Motores Elétricos: Quais as vantagens de utilizar um motor BLDC
Como ser mais rápido e eficiente em seus projetos de controle de motor BLDC.
Os motores elétricos são atualmente os maiores consumidores de eletricidade do mundo por uma larga margem. O Centro de Pesquisa Energética da Holanda (ECN) estima que 45% de toda a eletricidade gerada globalmente é consumida por motores elétricos. Na Europa, uma legislação está sendo introduzida para aumentar a eficiência dos motores. Em julho de 2021, a UE implementará seu “Regulamento sobre motores elétricos e drivers de velocidade variável (UE) 2019/1781“, para aumentar o limite de eficiência em alguns motores e reduzir o cronograma para que outros tipos de motores atendam o padrão mínimo. A tendência em tais leis é óbvia – o padrão mínimo permitido continuará aumentando com o tempo e qualquer novo projeto de motor deve ser o mais eficiente possível para eliminar o risco da necessidade de substituição pelo não cumprimento da norma.
Uma ampla variedade de motores é coberta por essas leis, desde os grandes motores encontrados em projetos de infraestrutura até os pequenos motores que alimentam os ventiladores do computador. O tamanho não é a única consideração – o tipo de motor também é importante. Anteriormente, os motores DC com escovas eram amplamente usados, mas eram ineficientes e não confiáveis, pois as escovas se desgastavam com o tempo e precisavam ser substituídas. A necessidade de maior eficiência e confiabilidade em uma ampla variedade de velocidades de operação e cargas resultou nos motores DC sem escova (motor BLDC), tornando-o amplamente usado em novos projetos.Os motores BLDC eliminam a necessidade do contato físico entre a escova e o comutador, o que as versões com escova requerem para funcionar corretamente. Esta etapa elimina as perdas mecânicas causadas pelo atrito e torna os motores BLDC mais adequados para uso a longo prazo. Os motores BLDC podem operar em uma frequência mais alta, o que também aumenta a sua eficiência. O ganho em eficiência é ainda maior ao operar em condições de baixa carga ou sem carga. Como o rotor não precisa ser alimentado, as escovas e os anéis coletores são eliminados, junto com o conjunto do comutador, portanto os motores BLDC podem produzir mais torque por watt, em um formato muito mais compacto.Os motores BLDC usam ímã permanente como rotor, que interage com os campos eletromagnéticos gerados pelas bobinas do estator. Essas bobinas são ligadas e desligadas em um padrão preciso para garantir que o rotor atue com eficiência. Esse padrão é determinado por um algoritmo executado em um microcontrolador (MCU), utilizando-se sensores no motor para fornecer feedback em tempo real proporcionando controle preciso. O microcontrolador envia sinais para chaves que controlam a corrente através das bobinas. Embora o MCU acrescente complexidade ao controle do motor, ele fornece maior grau de flexibilidade e precisão.
Como a legislação relativa à eficiência do motor visa a operação total do sistema, cada estágio deve operar da forma mais otimizada possível para minimizar as perdas gerais. Isso inclui o inversor usado para fornecer energia ao motor. O desempenho do inversor é limitado pelo calor e, além de reduzir sua vida útil operacional, o baixo desempenho térmico impede que o inversor forneça a corrente correta ao acionamento do motor se o CI do driver estiver superaquecido. A solução típica para problemas térmicos é usar um dissipador de calor ou um ventilador em alguns casos. Nenhuma das soluções é ideal já que ambos são volumosos, o que anula a vantagem de ter um motor menor, e levam a um projeto mais complexo e menos robusto mecanicamente.
