Nikola Tesla e seus motores [Como funciona a energia trifásica?]

Meu nome é Nikola Tesla. Eu nasci em 10 de julho de 1856, durante uma forte tempestade em uma vila no império Austríaco que agora pertence a Croácia. Sou descendente de sérvios, meu pai era um padre ortodoxo oriental que queria que eu fosse padre e minha mãe era uma pessoa muito habilidosa e inventiva.

Ela conseguia memorizar longos poemas sérvios e gostava de inventar ferramentas domésticas. Eu não tenho dúvida que minha memória fotográfica e meu interesse por inventar coisas veio dela. Durante meu ensino médio em 1870, eu tive um professor de física que marcou a minha infância, ele fazia incríveis demonstrações com eletricidade que me faziam querer saber mais sobre esta força maravilhosa.

Lembro até hoje de um experimento que ele mostrou, um radiômetro inventado pelo cientista britânico William Crookes. Fiquei emocionado ao ver as palhetas girarem quando eram expostas a luz. É impossível para mim agora passar a intensidade do sentimento que eu experimentei ao ver aqueles experimentos e fenômenos tão misteriosos.

Cada um produziu milhares de ecos na minha mente. Outra coisa que eu sempre gostei era de matemática, conseguia fazer cálculo de integral com uma facilidade que achavam que tinha trapaceado, mas em compensação eu era péssimo em desenho. Em 1873, com 17 anos, eu tive o azar de contrair cólera, fiquei de cama por nove meses, estive a beira da morte.

A situação estava tão ruim que meu pai que queria que eu virasse padre, me prometeu que se eu melhorasse ele me enviaria para a melhor escola de engenharia que pudesse. E não é que eu melhorei! Ele cumpriria com a palavra, mas não naquele momento.

Tinha chegado a hora do serviço militar obrigatório de 3 anos e meu pai não queria que eu fosse, ele achava que eu não aguentaria. Então ele me deu uma arma de caça, eu peguei alguns livros e fui para a floresta nas montanhas de uma região próxima. Fiquei lá por 9 meses.

Só mais tarde em 1875 é que eu entrei no curso de engenharia no Instituto Politécnico Austríaco em Graz, na Áustria, onde eu tive contato com conteúdos muito interessantes. O princípio de indução eletromagnética de FARADAY de anos antes tinha resultado em inúmeras máquinas elétricas, como o dínamo de GRAMME que eu conheci no curso. E eu é claro fiquei maravilhado com aquele dispositivo, ele podia tanto gerar energia elétrica em corrente contínua quanto operar como um motor.

Tive inúmeras ideias de como ele poderia ser aplicado na indústria, era tudo muito empolgante. A ideia do meu motor de Corrente Alternada (AC) começou aí nestas aulas de engenharia, quando percebi que o dínamo de GRAMME tinha a desvantagem do comutador que provocava faíscas e se desgastava com o tempo. Comecei a pensar em um sistema que não utilizasse um comutador, que pudesse utilizar a Corrente Alternada (AC) que era gerada naturalmente no gerador, antes de ser retificada para Corrente Contínua (DC).

Quando eu falei a minha ideia para o professor ele descartou na hora e disse que não funcionaria, que o rotor do motor iria ficar em equilíbrio e não giraria. Isso é porque até aquele momento, todos pensavam em um sistema com um único circuito, com apenas dois fios sabe, como eram os motores de corrente contínua. E eles não sabiam como fazer o rotor sair do equilíbrio e continuar girando.

Mas a ideia ficou na minha cabeça. Infelizmente eu não consegui me formar no curso, o que era bem comum na época. Lembro que o reitor chegou a mandar uma carta para meu pai que dizia que o filho dele era uma estrela de primeira classe.

Mas ele nunca aceitou muito bem eu não ter seguido a carreira de padre, e eu também não fui muito santo não. Eu era jovem e fiz muita bobagem. No primeiro ano eu estudava de arrebentar, quase 20h por dia, vivia a base de café e tive excelentes notas.

Mas no final do segundo ano a coisa desandou. O governo cortou a verba das bolsas de estudos que me mantinham, aí eu tentei ganhar dinheiro com jogos de azar e obviamente tive azar, tanto financeiramente quanto nos estudos já que deixei de estudar para as provas e. .

