MOTORES ELÉTRICOS:
Um motor elétrico é um dispositivo que transforma energia elétrica em energia mecânica, em geral energia cinética. Ou seja, num motor, a simples presença da corrente elétrica, seja CC ou AC, nos garante movimento em um eixo, que pode ser aproveitado de diversas maneiras dependendo da aplicação do motor. A divisão em motores de corrente contínua e de corrente alternada é devida, obviamente, ao tipo de tensão de alimentação. Apresentamos abaixo algumas características básicas dos motores AC e DC:
O QUE FAZ GIRAR O ROTOR DO MOTOR ELÉTRICO?
O rotor do motor precisa de um torque para iniciar o seu giro. Este torque (momento) normalmente é produzido por forças magnéticas desenvolvidas entre os pólos magnéticos do rotor e aqueles do estator. Forças de atração ou de repulsão, desenvolvidas entre estator e rotor, 'puxam' ou 'empurram' os pólos móveis do rotor, produzindo torques, que fazem o rotor girar mais e mais rapidamente, até que os atritos ou cargas ligadas ao eixo reduzam o torque resultante ao valor 'zero'. Após esse ponto, o rotor passa a girar com velocidade angular constante. Tanto o rotor como o estator do motor devem ser 'magnéticos', pois são essas forças entre pólos que produzem o torque necessário para fazer o rotor girar. Todavia, mesmo que ímãs permanentes sejam freqüentemente usados, principalmente em pequenos motores, pelo menos alguns dos 'ímãs' de um motor devem ser 'eletroímãs'.
Um motor não pode funcionar se for construído exclusivamente com ímãs permanentes! Isso é fácil de perceber, pois, não só não haverá o torque inicial para 'disparar' o movimento, se eles já estiverem em suas posições de equilíbrio, como apenas oscilarão, em torno dessa posição, se receberem um 'empurrão' externo inicial. É condição necessária que algum 'pólo' altere sua polaridade para garantir a rotação do rotor.
Um motor simples consiste de uma bobina que gira entre dois ímãs permanentes. Os pólos magnéticos da bobina são atraídos pelos pólos opostos dos ímãs fixos. A bobina gira para levar esses pólos magnéticos o mais perto possível um do outro, mas, ao chegar nessa posição o sentido da corrente é invertido e agora os pólos que se defrontam se repelem, continuando a impulsionar o rotor.
Essas atrações e repulsões bem coordenadas é que fazem o rotor girar, embora o modo como tais torques sejam obtidos possam variar entre os vários tipos de motores. A inversão do sentido da corrente, no momento oportuno, é condição indispensável para a manutenção dos torques 'favoráveis', os quais garantem o funcionamento dos motores. É por isso que um motor não pode ser feito exclusivamente com ímãs permanentes!
MOTORES CC
Fazer um motor elétrico que possa ser acionado por pilhas ou baterias não é tão fácil como parece. Não basta apenas colocar ímãs permanentes fixos e uma bobina, pela qual circule corrente elétrica, de modo que possa girar entre os pólos desses ímãs.
Uma corrente contínua, como o é a fornecida por pilhas ou baterias, é muito boa para fazer eletroímãs com pólos imutáveis, mas como para o funcionamento do motor é preciso periódicas mudanças de polaridade, algo tem que ser feito para inverter o sentido da corrente nos momentos apropriados.
Na maioria dos motores elétricos CC, o rotor é um 'eletroímã' que gira entre os pólos de ímãs permanentes estacionários. Para tornar esse eletroímã mais eficiente o rotor contém um núcleo de ferro, que se torna fortemente magnetizado, quando a corrente flui pela bobina. O rotor girará desde que essa corrente inverta seu sentido de percurso cada vez que seus pólos alcançam os pólos opostos do estator. O modo mais comum para produzir essas reversões é usar um comutador.
A corrente flui ora num sentido ora no outro, no rotor desse motor CC, graças às escovas de metal. Essas escovas tocam o comutador do rotor de forma que a corrente inverte seu sentido a cada meia volta do rotor.
