Trabalho de Máquinas II Brushless Jonas Girão Carvalho

Prévia do material em texto

DISCIPLINA: MÁQUINAS ELÉTRICAS II 
1º semestre de 2018 
Motor CC Sem Escova 
(Brushless) 
 
 
 
GRUPO: 
Jonas Girão Carvalho - 130950026 
 
Professor(a): Isabela Oliveira 
 
 
 
 
 
São João del-Rei 
Junho de 2018 
Máquinas Elétricas II 
Universidade Federal de São João del-Rei (UFSJ) 
Curso de Engenharia Elétrica (CEE) 
1. INTRODUÇÃO 
Tradicionalmente, em aplicações nas quais as fontes de tensão CC estão 
disponíveis, são utilizados motores CC convencionais. No entanto, pequenos motores CC 
desses tipos apresentam muitas desvantagens. Podemos citar a principal delas como sendo 
o faíscamente e o desgaste excessivo das escovas. Em ambientes com atmosfera explosiva 
ou em que o acesso para a manutenção regular não é razoável, o uso dos motores CC 
convencionais se tornam inaceitável. 
Nos últimos anos se deu o desenvolvimento, muito em razão do avanço na área da 
eletrônica, de motores que fazem uma combinação de um circuito eletrônico de 
chaveamento de estado sólido e de um pequeno motor, similar a um motor de passo de imã 
permanente e um um sensor para determinar a posição do rotor. Esses motores são 
conhecidos como motores CC sem escovas. 
2. OBJETIVOS GERAL E ESPECÍFICOS 
Apresentar os aspectos construtivos, funcionamento, vantagens e desvantagens e 
as aplicações de um motor CC sem escovas. . 
3. DESENVOLVIMENTO 
Os componentes básicos de um motor CC sem escovas são: 
1) Um rotor de imã permanente 
2) Um estator com enrolamento de três,quatro ou mais fases 
3) Um sensor de posição do rotor 
4) Um circuito eletrônico para controlar as fases do enrolamento do estator 
 
Figura 1 – Motor CC sem escovas e com escovas 
A operação desse motor é dada pela ativação de uma bobina de estator por vez, com 
uma tensão CC constante. Ao se energizar uma bobina, é produzido um campo magnético 
de estator Bs, o que faz com que seja induzido um conjugado no rotor que é dado por: 
Máquinas Elétricas II 
Universidade Federal de São João del-Rei (UFSJ) 
Curso de Engenharia Elétrica (CEE) 
𝜏𝑖𝑛𝑑 = 𝑘𝑩𝑅 × 𝑩𝑆 
Como resposta a esse efeito o rotor tende a se alinhar com o campo magnético do 
estator. No instante mostrado na Figura 2, o campo magnético Bs do estator aponta para a 
esquerda, enquanto que o campo magnético Br do estator aponta para cima, resultando em 
um conjugado anti-horário no rotor. Sendo assim, o rotor irá girar para a esquerda. 
 
Figura 2 – Motor CC sem escovas com sua unidade de controle 
A principal característica de um motor CC sem escovas e a chave de seu 
funcionamento reside no fato de possuir um sensor de posição, de modo que quando o rotor 
estiver na iminência de se alinhar com o campo magnético do estator, o circuito de controle 
saberá e atuará de forma a impedir esse alinhamento. Nesse instante, para que continue 
existindo conjugado anti-horário e que o motor continue a girar, a bobina a é desligada e a 
bobina b é ligada. 
O modelo do motor CC sem escovas é mostrado na figura 3, à direita se encontra o 
desenho em corte transversal do motor CC sem escovas, e à esquerda o modelo do motor 
CC semescovas, sendo R a resistência de uma fase, L é a indutância de uma fase, Ea, Eb 
e Ec são as forças contraeletromotrizes induzidas nas fases A, B, C. 
 
Figura 3 – Desenho em corte transversal e modelo do motor CC sem escovas 
Além de realizar a comutação eletrônica também é possível, através do circuito de 
controle, controlar a velocidade e o sentido de rotação do motor. 
Máquinas Elétricas II 
Universidade Federal de São João del-Rei (UFSJ) 
Curso de Engenharia Elétrica (CEE) 
Os motores CC sem escovas mais comuns e de fácil obtenção se encontram apenas 
em tamanhos pequenos e na faixa de até 20 W. 
Para exemplificar uma curva de operação de um motor CC sem escovas, consultou-
se um cátalago do fabricante Maxcon Motor. O modelo escolhido foi o EC 32 com os 
seguintes dados nominais: Vn = 12V ; ᵑn = 13400 rpm, Tn = 44.6mNm; In = 6,51 A. 
 
Sendo a faixa em vermelho a região de operação contínua, a faixa branca a região 
de operação em curto perído de tempo, em que é permitido sobrecarga em um pequeno 
intervalo de tempo. A curva em preto diz respeito à potência nominal atribuída ao motor. 
 
MOTORES CC SEM ESCOVAS COM COMUTAÇÃO ELETRÔNICA 
Nesses motores há algum tipo de transdutor sensor da posição do rotor montado no 
eixo do rotor, que tem como função ser a entrada para o sistema de chaveamento por 
transistores, fazendo com que o uso de comutador e escovas seja dispensado. 
Na Figura 4 pode-se observar um motor comutado eletrônicamente, o qual incorpora 
3 transistores em série com seus 3 enrolamentos do estator, equivalendo a um motor de 
escovas com 3 barras comutadoras. O motor da figura 4 faz uso de uma técnica que utiliza 
um sensor fotoelétrico. Porém, existem também outras técnicas amplamente utilizadas em 
motores comerciais, tais como transdutores magnéticos, transdutores de cristais Hall, 
sensores eletrostáticos, bobinas de indução eletromagnética, etc. 
 
