Os motores DC são máquinas onipresentes, encontradas em uma variedade de equipamentos eletrônicos usados ​​em diversas aplicações.

Normalmente, esses motores são implantados em equipamentos que requerem alguma forma de controle rotativo ou de produção de movimento.Os motores de corrente contínua são componentes essenciais em muitos projetos de engenharia elétrica.Ter um bom entendimento da operação do motor CC e da regulação da velocidade do motor permite que os engenheiros projetem aplicações que alcançam um controle de movimento mais eficiente.

Este artigo examinará detalhadamente os tipos de motores CC disponíveis, seu modo de operação e como obter controle de velocidade.

O que são motores DC?

ComoMotores CA, Os motores DC também convertem energia elétrica em energia mecânica.Sua operação é o inverso de um gerador DC que produz uma corrente elétrica.Ao contrário dos motores CA, os motores CC operam com alimentação CC – alimentação não senoidal e unidirecional.

Construção Básica

Embora os motores CC sejam projetados de várias maneiras, todos eles contêm as seguintes peças básicas:

• Rotor (a parte da máquina que gira; também conhecida como “armadura”)
• Estator (os enrolamentos de campo ou parte “estacionária” do motor)
• Comutador (pode ser com ou sem escova, dependendo do tipo de motor)
• Ímãs de campo (fornecem o campo magnético que gira um eixo conectado ao rotor)

Na prática, os motores CC funcionam com base nas interações entre os campos magnéticos produzidos por uma armadura rotativa e o do estator ou componente fixo.

Um controlador de motor DC sem escova e sem sensor.Imagem usada como cortesia deKenzi Mudge.

Princípio Operacional

Os motores DC operam com base no princípio de eletromagnetismo de Faraday, que afirma que um condutor que transporta corrente experimenta uma força quando colocado em um campo magnético.De acordo com a “Regra da mão esquerda para motores elétricos” de Fleming, o movimento deste condutor é sempre em uma direção perpendicular à corrente e ao campo magnético.

Matematicamente, podemos expressar esta força como F = BIL (onde F é a força, B é o campo magnético, I representa a corrente e L é o comprimento do condutor).

Tipos de motores CC

Os motores DC se enquadram em diferentes categorias, dependendo de sua construção.Os tipos mais comuns incluem escovado ou sem escova, ímã permanente, série e paralelo.

Motores escovados e sem escova

Um motor DC escovadoutiliza um par de escovas de grafite ou carbono que servem para conduzir ou fornecer corrente da armadura.Essas escovas geralmente são mantidas próximas ao comutador.Outras funções úteis das escovas em motores CC incluem garantir uma operação sem faíscas, controlar a direção da corrente durante a rotação e manter o comutador limpo.

Motores CC sem escovanão contêm escovas de carbono ou grafite.Eles geralmente contêm um ou mais ímãs permanentes que giram em torno de uma armadura fixa.No lugar das escovas, os motores CC sem escovas utilizam circuitos eletrônicos para controlar o sentido de rotação e a velocidade.

Motores de ímã permanente

Os motores de ímã permanente consistem em um rotor rodeado por dois ímãs permanentes opostos.Os ímãs fornecem um fluxo de campo magnético quando a corrente contínua passa, o que faz com que o rotor gire no sentido horário ou anti-horário, dependendo da polaridade.Um grande benefício deste tipo de motor é que ele pode operar em velocidade síncrona com frequência constante, permitindo uma regulação ideal da velocidade.

Motores DC enrolados em série

Os motores em série têm seus enrolamentos do estator (geralmente feitos de barras de cobre) e enrolamentos de campo (bobinas de cobre) conectados em série.Conseqüentemente, a corrente de armadura e as correntes de campo são iguais.A alta corrente flui diretamente da alimentação para os enrolamentos de campo, que são mais grossos e menores do que nos motores shunt.A espessura dos enrolamentos de campo aumenta a capacidade de carga do motor e também produz campos magnéticos poderosos que proporcionam aos motores CC em série um torque muito alto.

Motores CC de derivação

Um motor CC em derivação tem seus enrolamentos de armadura e de campo conectados em paralelo.Devido à conexão paralela, ambos os enrolamentos recebem a mesma tensão de alimentação, embora sejam excitados separadamente.Os motores shunt normalmente têm mais voltas nos enrolamentos do que os motores em série, o que cria campos magnéticos poderosos durante a operação.Os motores shunt podem ter excelente regulação de velocidade, mesmo com cargas variadas.No entanto, eles geralmente não possuem o alto torque de partida dos motores em série.

Um circuito de motor e controle de velocidade instalado em uma mini furadeira.Imagem usada como cortesia deDilshan R. Jayakody

Controle de velocidade do motor CC

Existem três maneiras principais de obter regulação de velocidade em motores CC em série: controle de fluxo, controle de tensão e controle de resistência de armadura.

1. Método de controle de fluxo

No método de controle de fluxo, um reostato (um tipo de resistor variável) é conectado em série com os enrolamentos de campo.A finalidade deste componente é aumentar a resistência série nos enrolamentos o que reduzirá o fluxo, consequentemente aumentando a velocidade do motor.

2. Método de regulação de tensão

O método de regulação variável é normalmente usado em motores CC em derivação.Existem, novamente, duas maneiras de obter o controle da regulação de tensão:

• Conectar o campo shunt a uma tensão de excitação fixa enquanto alimenta a armadura com tensões diferentes (também conhecido como controle de tensão múltipla)
• Variando a tensão fornecida à armadura (também conhecido como método Ward Leonard)

3. Método de controle de resistência de armadura

O controle da resistência da armadura é baseado no princípio de que a velocidade do motor é diretamente proporcional à EMF posterior.Assim, se a tensão de alimentação e a resistência da armadura forem mantidas em um valor constante, a velocidade do motor será diretamente proporcional à corrente da armadura.