. Enfim, devido a esta situação toda, eu não consegui terminar o último semestre e acabei largando os estudos em 1878. Eu estava arrasado, desapareci por um tempo, minha família achou que eu tinha morrido.

Um ex-colega acabou me encontrando e avisou meu pai que insistiu para que eu voltasse para casa. Eu não voltei e infelizmente ele acabou morrendo alguns meses depois. O que aconteceu é que acabei sendo preso por não ter ocupação e fui mandado para casa mesmo assim.

Bem, em 1881 eu fui para Budapeste na Hungria e trabalhei alguns meses como desenhista no escritório telégrafos do governo Hungaro, mas como eu não gostava de desenhar, saí alguns meses depois. Lembram, eu não era muito bom com desenho. No ano seguinte, em 1882, eu fui contratado pela empresa do Edison em Paris, a Continental Edison Company.

Ganhei muita experiência lá. Trabalhei na instalação do sistema de iluminação incandescente dele que era alimentado por corrente contínua, e a empresa estava crescendo muito por toda a Europa. E foi neste período que eu fiz outro grande progresso com a minha ideia do motor de Corrente Alternada.

O pessoal já usava a Corrente Alternada (AC) em alguns equipamentos neste momento, como a Lâmpada de arco elétrico Yablochkov, mas ninguém conseguia fazer um motor funcionar com ela. Eu pensei que o motor deveria ter um campo magnético girante, cheguei até a fazer um desenho como este aqui naquela época, com 4 fases. Minha ideia, era que quanto mais circuitos eu utilizasse, mais perfeita a rotação do motor seria.

Então eu apresentei a minha ideia para alguns ricaços da cidade. Mas como o sistema precisaria de 8 fios ao invés de 2 do sistema de Corrente Contínua (DC), e como o cobre não era barato, ninguém se interessou. Para eles era muito simples, 2 fios é bom, 8 fios é ruim.

Talvez eu devesse trabalhar com apenas duas fases, aí ficaria com apenas 4 fios. Lembro que ainda era tudo muito teórico, eu não tinha a ideia, por exemplo, de que com um sistema de corrente alternada trifásico eu poderia utilizar somente 3 fios, e que eles seriam muito mais finos do que os de corrente contínua. Enfim, a ideia continuou na gaveta.

Mas fora isso, o pessoal gostou muito do meu trabalho lá na empresa. Ficaram impressionado com o meu domínio de engenharia e física, consertei problemas em instalações por toda a França e a Alemanha, até me pediram para projetar versões aprimoradas de dínamos e motores de Corrente Contínua (DC). Em 1884, quando o braço direito de Edison em Paris foi transferido de volta para os Estados Unidos, ele pediu ao Edison para que eu fosse transferido junto, e foi o que aconteceu.

Então em julho daquele ano eu fui trabalhar na Edison Machine Works em Nova York, onde o sistema de iluminação elétrica em Corrente Contínua (DC) do Edison também estava se expandindo rapidamente. Estes aí eram alguns colegas de trabalho. Esta viagem até Nova York não foi fácil.

Que viagem! Era o SS City of Richmond. Primeiro porque me roubaram a carteira, me deixaram sem nada.

Depois a tripulação do navio resolveu fazer um motim que deu errado e eu quase fui atirado no mar no meio da confusão. Bem, quando eu cheguei em Nova York, no trajeto até a empresa do Edison eu acabei passando na frente de uma oficina onde tinha um mecânico sofrendo para consertar um motor elétrico. Como eu estava meio perdido, parei lá para me informar e já me ofereci para ajudar.

Acabei ganhando US$20 pelo serviço, uns US$500 em valores atuais. Enfim, na empresa do Edison em Nova York a coisa foi breve, fiquei apenas seis meses lá. Trabalhei muito, consertei motores de Corrente Contínua (DC) em transatlântico, trabalhei na instalação do sistema de iluminação da cidade, fiz de tudo.

Eu ganhava US$40 por mês, equivalente a uns US$1100 hoje. O salário até que era ok, mas o brabo mesmo era o Edison. Acreditam que ele tinha prometido me pagar uma comissão de US$50.

000,00 por melhorias nos dínamos dele, isso daria mais de US$ 1 milhão hoje. E eu fiz o trabalho, foram 24 melhorias no total, mas na hora dele me pagar a comissão, ele falou que estava apenas brincando. Ele disse: os sérvios simplesmente não entendem o sarcasmo americano.

