O que é motor sem escova?
Um motor DC sem escova é um produto mecatrônico que consiste em um corpo de motor e um driver.
Ao contrário dos motores síncronos que requerem um enrolamento de partida no rotor para dar partida sob carga pesada com regulação de velocidade de frequência variável, o motor CC sem escovas opera em modo de autocontrole. Não produz oscilação nem fica descompassado quando há mudanças repentinas na carga.
A maioria dos motores CC sem escovas de pequeno e médio porte utiliza ímãs de terras raras, neodímio, ferro e boro (Nd-Fe-B) devido ao seu alto nível de energia magnética.
Como resultado, o motor sem escova de ímã permanente de terras raras tem um tamanho de carcaça menor do que um motor assíncrono trifásico com a mesma capacidade.
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Um motor de escova é um motor rotativo que usa um dispositivo de escova para converter energia elétrica em energia mecânica (como motor) ou energia mecânica em energia elétrica (como gerador). Ao contrário dos motores sem escova, 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 diversas características vantajosas, como partida rápida, frenagem oportuna, regulação suave de velocidade em uma ampla faixa e um circuito de controle relativamente simples.
Diferença entre motor sem escova e motor com escova no princípio de funcionamento
1. Princípio de funcionamento do motor de escova
O motor escovado é o primeiro tipo de motor com o qual entramos em contato e é frequentemente usado como modelo para ilustrar motores nas aulas de física do ensino médio.
Os principais componentes de um motor com escovas são o estator, o rotor e as escovas.
O torque rotativo é gerado através de um campo magnético rotativo, que permite a saída de energia cinética.
As escovas e o comutador estão em constante contato e fricção e desempenham importantes funções de condução e comutação durante a rotação.
O motor da escova utiliza comutação mecânica, onde os pólos 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 com escovas, esse processo envolve organizar os 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 formam um cilindro conectado ao eixo do motor.
Uma pequena coluna composta por dois elementos de carbono (escova de carvão) é utilizada para passar a fonte de alimentação. A escova de carvão 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 os dois pontos no cilindro do anel de entrada de energia da bobina superior.
À medida que o motor gira, bobinas diferentes ou pólos diferentes da mesma bobina são energizados em momentos diferentes. Isto cria uma diferença angular adequada entre o pólo NS do campo magnético gerado pela bobina e o pólo NS do estator de ímã permanente mais próximo. O campo magnético se atrai e se repele, gerando força e fazendo o motor girar.
A escova de carbono desliza no conector da bobina, semelhante a uma escova na superfície de um objeto, daí o termo “escova” de carbono. No entanto, deslizar entre eles causa fricção e perda, sendo necessária a substituição regular da escova de carvão.
Além disso, a alternância liga-desliga entre a escova de carvão e o conector da bobina gera faíscas elétricas, produz ruptura eletromagnética e interfere em equipamentos eletrônicos.
2. Princípio de funcionamento do motor sem escova
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 também possa ser utilizada tecnologia mais avançada, como um codificador magnético.
O motor sem escova emprega comutação eletrônica, com a bobina permanecendo estacionária enquanto o pólo magnético gira.
Para detectar a posição do pólo magnético do ímã permanente, o motor brushless utiliza um conjunto de equipamentos eletrônicos que incorpora o elemento hall.
Com base nesta detecção, o circuito eletrônico muda 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 escova também pode realizar várias funções que um motor com escova não consegue, como ajustar o ângulo de comutação de energia, frenagem, reversão, travamento e interrupção da fonte de alimentação do motor utilizando o sinal de frenagem. O alarme eletrônico dos carros a bateria aproveita ao máximo essas funções.
Um motor DC sem escovas, que compreende um corpo de motor e um driver, é um produto mecatrônico padrão.
Como o motor CC sem escovas opera em modo de autocontrole, ele não requer um enrolamento de partida no rotor, como o motor síncrono que dá partida sob carga pesada com regulação de velocidade de frequência variável. Também não produz oscilação ou fica fora de sincronismo quando há uma mudança repentina na carga.
Diferenças de desempenho
1. O motor da escova tem estrutura simples, longo tempo de desenvolvimento e tecnologia madura
Já no século 19, quando o motor foi desenvolvido pela primeira vez, o motor prático era sem escovas. Refere-se ao motor assíncrono CA de gaiola de esquilo, que se tornou amplamente utilizado após a geração de CA.
