Motores DC Brushless e AC Brushless Brushless = sem escovas Brushless corresponde à designação...
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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.
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BLDC
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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.
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PM motors – motores com ímas permanentesMagnetismo 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.
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Curva de Desmagnetização de um Imã Permanente Br: unidade T
(Tesla) mede densidade de fluxo magnético
Hc: unidade kA/m
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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
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Imãs Permanentes
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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
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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;
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Brushless como variações dos PMSM – Motores Síncronos de Imãs Permanentes PMSM Brushless DC
V < 48: carros, robôs;
V > 100: aplicações industriais;
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BLDC – Arranjo dos Pólos no Rotor
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BLDC – Seção Transversal
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Brushless como variações dos PMSM – Motores Síncronos de Imãs Permanentes PMSM Brushless AC
IP surface mounted ou internos;
surface internos
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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;
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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;
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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)
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Brushless como variações dos PMSM Brushless AC
Ímãs internos Pólos salientes Torque de
relutância Torque maior
(relutância +eletromagnético)
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Brushless como variações dos PMSM
surface
internal
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PMSM – Operação sem sensor
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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
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DC Brush - História
1856 Siemens (‘The’ Siemens) Ward Leonard (1930i – 1960s) Final 60s: dispositivos com SCR de 90 a 92%
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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
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Máquina DC Shunt – Referência como modelo de controle
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Máquina DC Shunt – Referência como modelo de controle
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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.
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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.
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PM Motors and Drives Line start Inverter fed
Realimentação discreta a cada 60º elétricos; (fem trapezoidal)
Realimentação contínua; (fem senoidal)
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Uma classificação de motores PM e drives
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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);
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Resolvers São transformadores rotativos usados como
detectores de posição angular em ambientes sujeitos à ruídos;
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DC Brushless
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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
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BLDC - Aplicações Controle de posição;
Exemplos: CNC, controle de processos, controle de máquinas;
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AC Brushless - Tipos SMPM – Surface Mounted PM IPM – Interior PM SRM – Synchronous Reluctance
Motors
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SMPM Vantagens:
Eficiência Tamanho compacto Usando Ferrite,
densidade de potência comparável a MI
Boa resposta transitória;
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SMPM Desvantagens:
Retenção dos ímãs Precisa sincronizar
posição do rotor com alimentação do inversor;
Limitado a 5 kW pelo custo dos ímãs;
Risco de desmagnetização;