Já se interrogou porque é que os motores sem escovas são melhores do que os motores com escovas? Os motores sem escovas oferecem eficiência e durabilidade, graças à sua comutação eletrónica, reduzindo a fricção e o desgaste. Em contrapartida, os motores com escovas, embora mais simples e económicos, sofrem de problemas de manutenção devido à fricção das escovas. Este artigo analisa os princípios distintos, o desempenho e as aplicações de ambos os tipos de motor, ajudando-o a compreender os seus pontos fortes e limitações. Descubra como estas diferenças afectam tudo, desde a regulação da velocidade à estabilidade operacional. Mergulhe para saber qual o motor que melhor se adapta às suas necessidades e porquê.
Um motor DC sem escovas é um produto mecatrónico composto por um corpo de motor e um condutor.
Ao contrário dos motores síncronos que requerem um enrolamento de arranque no rotor para arrancar sob carga pesada com regulação de velocidade de frequência variável, o motor CC sem escovas funciona num modo de autocontrolo. Não produz oscilações nem fica desfasado quando há alterações súbitas na carga.
A maioria dos motores CC sem escovas de pequena e média dimensão utiliza ímanes de terras raras de neodímio, ferro e boro (Nd-Fe-B) devido ao seu elevado nível de energia magnética.
Como resultado, o motor sem escovas de ímanes permanentes de terras raras tem um tamanho de estrutura mais pequeno do que um motor assíncrono trifásico com a mesma capacidade.
Um motor de escovas é um motor rotativo que utiliza um dispositivo de escovas para converter energia eléctrica em energia mecânica (como um motor) ou energia mecânica em energia eléctrica (como um gerador). Ao contrário dos motores sem escovas, um dispositivo de escovas é utilizado para introduzir ou extrair tensão e corrente.
O motor de escovas é a base de todos os motores, possuindo várias características vantajosas, tais como arranque rápido, travagem atempada, regulação suave da velocidade numa vasta gama e um circuito de controlo relativamente simples.
O motor com escovas é o primeiro tipo de motor com que entramos em contacto e é frequentemente utilizado como modelo para ilustrar motores nas aulas de física durante o ensino secundário.
Os principais componentes de um motor com escovas são o estator, o rotor e as escovas.
O binário rotativo é gerado através de um campo magnético rotativo, que permite a produção de energia cinética.
As escovas e o comutador estão em constante contacto e fricção e desempenham os papéis importantes de condução e comutação durante a rotação.
O motor de escova utiliza comutação mecânica, em que os pólos magnéticos permanecem estacionários enquanto a bobina roda.
Durante o funcionamento, a bobina e o comutador rodam, enquanto o aço magnético e a escova de carvão permanecem parados. O comutador e a escova que rodam com o motor permitem a realização da mudança alternada de direção da corrente da bobina.
Num motor de escovas, este processo envolve a disposição dos dois terminais de entrada de energia de cada grupo de bobinas num anel. Os terminais de entrada de energia são separados uns dos outros por materiais isolantes e formados num cilindro ligado ao eixo do motor.
Uma pequena coluna constituída por dois elementos de carbono (escova de carbono) é utilizada para passar a alimentação eléctrica. A escova de carvão move-se a partir de duas posições fixas específicas sob a ação da pressão da mola. A energização de um grupo de bobinas é conseguida pressionando os dois pontos do cilindro superior do anel de entrada de energia da bobina.
À medida que o motor gira, diferentes bobinas ou diferentes pólos da mesma bobina são energizados em momentos diferentes. Isto cria uma diferença de ângulo adequada entre o pólo N-S do campo magnético gerado pela bobina e o pólo N-S do estator de íman permanente mais próximo. O campo magnético atrai e repele-se mutuamente, gerando força e fazendo o motor rodar.
A escova de carbono desliza sobre o conetor da bobina, semelhante a uma escova sobre a superfície de um objeto, daí o termo "escova" de carbono. No entanto, o deslizamento entre eles provoca fricção e perda, exigindo a substituição regular da escova de carbono.
Além disso, a alternância entre a escova de carvão e o conetor da bobina gera faíscas eléctricas, produz uma rutura electromagnética e interfere com o equipamento eletrónico.
Num motor sem escovas, a comutação é realizada pelo circuito de controlo dentro do controlador. Normalmente, isto envolve um sensor Hall e um controlador, embora também possa ser utilizada tecnologia mais avançada, como um codificador magnético.
O motor sem escovas emprega comutação eletrónica, com a bobina a permanecer estacionária enquanto o pólo magnético roda.
Para detetar a posição do pólo magnético do íman permanente, o motor sem escovas utiliza um conjunto de equipamentos electrónicos que incorporam o elemento Hall.
Com base nesta deteção, o circuito eletrónico muda atempadamente a direção da corrente na bobina para garantir que o motor gera força magnética na direção correcta para o acionar.
A desvantagem do motor com escovas é eliminada no motor sem escovas.
Estes circuitos são conhecidos como controladores de motor.
O controlador do motor sem escovas também pode realizar várias funções que um motor com escovas não consegue, tais como ajustar o ângulo de comutação da potência, travar, inverter, bloquear e parar a fonte de alimentação do motor utilizando o sinal de travagem. O bloqueio eletrónico do alarme dos automóveis a bateria tira o máximo partido destas funções.
Um motor DC sem escovas, que inclui um corpo de motor e um condutor, é um produto mecatrónico padrão.
