicos). Quando o motor tem carga, então a fase da tensão torna-se próxima da da corrente (fica a parecer-se mais resistiva) e esta aparente resistência dá-nos uma tensão. Então, a fcem necessária é menor, e o motor roda mais devagar. (Para adicionar a fcem, que é indutiva, a um componente resistivo, temos de ter tensões que estão desfasadas, como aprendemos no estudo dos circuitos AC).

As Bobinas geralmente têm Núcleos

Na prática, (e ao contrário dos diagramas que desenhámos), os geradores e motores DC possuem, em geral, um núcleo de alta pearmibilidade magnética no interior da bobina. Dessa forma os elevados campos magnéticos podem ser gerados por correntes relativamente pequenas. Isso é mostrado na figura abaixo, à esquerda, na qual os estatores (as partes magnéticas que não se movem) são ímanes permanentes.

Motores Universais

Os ímanes do estator, também, podem ser feitos como electroímanes, como mostrado acima, à direita. Os dois estatores são rasgados no mesmo sentido de forma a formarem um campo no mesmo sentido e o rotor fica com um campo que se inverte duas vezes em cada ciclo porque está ligado a escovas, que neste desenho não aparecem. Uma vantagem de ter estatores rasgados é que assim podemos fazer um motor que funciona alimentado a AC ou DC, um chamado motor universal. Quando o alimenta com AC, a corrente na bobina muda duas vezes em cada ciclo (para além das mudanças devidas às escovas), mas a polaridade dos estatores mudam também nos mesmos instantes, e por isso essas mudanças cancelam-se mutuamente. (Infelizmente, contudo, há ainda as escovas, mesmo tendo em atenção que não aparecem no desenho). Para verificar as vantagens e desvantagens dos ímanes permanentes versus os estatores rasgados, veja um dos artigos posteriores).