Como as perdas de ferro influenciam diretamente na seleção de um motor BLDC

Isso é especialmente verdadeiro no mundo dos motores elétricos em miniatura, que são vitais para salvar, melhorar e melhorar a vida de muitos. Um aspecto fundamental do desempenho de um motor é sua eficiência, que é definida como a relação entre a potência mecânica e a potência elétrica: η=(Potência Mecânica)/(Potência Elétrica)

Como a eficiência impacta diretamente no aquecimento e no consumo de energia do motor, ela deve ser selecionada com o máximo cuidado para aproveitar ao máximo o espaço disponível. Aqui exploramos a eficiência e as perdas de um motor BLDC, bem como como isso desempenha um papel fundamental no projeto do motor e no processo de seleção.

O objetivo de um motor BLDC é transformar energia elétrica (UI) em energia mecânica (Tω). No entanto, como um motor nunca pode atingir a perfeição, três tipos principais de perdas são criados durante a conversão de energia elétrica em mecânica: perdas por atrito, perdas de cobre e perdas de ferro.

Potência Elétrica – (Perdas por Atrito + Perdas de Cobre + Perdas de Ferro) = Potência Mecânica

Perdas por Atrito: As perdas por atrito são geradas pelos rolamentos de esferas e dependem do uso da aplicação (velocidade, carga, aceleração) e ambiente (temperatura, sujeira, etc.), mas também dos parâmetros intrínsecos do rolamento, incluindo material, desgaste, lubrificantes, e vedação.

Perdas de Cobre : As perdas de cobre, também chamadas de perdas Joule, são geradas pela resistência da bobina. O torque é diretamente proporcional à corrente (T=kI), portanto, quanto mais torque um motor fornecer, maiores serão as perdas de cobre geradas. Isso segue a função quadrática: Perdas de cobre=R * I ²

Lembre-se de que a resistência aumentará quando o motor estiver aquecendo, o que reduzirá a eficiência de acordo com a equação abaixo. R = R_0.(1+γ.∆Temp)

-R_0: valor da resistência (Ω) no ambiente (dado no datasheet) | γ: fator de resistência de 0,004/°C para cobre

Perdas de ferro : As perdas de ferro podem ser facilmente mal interpretadas, mas têm um impacto substancial no desempenho do motor. As perdas dependem muito da frequência da variação do fluxo magnético em um material, ou seja, quanto mais rápido um motor gira, mais perdas são geradas.

Para entender melhor esse fenômeno, um pequeno experimento pode ser conduzido. Um ímã pode ser jogado em um tubo levemente ferromagnético (cobre ou alumínio), onde se pode observar que a velocidade do ímã em queda é muito menor do que seria de esperar. Podemos comparar isso trocando o tubo por plástico ou substituindo o ímã por um pedaço de metal do mesmo tamanho e peso.

De acordo com a Lei de Lenz, quando o ímã está caindo através do tubo, a mudança do campo magnético induz correntes que fluem na direção oposta à mudança que as produz. Isso é o que reduz a velocidade do ímã.

Lei de Lenz: EMF induzido = -(∆Φ/∆t)

∆Φ/∆t é a taxa de variação do fluxo magnético

As perdas de ferro são geradas por dois fenômenos: Correntes parasitas

De acordo com a Lei de Faraday, quando um campo magnético é aplicado em um condutor, uma corrente é gerada através dele. E como o material tem uma resistividade elétrica específica, gera algumas perdas (R*I²).

Perdas por correntes parasitas=RI^2≅ CB^2.f^2.t^2.

– C é uma constante dependente do projeto do motor e dos materiais

– B é o campo magnético no material (T)

-f é a frequência de reversão magnética por segundo (Hz)

-t é a espessura do material (m)

-V é o volume do condutor (m³)

Com a fórmula anterior, podemos ver os parâmetros que desempenham um grande papel na criação dessas perdas por correntes parasitas (Figura 3). Não é de surpreender que a frequência da reversão do campo magnético tenha um impacto substancial, assim como a velocidade do motor; a intensidade do campo magnético e até mesmo a espessura do material também desempenham um papel importante.

Uma maneira eficaz de reduzir o impacto da espessura do material é laminar o material do núcleo. Isso cria um caminho menor para a corrente percorrer, o que significa que ela se dividirá em várias pequenas correntes em vez de uma grande corrente. Como as perdas são criadas com o valor ao quadrado da corrente, isso é altamente eficaz (t/2 => i/2 => correntes parasitas/4). Uma coisa a ter em mente é que, para evitar que a corrente flua entre duas laminações, elas devem ser isoladas uma da outra com um revestimento.