Introdução a indução eletromagnética

Por | 19 de março de 2016

Na matéria anterior, fiz um breve relato de como funciona e como podemos testar um sensor que utiliza o efeito hall para transformar uma grandeza física (rotação, velocidade, deslocamento, etc.) em sinal elétrico.

Realmente o efeito hall é extremamente interessante, tanto que estudos mais elevados sobre este fenômeno deram em 1985 o prêmio Nobel a von Klitizing pela descoberta do efeito hall quântico inteiro e em 1998 o prêmio Nobel a Robert B. Laughlin, Horst L. Störmer e Daniel C. Tsui pela descoberta do efeito hall quântico fracionário.

Penso que devemos entender como funciona um sensor hall e como podemos representar o fenômeno para que possamos identificá-lo já na leitura do esquema elétrico. Uma vez entendido o fenômeno e identificado a sua representação gráfica, a novidade poderá não ser novidade caso venhamos a identificar no “novo” a utilização do fenômeno para obtenção do sinal.

[dropcap color=”#D43220″ font=”arial”]Chamo[/dropcap] a atenção a outro detalhe: um fenômeno com mais de 100 anos de descoberta é um fenômeno conhecido de boa parte dos professores de 2o grau e muito provavelmente resida e trabalhe bem perto de ti. Ocorre que este professor normalmente não possui a correlação entre o fenômeno e utilização prática dele. Faço o caminho inverso, mostro um pouco da teoria a quem Vejamos o caso por exemplo do fenômeno da indução eletromagnética.

A ciência surge em 1820 quando o dinamarquês Hans Christian Oersted observou que a agulha magnética de uma bússola era atraída por um arame condutor de corrente elétrica. E em 26 de março de1832, o grande dia da história da eletricidade, Faraday descobriu e conscienciosamente anotou no seu diário as relações entre magnetismo e a eletricidade. Graças ao fenômeno da indução eletromagnética nós temos praticamente todos os atuadores eletromecânicos hoje inseridos nos automóveis: bomba de combustível, motor de partida, eletro-injetores, eletroválvulas em geral, motores de passo e também sensores de rotação, velocidade e fase.

Não é por acaso que você encontrará a simbologia do indutor (veja a figura abaixo) em boa parte dos componentes dos sistemas elétricos automotivos (agora compare a com os outros desenhos)
M5-1

Se fazemos passar corrente elétrica por uma bobina, produzimos campo magnético. Esse campo será capaz de atrair um metal com propriedades magnéticas. A utilização de uma ou mais bobinas, imãs e molas nos permite realizar movimentos de translação e de rotação. O que nos permitirá abrir ou fechar válvulas ou contatos, ou girar eixo ou realizar algum movimento qualquer. Se variarmos o fluxo magnético que atravessa uma espira uma espira condutora, seja por movimento da espira ou por variação da intensidade do campo, induz-se uma tensão na espira condutora. Em outras circunstâncias utilizamos este fenômeno para transformar uma baixa tensão numa alta tensão como é o que ocorre na bobina de ignição. E finalmente podemos utilizar a indução eletromagnética para obter sinal de rotação, fase ou velocidade.

Veja nos quadros abaixo a representação gráfica destes componentes num esquema elétrico.

[box color=”#fff” bg=”#E1F3FC” head=”Sistemas com uma bobina” headcolor=”#000″]
M5-2

Acelerador eletrônico

Atuador de mistura ar quente / ar frio (A/C)

Corretor da marcha-penta (motor corrente contínua)

Eletro-injetor (diesel, álcool ou gasolina)

Eletroválvula comando da recirculação do ar (A/C)

Eletroválvula de admissão (ABS)

Eletroválvula de alimentação (ASR)

Eletroválvula de comando da válvula de EGR

Eletroválvula de comando do coletor variável

Eletroválvula de comando do variador de fase

Eletroválvula controle alta pressão (diesel)

Eletroválvula controle baixa pressão (diesel)

Eletroválvula controle da sobrepressão do turbo

Eletroválvula de controle fluxo gases p/compressor A/C

Eletroválvula de descarga (ABS)

Eletroválvula de purga do canister

Eletroválvula limitadora de pressão (ASR)

Eletroválvula recirculação gases de escape (ASR)

Eletroválvulas da transmissão automática

Eletroválvula comando portinholas distribuição de ar (A/C)

Embreagem compressor ar condicionado (A/C)

Sensor de fase indutivo

Sensor de rotação indutivo

Sensor de fase indutivoM5-5

Relé

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[box color=”#fff” bg=”#E1F3FC” head=”Sistemas com duas ou mais bobinas” headcolor=”#000″]

M5-3

Corretor da Marcha-lenta

M5-4

Bobina de Ignição (ignição estática)

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[box color=”#fff” bg=”#E1F3FC” head=”Motores” headcolor=”#000″]

M5-6

Bomba de combustível

Bomba de circulação (ABS)

Eletrobomba do lavador de faróis

Eletrobomba limpador pára-brisa e vidro traseiro

Eletroventilador interno

Eletroventiladores de arrefecimento

Motor de partida

Motor para abaixar e subir vidros

Motor para posicionamento dos bancos

Motor para posicionamento dos faróis

Motor para posicionamento espelhos retrovisores

Motor para travamento e destravamento de portas

Motores do limpador do pára-brisa e vidro traseiro

Servo-motor da direção elétrica

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Você já deve ter percebido que praticamente todos os atuadores electromagnéticos automotivos trabalham com a conversão de energia elétrica em energia magnética.

