Conversor rotativo

Um conversor rotativo é uma única máquina rotativa que transforma corrente alternada em contínua, ou o inverso. O enrolamento do induzido está ligado ao mesmo tempo a anéis coletores e a um comutador, de modo que roda como motor do lado alternado e atua como gerador do lado contínuo. Charles Bradley descreveu a ideia num pedido de patente de 1887, e os conversores alimentaram os elétricos e caminhos de ferro de corrente contínua do início do século XX.

O que é

Um conversor rotativo transforma corrente alternada em contínua, ou contínua em alternada, com uma só máquina. Parece um gerador de corrente contínua: um indutor, um induzido rotativo e um comutador com escovas. Na outra ponta do veio tem ainda anéis coletores, ligados a pontos do mesmo enrolamento do induzido.

No início do século XX, as centrais produziam corrente alternada, que os transformadores permitiam levar longe em alta tensão, enquanto os elétricos, os caminhos de ferro, a galvanoplastia e muitas redes urbanas usavam contínua. Os conversores das subestações ligavam os dois sistemas. Um motor que acionava um gerador separado, o grupo motor-gerador, fazia o mesmo trabalho com duas máquinas.

Como funciona

Num gerador de corrente contínua, a tensão induzida em cada bobina do induzido rotativo inverte-se sempre que a bobina passa de um polo indutor para o seguinte. O comutador, um anel de lâminas de cobre ligadas ao enrolamento, e as escovas que nele roçam invertem nesses momentos as ligações da bobina, a cada meia volta numa máquina de dois polos, de modo que a corrente que sai das escovas corre sempre no mesmo sentido.

Se também se tirarem ligações do enrolamento em pontos igualmente espaçados e se levarem a anéis coletores, pode tirar-se corrente alternada dos anéis enquanto a contínua sai pelo comutador. Charles Bradley mostrou-o com um induzido em anel derivado em quatro pontos a 90 graus, cada um ligado ao seu próprio anel de contacto. Com três pontos a 120 graus, os anéis levam corrente trifásica.

As escovas roçam nas lâminas do comutador e recolhem corrente contínua do mesmo enrolamento que os anéis alimentam.

A máquina funciona nos dois sentidos. Alimentada com alternada pelos anéis, roda como motor síncrono, ao ritmo da rede, e o comutador fornece contínua. No sentido inverso, alimentado com contínua e a fornecer corrente monofásica por dois anéis, o induzido é inteiramente motor nos instantes em que a saída alternada passa por zero e atua em parte como gerador perto dos máximos, de modo que a potência o atravessa por impulsos.

A relação entre as duas tensões é fixada pelas ligações e depende do número de anéis. Para mudar a tensão contínua, ajustava-se a alimentação alternada, geralmente com transformadores. O indutor era excitado com corrente contínua tirada do próprio comutador da máquina.

Como fazer

Ao rodar sob as escovas, a banda cortada inverte a corrente no LED a cada meia volta: a contínua passa a alternada.

Um modelo de manivela mostra, com uma pilha pequena, a peça que faz a conversão: o comutador ligado aos anéis. São precisos uma vareta de madeira com cerca de 2 cm de diâmetro e 15 cm de comprimento, dois montantes de madeira para a segurar, fita adesiva de cobre, fio fino isolado, quatro tiras elásticas de latão ou cobre cortadas de uma chapa, uma pilha de poucos volts, uma pequena resistência para a proteger e um LED bicolor de duas pernas com a resistência em série que o fabricante indica para a tensão da pilha.

Enrole na vareta três bandas de fita de cobre com cerca de 1 cm de largura e 1 cm de intervalo. Deixe as duas primeiras inteiras: são os anéis. Corte a terceira em duas metades, com um intervalo de cerca de 5 mm de cada lado: é o comutador. Faça dois pequenos furos e passe por baixo da fita um fio de uma metade do comutador ao primeiro anel, e outro da outra metade ao segundo.

Pouse a vareta em entalhes dos montantes para que rode livremente. Aparafuse as quatro tiras de latão à base de modo que cada uma pressione o cobre: uma em cada anel e duas no comutador, em lados opostos da vareta. Faça a ponta de cada escova mais estreita do que os intervalos. Ligue a pilha, através da sua resistência, às duas escovas do comutador: a resistência limita a corrente sempre que uma escova toca ao mesmo tempo nas duas metades. Ligue o LED e a sua resistência em série entre as duas escovas dos anéis.

Rode a vareta devagar. O LED acende de uma cor durante meia volta e da outra na meia volta seguinte: a corrente inverte-se nele duas vezes por volta, como numa alimentação alternada. Rodando mais depressa, as cores misturam-se. Um conversor verdadeiro também funciona ao contrário, recebendo alternada pelos anéis e devolvendo contínua pelo comutador.

História e evolução

A máquina de Bradley de 1887: um só enrolamento em anel, derivado em quatro pontos para quatro anéis, com um comutador no mesmo veio.

A 9 de maio de 1887, Charles S. Bradley, de Yonkers (Nova Iorque), pediu uma patente para um dínamo cujo enrolamento em anel estava ligado ao mesmo tempo a um comutador e a quatro anéis de contacto. Escreveu que a máquina podia servir «para mudar uma corrente contínua em alternada, ou o inverso». A patente norte-americana 390 439 foi concedida em 1888. Num pedido posterior, reduziu as derivações a três e descreveu um motor cujo comutador retificava toda a corrente para motores de contínua, banhos de galvanoplastia ou lâmpadas de arco. Na Westinghouse, Benjamin Lamme concebeu um conversor rotativo como um gerador de contínua junto com um motor síncrono, e só mais tarde soube da patente de Bradley.

Os sistemas polifásicos fizeram do conversor uma máquina corrente. A energia seguia em alta tensão para subestações onde conversores rotativos a passavam a contínua para as linhas de elétricos e de caminho de ferro. Precisavam de pessoal no local. Os retificadores de vapor de mercúrio, ampolas de vidro com mercúrio e sem peças móveis, também converteram alternada em contínua, entre outros para o metropolitano de Nova Iorque, e foram por sua vez substituídos por tiristores, interruptores semicondutores.