Motores DC Brushless e AC Brushless
Brushless = sem escovas Brushless corresponde à designação
genérica de algumas classes de servomotores;
Entendendo-se servomotores como motores aplicados em máquinas ferramentas, robôs, instrumentação, automação industrial, etc.
PM motors – motores com ímas permanentes
Avanços recentes (1990 em diante): disponibilidade de ímãs permanentes de alta coercitividade e magnetismo residual;
Coercitividade – Hc: O ponto Hc corresponde à coercitividade do ímã e significa o valor de desmagnetização que deve ser aplicado para reduzir a densidade de fluxo produzida pelo ímã a zero.
PM motors – motores com ímas permanentes
Magnetismo residual – Br: ponto Br corresponde à remanência do ímã e significa o valor máximo teórico de densidade de fluxo que pode ser obtida com este ímã. Isto somente seria possível nas condições de não haver nenhum campo externo desmagnetizante e caso o ímã estivesse completamente envolvido por um material de permeabilidade infinita.
Curva de Desmagnetização de um Imã Permanente
Br: unidade T (Tesla) mede densidade de fluxo magnético
Hc: unidade kA/m
Curva de Desmagnetização de um Imã Permanente Dependendo da
configuração do circuito magnético, o ímã sofre uma desmagnetização espontânea. O termo “desmagnetização” deve ser entendido não como uma perda irreversível da magnetização do ímã, mas como um deslocamento do seu ponto de operação sobre a curva BH, que passa a ser o ponto 1, por exemplo.
Curva de Desmagnetização de um Imã Permanente Na presença de forças
desmagnetizantes externas, como as decorrentes da reação de armadura, o ponto de operação pode ser deslocar ainda mais para a esquerda, por exemplo para o ponto 2.
Curva de Desmagnetização de um Imã Permanente O gradiente da curva
BH , rec, representa a permeabilidade relativa do ímã. Para ímãs de terras raras, como aqueles de Nd-Fe-B, os valores de rec estão na faixa de 1,0 a 1,1, isto é, têm valores muito próximos à permeabilidade do ar 0.
Curva de Desmagnetização de um Imã Permanente A baixa
permeabilidade relativa dos ímãs é uma característica favorável, porque limita os efeitos de desmagnetização a que estão sujeitos quando empregados em máquinas elétricas.
Produto de Energia (BH)max (kJ/m3)
Proprie-dade
Unidade
Alnico Ferrite SmCo Nd FeB
Br T 0.6 a 1.35
0.35 a 0.43
0.7 a 1.05
1.0 a 1.3
Hc kA/m 40 a 130
180 a 400
800 a 1500
800 a 1900
BHmax kJ/m3 20 a 100
24 a 36
140 a 220
180 a 320
Data 40-60 1953 Mid 70s
Mid 80s
Estado da Arte
Proprie-dade
Alnico Ferrite SmCo Nd FeB Pr FeB
Br 0.6 a 1.35
0.35 a 0.43
0.7 a 1.05
1.0 a 1.3
0.7 a 0.8
Hc 40 a 130
180 a 400
800 a 1500
800 a 1900
700 a 900
BHmax 20 a 100
24 a 36
140 a 220
180 a 320
104 a 165
Data 40-60 1953 Mid 70s
Mid 80s
2000s
Brushless como variações dos PMSM – Motores Síncronos de Imãs Permanentes
PMSM Brushless DC
IP surface mounted, fcem trapezoidal, corrente de alimentação retangular;
Controle de acionamento mais simples; Não requer sensor de posição de alta
resolução no rotor; A cada ciclo elétrico, seis instantes de
comutação das 3 fases devem ser monitorados
Brushless como variações dos PMSM – Motores Síncronos de Imãs Permanentes
PMSM Brushless DC
Somente 1 sensor de corrente no link CC;
Drive de menor custo; Torque mais pulsante; Potência limitada a poucos kW; Versões com 1, 2 e 3 (+ usada) fases;
Brushless como variações dos PMSM – Motores Síncronos de Imãs Permanentes
PMSM Brushless DC
V < 48: carros, robôs;
V > 100: aplicações industriais;
Brushless como variações dos PMSM – Motores Síncronos de Imãs Permanentes
PMSM Brushless AC
IP surface mounted ou internos;
surface internos
Brushless como variações dos PMSM – Motores Síncronos de Imãs Permanentes
PMSM Brushless AC
fcem e corrente de alimentação senoidais;
acionamento mais complexo;
sensor de posição de alta resolução;
Brushless como variações dos PMSM – Motores Síncronos de Imãs Permanentes
PMSM Brushless AC
sensor encoder óptico ou resolver; sensores de corrente em cada fase; Necessária sincronização precisa da
forma de onda da corrente com a posição angular do rotor em cada instante de tempo;
Brushless como variações dos PMSM
Brushless AC Surface mounted Rotor liso Gap maior Pouca capacidade
de operar acima da velocidade nominal (L baixa, fixação dos ímãs)
Brushless como variações dos PMSM
Brushless AC Ímãs internos Pólos salientes Torque de
relutância Torque maior
(relutância +eletromagnético)
Drives de Velocidade Ajustável
DC Brush + controladores (tensão de armadura e corrente de campo)
DC Brushless + sensores AC VVVF drives + Motores de Indução AC Vector drives + Motores de
Indução
DC Brush - História
1856 Siemens (‘The’ Siemens) Ward Leonard (1930i – 1960s) Final 60s: dispositivos com SCR de 90 a 92%
DC Brushless - História
1962: Máquina DC com comutação de estado sólido
1st large ( > 50 hp) DC Brushless motor - mid 1980s
500 hp 1992 (Powertec Industrial Corporation)
from 90 to 92% Typical rpm: 1750 at rated (500 V)
voltage
Brushless DC To replicate the action of the commutator,a
magnetic encoder is mounted to sense the magnetic position of the fields on motors’ shaft;
The controller "sees" the magnetic position information and determines through simplelogic which motor lead should have current going to a winding and which motor lead should return the current from the winding.
Brushless DC The controller has power devices which
connect the voltage on a capacitor bank to the correct motor lead at the correct time when the shaft encoder demands it. In this way the motor and controller act in the same way as a brush DC motor but without the brushes.
The controller is built in a very similar way to the controller used in an AC VVVF drive, or in an AC Vector drive because all three types use a PWM type of variable voltage control to their respective motors.
PM Motors and Drives
Line start Inverter fed
Realimentação discreta a cada 60º elétricos; (fem trapezoidal)
Realimentação contínua; (fem senoidal)
Classificação Gaiola (Cage): permite o controle em
malha aberta (da operação do motor); Alimentação por Inversor: é
necessária alguma forma de detecção da posição do rotor – sensor de efeito Hall, encoders, resolvers ou estimativa sem sensores (sensorless);
Resolvers São transformadores rotativos usados como
detectores de posição angular em ambientes sujeitos à ruídos;
BLDC - Aplicações
Carga Constante: capacidade de variar velocidade mais importante que manter a velocidade fixada; Exemplos: ventilação, bombeamento;
Carga Variável: capacidade de boa resposta dinâmica; Exemplos: aplicações domésticas,
automotivas, robótica
AC Brushless - Tipos
SMPM – Surface Mounted PM IPM – Interior PM SRM – Synchronous Reluctance
Motors
SMPM Vantagens:
Eficiência Tamanho compacto Usando Ferrite,
densidade de potência comparável a MI
Boa resposta transitória;