Porém, o motor assíncrono apresenta muitos defeitos intransponíveis, o que dificulta o desenvolvimento da tecnologia de motores. Em particular, o motor DC sem escovas não estava disponível comercialmente por muito tempo. Somente nos últimos anos, com o rápido avanço da tecnologia eletrônica, é que ele se tornou disponível para operação comercial.
No entanto, o motor DC sem escovas ainda pertence à categoria de motores AC.
Logo após a invenção do motor sem escovas, o motor CC sem escovas foi desenvolvido. O motor DC sem escova é popular devido ao seu mecanismo simples, fácil produção e processamento, manutenção conveniente e fácil controle.
O motor DC também possui características como resposta rápida, grande torque de partida e capacidade de fornecer torque nominal da velocidade zero à velocidade nominal. Como resultado, tornou-se amplamente utilizado assim que foi introduzido.
2. O motor DC sem escova tem velocidade de resposta rápida e grande torque de partida
O motor de escova CC tem várias vantagens, incluindo resposta de partida rápida, torque de partida significativo, mudança de velocidade estável, vibração mínima de zero à velocidade máxima e a capacidade de acionar cargas mais pesadas durante a partida.
Por outro lado, o motor sem escovas apresenta algumas desvantagens, como alta resistência de partida (reatância indutiva), resultando em baixo fator de potência e torque de partida relativamente pequeno. Ele também produz um zumbido durante a partida e vibrações fortes, e só pode acionar cargas menores durante a partida.
3. O motor de escova DC funciona de forma estável e tem bom efeito de partida e frenagem
O motor da escova é regulado por tensão, garantindo partida estável, frenagem e operação em velocidade constante.
Por outro lado, os motores sem escova são normalmente controlados por conversão digital de frequência. Este processo envolve a conversão de CA em CC e, em seguida, de volta em 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 a uma velocidade constante.
4. Alta precisão de controle do motor DC sem escova
Um motor DC sem escova 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 DC controlam todas as máquinas-ferramentas de precisão.
No entanto, o motor sem escovas não é estável durante a partida e a frenagem, e as peças móveis irão parar em posições diferentes a cada vez.
Para atingir a posição desejada, um pino de localização ou batente deve ser utilizado.
5. O motor de escova DC tem as vantagens de baixo custo e manutenção conveniente
O motor de escova DC é amplamente utilizado devido à sua estrutura simples, baixo custo de produção, grande número de fabricantes e tecnologia madura. É comumente utilizado em fábricas, máquinas-ferramentas de processamento, instrumentos de precisão e outras aplicações.
Em caso de falha do motor, bastará simplesmente substituir a escova de carvão. Cada escova de carvão custa apenas alguns yuans, o que a torna uma solução acessível.
Por outro lado, a tecnologia para motores sem escovas ainda é imatura, o preço é alto e a gama de aplicações é limitada. É mais adequado para equipamentos de velocidade constante, como condicionadores de ar e refrigeradores de frequência variável. Se o motor sem escova estiver danificado, ele só poderá ser substituído.
6. Sem escova, baixa interferência
O motor brushless dispensa o uso de escovas, resultando em uma mudança significativa: não há geração de faísca elétrica durante seu funcionamento. Isto tem um impacto direto na redução da interferência causada por faíscas elétricas em equipamentos de rádio de controle remoto.
7. Baixo ruído e operação suave
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 enormemente para a estabilidade operacional do modelo.
8. Longa vida útil e baixo custo de manutenção
Como um motor sem escovas opera sem escovas, a principal fonte de desgaste está no rolamento. Do ponto de vista mecânico, os motores sem escovas praticamente dispensam manutenção. Quando necessário, basta uma simples manutenção de remoção de poeira.
Diferença do modo de regulação de velocidade
O controle dos dois motores é feito através da regulação de tensão. Os motores CC sem escova usam comutação eletrônica e podem ser realizados com controle digital, enquanto circuitos analógicos tradicionais, como tiristores, podem ser usados para comutação através de escova de carbono em motores CC com escova, tornando-o relativamente simples.
1. O processo de regulação de velocidade de um motor com escova 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 eletrodo, alterando assim a velocidade. Este processo é conhecido como regulação de velocidade de tensão variável.
2. Em contraste, o processo de regulação de velocidade de um motor sem escova envolve manter inalterada a tensão da fonte de alimentação do motor enquanto altera o sinal de controle da regulação elétrica. A taxa de comutação do transistor MOS de alta potência é alterada por um microprocessador para alterar a velocidade. Este processo é chamado de regulação de velocidade de frequência variável.
