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Como funcionam motores e geradores elétricos

Como funcionam motores e geradores elétricos


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Os veículos elétricos dependem exclusivamente de motores elétricos para propulsão, e os híbridos usam motores elétricos para auxiliar seus motores de combustão interna na locomoção. Mas isso não é tudo. Esses mesmos motores podem ser e são usados ​​para gerar eletricidade (através do processo de frenagem regenerativa) para carregar as baterias a bordo desses veículos.

A pergunta mais comum é: "Como isso pode ser ... como isso funciona?" A maioria das pessoas entende que um motor é alimentado por eletricidade para fazer o trabalho - eles o veem todos os dias em seus eletrodomésticos (máquinas de lavar, aspiradores de pó, processadores de alimentos).

Mas a idéia de que um motor pode "retroceder", na verdade gerando eletricidade, em vez de consumir, parece quase mágica. Mas uma vez que a relação entre ímãs e eletricidade (eletromagnetismo) e o conceito de conservação de energia são compreendidos, o mistério desaparece.

Eletromagnetismo

A potência do motor e a geração de eletricidade começam com a propriedade do eletromagnetismo - a relação física entre um ímã e a eletricidade. Um eletroímã é um dispositivo que age como um ímã, mas sua força magnética é manifestada e controlada pela eletricidade.

Quando o fio feito de material condutor (cobre, por exemplo) se move através de um campo magnético, é criada corrente no fio (um gerador rudimentar). Por outro lado, quando a eletricidade é passada através de um fio que é enrolado em torno de um núcleo de ferro, e esse núcleo está na presença de um campo magnético, ele se move e torce (um motor muito básico).

Motor / Geradores

Os motores / geradores são realmente um dispositivo que pode funcionar em dois modos opostos. Ao contrário do que as pessoas pensam às vezes, isso não significa que os dois modos do motor / gerador se afastam um do outro (que, como motor, o dispositivo gira em uma direção e, como gerador, gira na direção oposta).

O eixo sempre gira da mesma maneira. A "mudança de direção" está no fluxo de eletricidade. Como motor, consome eletricidade (entra) para produzir energia mecânica e, como gerador, consome energia mecânica para produzir eletricidade (sai).

Rotação eletromecânica

Os motores / geradores elétricos são geralmente um dos dois tipos, CA (corrente alternada) ou CC (corrente contínua) e essas designações são indicativas do tipo de eletricidade que eles consomem e geram.

Sem entrar em muitos detalhes e obscurecer o problema, esta é a diferença: a corrente alternada muda de direção (alterna) à medida que flui através de um circuito. As correntes CC fluem unidirecionalmente (permanecem as mesmas) à medida que passam por um circuito.

O tipo de corrente utilizada preocupa-se principalmente com o custo da unidade e sua eficiência (um motor / gerador de corrente alternada geralmente é mais caro, mas também muito mais eficiente). Basta dizer que a maioria dos híbridos e muitos veículos elétricos maiores usam motores / geradores de corrente alternada - e esse é o tipo em que vamos nos concentrar nesta explicação.

Um motor / gerador de corrente alternada consiste em 4 partes principais:

  • Uma armadura enrolada em fio montada no eixo (rotor)
  • Um campo de ímãs que induz energia elétrica empilhada lado a lado em um compartimento (estator)
  • Anéis deslizantes que transportam a corrente CA de / para a armadura
  • Escovas que entram em contato com os anéis coletores e transferem corrente para / do circuito elétrico

O gerador de CA em ação

A armadura é acionada por uma fonte mecânica de energia (por exemplo, na produção comercial de energia elétrica, seria uma turbina a vapor). À medida que esse rotor enrolado gira, sua bobina de fio passa sobre os ímãs permanentes no estator e uma corrente elétrica é criada nos fios da armadura.

Mas, como cada loop individual na bobina passa primeiro pelo pólo norte, depois pelo pólo sul de cada ímã, em seqüência, à medida que gira em seu eixo, a corrente induzida continuamente e rapidamente muda de direção. Cada mudança de direção é chamada de ciclo e é medida em ciclos por segundo ou hertz (Hz).

Nos Estados Unidos, a taxa de ciclo é de 60 Hz (60 vezes por segundo), enquanto na maioria das outras partes desenvolvidas do mundo é de 50 Hz. Anéis coletores individuais são montados em cada uma das duas extremidades do laço do rotor para fornecer um caminho para a corrente sair da armadura. As escovas (que na verdade são contatos de carbono) movem-se contra os anéis coletores e completam o caminho para a corrente no circuito ao qual o gerador está conectado.

O motor CA em ação

A ação do motor (fornecimento de energia mecânica) é, em essência, o inverso da ação do gerador. Em vez de girar a armadura para gerar eletricidade, a corrente é alimentada por um circuito, através das escovas e anéis deslizantes e pela armadura. Essa corrente que flui através do rotor enrolado em bobina (armadura) a transforma em um eletroímã. Os ímãs permanentes no estator repelem essa força eletromagnética, fazendo com que a armadura gire. Enquanto a eletricidade fluir através do circuito, o motor funcionará.