Motor DC: Funcionamento, Características e Aplicações

Motor DC é uma máquina que converte energia elétrica em energia mecânica, principalmente em movimento de rotação. Recentemente surgiram também aplicações com motores elétricos que produzem movimento linear (acionamento em trilhos); esses são chamados de motores lineares.

O motor de corrente contínua (motor DC) é uma das máquinas mais versáteis da indústria. A facilidade de controlar posição e velocidade tornou-o uma das melhores opções para aplicações de controle e automação de processos. Com o advento da eletrônica de potência e dos motores AC (assíncronos e de velocidade controlada), o uso dos motores DC diminuiu em muitas aplicações industriais, pois hoje existem alternativas mais acessíveis para o consumidor médio. Ainda assim, os motores DC continuam presentes em aplicações de energia (como trens e elétricos) e em aplicações que exigem precisão (máquinas, micromotores, etc.).

A principal característica do motor DC é a capacidade de regular a velocidade desde a operação sem carga até a plena carga.

Sua principal desvantagem é a necessidade de manutenção, que costuma ser mais onerosa e trabalhosa quando comparada a outros tipos de motor.

Uma máquina DC (gerador ou motor) é composta principalmente por duas partes:

• Estator: dispositivo que dá suporte mecânico e possui um orifício central, geralmente cilíndrico. No estator encontram-se os pólos, que podem ser ímãs permanentes ou enrolamentos de fio de cobre com núcleo de ferro.
• Rotor (ou armadura): peça cilíndrica que contém os enrolamentos e o núcleo, que é atravessado por condutores submetidos às forças magnéticas.

Existem também motores DC construídos com ímãs permanentes no rotor para aplicações especiais.

Princípio de funcionamento

A seguir descreve-se o funcionamento de um motor de corrente contínua com dois pólos e uma bobina dividida em dois lados elementares sobre o rotor. O motor é mostrado em três posições do rotor a cada 90° para compensar os efeitos. Os elementos indicados são:

• 1, 2: escovas (brushes);
• A, B: coletores (comutador);
• a, b: os lados da bobina, respectivamente ligados a A e B.

Lei de Lorentz e força eletromagnética

De acordo com a lei de Lorentz, quando um condutor que transporta corrente elétrica está imerso em um campo magnético, ele sofre uma força perpendicular ao plano formado pela direção do campo magnético e pela corrente elétrica, seguindo a regra da mão direita. O módulo da força é dado por:

• F: força (newtons)
• I: intensidade da corrente que atravessa o condutor (amperes)
• l: comprimento do condutor imerso no campo (metros)
• B: densidade de fluxo magnético ou intensidade do campo (tesla)

O rotor possui diversos condutores distribuídos pela periferia. À medida que a máquina é excitada, a corrente é ativada nos condutores apropriados, gerando forças que produzem o torque. Normalmente, aplicam-se correntes em sentidos opostos em lados opostos do rotor para compensar forças e obter um torque contínuo.

Fem induzida em um motor

A força eletromotriz (fem) induzida é a tensão criada nos condutores do motor como resultado do corte das linhas de fluxo magnético — o mesmo princípio dos geradores. A polaridade da fem induzida é aplicada no sentido inverso à tensão aplicada nos terminais do motor (contra-e.m.f.).

Nos momentos de partida, o motor apresenta baixa fem induzida, de modo que as correntes de partida são altas e a armadura se comporta inicialmente como uma resistência elétrica pura.

Número de escovas

As escovas fazem o curto-circuito das bobinas localizadas na zona neutra do comutador. Se a máquina tiver dois pólos, teremos também duas zonas neutras. Consequentemente, o número total de escovas deve ser proporcional ao número de pólos da máquina.

Quanto à posição das escovas, elas coincidem com as linhas de neutro dos pólos para assegurar comutação adequada.

Sentido de rotação

O sentido de rotação de um motor DC depende do sentido relativo das correntes que circulam no indutor (campo) e nos enrolamentos da armadura.

Para inverter o sentido de rotação do motor DC, inverte-se a direção do campo magnético ou da corrente de armadura. Se você inverter a polaridade dos dois enrolamentos simultaneamente, o eixo do motor continuará a girar no mesmo sentido. Alterações isoladas na polaridade dos enrolamentos (campo ou armadura) provocarão a inversão do sentido de rotação.

Pode-se determinar a direção da força (e, portanto, o sentido de rotação) pela regra da mão direita: o polegar indica a direção da corrente, o dedo indicador aponta a direção do fluxo do campo magnético e o dedo médio indica a direção da força resultante.

Reversibilidade

Geradores e motores DC consistem essencialmente nos mesmos elementos, diferenciando-se apenas pelo modo de utilização. A reversibilidade entre motor e gerador significa que, se o rotor for girado mecanicamente, ocorre uma f.e.m. induzida nos enrolamentos, que pode ser transformada em energia elétrica no circuito de carga.

Se, por outro lado, for aplicada uma tensão ao enrolamento da armadura através das lâminas do coletor (comutador), o comportamento da máquina passa a ser o de um motor, transformando energia elétrica em energia mecânica.

Em ambos os casos, a armadura está submetida à ação do campo produzido pelo excitador principal (campo de campo), e a interação entre armadura e campo determina o desempenho da máquina.