Motores DC Brushless e AC Brushless Brushless = sem escovas Brushless corresponde à designação...

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.

BLDC

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 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.

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

Imãs Permanentes

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;

BLDC – Arranjo dos Pólos no Rotor

BLDC – Seção Transversal

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)

Brushless como variações dos PMSM

surface

internal

PMSM – Operação sem sensor

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

Máquina DC Shunt – Referência como modelo de controle

Máquina DC Shunt – Referência como modelo de controle

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)

Uma classificação de motores PM e drives

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;

DC Brushless

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

BLDC - Aplicações Controle de posição;

Exemplos: CNC, controle de processos, controle de máquinas;

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;

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;