MOTORES CC COMUTADOS ELETRONICAMENTE (BRUSHLESS)

Estes motores requerem para seu funcionamento uma etapa previa de eletrônica. Esta eletrônica é encarregada de realizar a comutação dos enrolamentos para produzir o campo girante.

Sistemas brushless são usualmente preferidos em aplicações cujos benefícios são mais relevantes que seu alto preço. Podem custar menos que os tipo escova em algumas aplicações quando a energia e manutenção são inclusas na comparação.

2.1.2.2.1 FUNCIONAMENTO

Os motores brushless são motores CC sem comutação mecânica, ou também, sem escovas, podem ser entendidos como sendo motores CC nos quais os elementos do estator e do rotor têm suas posições trocadas em relação ao motor CC com comutação mecânica. Porém, os motores brushless possuem o enrolamento no estator que circunda o rotor de imã permanente, FIG.2.09, Desta forma deixa de existir a necessidade de se conduzir corrente para o elemento móvel. O enrolamento do estator é comutado eletronicamente e não pelo sistema convencional escova-comutador FIG.2.10, Para realizar a comutação o sistema eletrônico precisa receber informações a respeito da posição do elemento móvel do motor. A partir desta informação é realizada a comutação da corrente nos enrolamentos da armadura através de transistores (atuando como chaves).

Dissipação

FIG.2.09 Diferenciações construtivas a) motores CC convencionais (escova-conmntador) e b) do tipo brushless (Bahniok 1989).

Estes motores foram desenvolvidos devido a os efeitos negativos da comutação mecânica, que são: Limitação do torque e da freqüência rotacional máximos do motor por problemas de comutação; manutenção periódica no coletor de lamelas e nas escovas devido ao desgaste; risco de explosão em ambientes inflamáveis devido ao faiscamento no comutador, geração de ruído elétrico na formação de arcos excessivos.

Devido ao fato de serem comutados eletronicamente tomam-se mais eficientes e podem operar em freqüências rotacionais máximas mais altas que os motores CC convencionais. Alta eficiência, alta durabilidade, alta confiabilidade e pequeno tamanho são características importantes para aplicações aeronáuticas, automotivas e no projeto de instrumentos portáveis.

Os motores brushless são geralmente de três fases, contudo os que acionam pequenos ventiladores e outras aplicações de freqüência rotacional constante são de duas fàses.

Os motores brushless são alimentados com corrente contínua chaveada de forma aproximadamente trapezoidal. Os imãs apresentam fluxo magnético radial, resultando numa distribuição também aproximadamente trapezoidal da intensidade de fluxo no entreferro. Entretanto, alguns operam com formas de onda senoidal, diminuindo as ondulações de torque. Outra forma de reduzir a ondulação de torque nos motores brushless de imãs permanentes é duplicar-se o número de sensores e comutando-se as correntes nos enrolamentos em seis passos, enquanto comutadores comuns típicos só tem três sensores. Duplicando o número de sensores duplicam-se os ciclos de comutação, reduzindo a ondulação de torque de 3 % a 5 % (Baniok 1989) sem trocar o motor ou modificar o drive, contudo incrementa o custo.

O calor é gerado principalmente nos enrolamentos localizados no estator, e portanto facilmente transferido por condução para a carcaça e desta, por convecção, para fora do motor FTG.2.09. Porém, como a dissipação do calor é mais rápida nos enrolamentos do estator que nos do rotor, estes acionamentos permitem maior relação potência/volume.

2.1.2.2.2 FORMAS CONSTRUTIVAS E EXEMPLOS DE APLICAÇÃO

Os motores brushless além do rotor convencional, do alongado e do disco (ver Tabela2.01), possuem o rotor em forma de copo. Este rotor gira em tomo do bobinado estacionário do estator. Estes são chamados de motores Rotor Externo. Proporcionam giro a sistemas de transmissão com discos de grandes massas, certos condicionadores de ar a alta freqüência rotacional e sistemas de ventilação, exemplos também são ventiladores de computadores.

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Existem motores CC desde 2 pares de pólos até os motores Multipolo ou Torquer. Estes se diferenciam pelo torque produzido, pelas ondulações de torque que apresentam e pela freqüência rotacional de funcionamento.

Motores Torquer ou Multipolo, freqüentemente acionam robôs, máquinas de transporte e outros equipamentos, que necessitam alto torque e uma moderada freqüência rotacional sem utilização de reduções. Nestes motores a freqüência rotacional é constante até um torque 67 % abaixo do torque pico, após a qual diminui.

Os motores high pole-count, os quais são freqüentemente conhecidos como motores de Anel, pelo fato de ter uma elevada quantidade de pólos, apresentam alto torque e uma oscilação de torque bastante pequena. A versão senoidal destes motores apresentam uma muito menor oscilação.

Devido a os motores brushless operarem com formas de onda senoidais e apresentarem baixas ondulações de torque, são freqüentemente utilizados por maquinas de polimento, revestimento e outras operações que requerem de mínima variação de posicionamento. Na automação são principalmente utilizados em máquina de comando numérico, donde é requerido um rápido e preciso posicionamento da ferramenta com um mínimo de variação. Bem como, em periféricos dos computadores (impressoras,

ploter), ou outras aplicações cujas partidas e paradas são feitas rapidamente e com precisão (operação

transiente).

Os motores CC brushless também são utilizados em:

- rotor convencional: posicionadores em geral. - rotor alongado: posicionadores de alta dinâmica.

- tipo disco: toca-discos, acionamento dos càsk drives do computador. - torquers: posicionadores direct drive de baixa freqüência rotacional.

- rotor externo: toca-discos, acionamento do cabeçote de gravadores de fita, do cabeçote de gravadores de vídeo.

2.1.2.2.3 CARACTERÍSTICAS A SEREM CONSIDERADAS NOS ENSAIOS

Pelas características próprias de funcionamento, estes motores requerem um drive (sistema eletrônico) para realizar a comutação das bobinas do estator. O sinal que deve ser fornecido ao drive para acionar o motor é uma tensão analógica de referência, geralmente de -10 a +10 V, valor positivo para um

sentido de giro e negativo para o outro. Porém, na bancada de provas, uma fonte de tensão CC bipolar é necessária.

Como nos motores CC com escovas, por apresentarem um alto torque, deve-se cuidar para não passar os valores limites mecânicos do sensor de torque e de fundo de escala do condicionador de sinal presentes na bancada de provas.

Caso se requer ensaiar motores do tipo frameless a bancada de ensaios terá que dispor de um sistema mecânico que permita seu montagem.