Pensa! Fiquei com muita raiva! saí da empresa pouco tempo depois disso, no início de 1885.

Então em março daquele ano eu arrumei dois empresários e criei a minha própria empresa de serviços de iluminação, a Tesla Electric Light & Manufacturing. Minha empresa instalava um sistema de iluminação com Lâmpadas de arco elétrico que eram alimentadas por Corrente Contínua (DC). Eu tinha projetado este sistema enquanto trabalhava na empresa de Edison, mas lá eles só queriam saber de lâmpadas incandescentes.

Instalamos o sistema e ele foi muito elogiado por ser muito avançado, mas meus dois sócios, o Robert Lane e Benjamin Vail, não queriam saber das minhas outras ideias. Eu queria aperfeiçoar este sistema de iluminação utilizando a corrente alternada, mas eles não. Então em 1886 ELES abandonaram a empresa e criaram outra, me deixando quebrado, mas quebrado mesmo.

Nossa, que período difícil. Para sobreviver, eu passei o próximo ano fazendo bicos de eletricista e cavando valas para os cabos de energia e telégrafo. "Minha educação superior em vários ramos da ciência, mecânica e literatura me parecia uma zombaria.

" Mas foi neste período de quase miséria que minha determinação em provar que a corrente alternada era melhor que a corrente contínua de Edison ficou mais forte! Em abril de 1887 o sol brilhou para mim outra vez. Surgiram novos investidores interessados nas minhas ideias, mas agora na minha ideia principal.

Era o superintendente de telégrafos da Western Union Alfred S. Brown e o advogado Charles F. Peck, eles queriam desenvolver novos tipos de motores e geradores elétricos.

O seu Westinghouse tinha se impressionado com a transmissão de energia em longa distância feito com Corrente Alternada (AC) na Exposição Elétrica Internacional de Torino na Itália em 1884. Então ele comprou um transformador de uns engenheiros na feira e um gerador de Corrente Alternada (AC) da Siemens, mas o que ele não tinha era um motor que funcionasse em Corrente Alternada (AC). Foi aí que surgiu o interesse do Brown e do Peck em máquinas elétricas de corrente alternada, e eu era o cara certo para isso.

E foi neste momento também que surgiu a Tesla Electric Company em 1887, permitindo que eu desenvolvesse o meu motor em Corrente Alternada (AC). E a coisa andou! só no dia primeiro de maio de 1888 foram concedidas 7 patentes relacionados aos meus motores de corrente alternada.

Eles eram simples e confiáveis e quase não precisavam de reparo se comparado com os motores de corrente contínua. Vou mostrar para vocês duas patentes muito importantes daquela leva. A primeira delas é para estes motores síncronos de corrente alternada, dá uma olhada nestes desenhos, são incríveis não acham?

Patente americana US. 381. 968!

Tem motores e geradores bifásicos e trifásicos aí, vou explicar mais ou menos como eles funcionam. Como já devem ter percebido, na verdade, todos os dínamos começam como alternadores, gerando energia em Corrente Alternada (AC). Mas fazer um motor funcionar com esta corrente que muda de direção a todo instante é que era o problema naquela época, lembram do equilíbrio?

Mas e se ao invés de termos apenas um eletroímã com dois polos, o estator do motor tivesse dois eletroímãs formando 4 polos? E se no lugar de pôr apenas uma corrente alternada vinda de um gerador, nós colocássemos duas correntes alternadas vindas de dois geradores, dois circuitos separados, duas fases como se diz. Só que estas correntes vêm de dois geradores que estão um girando um pouco atrasado do outro, defasados em 90 graus.

De modo que quando o imã do rotor está alinhado com os polos em um gerador, ele está desalinhado no outro. Isso faria com que o polo norte de cada eletroímã no motor atingisse o ponto máximo em momentos diferentes, criando um campo magnético girante, agora o rotor não fica mais em equilíbrio. Isso funcionaria parecido como o virabrequim de um carro, com a corrente de cada fase aplicando a força em um momento ligeiramente diferente, fazendo com que o rotor permaneça girando.

Claro que não precisa de um gerador para cada fase, é só pôr os dois pares de polos dentro do mesmo gerador. E também dá para pôr mais um par de polos, criando 3 circuitos de corrente alternada, um circuito trifásico, com mais força a cada volta. A sim, e como a soma das 3 correntes em um sistema elétrico balanceado é sempre zero, você também pode reduzir o número de fios colocando o retorno de cada fase ligado no mesmo fio, formando o neutro.