Em sua forma mais simples, um comutador apresenta duas placas de cobre encurvadas e fixadas (isoladamente) no eixo do rotor; os terminais do enrolamento da bobina são soldados nessas placas. A corrente elétrica 'chega' por uma das escovas (+), 'entra' pela placa do comutador, 'passa' pela bobina do rotor, 'sai' pela outra placa do comutador e 'retorna' á fonte pela outra escova (-). Nessa etapa o rotor realiza sua primeira meia-volta. Eis um visual completo:
Nessa meia-volta, as placas do comutador trocam seus contatos com as escovas e a corrente inverte seu sentido de percurso na bobina do rotor. E o motor CC continua girando, sempre com o mesmo sentido de rotação. Mas, o motor CC acima descrito tem seus problemas. Primeiro não há nada que determine qual será o sentido de sua rotação na partida, tanto poderá iniciar girando para a 'esquerda' como para a 'direita'. Segundo, é que por vezes, as escovas podem iniciar tocando ambas as placas ou eventualmente nenhuma; o motor 'não dá partida'! Para que a partida se dê com total confiança e no sentido certo é preciso que as escovas sempre 'enviem' corrente para o rotor e que não ocorra nenhum curto circuito entre as placas devido às escovas.
Na maioria dos motores CC consegue-se tais exigências colocando-se várias bobinas no rotor, cada uma com seu par de placas no comutador. Conforme o rotor gira, as escovas suprem a corrente para as bobinas, uma de cada vez, uma após a outra. A 'largura' das escovas também deve ser bem planejada.
O rotor de um motor CC gira com velocidade angular que é proporcional à tensão aplicada em suas bobinas.
O sentido de rotação do rotor depende das assimetrias do motor e também do sentido da corrente elétrica; invertendo-se o sentido da corrente o motor começará a girar 'para trás'.
MOTORES UNIVERSAIS
Antes de comentarmos sobre os verdadeiros motores elétricos AC, vejamos um tipo intermediário de motor denominado motor universal. Esse motor pode funcionar tanto com alimentação DC como AC. Um verdadeiro motor elétrico DC não aceita alimentação; do mesmo modo, um verdadeiro motor AC não aceita alimentação DC.
Porém, se substituirmos os ímãs permanentes dos estatores dos motores DC por eletroímãs e ligarmos (em série) esses eletroímãs no mesmo circuito do rotor e comutador, teremos um motor universal. Eis a ilustração dessa 'engenhoca':
Nos motores universais, tanto estator como rotor são eletroímãs com bobinas em série e concordância.
Este motor 'girará' corretamente quer seja alimentado por corrente contínua ou corrente alternada. A diferença notável entre motor universal e motor DC é que se você alimentar o motor universal com fonte DC, ele não inverterá o sentido de rotação se você inverter a polaridade da fonte (como acontece com o motor DC), continuará a girar sempre no mesmo sentido. Se você quiser realmente inverter o sentido de rotação de um motor universal deverá inverter as ligações nos eletroímãs dos estatores para inverter seus pólos. Os motores universais são usados, por exemplo, em batedeiras elétricas, aspiradores de pó etc.
MOTORES AC SÍNCRONOS
Alguns motores são projetados para operar exclusivamente com corrente alternada. Um tal motor é esquematizado a seguir:
O motor síncrono AC usa eletroímãs como estatores para fazer girar o rotor que é um ímã permanente. O rotor gira com freqüência igual ou múltipla daquela da AC aplicada. Como os eletroímãs são alimentados por corrente alternada, seus pólos invertem suas polaridades conforme o sentido da corrente inverte. O rotor gira enquanto seu pólo norte é 'puxado' primeiramente para o eletroímã esquerdo e 'empurrado' pelo eletroímã direito. Cada vez que o pólo norte do rotor está a ponto de alcançar o pólo sul de um eletroímã estacionário, a corrente inverte e esse pólo sul transforma-se um pólo norte. O rotor gira continuamente, terminando uma volta para cada ciclo da corrente alternada. Como sua rotação é perfeitamente sincronizada com as reversões da C.A, este motor é denominado 'motor elétrico síncrono'. O motor da bomba d'água de máquinas de lavar roupa, por exemplo, são desse tipo. Os motores de C.A síncronos são usados somente quando uma velocidade angular constante é essencial para o projeto.
