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A eficiência dos motores alimentados por Corrente Direta ou Corrente Contínua sem escovas

A principal característica dos motores DC sem escovas é que são alimentados com tensão contínua mas, dispensam o uso de escovas, tornando-se mais eficientes e com durabilidade elevada

Por Humberto Manavella

Desta forma, elimina-se o faiscamento característico do motor DC com escovas, juntamente com outras limitações tais como o ruído provocado pela comutação e a velocidade máxima.

Entretanto, o motor DC sem escovas supera estas limitações podendo atingir velocidades maiores com menos ruído, maior eficiência e confiabilidade, em função de não possuir escovas, sendo os rolamentos, os únicos itens mecânicos que sofrem desgastes.

Outras características relevantes são:

- Ao contrário do motor DC convencional, os eletroímãs se encontram no estator. A potência é fornecida de forma seqüencial, aos pares de enrolamentos do estator, o que é um fator de simplificação construtiva já que não há necessidade de alimentar um elemento móvel como é o caso do motor DC convencional.

- Em função da necessidade de energizar os eletroímãs de forma não contínua, estes motores não podem ser alimentados diretamente com tensão DC. Um circuito eletrônico de controle (figura 1) realiza a comutação dos eletroímãs, condição esta, necessária ao funcionamento do motor.

Com base na informação do sensor de rotação, o qual também indica a posição do rotor, o módulo de controle, através do circuito comutador, energiza os eletroímãs em seqüência, sincronamente com o giro do rotor.

- Num motor DC convencional, o torque é produzido através da interação de 2 campos magnéticos separados por forças de atração e de repulsão. No motor DC sem escovas, pelo contrário, o torque é produzido somente por atração magnética (motor BLDC) ou por forças de relutância (motor SRM).

- A cada giro do motor com escovas, o rotor experimenta inversão de fluxo magnético o que resulta em perda de energia no rotor.

Pelo contrário, no motor sem escovas, em função de não haver inversão de fluxo, não há perdas. Todas as perdas se localizam no estator o que resulta no resfriamento facilitado.

- Com relação ao motor DC com escovas apresenta maior densidade de potência, ou seja, maior potência desenvolvida por unidade de volume.

- O motor sem escovas é um motor síncrono cuja velocidade é função da freqüência de comutação dos eletroímãs. De uma outra forma, o chaveamento dos eletroímãs dá origem a um campo magnético giratório que “arrasta” o rotor com a mesma velocidade de rotação a qual é controlada ajustando a freqüência de comutação.

Atualmente, dois são os tipos de motores sem escovas utilizados nos sistemas de eletrônica embarcada:

1. Motor BLDC com ímãs permanentes no rotor (abordado na presente matéria).

2. Motor SRM de relutância comutada (sem ímãs permanentes).

3. Motor de Indução Trifásico DC (abordado na presente matéria).

Motor BLDC (brushless DC) – Motor DC sem Escovas

O motor sem escovas não funciona diretamente de uma fonte de tensão DC mas, o seu funcionamento é similar ao de um motor DC.

É definido como máquina síncrona girante com ímãs permanentes no rotor. A potência é fornecida através de uma fonte de tensão contínua e de um sistema de controle eletrônico que realiza a comutação das fases.

O motor possui o rotor com ímãs permanentes e o estator com bobinados geradores de campo magnético conectados a um circuito eletrônico de controle que substitui o conjunto anel comutador/escovas (do motor DC) e tem por função energizar as bobinas numa seqüência cujo padrão rotativo gira em torno do rotor.

Bobinas opostas são energizadas simultaneamente gerando um campo magnético entre elas.

As bobinas do estartor energizadas num determinado instante atraem o ímã no sentido de alinha-lo, o que provoca a sua rotação. Assim que o ímã se alinha com o estator, o circuito de controle energiza o próximo par de bobinas na seqüência. No entanto, para atingir estes objetivos o motor BLDC requer um sofisticado circuito eletrônico de controle.

Funcionamento

 
 


A figura 2 será utilizada como exemplo no qual, para cada comutação de bobinas o rotor gira 60O no sentido horário. 

- Na figura [2a] o rotor encontra-se alinhado com os eletroímãs A e B energizados de forma tal que A é o pólo S e B, o pólo N.

- Na figura [2b] os eletroímãs energizados são o C e o D de forma tal que C é o pólo S e D, o pólo N. O rotor girou 60O no sentido horário com relação à posição da figura 2a.

- Na seqüência são energizados os eletroímãs E e F de forma tal que E é o pólo S e F, o pólo N.

- Na seqüência são energizados os eletroímãs A e B de forma tal que agora, A é o pólo N e B, o pólo S.

- Na figura 2c os eletroímãs energizados são o C e o D de forma tal que agora, C é o pólo N e D, o pólo S. O rotor girou 240O no sentido horário com relação àFigura 3 posição da figura 2a.

- Na seqüência são energizados os eletroímãs E e F de forma tal que agora, E é o pólo N e F, o pólo S.

- Na seqüência são energizados os eletroímãs A e B de forma tal que novamente, o rotor se encontra na posição da figura 2a com o pólo N em A e o pólo S em B. O rotor girou 360O no sentido horário.

Para a rotação em sentido anti-horário, o módulo de controle comuta as bobinas no sentido inverso ao apresentado no exemplo.

Reparar que, dependendo da posição do rotor, cada bobina deve ser energizada de forma a gerar a polaridade necessária, N ou S, para manter a rotação. Exemplo

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