[dropcap color=”#D43220″ font=”arial”]O exemplo[/dropcap] mais simples que podemos tomar é o de uma eletroválvula. Esta é equipada com apenas uma bobina (indutor), um núcleo de material ferromagnético e uma mola mecânica. A corrente elétrica circula pelo enrolamento do indutor, gerando um campo magnético capaz de vencer a carga da mola e atrair o núcleo. O movimento do núcleo por sua vez possibilita a abertura ou fechamento de uma válvula. Desfazendo-se da corrente elétrica, a força da mola retorna o núcleo para sua posição original. No esquema elétrico, desenhamos apenas a simbologia do indutor e nomeamos a eletroválvula de acordo com a sua função mecânica, tais como: eletro-injetor, eletroválvula de purga do canister, eletroválvula de gerenciamento da válvula EGR e por aí vai.

Simbologia

Simbologia

Meçamos a resistência do indutor com um ohmímetro. Veja parte do esquema elétrico a seguir:

Diagrama Elétrico

Diagrama Elétrico

Observe como o eletro-injetor 1 está interligado eletricamente. Um fio ligado ao terminal 87 do relé 10 (que também está ligado ao terminal A06 da central de injeção) e outro fio ligado ao terminal B09. Em algumas situações pode nos ser conveniente medir a resistência da associação dos indutores. Veja a figura 4. No exemplo adotado, sendo a resistência de cada eletro-injetor semelhante entre si, pode-se adotar o valor de cada um deles como sendo a metade do valor medido. Já em outras situações, é necessário conhecer um dos valores para determinarmos o outro.

No processo que envolveu o eletro-injetor e a eletroválvula do canister, o resultado obtido pelo ohmímetro foi de 40 ohms. Sendo 16 ohms do eletro-injetor, logicamente que os outros 24 ohms representam a resistência elétrica do enrolamento da bobina da eletroválvula do canister. Se por um lado, podemos tirar grande proveito da situação onde fazemos percorrer uma corrente elétrica pelo enrolamento de uma bobina gerando um campo magnético. O ‘reverso’ também pode ser utilizado com inúmeras aplicações.

Podemos obter um sensor de rotação, ou mesmo de posição fazendo variar o campo magnético que atravessa as espiras de um indutor. A ideia é utilizar um indutor com um imã permanente com núcleo como sensor. E uma roda dentada feita com material de propriedades ferromagnéticas fixado ao eixo que nos interessa medir a rotação, por exemplo.

Medindo a resistência elétrica do indutor

Medindo a resistência elétrica do indutor

Associações

Associações

O sensor fica fixado a uma distância pré-estabelecida da roda dentada, de tal modo que, ao girar esta, os dentes cortam as linhas de campo do imã permanente.

Na condição em que o imã permanente fica alinhado com o ressalto do dente, o campo magnético do imã se intensifica. E ao contrário, quando o imã fica alinhado com rebaixo o campo magnético perde intensidade.

Sensor de rotação

Sensor de rotação

A cada variação de campo magnético (forte para fraco ou fraco para forte) induz-se uma tensão nos terminais da bobina. Essa tensão será mais intensa (maior amplitude) quanto maior for a rotação do eixo que gira a roda dentada (maior frequência).

Resposta

Resposta

Da mesma forma que o indutor de uma eletroválvula, você pode medir a resistência do enrolamento de uma bobina de um sensor de rotação.

Resposta

Resposta

Onde B21 e B06 representam os terminais da central de injeção eletrônica a que este sensor está interligado.

É possível fazer um outro teste. Só que ao invés de se conectar o ohmímetro, passamos a utilizar a função voltímetro na condição alternada. Ao desconectar o sensor de rotação, o motor não entrará em funcionamento, mas ao acionarmos o motor de partida a roda dentada girará solidária á arvore de manivelas e isso fará com que o campo magnético do imã seja cortado pelos dentes da roda dentada, fazendo aparecer a diferença de potencial nos terminais do sensor. Essa mesma situação poderá ser adotada para um sensor de fase ou para um sensor de velocidade, a diferença é que um normalmente possui a roda dentada solidária ao eixo do comando enquanto que a outra ao eixo da roda do veículo.

Existem ainda algumas coisas que aparecem nas ilustrações e que não temos espaço para explicá-las neste momento. Por isso fica para uma próxima oportunidade.

Identificando o sensor indutivo no esquema

Identificando o sensor indutivo no esquema

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