Você já se perguntou por 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 eletrônica, reduzindo o atrito e o desgaste. Em contrapartida, os motores com escova, embora mais simples e econômicos, sofrem com problemas de manutenção devido ao atrito da escova. Este artigo analisa os princípios distintos, o desempenho e as aplicações de ambos os tipos de motor, ajudando você a entender seus pontos fortes e suas limitações. Descubra como essas diferenças afetam tudo, desde a regulagem de velocidade até a estabilidade operacional. Mergulhe de cabeça para saber qual motor atende melhor às suas necessidades e por quê.
Um motor CC sem escova é um produto mecatrônico que consiste em um corpo de motor e um driver.
Diferentemente dos motores síncronos, que exigem um enrolamento de partida no rotor para dar partida sob carga pesada com regulagem de velocidade de frequência variável, o motor CC sem escovas opera em um modo de autocontrole. Ele não produz oscilação nem fica defasado quando há mudanças repentinas na carga.
A maioria dos motores CC sem escovas de pequeno e médio porte utiliza ímãs de terras raras de neodímio, ferro e boro (Nd-Fe-B) devido ao seu alto nível de energia magnética.
Como resultado, o motor sem escovas de ímã permanente de terras raras tem um tamanho de estrutura menor do que um motor assíncrono trifásico com a mesma capacidade.
Um motor com escova é um motor rotativo que usa um dispositivo de escova para converter energia elétrica em energia mecânica (como um motor) ou energia mecânica em energia elétrica (como um gerador). Ao contrário dos motores sem escovas, um dispositivo de escova é usado para introduzir ou extrair tensão e corrente.
O motor de escova é a base de todos os motores, possuindo vários recursos vantajosos, como partida rápida, frenagem oportuna, regulagem de velocidade suave em uma ampla faixa e um circuito de controle relativamente simples.
O motor com escovas é o primeiro tipo de motor com que entramos em contato, e é frequentemente usado como modelo para ilustrar motores em aulas de física durante o ensino médio.
Os principais componentes de um motor com escovas são o estator, o rotor e as escovas.
O torque rotativo é gerado por meio de um campo magnético rotativo, que permite a produção de energia cinética.
As escovas e o comutador estão em constante contato e atrito e desempenham as importantes funções de condução e comutação durante a rotação.
O motor de escova utiliza comutação mecânica, em que os polos magnéticos permanecem estacionários enquanto a bobina gira.
Durante a operação, a bobina e o comutador giram, enquanto o aço magnético e a escova de carbono permanecem estacionários. O comutador e a escova girando com o motor permitem a conclusão da mudança alternada da direção da corrente da bobina.
Em um motor de escova, esse processo envolve a disposição dos dois terminais de entrada de energia de cada grupo de bobinas em um anel. Os terminais de entrada de energia são separados uns dos outros por materiais isolantes e formados em um cilindro conectado ao eixo do motor.
Uma pequena coluna feita de dois elementos de carbono (escova de carbono) é usada para passar a fonte de alimentação. A escova de carbono se move a partir de duas posições fixas específicas sob a ação da pressão da mola. A energização de um grupo de bobinas é obtida pressionando-se os dois pontos no cilindro superior do anel de entrada de energia da bobina.
À medida que o motor gira, diferentes bobinas ou diferentes polos da mesma bobina são energizados em momentos diferentes. Isso cria uma diferença de ângulo adequada entre o polo N-S do campo magnético gerado pela bobina e o polo N-S do estator de ímã permanente mais próximo. O campo magnético atrai e repele um ao outro, gerando força e fazendo com que o motor gire.
A escova de carbono desliza sobre o conector da bobina, semelhante a uma escova em uma superfície de objeto, daí o termo "escova" de carbono. Entretanto, o deslizamento entre eles causa atrito e perda, exigindo a substituição regular da escova de carbono.
Além disso, o liga-desliga alternado entre a escova de carvão e o conector da bobina gera faíscas elétricas, produz ruptura eletromagnética e interfere em equipamentos eletrônicos.
Em um motor sem escovas, a comutação é realizada pelo circuito de controle dentro do controlador. Normalmente, isso envolve um sensor Hall e um controlador, embora uma tecnologia mais avançada, como um codificador magnético, também possa ser utilizada.
O motor sem escovas emprega comutação eletrônica, com a bobina permanecendo estacionária enquanto o polo magnético gira.
Para detectar a posição do polo magnético do ímã permanente, o motor sem escovas utiliza um conjunto de equipamentos eletrônicos que incorpora o elemento Hall.
Com base nessa detecção, o circuito eletrônico alterna oportunamente a direção da corrente na bobina para garantir que o motor gere força magnética na direção correta para acioná-lo.
A desvantagem do motor com escova é eliminada no motor sem escova.
Esses 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, como ajustar o ângulo de comutação de energia, frear, reverter, travar e interromper o fornecimento de energia ao motor utilizando o sinal de frenagem. A trava eletrônica do alarme dos carros a bateria aproveita ao máximo essas funções.
Um motor CC sem escovas, que compreende um corpo de motor e um driver, é um produto mecatrônico padrão.
Como o motor CC sem escovas opera em um modo de autocontrole, ele não exige um enrolamento de partida no rotor, como o motor síncrono que dá partida sob uma carga pesada com regulagem de velocidade de frequência variável. Ele também não produz oscilação ou fica defasado quando há uma mudança repentina na carga.