E se você aterrar este neutro no gerador e no motor, e utilizar um transformador com uma ligação estrela-triângulo, dá para remover o quarto fio do neutro e ficar com apenas 3 fios. E tem outra coisa, este transformador também permite trabalhar com uma tensão elétrica mais elevada para pôr o motor muito distante do gerador, com baixas perdas de energia. Isso é algo que o Edison não consegue neste momento, subir e baixar a tensão de uma forma eficiente, com poucas perdas de energia, isso só vai ser possível no futuro.

Claro que eu estou simplificando o que realmente acontece, isso será abordado em parte no vídeo sobre a guerra das correntes, mas dá para termos uma ideia do problema que o Edison tinha pela frente, grandes potências a longas distâncias com baixas perdas de energia, e em apenas 3 fios. Mas voltando a patente, eu gostaria de chamar a atenção para um ponto importante. O pessoal geralmente atribui de forma errada esta patente como sendo a primeira patente do motor de indução, mas não é, é outra.

Esta patente apresenta variantes de motores e geradores síncronos. Os motores das figuras 9, 13 e 15 são motores síncronos de histerese ou relutância, depende do formato do rotor. Já o motor da figura 10, é simplesmente uma versão invertida dos motores das figuras 9 e 15, com os enrolamentos no rotor.

E o gerador da figura 15 também é uma versão invertida dos outros geradores, com o campo no rotor. O motor da figura 17 é um motor síncrono com bobinas no rotor e no estator, com ambas sendo energizadas pela mesma fonte do gerador. E tirando o motor e o gerador da figura 13 que são trifásicos, os outros são todos bifásicos.

Mas não vá embora, fique aqui mais um pouco. Se você está achando difícil entender este assunto, imagina eu que tive que inventar tudo isso. Até porque agora eu vou mostrar o motor de indução, revolucionário para a época, o motor de patente americana US.

382. 279. Desde FARADAY já se sabia que um fluxo magnético variando em cima de um metal provoca uma corrente elétrica induzida nele.

E este experimento de Walter Baily também demonstra isso. O disco gira devido a corrente elétrica que é induzida no disco por um campo magnético rotativo nos quatro eletroímãs. Esta corrente induzida no disco então gera um campo magnético nele que se acopla com este campo magnético rotativo e faz o disco girar.

Ah! estes eletroímãs funcionavam com corrente contínua e um sistema de comutadores que ia alterando a polaridade deles, não era com uma corrente alternada. Enfim, eu percebi que estas correntes induzidas poderiam ser usadas ao meu favor, e foi o que eu fiz neste motor aqui.

O rotor tem um núcleo de ferro com condutores de cobre enrolados formando um circuito fechado, e este circuito não tem conexão elétrica externa. Quando aquele campo magnético girante passa sobre os condutores de cobre do rotor, ele induz uma corrente elétrica que circula por eles. E se tem uma corrente elétrica, tem um campo magnético, criando deste modo um eletroímã no rotor que não precisa de um circuito elétrico conectado diretamente a ele.

As polaridades no rotor e o sentido de giro dele podem ser explicadas pela lei de Lenz, mas não vem ao caso aqui. Sabem o que isso significa? que há uma transferência sem fio de energia para o rotor.

E isso também significa que tem menos partes para estragar, um motor mais simples e mais barato. Ainda em 1888 eu também descobri como usar o motor de corrente alternada em uma fase só. Nesta patente depositada em 1888 e concedida em 1893, eu apresento um sistema de fase dividida.

Existem outras formas, mas para não ficar chato vamos parar por aqui. Este motor surgiu pela cobrança dos meus sócios em ter um motor que não utilizasse 4 fios de cobre como no bifásico, ou 6 fios no trifásico, tínhamos que competir com o motor de corrente contínua com apenas 2 fios. Neste momento em 1888, eu também não sabia que dava para utilizar um motor trifásico em ligação estrela ou triângulo para reduzir o número de fios.

Eu não gostava muito deste motor, achava que ele era um motor deselegante, fugia da simetria ideal do meu sistema polifásico. Mas ele é comercialmente muito importante, e rendeu muito incomodo judicial com processos tentando derrubar esta patente. Em julho de 1888, eu e meus sócios Peck e Brown vendemos as patentes para a Westinghouse Electric Corporation por US$ 2 milhões em valores atuais, e mais US$ 70,00 em royalties (valores atuais) para cada HP de motor vendido pelos próximos 17 anos, a duração das patentes.

