A Frenagem Regenerativa

Frenagem Regenerativa

Beatriz Santos Neri

Engenharia Civil

Universidade Federal do Tocantins

Palmas, Tocantins, Brasil

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Lucas Grahl de Carvalho

Engenharia Elétrica

Universidade Federal do Tocantins

Palmas, Tocantins, Brasil

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Leonardo Vitor Castro de Oliveira

Engenharia Elétrica

Universidade Federal do Tocantins

Palmas, Tocantins, Brasil

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Patrick Laskoski de Alencar

Engenharia Elétrica

Universidade Federal do Tocantins

Palmas, Tocantins, Brasil

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Resumo—A frenagem regenerativa busca reaproveitar a energia cinética que seria apenas descartada pelo sistema, transformando-a em eletricidade. Outras energias também são utilizadas neste processo. O motor deixa de trabalhar como motor elétrico e passa a trabalhar como gerador.

Palavras-chave—frenagem regenerativa, energias, motor elétrico.

1. Introdução

 A autonomia veicular é um dos principais objetivos de inovação desse século. A frenagem regenerativa reaproveita a energia que seria desperdiçada, aumentando assim, a autonomia de veículos elétricos de corrente continua.

Esse artigo tem por objetivo apresentar o sistema da frenagem regenerativa, suas aplicações e mostrar suas vantagens. Além disso, explicar o funcionamento do motor elétrico de corrente continua ao todo e seus componentes individualmente.

1. Energias

Para que frenagem regenerativa possa ter seu processo explanado, se faz necessária a explicação prévia de alguns tópicos. O primeiro deles é energia. Energia é a capacidade de um corpo de realizar trabalho e pode ser expressa por diversas maneiras. Algumas citadas no presente trabalho são: energia cinética, energia potencial, energia mecânica e energia elétrica.

Energia cinética é a energia de movimento. Quando o corpo está se movimentando em certa velocidade em relação a um referencial, está utilizando energia cinética em seu sistema. Energia potencial é a energia que pode ser transformada em energia cinética. Suas formas mais conhecidas são a energia potencial gravitacional e energia potencial elástica. A energia potencial gravitacional é a energia potencial relacionada à altura de determinado objeto. Quanto maior a altura, maior a energia gravitacional presente no sistema. A energia mecânica é a energia que pode ser transferida através de força de um sistema para outro. É a soma da energia cinética com a energia potencial.

Energia elétrica é a designação de todos os fenômenos relacionados a cargas elétricas que podem gerar trabalho. A corrente elétrica é um fluxo ordenado de cargas elétricas em um condutor, um fluxo de elétrons. Em certo condutor, como em qualquer objeto, os elétrons sempre se movimentam. Isso, não necessariamente, caracteriza uma corrente elétrica. Ela é caracterizada pelo fluxo ordenado de todos os elétrons; todos seguem o mesmo sentido. Toda corrente elétrica gera um campo magnético. Esse campo magnético está intimamente ligado com a energia mecânica e energia cinética, que serão necessárias para o processo de frenagem regenerativa. A corrente elétrica pode se apresentar em dois estados: corrente contínua e corrente alternada.

A corrente alternada (CA ou AC, alternating current) é quando ocorre uma variação no sentido da corrente elétrica, ou seja, o fluxo ordenado de cargas elétricas não segue um único sentido em relação ao tempo. Ora esse sentido de cargas segue do ponto A ao ponto B, ora do ponto B ao ponto A. A maior característica da corrente alternada é seu grande alcance sem a necessidade de tanta energia quanto ocorre no processo de transporte de corrente contínua. A corrente contínua (CC ou DC, direct current) não apresenta variação no sentido do fluxo de cargas elétricas. Essas cargas elétricas sempre se apresentarão do ponto A ao ponto B. Mesmo não havendo variação do sentido, pode haver variação da intensidade da corrente contínua. A corrente continua é muito utilizada em pequenas baterias e pilhas. Um exemplo do uso da CC são notebooks. Geralmente possuem uma bateria, que utiliza corrente contínua. A “caixa” que se localiza no carregador é um adaptador de CA para CC, visto que redes de energia elétrica são alimentadas com corrente alternada.

1. O motor elétrico

O motor elétrico de corrente contínua é necessário para que a frenagem regenerativa seja abordada. O motor elétrico de CC tem como objetivo a transformação de energia elétrica em energia mecânica, e, então, de energia mecânica em energia cinética. O motor elétrico de corrente contínua é formado por alguns componentes. Seus principais elementos são: armadura (ou rotor), estator e comutador. A armadura é a parte móvel girante do motor, composta por bobinas de fio condutor. Nesses fios condutores haverá corrente elétrica que criará um campo magnético. Esse campo magnético interagirá com o campo magnético presente no estator. A interação desses campos transformará a energia mecânica produzida através do movimento de rotação em energia cinética. O estator é composto de enrolamentos de fio condutor. É responsável por estabelecer o campo magnético fixo do motor. O comutador é responsável pela manutenção do movimento de rotação da armadura. Ele altera o sentido da corrente utilizando a armadura como referencial.  Se não houvesse um comutador, a armadura executaria apenas o movimento de 180°, o que não satisfaria as necessidades do motor elétrico, já que é necessário o movimento de rotação contínua para gerar força cinética ideal que possa ser utilizada em qualquer equipamento que necessite de armadura em movimento de rotação. A Figura 1 representa um motor elétrico.[pic 1]

FIGURA 1: Esquematização de um motor elétrico

Os ímãs presentes nas duas imagens representam o estator. Como dito anteriormente, o estator é, na verdade, um conjunto de fios enrolados que possuem campo magnético. A armação metálica no centro de cada quadro da figura representa a armadura, a parte girante do motor. A bateria é a fonte alimentícia do sistema. A peça metálica redonda é o comutador. Os imãs são responsáveis pelo campo magnético fixo que interagirá com o campo magnético presente na armadura. Esse campo magnético é gerado por uma corrente elétrica que provém da bateria, do polo positivo, e segue até a ligação de um dos hemisférios do comutador, adotando um sentido em relação à armadura. Esse sentido está diretamente ligado com o sentido do campo magnético a ser gerado, que define a direção e sentido da força final gerada pela interação dos dois campos magnéticos. A interação do campo magnético gerado pelo lado positivo da armadura gera uma força para cima.