Já no século XIX, quando o motor foi desenvolvido pela primeira vez, o motor prático era sem escovas. Isso se refere ao motor assíncrono CA de gaiola de esquilo, que se tornou amplamente utilizado após a geração da CA.
No entanto, o motor assíncrono tem muitos defeitos insuperáveis, o que dificultou o desenvolvimento da tecnologia de motores. Em particular, o motor CC sem escovas não esteve disponível comercialmente por um longo tempo. Foi somente nos últimos anos, com o rápido avanço da tecnologia eletrônica, que ele se tornou disponível para operação comercial.
No entanto, o motor CC sem escovas ainda pertence à categoria de motores CA.
Logo após a invenção do motor sem escovas, foi desenvolvido o motor sem escovas CC. O motor sem escovas CC é popular devido ao seu mecanismo simples, fácil produção e processamento, manutenção conveniente e fácil controle.
O motor CC também tem características como resposta rápida, grande torque de partida e a capacidade de fornecer torque nominal desde a velocidade zero até a velocidade nominal. Como resultado, ele se tornou amplamente utilizado assim que foi introduzido.
O motor com escova CC tem várias vantagens, incluindo resposta de partida rápida, torque de partida significativo, mudança de velocidade estável, vibração mínima de zero a velocidade máxima e a capacidade de acionar cargas mais pesadas durante a partida.
Por outro lado, o motor sem escovas tem algumas desvantagens, como a alta resistência de partida (reatância indutiva), resultando em um fator de potência baixo e torque de partida relativamente pequeno. Ele também produz um zumbido durante a partida e fortes vibrações, e só pode acionar cargas menores durante a partida.
O motor de escova é regulado por tensão, garantindo partida estável, frenagem e operação em velocidade constante.
Por outro lado, os motores sem escovas são normalmente controlados por conversão de frequência digital. Esse processo envolve a conversão de CA para CC e, em seguida, de volta para CA, e o uso de alterações de frequência para controlar a velocidade.
Como resultado, os motores sem escovas podem apresentar desempenho instável e vibração significativa durante a partida e a frenagem. Eles só se tornam estáveis quando operam em uma velocidade constante.
Um motor CC sem escovas é normalmente combinado com um redutor e um decodificador para aumentar a potência de saída do motor e melhorar a precisão do controle.
Com uma precisão de controle que pode chegar a 0,01 mm, o motor pode parar as peças móveis em praticamente qualquer posição desejada.
Os motores CC controlam todas as máquinas-ferramentas de precisão.
No entanto, o motor sem escovas não é estável durante a partida e a frenagem, e as partes móveis param em posições diferentes a cada vez.
Para alcançar a posição desejada, é necessário usar um pino de localização ou um batente.
O motor com escova CC é amplamente utilizado devido à sua estrutura simples, baixo custo de produção, grande número de fabricantes e tecnologia madura. Ele é comumente utilizado em fábricas, máquinas-ferramentas de processamento, instrumentos de precisão e outras aplicações.
Em caso de falha do motor, a simples substituição da escova de carvão será suficiente. Cada escova de carbono custa apenas alguns yuans, o que a torna uma solução econômica.
Por outro lado, a tecnologia para motores sem escovas ainda é imatura, o preço é alto e a gama de aplicações é limitada. Ele é mais adequado para equipamentos de velocidade constante, como condicionadores de ar e refrigeradores de frequência variável. Se o motor sem escovas for danificado, ele só poderá ser substituído.
O motor sem escovas elimina a necessidade de escovas, resultando em uma mudança significativa: não há faísca elétrica gerada durante sua operação. Isso tem um impacto direto na redução da interferência causada por faíscas elétricas em equipamentos de rádio de controle remoto.
Um motor sem escovas opera sem escovas, resultando em atrito significativamente reduzido, operação mais suave e níveis de ruído muito mais baixos. Esses benefícios contribuem muito para a estabilidade operacional do modelo.
Como um motor sem escovas opera sem escovas, a principal fonte de desgaste é o rolamento. Do ponto de vista mecânico, os motores sem escovas praticamente não precisam de manutenção. Quando necessário, uma simples manutenção de remoção de poeira é tudo o que é preciso.
O controle dos dois motores é obtido por meio da regulagem da tensão. Os motores CC sem escovas usam comutação eletrônica e podem ser realizados com controle digital, enquanto os circuitos analógicos tradicionais, como tiristores, podem ser usados para comutação por meio de escova de carbono em motores CC com escovas, o que os torna relativamente simples.
1. O processo de regulagem de velocidade de um motor com escova envolve o ajuste da tensão da fonte de alimentação do motor. A tensão e a corrente ajustadas são convertidas por meio do comutador e da escova para alterar a intensidade do campo magnético gerado pelo eletrodo, alterando, assim, a velocidade. Esse processo é conhecido como regulagem de velocidade de tensão variável.
2. Por outro lado, o processo de regulagem de velocidade de um motor sem escovas envolve manter a tensão da fonte de alimentação do motor inalterada enquanto se altera o sinal de controle da regulagem elétrica. A taxa de comutação do transistor MOS de alta potência é alterada por um microprocessador para mudar a velocidade. Esse processo é chamado de regulagem de velocidade de frequência variável.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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