3.4 Comutação

A fim de entender a comutação, considere um motor elementar de dois polos que esteja funcionando no modo motor e uma armadura que tenha uma bobina de uma espira. Para a posição da bobina e da corrente externa, ilustradas na Figura 19, a sobreposição do fluxo gerado pela corrente nos condutores (a) e (a′) com a corrente do fluxo indutor resulta em uma distribuição não uniforme do fluxo na região dos dentes, nos quais os condutores estão colocados.

Assim, gera-se uma força que age sobre a estrutura cilíndrica do rotor, da região de maior concentração de fluxo para a de menor fluxo, isto é, o torque eletromecânico gerado age no sentido de impulsionar o rotor no sentido anti-horário, como pode ser observado na Figura 20.

Na posição intermediária – posição interpolar –, a bobina concatena o máximo de fluxo e, portanto, a tensão induzida nela é nula (lei de Faraday). Como ilustrado na Figura 21, nessa posição a escova curto-circuita a bobina e, idealmente, deseja-se que a corrente na bobina seja nula.

Quando o rotor desloca o equivalente a $\pi$ radianos, o sentido da corrente nos lados (a) e (a′) da bobina é invertido por ação do comutador, pois, sendo as escovas estacionárias, cada uma delas está sempre em contato com uma bobina (não importa qual seja), que se localiza instantaneamente debaixo do mesmo polo, como ilustrado na Figura 22. Esse processo de inversão de corrente, denominado comutação, deve ser feito de maneira suave e linear, como ilustrado idealmente na Figura 5. O intervalo de tempo no qual a corrente é invertida na bobina é o tempo de comutação tc.

Pelo fato de o comutador e as escovas garantirem sempre o mesmo sentido de corrente nos condutores da armadura posicionados sob o mesmo polo, o fluxo criado por essa corrente é estacionário e se posiciona, no caso ideal, em quadratura (eixo q) com o eixo magnético do fluxo do campo indutor (eixo d), como ilustrado na Figura 23.

Observe que os enrolamentos do campo indutor e da armadura são designados por solenoides colocados nos eixos mostrados na Figura 23b. Diz-se, então, que o motor de corrente contínua é de campo estacionário, em contraste com o motor de indução e síncronos, que funcionam por causa do campo girante.

Enquanto o enrolamento de campo tem a função de gerar o fluxo magnético de excitação, a armadura é a parte do motor relacionada à maior potência elétrica envolvida no processo de conversão eletromecânica de energia, seja como gerador, seja como motor. Valores típicos da potência elétrica envolvida no circuito de campo estão na faixa de 3% a 5% da potência da armadura.