Ah! eu também fui contratado pelo seu Westinghouse como consultor da empresa. Com a Westinghouse agora apoiando a corrente alternada e Edison apoiando a corrente contínua, estava montado o cenário para o que viria a ser conhecido como “A Guerra das Correntes”, assunto para o próximo vídeo.

Mas agora, alguns comentários do diretor como se diz no cinema: O Tesla NÃO foi o primeiro a desenvolver o motor de Indução. Pronto, agora vocês me jogam na fogueira. É que ele não sabia, mas ao mesmo tempo tinha um Italiano chamado Galileo Ferraris que estava trabalhando em um motor de indução muito semelhante ao dele, com duas fases.

Ele publicou as descobertas em artigos científicos e tinha até construído um protótipo já em 1885, 2 anos antes do Tesla encaminhar as suas patentes. Mas como eu disse, o Tesla não sabia de nada disso e desenvolveu os motores dele do zero. Mas os estudos do FERRARIS serviram de base no futuro para processos de empresas que visavam derrubar algumas patentes do tesla, principalmente a do motor monofásico.

Quanto ao FERRARIS, mesmo que ele tenha começado antes, ele acabou abandonando o projeto porque concluiu erroneamente que este motor seria muito ineficiente. Deve ter se arrependido muito disso. Outro inventor que estava trabalhando no mesmo assunto era O norte Americano Charles Schenk Bradley.

Ele obteve várias patentes de máquinas elétricas em corrente alternada no mesmo período que o Tesla. Inclusive, ele depositou esta patente 6 meses antes que o TESLA para uma máquina bifásica que poderia operar tanto como gerador ou motor, em corrente contínua ou alternada. Ela acabou sendo concedida depois das patentes do Tesla.

Mas lembrem-se que entre o depósito da patente e a concessão dela, a patente não fica pública, e como ela foi concedida depois das patentes do Tesla, ninguém copiou ninguém aí, até onde eu pude verificar. E ambas foram concedidas por terem suas diferenças construtivas e operacionais. O Bradley também obteve a primeira patente em 1889 para um motor de indução bifásico com um estator do tipo gaiola de esquilo (US404465).

Hoje em dia, os motores com o rotor deste tipo são muito utilizados na indústria, ali ele só tinha feito invertido. Mas ao contrário do Tesla, o Bradley não nunca colocou as invenções dele em uso prático. Outro importante inventor é o Russo Michael Dolivo-Dobrowolsky que trabalhava na empresa alemã de eletricidade AEG em Berlim.

Ele desenvolveu as ideias do Tesla e do Ferraris e projetou um motor de indução polifásico muito confiável e utilizado ainda hoje, vendendo muitas unidades pela Europa. Ele também foi o primeiro a descobrir que um sistema trifásico conectado em estrela ou triângulo era mais eficiente que um bifásico, e que poderia utilizar apenas 3 fios. Isso em um momento em que todos, inclusive o Tesla, defendiam o sistema bifásico.

Estas contribuições do Dobrowolsky consolidaram a energia em corrente alternada como um padrão mundial, e ajudaram indiretamente o Tesla em sua guerra contra o Edison. Eu deixei de fora outros inventores que também estavam trabalhando neste tema para não alongar o vídeo. Mas vocês já podem ver o quão difícil é distribuir os méritos de uma determinada invenção para um inventor.

A solução do problema as vezes está quase ali, como que se estivesse no ar, e muitos inventores acabam trilhando caminhos semelhantes de pensamento e acabam chegando em soluções muito parecidas. Mas eu quero deixar bem claro que para mim o Tesla foi um gênio sim, muito determinado, criativo, só que ele não foi o único a criar estas invenções. Bem, e como eu faço em todos os vídeos, eu continuarei a contar a história deste grande cientista e inventor por meio das invenções que ele criou.

Então, daqui para frente ele irá voltar quando falarmos sobre a guerra das correntes, a bobina de Tesla, comunicações sem fio e outras tecnologias que envolvem as suas 278 patentes. Então se você gostou do vídeo, não esqueça de me contar aqui na descrição e de curtir. Também considere tornar-se membro do canal e nos vemos no próximo vídeo.