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
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 NdFe-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- Unidade Alnico
dade
Ferrite
SmCo
Nd FeB
Br
0.35 a
0.43
180 a
400
24 a
36
1953
0.7 a
1.05
800 a
1500
140 a
220
Mid
70s
1.0 a
1.3
800 a
1900
180 a
320
Mid
80s
T
0.6 a
1.35
Hc
kA/m 40 a
130
BHmax kJ/m3 20 a
100
Data
40-60
Estado da Arte
Proprie- Alnico
dade
Ferrite
SmCo
Nd FeB
Pr FeB
Br
0.35 a
0.43
180 a
400
24 a
36
1953
0.7 a
1.05
800 a
1500
140 a
220
Mid
70s
1.0 a
1.3
800 a
1900
180 a
320
Mid
80s
0.7 a
0.8
700 a
900
104 a
165
2000s
0.6 a
1.35
Hc
40 a
130
BHmax 20 a
100
Data
40-60
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 simple
logic 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;