Introdução aos Produtos BLDC e Análise de Cenários de Aplicação

Introdução aos Produtos BLDC e Análise de Cenários de Aplicação

I. Introdução aos Motores BLDC

Um motor de corrente contínua sem escovas (BLDC) é um tipo de motor de corrente contínua que não utiliza contatos mecânicos de comutação (escovas de carbono). Em vez disso, emprega um controlador eletrônico para realizar a comutação, substituindo o motor de corrente contínua tradicional com escovas.

O equivalente a este é o motor básico de "corrente contínua (motor com escovas)". Uma bobina é colocada dentro de um campo magnético. Quando a corrente flui, a bobina é repelida por um polo magnético e atraída pelo outro, provocando rotação contínua sob esse efeito. Durante a rotação, o sentido da corrente que atravessa a bobina é invertido, permitindo que ela continue girando.

Em um motor de corrente contínua (motor com escovas), o campo magnético gerado pelos ímãs permanentes fixos é estacionário. A rotação é obtida controlando-se o campo magnético produzido pela bobina (rotor) em seu interior. A velocidade de rotação é alterada variando-se a tensão. Em um motor CC sem escovas (BLDC), o rotor é composto por ímãs permanentes. A rotação é obtida mudando-se a direção do campo magnético gerado pelas bobinas circundantes. A rotação do rotor é controlada regulando-se a direção e a intensidade da corrente que flui pelas bobinas.

Os motores de corrente contínua sem escovas apresentam três configurações: monofásica, bifásica e trifásica. Dentre essas, a configuração BLDC trifásica é a mais comum. Geralmente, os motores sem escovas monofásicos e trifásicos são frequentemente utilizados em eletrodomésticos do dia a dia. O princípio fundamental dessas duas configurações é o mesmo, mas seus métodos de controle diferem ligeiramente.

Em um motor sem escovas monofásico, todos os enrolamentos internos são realizados utilizando um único fio. A direção da corrente difere entre os enrolamentos. Ao alterar a direção da corrente em posições e momentos apropriados, é possível obter o controle da rotação do motor. O método de controle para essa configuração é relativamente simples, tornando-o amplamente utilizado em aplicações como ventiladores de radiador.

Diferentemente da estrutura monofásica, os enrolamentos internos de um motor sem escovas trifásico são divididos em três grupos. Superficialmente, esses parecem três conjuntos independentes de enrolamentos, mas internamente estão interconectados. Em comparação com a estrutura monofásica, essa configuração de motor oferece vantagens no controle de velocidade e na redução geral de ruído, resultando em uma gama mais ampla de aplicações.

II. Características dos Motores Sem Escovas

1. Pode substituir a regulação de velocidade de motores de corrente contínua (CC), a regulação de velocidade por inversor + motor de frequência variável e a regulação de velocidade por motor assíncrono + redutor ;

2. Mantém as vantagens dos motores de corrente contínua tradicionais, eliminando ao mesmo tempo a estrutura de escovas de carbono e anéis coletores ;

3. Capaz de operar em baixa velocidade com alta potência, podendo acionar cargas pesadas diretamente sem necessidade de redutor ;

4pequeno tamanho, leveza e alta potência de saída;

5excelentes características de torque, bom desempenho de torque em média/baixa velocidade, alto torque de partida e baixa corrente de partida;

6. Regulação contínua de velocidade, ampla faixa de velocidades e elevada capacidade de sobrecarga ;

7. Partida/parada suaves, boas características de frenagem, podendo eliminar a necessidade de dispositivos mecânicos ou eletromagnéticos originais de frenagem ;

8. Alta eficiência: o próprio motor não apresenta perdas por excitação nem perdas por escovas de carbono, elimina o consumo associado à redução em múltiplos estágios, alcançando economia energética global de 20% a 60% ;

9. Alta confiabilidade, boa estabilidade, forte adaptabilidade e manutenção e reparação simples;

10. Resistente a vibrações e choques, baixo ruído, baixa vibração, operação suave e longa vida útil ;

11. Sem geração de faíscas, especialmente adequado para ambientes explosivos; modelos à prova de explosão disponíveis ;

12. Podem ser selecionados motores com campo de onda trapezoidal ou motores com campo de onda senoidal, conforme necessidade .

III. Cenários de Aplicação para Motores sem Escovas

Aplicações com Carga Constante

Esse tipo de aplicação é utilizado principalmente em áreas que exigem uma determinada velocidade de rotação, mas com baixos requisitos de precisão quanto a essa velocidade, como ventiladores, bombas d’água e secadores de cabelo. Tais aplicações normalmente possuem custo relativamente baixo e frequentemente empregam controle em malha aberta.

Aplicações com Carga Variável

Essas aplicações referem-se principalmente a casos em que a velocidade do motor precisa variar dentro de uma determinada faixa. Essas aplicações exigem características mais avançadas de alta velocidade e resposta dinâmica do motor. Eletrodomésticos como máquinas de lavar, centrifugadoras e compressores são bons exemplos. Na indústria automotiva, o controle de bombas de óleo, controladores eletrônicos, controle de motores e ferramentas elétricas também constituem excelentes exemplos. Há ainda muitas aplicações no setor aeroespacial, como centrífugas, bombas, braços robóticos e giroscópios. Nesse campo, dispositivos de realimentação de motores são frequentemente utilizados para implementar controles semiabertos e em malha fechada. Isso exige algoritmos de controle complexos, aumentando a complexidade do controlador e o custo do sistema.

Aplicações de Posicionamento

A maioria das aplicações industriais de controle e automação se enquadra nesta categoria. Essas aplicações envolvem frequentemente a transmissão de energia, como engrenagens ou correias transportadoras. Consequentemente, o sistema apresenta requisitos específicos quanto à resposta dinâmica de velocidade e ao torque do motor. Além disso, essas aplicações podem exigir mudanças frequentes no sentido de rotação do motor. O motor pode operar nas fases de aceleração, velocidade constante ou desaceleração, e a carga também pode variar durante essas fases. Isso impõe demandas mais elevadas ao controlador.