Uma vez que o motor CC sem escovas funciona em modo de autocontrolo, não necessita de um enrolamento de arranque no rotor, como o motor síncrono que arranca sob uma carga pesada com regulação de velocidade de frequência variável. Também não produz oscilações ou fica desfasado quando há uma mudança súbita na carga.
Já no século XIX, quando o motor foi desenvolvido pela primeira vez, o motor prático era sem escovas. Isto refere-se ao motor assíncrono de CA em gaiola de esquilo, que se tornou amplamente utilizado após a geração de CA.
No entanto, o motor assíncrono tem muitos defeitos insuperáveis, o que dificultou o desenvolvimento da tecnologia dos motores. Em especial, o motor de corrente contínua sem escovas não esteve disponível no mercado durante muito tempo. Só nos últimos anos, com o rápido avanço da tecnologia eletrónica, é que passou a estar disponível para funcionamento comercial.
No entanto, o motor DC sem escovas continua a pertencer à categoria dos motores AC.
Pouco depois da invenção do motor sem escovas, foi desenvolvido o motor sem escovas de corrente contínua. O motor DC sem escovas é popular devido ao seu mecanismo simples, fácil produção e processamento, manutenção conveniente e fácil controlo.
O motor CC tem também características como uma resposta rápida, um grande binário de arranque e a capacidade de fornecer um binário nominal desde a velocidade zero até à velocidade nominal. Como resultado, tornou-se amplamente utilizado logo que foi introduzido.
O motor de escovas CC tem várias vantagens, incluindo uma resposta de arranque rápida, um binário de arranque significativo, uma mudança de velocidade estável, uma vibração mínima desde a velocidade zero até à velocidade máxima e a capacidade de acionar cargas mais pesadas durante o arranque.
Por outro lado, o motor sem escovas tem algumas desvantagens, como a elevada resistência ao arranque (reactância indutiva), o que resulta num baixo fator de potência e num binário de arranque relativamente pequeno. Também produz um zumbido durante o arranque e fortes vibrações, e só pode acionar cargas mais pequenas durante o arranque.
O motor de escovas é regulado por tensão, assegurando um arranque estável, travagem e funcionamento a velocidade constante.
Por outro lado, os motores sem escovas são normalmente controlados por conversão digital de frequência. Este processo envolve a conversão de CA para CC, depois de novo para CA, e a utilização de alterações de frequência para controlar a velocidade.
Como resultado, os motores sem escovas podem apresentar um desempenho instável e uma vibração significativa durante o arranque e a travagem. Só se tornam estáveis quando funcionam a uma velocidade constante.
Um motor DC sem escovas é normalmente combinado com um redutor e um descodificador para aumentar a potência de saída do motor e melhorar a precisão do controlo.
Com uma precisão de controlo que pode atingir 0,01 mm, o motor pode parar as peças móveis em praticamente qualquer posição desejada.
Os motores de corrente contínua controlam todas as máquinas-ferramentas de precisão.
No entanto, o motor sem escovas não é estável durante o arranque e a travagem, e as partes móveis param em posições diferentes de cada vez.
Para obter a posição desejada, é necessário utilizar um pino de fixação ou um batente.
O motor de escova CC é amplamente utilizado devido à sua estrutura simples, baixo custo de produção, grande número de fabricantes e tecnologia madura. É normalmente utilizado em fábricas, máquinas-ferramentas de processamento, instrumentos de precisão e outras aplicações.
Em caso de avaria do motor, basta substituir a escova de carvão. Cada escova de carvão custa apenas alguns yuan, o que a torna uma solução económica.
Por outro lado, a tecnologia dos motores sem escovas é ainda imatura, o seu preço é elevado e a gama de aplicações é limitada. É mais adequado para equipamentos de velocidade constante, tais como aparelhos de ar condicionado e frigoríficos de frequência variável. Se o motor sem escovas estiver danificado, só pode ser substituído.
O motor sem escovas elimina a necessidade de escovas, resultando numa mudança significativa: não é gerada qualquer faísca eléctrica durante o seu funcionamento. Isto tem um impacto direto na redução das interferências causadas por faíscas eléctricas nos equipamentos de rádio controlo remoto.
Um motor sem escovas funciona sem escovas, o que resulta numa fricção significativamente reduzida, num funcionamento mais suave e em níveis de ruído muito mais baixos. Estas vantagens contribuem grandemente para a estabilidade operacional do modelo.
Uma vez que um motor sem escovas funciona sem escovas, a principal fonte de desgaste é o rolamento. Do ponto de vista mecânico, os motores sem escovas são praticamente isentos de manutenção. Quando necessário, uma simples manutenção de remoção de pó é tudo o que é preciso.
O controlo dos dois motores é efectuado através da regulação da tensão. Os motores CC sem escovas utilizam comutação eletrónica e podem ser realizados com controlo digital, ao passo que os circuitos analógicos tradicionais, como os tirístores, podem ser utilizados para a comutação através de escovas de carvão nos motores CC com escovas, o que os torna relativamente simples.
1. O processo de regulação da velocidade de um motor de escovas envolve o ajuste da tensão de alimentação do motor. A tensão e a corrente ajustadas são convertidas através do comutador e da escova para alterar a força do campo magnético gerado pelo elétrodo, alterando assim a velocidade. Este processo é conhecido como regulação de velocidade de tensão variável.
2. Em contraste, o processo de regulação da velocidade de um motor sem escovas envolve manter a tensão da fonte de alimentação do motor inalterada enquanto se altera o sinal de controlo da regulação eléctrica. A taxa de comutação do transístor MOS de alta potência é alterada por um microprocessador para alterar a velocidade. Este processo é designado por regulação de velocidade de frequência variável.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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