Máquinas Elétricas II 
Universidade Federal de São João del-Rei (UFSJ) 
Curso de Engenharia Elétrica (CEE) 
 
Figura 4 – Comutação eletrônica para um motor CC sem escovas 
A ação do sensor e da chave é a de energizar sequencialmente, um por vez, cada 
um dos enrolamentos de torque do estator para fornecer rotação contínua do eixo do rotor 
no mesmo sentido. 
 
MOTORES CC SEM ESCOVAS TIPO INVERSOR CC/CA 
Uma categoria de motores CC sem escovas utiliza um servomotor CA em associação 
com um inversor eletrônico para operação a partir de uma fonte CC. Essa associação pode 
ser separada ou incorporada dentro da carcaça do motor CA. 
Normalmente, o circuito do inversor inclui técnicas para a variação da frequência de 
saída e/ou da tensão CA, para assim fornecer uma variedade de velocidade de saída. 
Apesar dessas associações do tipo inversor não apresentar a mesma eficiência das 
associações de comutação eletrônica, eles possuem a vantagem da velocidade constante e 
da baixa inérica nos tamanhos menores. 
 
MOTORES CC SEM ESCOVAS DE ROTAÇÃO LIMITADA 
Os dois tipos anteriores de motores CC sem escovas apresentados são destinados 
à operação em que se deseja rotação contínua. Os motores de rotação limitada no entanto 
só entregam um torque de saída até no máximo de 180º, fazendo com que não seja 
necessária comutação uma vez que não é necessário uma corrente reversa para produzir a 
rotação contínua. 
Possuem um rotor com imã permanente e um estator boninado. Quando energizado 
por uma fonte CC, o rotor de imã permanente é acionado no sentido horário ou anti-horário, 
dependendo da polaridade da fonte que energiza o estator. 
 
VANTAGENS E DESVANTAGENS 
Máquinas Elétricas II 
Universidade Federal de São João del-Rei (UFSJ) 
Curso de Engenharia Elétrica (CEE) 
As vantagens dos motores CC sem escovas são: 
1) Requerem pouca ou nenhuma manutenção; 
2) Possui vida útil muito mais longa; 
3) Não há faiscamento; 
4) Ruído muito baixo de radiofrequência (RF); 
5) São genericamente mais eficientes que os motores CC convencionais. 
6) Possuem velocidades muito elevadas podendo ser até mesmo acima de 50.000 
rpm; 
7) Entregam uma característica razoavelmente constante, do torque de saída versus 
a corrente de entrada, e uma resposta mais rápida 
As desvantagens dos motores CC sem escovas são: 
1) Maior tamanho devido ao espaço necessário para incluir os componentes 
eletrônicos associados à sua operação; 
2) Maior custo inicial, ou seja, mais caro que um motor CC com escovas compatível; 
 
APLICAÇÕES 
O motores CC sem escovas são aplicados em várias áreas, principalmente em 
condiçõesem que o acesso ao motor para manutenção é limitado como por exemplo em 
aparelhos biomédicos, muitos deles localizados no corpo humano. 
Por não gerar faíscamento são utilizados em ambientes ou locais submersos em 
fluídos, gases combustíveis e podem ser até mesmo hermeticamente fechados. 
Os motores CC de rotação limitada são aplicados, por exemplo, como motores de 
torque para articulações giroscópicas em elementos estáveis de plataformas espaciais, em 
motores que acionam as penas para indicadores gráficos, como fornecedores de torque para 
ajuste fino de posição com servomecanismos e como servomotores CC para instrumentos, 
tais como indicadores tacométricos CC. 
 
CONCLUSÃO 
Os motores CC sem escovas possuem alta similaridade com motores de passo com 
rotor de imã permanente, diferenciando-se pelo fato de conter um sensor de posição, que é 
utilizado para desligar uma bobina energizada de estator quando o rotor se encontra na 
iminência de se alinhar com o campo magnético do estator. 
Sua velocidade é controlável através do circuito eletrônico responsável também pelo 
sensor de posição, tornando um dispositivo bastante atrativo, principalmente em ambientes 
explosivos ou hostis em que os dispositivos necessitam ser lacrados ou hermeticamente 
fechados. 
Máquinas Elétricas II 
Universidade Federal de São João del-Rei (UFSJ) 
Curso de Engenharia Elétrica (CEE) 
Portanto, é um motor interessante por possuir baixísimos custos de manutenção, 
oferecer baixos ruídos em baixa frequência, possuir confiabilidade elevada, apesar de serem 
comercialmente encontrados apenas em tamanhos pequenos (20W e menos) e ser 
inicialmente mais caro. 
4. REFERÊNCIAS 
Kosow, Irving Lionel, 1919- 
 Máquinas elétrica e transformadores por Irving L. Kosow: Tradução de 
Felipe Luis Daiaello e Percy Antônio Soares. 4. Ed. Porto Alegre, Globo, 1982 
 
Chapman, Stephen J. 
 Fundamentos de máquinas elétricas: Tradução de Anatólio Laschuk – 
5. Ed. Porto Alegre : AMGH, 2013. 
 
Chai, H. 
Electromechanical motion devices. Upper Saddle River: Prentice Hall, 
1998. 
 Maxcon Motor. Catálogo de produtos. 2018. Disponível em: 
https://www.,maxonmotor.com/maxon/view/product/118888. Acesso em: 28 jun. 2018.