Q27.16 Quando a polaridade de uma voltagem aplicada a um motor cc é invertida, o sentido do movimento não se inverte. Por que não? Como o sentido do movimento poderia ser invertido?
Passo 1
O enunciado informa a observação: “quando a polaridade de uma voltagem aplicada a um motor CC é invertida, o sentido do movimento não se inverte”, e pede duas coisas:
- Explicar por que, em algumas situações, inverter a polaridade da voltagem aplicada ao motor não inverte o sentido de rotação.
- Dizer como se pode fazer para que o sentido do movimento seja invertido.
Informações relevantes implícitas no enunciado (que vou usar na explicação):
- Trata‑se de um motor de corrente contínua (CC).
- Existe provisão de alimentação elétrica que pode ter sua polaridade invertida.
- Não foi especificado o tipo exato de motor (campo independente, série, shunt, com ímãs permanentes etc.), então é preciso considerar os casos mais comuns.
Passo 2
Princípio físico essencial (a fórmula que controla o sentido do torque).
- O torque eletromagnético produzido por um motor CC tem sinal e magnitude proporcionais ao produto entre o fluxo magnético do campo e a corrente no indutor/rotor (no armadura). Em forma simbólica:
onde:
-
é o torque (positivo ou negativo indica sentido da força de rotação), -
é uma constante positiva da construção do motor (geometria, número de espiras etc.), -
é o fluxo magnético fornecido pelo campo (pode ser produzido por ímãs permanentes ou por uma bobina de campo), -
é a corrente na armadura (armature current).
Explicação intuitiva do que isso significa:
- O sinal do torque é o sinal do produto
. - Se
e têm o mesmo sinal, o produto é positivo e o motor gira num sentido (chamemos de sentido “A”). - Se um deles muda de sinal e o outro não, o produto inverte de sinal e o motor gira no sentido oposto (sentido “B”).
- Se os dois mudam de sinal ao mesmo tempo (
e ), o produto permanece com o mesmo sinal e, portanto, o torque não muda de sentido.
Passo 3
Aplicando o princípio aos tipos de motor mais comuns — entender por que, em alguns casos, inverter a polaridade não muda o sentido.
- Motor com campo excitado pela mesma fonte (motor série) ou onde campo e armadura são invertidos juntos:
- Em um motor série os enrolamentos de campo e de armadura estão em série e a mesma corrente passa por ambos. Se a alimentação tem sua polaridade invertida, a corrente que percorre toda a série inverte de sentido: isso inverte simultaneamente a polaridade do campo (
) e da corrente da armadura ( ). Pelo ponto anterior, o produto conserva o mesmo sinal, logo mantém o mesmo sentido. Conclusão: inverter a polaridade da alimentação do conjunto (campo+armadura) não altera o sentido de rotação.
- Em um motor série os enrolamentos de campo e de armadura estão em série e a mesma corrente passa por ambos. Se a alimentação tem sua polaridade invertida, a corrente que percorre toda a série inverte de sentido: isso inverte simultaneamente a polaridade do campo (
- Motor com campo alimentado conjuntamente com a armadura (algumas montagens práticas):
- Se, por como o motor está ligado, a inversão de tensão muda ambos os sinais relevantes (campo e armadura), o resultado é o mesmo do caso série: sentido não muda.
- Motor com campo independente ou com ímãs permanentes:
- Se o campo é produzido por ímãs permanentes,
não muda quando se inverte a fonte que alimenta apenas a armadura. Nesse caso, inverter a polaridade aplicada somente à armadura faz enquanto permanece, então muda de sinal e o torque inverte: o sentido de rotação inverte. - Se o motor tem campo excitado por bobina independente (alimentada por fonte separada) e inverter apenas a alimentação da armadura, a mesma conclusão vale: sentido inverte. Mas se a alimentação do campo também for invertida junto com a armadura, o sentido não muda.
- Se o campo é produzido por ímãs permanentes,
Passo 4
Comentário sobre o papel do comutador (em motores com escovas) para não confundir as ideias.
- Em motores com comutador/escovas, o comutador inverte a direção da corrente nas bobinas do rotor a cada meia-volta para manter a força tangencial sempre no mesmo “lado” da rotação. Esse mecanismo garante que, enquanto a polaridade relativa entre campo e corrente das bobinas seja a mesma, a torque continua girando no mesmo sentido.
- O comutador não anula o argumento do produto
: ele só controla a comutação interna para que as bobinas recebam corrente com o sinal correto em cada posição. Se a polaridade do campo também for invertida, o efeito global (produto ) pode continuar com mesmo sinal apesar da comutação, e por isso o sentido não muda.
Passo 5
Como, na prática, inverter o sentido do movimento (resposta direta e operacional).
- Regra geral (muito usada em prova e bancada): para inverter o sentido de rotação de um motor CC é necessário inverter somente um dos fatores
ou , mas não os dois simultaneamente. - Opção A — inverter somente a armadura: troque os fios que alimentam a armadura mantendo a alimentação do campo inalterada. Isso faz
e constante, logo muda de sinal. - Opção B — inverter somente o campo: troque os fios do enrolamento de campo (ou a ligação do campo) mantendo a armadura igual. Isso faz
e constante, logo muda de sinal.
- Opção A — inverter somente a armadura: troque os fios que alimentam a armadura mantendo a alimentação do campo inalterada. Isso faz
- Exemplos práticos:
- Motor de ímãs permanentes (PM): o campo é fixo; inverter a fonte do armadura (trocar os dois fios que vão ao motor) inverte o sentido.
- Motor série: não adianta trocar os dois fios da alimentação (isso só inverte tudo); para inverter é preciso inverter a ligação de apenas um dos enrolamentos (campo ou armadura) por meio de chaves específicas (por exemplo, uma chave DPDT que troque apenas a ligação da armadura ou apenas a do campo).
- Em painéis de controle usa‑se um chaveador (pontes H ou chaves DPDT) que permita inverter só a armadura ou só o campo, conforme necessário.
Passo 6
Um mini‑exemplo numérico e simbólico para fixar a ideia.
- Suponha valores simbólicos:
(unidade arbitrária), . Então
(sentido A).
- Se invertermos somente a armadura:
, :
(sentido B — invertido).
- Se invertermos ambos:
, :
(sentido A — igual ao original). Isso mostra matematicamente por que inverter tudo junto não muda o sentido.
Passo 7
Resumo prático e linguagem de prova (como responder curto em uma prova).
- Porque: inverter a polaridade da alimentação pode inverter simultaneamente o fluxo do campo
e a corrente da armadura ; como o torque é proporcional ao produto , inverter ambos deixa o produto com o mesmo sinal e, portanto, não inverte o sentido de rotação. - Como inverter: inverta apenas um dos dois (ou apenas a armadura ou apenas o campo). Em termos de ligações, troque os fios da armadura mantendo o campo igual, ou troque os fios do campo mantendo a armadura igual.
Resposta
Porque o torque é proporcional a
; se a inversão de polaridade fizer
e
ao mesmo tempo, o produto
mantém o mesmo sinal e o sentido da rotação não muda.
Para inverter o sentido de rotação deve‑se inverter apenas um dos fatores: inverter somente a corrente da armadura (trocar os fios da armadura) ou inverter somente a polaridade do campo (trocar os fios do enrolamento de campo), mas não ambos simultaneamente.
Para inverter o sentido de rotação deve‑se inverter apenas um dos fatores: inverter somente a corrente da armadura (trocar os fios da armadura) ou inverter somente a polaridade do campo (trocar os fios do enrolamento de campo), mas não ambos simultaneamente.