Conhecimento básico de sistemas de motor DC sem escova

Até agora, a maioria das pessoas não tem conhecimento dos motores e drivers CC sem escovas, embora possam tê-los encontrado em aparelhos de uso diário, como aparelhos de ar condicionado, máquinas de lavar, ventiladores elétricos, secadores de cabelo, etc. componentes, é normal ter conhecimento limitado de todo o sistema.

Vamos nos aprofundar nos aspectos fundamentais dos sistemas de motores CC sem escovas.

Todos os motores envolvem um conceito conhecido como “comutação”, referindo-se ao processo de comutação da corrente (de uma determinada forma) para movimentar o rotor físico. Quando a corrente flui através da bobina, o rotor se move, criando um campo magnético (normalmente gerado por um ímã permanente). Este campo pode repelir ou atrair o campo magnético existente, provocando o movimento do rotor (a parte móvel do motor) em relação ao estator (a parte estacionária do motor).

O conceito de ímãs serve como uma boa analogia para a comutação. Ao colocar dois ímãs com o mesmo pólo voltados um para o outro sobre uma mesa, eles se repelem. Se esses ímãs estiverem suficientemente distantes, eles pararão de se mover. Aproximar um ímã do outro afastará o segundo ímã devido à repulsão. Continuar esse processo resulta em movimento contínuo – um exemplo linear de comutação.

Motores DC escovados implementam comutação mecânica

ou seja, a estrutura física do motor causa comutação. As escovas fazem contato com o comutador e, à medida que o motor gira, a corrente que passa pela bobina do motor alterna a polaridade. Isto permite que o campo magnético gerado pelo íman permanente do estator se oponha sempre ao campo magnético gerado pelo rotor, garantindo uma força contínua. A comutação mecânica significa que um motor CC com escovas requer apenas a aplicação de tensão nos enrolamentos do motor para girar.

Muitos leitores podem ficar confusos com o título neste momento, já que ainda não discuti motores DC sem escovas. No entanto, para explicar “sem escova”, primeiro preciso esclarecer onde os pincéis são usados.

A origem dos motores DC sem escovas é relativamente simples: 

a maioria dos problemas com motores CC com escovas surge das escovas. As escovas podem criar faíscas, desgastar-se, gerar ruídos altos e contribuir para um consumo significativo de energia, restringindo a velocidade e dificultando o resfriamento. Isso significa que os motores CC escovados não são adequados para aplicações perto de materiais inflamáveis, exigindo longa vida útil, operação silenciosa ou alta eficiência em sistemas de alta velocidade ou alta potência. Estas são desvantagens significativas das escovas, que podem ser resolvidas eliminando-as, mas isso também elimina a comutação mecânica.

A ausência de comutação mecânica introduz outros problemas

Como os motores ainda precisam de comutação. Os motores DC sem escova usam comutação elétrica, parecendo mágica, certo? Neste método, você deve garantir que a corrente no motor gere consistentemente um campo magnético capaz de mover o rotor. Você precisa saber onde está o rotor para considerar como aplicar a corrente para movê-lo.

A primeira grande decisão estrutural em sistemas de motores CC sem escovas é a distinção entre sistemas “sensorizados” e “sem sensores”. 

Se você precisa saber onde está o rotor, dois métodos podem ajudá-lo:

• Os métodos sensorizados normalmente usam sensores ou codificadores de efeito Hall para detectar a posição do rotor. Embora os codificadores possam fornecer feedback de ângulo muito preciso, esse método tem um custo alto. O sensor de efeito Hall é um sensor magnético popular e, em motores CC trifásicos sem escovas, a implantação de três sensores de efeito Hall pode obter uma comutação simples de seis etapas.
• Os métodos sem sensor envolvem a estimativa da força eletromotriz reversa (EMF) gerada quando o motor gira. Back EMF é um tópico complexo que pode ser melhor discutido separadamente. Resumindo, é a tensão gerada na bobina do motor, em função da velocidade e da carga do motor. Os métodos sensorless são essencialmente estimativas, muitas vezes exigindo cálculos complexos. À medida que a velocidade do motor diminui (por exemplo, para controle de posição em servomotores), os métodos sem sensor tornam-se excepcionalmente desafiadores devido à diminuição da EMF reversa.

A segunda decisão estrutural importante em sistemas de motores CC sem escovas é o método de controle. 

Se você sabe onde está o rotor e precisa aplicar uma certa corrente para movê-lo, os motores CC trifásicos sem escovas requerem pelo menos seis potenciais elétricos diferentes. Você pode usar métodos de controle “trapezoidal”, “seis etapas” ou “120 graus” para determinar como comutar o motor CC sem escovas.

• Comutação trapezoidal
• Comutação sinusoidal

Outro método é aplicar formas de onda de corrente mais suaves ao motor, conhecido como controle “senoidal” ou controle “180 graus”. 

Este método de controle pode melhorar a eficiência e reduzir o ruído quando usado com o motor certo, mas apresenta maior complexidade, muitas vezes exigindo um tempo de modulação por largura de pulso (PWM) mais preciso.

O conteúdo acima fornece uma breve introdução ao conhecimento básico de sistemas de motores CC sem escovas. Devido à natureza ampla do tópico, detalhes como controle de orientação do campo magnético, partida do motor, rotores internos e externos, números de pólos, enrolamentos tipo Δ (Delta) e Y, e muitos outros detalhes específicos não são abordados neste artigo. No entanto, esperamos sinceramente que você considere essas informações benéficas para expandir seu conhecimento sobre motores. 

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