MOTOR DE PASSO
O motor de passo é um transdutor que converte energia elétrica em movimento controlado através de pulsos, o que possibilita o deslocamento por passo, onde passo é o menor deslocamento angular. Com o passar dos anos houve um aumento na popularidade deste motor, principalmente pelo seu tamanho e custo reduzidos e também a total adaptação por controle digitais. Outra vantagem do motor de passos em relação aos outros motores é a estabilidade. Quando quisermos obter uma rotação específica de um certo grau, calcularemos o número de rotação por pulsos o que nos possibilita uma boa precisão no movimento. Os antigos motores passavam do ponto e, para voltar, precisavam da realimentação negativa. Por não girar por passos a inércia destes é maior e assim são mais instáveis.
FUNCIONAMENTO BÁSICO DO MOTOR DE PASSO
Um motor de corrente contínua, quando alimentado, gira no mesmo sentido e com rotação constante, ou seja, para que estes motores funcionem, é necessário apenas estabelecer sua alimentação. Com o auxilio de circuitos externos de controle, estes motores de corrente contínua poderão inverter o sentido de rotação ou variar sua velocidade. Para que um motor de passo funcione, é necessário que sua alimentação seja feita de forma seqüencial e repetida. Não basta apenas ligar os fios do motor de passo a uma fonte de energia e sim ligá-los a um circuito que execute a seqüência requerida pelo motor.
Por se tratar de sinais digitais, fica fácil compreender a versatilidade dos motores de passo. São motores que apresentam uma gama de rotação muito ampla que pode variar de zero até 7200 rpm; apresentam boa relação peso/potência; permitem a inversão de rotação em pleno funcionamento; alguns motores possuem precisão de 97%. Mover o motor passo-a-passo resume-se ao seguinte: se um determinado motor de passo possuir 170 passos, isto significa que cada volta do eixo do motor é dividida 170 vezes, ou seja, cada passo corresponde a 2,1 graus e o rotor tem a capacidade para mover-se apenas estes 2,1 graus.
Didaticamente falando, o sistema de controle se baseia em um circuito oscilador onde seria gerado um sinal cuja freqüência estaria diretamente relacionado com a velocidade de rotação do motor de passo. Esta freqüência seria facilmente alterada (seja por atuação em componentes passivos seja por meio eletrônico) dentro de um determinado valor assim, o motor apresentaria uma rotação mínima e uma máxima. A função "Freio" se daria simplesmente pela inibição do sinal gerado pelo oscilador.
O próximo passo seria providenciar um circuito amplificador de saída, pois algumas aplicações exigem uma demanda de corrente relativamente elevada. Caberia ao circuito amplificador de saída fornecer estas correntes de forma segura, econômica e rápida. O circuito amplificador de saída seria constituído de transistores e/ou dispositivos de potência que drenam corrente em torno de 500 mA ou mais. Motores de passo geralmente suportam correntes acima de 1,5 Ampére. O amplificador de saída é o dispositivo mais solicitado em um projeto de controle de motor de passo. Devido às variações de trabalho a que pode ser submetido o motor de passo, um amplificador mal projetado pode limitar muito o conjunto como um todo.
O torque do motor de passo depende da freqüência aplicada a alimentação. Quanto maior a freqüência, menor o torque, porque o rotor tem menos tempo para mover-se de um ângulo para outro.
ONDE ENCONTAR MOTORES DE PASSO
Motores de Passo geralmente podem ser encontrados em equipamentos eletro mecânicos. Boas fontes de motores de passo são as seguintes:
· Impressoras: Antigas impressoras matriciais, impressoras a jato de tinta e até impressoras lasers são ótimas fontes de motores de passo. Geralmente possuem 2 motores de bom tamanho e potência.
· Drivers de CD-ROM