Relatório - Princípio fundamental de motores elétricos

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Princípio fundamental de motores elétricos
Aluno: Wallace Williams
Professor: Nelson Souza
Turma: 3056
Santa Cruz, Outubro/2018
Objetivo:
 Observar o funcionamento de um motor elétrico, aprender os tipos de motores e suas utilidades.
Fundamentação teórica:
 Motor síncrono é um motor elétrico cuja velocidade de rotação é sempre proporcional à frequência da sua alimentação.
 Este motor pode ter o rotor constituído por um eletroímã, ou bobinas alimentadas por CA (corrente alternada), ou constituído por imãs permanentes no caso de ser trifásico conhecido como circuito de campo. Como o campo magnético do rotor é independente do campo magnético do estator, quando o campo magnético do rotor tenta se alinhar com o campo magnético girante do estator, o rotor adquire velocidade proporcional a frequência da alimentação do estator e acompanha o campo magnético girante estabelecido no mesmo, sendo por este motivo denominado síncrono. O aumento ou diminuição da carga não afeta sua velocidade. Se a carga ultrapassar os limites nominais do motor, este entra em perda de sincronia e velocidade não tendo a sua função como motor síncrono.
 Plantas industriais geralmente possuem predominância de cargas reativas indutivas tais como motores de indução de pequeno porte ou de baixa velocidade de rotação as quais requerem considerável quantidade de potência reativa consumida como corrente de magnetização. Embora seja possível usar-se capacitores para suprir a necessidade de potência reativa, havendo a possibilidade, é frequentemente preferível a utilização de motores síncronos como fonte de potência reativa.
 No caso de motores síncronos em que o rotor é constituído por um eletroímã, é possível controlar a potência reativa fornecida ou consumida pelo motor controlando o circuito que alimenta o rotor. Este circuito é chamado de circuito de excitação da máquina.
 Sendo assim, os motores síncronos podem tanto atuar como um dispositivo que absorve potência reativa (motor sub-excitado), e no caso operar como uma carga reativa, como também atuar como fonte de potência reativa fornecendo dentro de seus limites reativos para a rede elétrica (motor sobre-excitado).
 Motor assíncrono de Indução é um motor elétrico de corrente trifásica, bifásica, ou monofásica, cujo rotor está excitado pelo estator e a velocidade de rotação não é proporcional à frequência da sua alimentação (a velocidade do rotor é menor que a do campo girante, devido ao escorregamento). O rotor assíncrono pode ser de dois tipos: gaiola de esquilo ou bobinado.
 No caso do rotor "gaiola de esquilo" a magnetização do núcleo se dá pelo escorregamento do campo magnético (o campo magnético gira em torno do eixo central do motor) fazendo com que circule uma tensão e uma corrente induzida através das barras da gaiola, que tem suas extremidades unidas por um anel condutor.
 Motores elétricos são máquinas destinadas a realizarem diversos tipos de trabalho. Seu princípio básico de funcionamento equivale em transformar energia elétrica em energia mecânica. Ou seja, esses motores captam energia elétrica da rede na qual estão conectados e transformam em movimento. São muito comuns motores desses tipos que possuem um eixo central rotatório.
 Os motores elétricos funcionam através da associação dos efeitos da eletricidade e do magnetismo. A corrente elétrica que atravessa um condutor cria um campo magnético ao entorno deste com polaridade idêntica ao de um ímã natural. Quero dizer, que os polos magnéticos de um ímã artificial obedecem aos mesmos princípios dos polos do ímã natural. Para que o motor elétrico funcione é necessária a presença de campos magnéticos que se oponham ao longo do tempo. Um dos campos é criado por um ímã e outro por corrente elétrica percorrendo um condutor.
 Neste estudo, vamos considerar os motores de corrente contínua. Embora sejam mais antigos e caros são bastante fáceis de explicar do que os motores de corrente alternada.
 Quando uma espira (fio enrolado e percorrido por corrente elétrica) se encontra imersa em um campo magnético ela fica submetida a uma força magnética que tende a fazê-la girar. A força sobre a espira resulta da interação dos campos magnéticos do ímã e da própria espira.
 Motores de corrente contínua possuem duas peças fundamentais chamadas escovas e comutadores. Essas peças podem ser observadas na figura 1 acima.
 Mas, qual a importância dessas duas peças?
 Primeiramente devemos saber que a corrente contínua é aquela que percorre o condutor sempre em um mesmo sentido. Isso significa que quando a espira estiver imersa no campo magnético de um ímã ela iniciará o movimento de giro, mas não girará completamente devido à interação entre seu campo magnético e o do ímã onde ela está imersa.
 As escovas são os elementos que levam a corrente elétrica até as espiras. Os comutadores são elementos que estão conectados às extremidades das espiras e giram junto com elas. Entretanto, os comutadores possuem fendas opostas que desligam a corrente elétrica que percorre a espira no momento em que seu movimento de giro diminuiria devido à redução da força magnética. Porém, mesmo com a corrente elétrica desligada, a espira continua a girar por inércia até que a corrente elétrica seja ligada novamente pelos comutadores, no momento em que a força magnética por favorável ao movimento da espira. Esse liga-desliga de corrente elétrica continua com certa frequência fazendo com que a espira do motor gire continuamente.
 Uma carga elétrica imersa em um campo magnético sofre a influência desse campo por meio de uma interação chamada força magnética.
 A intensidade dessa força depende da intensidade do campo magnético, da corrente elétrica que percorre o condutor, do comprimento do condutor imerso no campo e do ângulo entre o condutor e o campo.
 Na construção de um motor elétrico pode-se fazer com que esses ângulos assumam valores específicos de tal maneira que só exista força magnética na parte da espira que forma ângulo de 900 com o campo.
 Na figura 2 acima podemos observar que só há força magnética nos trechos da espira que são perpendiculares às linhas do campo magnético criado pelo ímã. Além disso, é nesse momento que a força é máxima. Nesse momento também, em se tratando de motor de corrente contínua, o comutador desliga a corrente e a espira gira meia volta por inércia. Em seguida a corrente é religada e o processo recomeça.
Procedimentos Experimentais:
3.1 - Material utilizado:
Conjunto eletromagnético Kurt.
Fonte de alimentação.
 Imagem 1: Materiais utilizados. 
3.2 - Metodologia:
 Conectando o conjunto eletromagnético Kurt, na fonte de alimentação os cabos de tensões positiva e negativa, foi observado o princípio de funcionamento de um motor elétrico gerando um campo eletromagnético, desse modo fazendo o motor funcionar e podermos observar a reação no campo.
Conclusão:
 Por conseguinte, conseguimos observar o funcionamento de um campo eletromagnético utilizado como um motor elétrico, comprovando a teoria na prática.
Referências Bibliográficas:
SANTOS, Rogério. "Motor elétrico"; aprenda física. Disponível em <https://aprendafisica.wordpress.com/2016/05/12/motores-eletricos/>. Acesso em 04 de novembro de 2018.