Edição Dezembro 2019

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Tempo para... "Rodar Válvulas":
Máquinas Elétricas 

O Rodar Válvulas pega em temas soltos de pura curiosidade quotidiana e tenta explorar o mesmo "até ao osso", dando um conhecimento mais aprofundado do tema escolhido. Tem o objetivo de meter a cabeça a "rodar" e a pensar como é que certas tecnologias funcionam ou como são organizadas no seu cerne e tudo isto em relativamente poucas palavras. 
Está visto que as máquinas elétricas nos vão acompanhar, no ramo automóvel, nos próximos anos, se alimentadas por baterias, por hidrogénio ou outra fonte ainda não podemos precisar... 
A verdade é que as máquinas elétricas já não são novidade nenhuma e há muitos anos que são usadas para outros fins, especialmente no ramo industrial.
Para perceber a origem temos que retroceder ao ano de 1886, ano considerado data de nascimento da máquina elétrica. Foi o cientista alemão Werner Von Siemens (sim, foi este senhor que criou a famosa Siemens) que deu o passo criando um gerador de corrente continua autoinduzido, que também podia atuar como motor de corrente continua. Esta máquina revolucionou o Mundo em poucos anos e foi a base para muitos estudos, pesquisas e invenções de muitos cientistas, nos três séculos seguintes...

O conceito mais simples e claro que se pode dar de uma máquina elétrica é qualquer dispositivo que transforme energia elétrica em energia mecânica. É o mais usado de todos os tipos de motor, pois combina as vantagens da energia elétrica - baixo custo, facilidade de transporte, limpeza e simplicidade de comando - com a sua construção simples, custo reduzido e grande versatilidade de adaptação às cargas a que sejam sujeitos. O rendimento tirado de um motor deste tipo (pode chegar aos 96%) é em muito superior ao nosso conhecido motor de combustão interna (máximo 40%).
A máquina elétrica em alguns casos também pode servir para fazer o trabalho de forma reversa - transformar energia mecânica em elétrica - funcionando assim como gerador.


A própria Mercedes-Benz não se abre muito e não revela muito sobre os seus motores elétricos usados nos híbridos, híbridos plugin e 100% elétricos. Após uma pequena batalha com os meios técnicos disponíveis descobrimos que usamos os dois tipos de motores elétricos trifásicos - Síncronos e Assíncronos. 
OK, agora é que a conversa pode parecer mais complicada... O entendimento deste tipo de equipamentos ainda hoje, e ao fim de tantos anos, ainda é um completo enigma para muita gente e poucos são aqueles que se atrevem a ter uma conversa mais profunda sobre este assunto que vamos tentar desmistificar...


Constituintes de um motor eléctrico 
 
Do ponto de vista eletromagnético, uma máquina elétrica rotativa é constituida fundamentalmente, por duas partes distintas, um estator (parte fixa) e um rotor (parte móvel).
Ambas as partes estão alojadas dentro da carcaça do motor. Entre eles existe um pequeno espaço ao qual chamamos entreferro.

Principio de funcionamento
 
Uma das leis de ouro do eletromagnetismo diz que sempre uma corrente elétrica passa por um condutor é formado um campo magnético neste condutor. Se então enrolarmos um condutor em várias espiras e fizermos que este seja atravessado por uma corrente elétrica vamos ter um campo magnético ainda maior.
Se pensarmos num motor simples com apenas três bobinas podemos liga-las numa rede trifásica ficando com três electroíman a criar um campo eletromagnético. 
No exemplo seguinte temos as três bobinas ligadas a uma rede trifásica na configuração estrela*:
  • Bobina 1 - ponto 1 e 4
  • Bobina 2 - ponto 2 e 5
  • Bobina 3 - ponto 3 e 6
*O conceito de configuração estrela e triangulo não vai ser alvo nesta altura.
Quando o estator é alimentado com corrente tifásica alternada (ondas sinusoidais desfasadas 120º) um campo magnético girante é criado. Este campo completa 50 ciclos por segundo devido à frequencia usada na nossa rede eletrica (50Hz).
Apesar deste campo se chamar girante nada aos nosso olhos se altera ou roda, mas fisicamente um campo magnético varia e completa ciclos em torno dos enrolamentos do estator... Em cada fase apresentada o campo gira 90º de cada vez até que no fim prefaaz os 360º voltando a repetir todo o processo.
Este campo é o que vai "obrigar" o rotor a rodar e a ganhar velocidade.

Motor Síncrono vs Assíncrono
 
Nos motores síncronos de imans permanentes, o rotor tem incorporado imans que não precisam de ser induzidos para criar campo magnético e por isso não tem de ser alimentado. A interação do campo magnético girante do estator "dança" com o campo magnético do rotor fazendo com que ele comece a girar. em sincronismo!
Este tipo de motores é usado no hibridos, hibridos plugin e no motor ISG (48V).


Nos motores assíncronos a história é ligeiramente diferente, como o rotor não tem nenhum campo magnético fixo o mesmo tem de ser induzido. O campo magnético girante provoca uma variação de fluxo nos condutores da gaiola de esquilo ou do rotor bobinado (2 tipos de motores de indução ou assíncronos), gerando-se, de acordo com a lei de Faraday, uma força eletromotiz induzida nesses condutores. Como os condutores do rotor, quer no caso do rotor em curto de circuito quer no rotor bobinado, estão em circuito fechado, os mesmos são percorridos por correntes induzidas, fazendo com que se cria em campo magnético (lei de Lenz). Agora sim já temos as ovos para fazer omoletes, e com dois campos magnéticos o rotor começa a girar. A particularidade nestes motores é que a velocidade do rotor nunca é igual ao campo magnético do estator mas sim sempre menor, não estando sincronizados e por isso o nome de assíncronos.
Este tipo de motores é usado no 100% elétricos como no Classe B e EQC.
 
Esperamos que tenha sido pelo menos um levantar do véu para um tema tabu e que o interesse pessoal tenha ficado desperto para o tema.  
 
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