A reconfiguração de grupos de enrolamentos trifásicos idênticos, passando da ligação em estrela para a ligação em triângulo, altera as relações elétricas nos terminais de um motor BLDC de rotor externo, a resistência medida e as constantes ideais de velocidade e binário. As bobinas, os ímanes e a construção mecânica permanecem inalterados.

Essas relações ideais exigem definições consistentes da frequência fundamental e da corrente nos terminais. A seleção prática depende também do comportamento do controlador, do aquecimento real dos enrolamentos, da acessibilidade das extremidades dos enrolamentos e dos ensaios aprovados pelo fornecedor.

Em que diferem as ligações de enrolamento em estrela e em triângulo?

As denominações «estrela» e «triângulo» descrevem a forma como três grupos de enrolamentos existentes estão interligados. Não identificam diferentes construções do motor nem exigem a alteração do número de espiras dos enrolamentos.

Disposição do enrolamento em estrela (Y)

Uma configuração em estrela (Y) une uma extremidade de todos os três enrolamentos, enquanto as suas extremidades restantes servem como os três terminais de fase externos. As três extremidades restantes formam os terminais externos do motor.

Como cada terminal se liga diretamente a um enrolamento, a corrente da linha do terminal é igual à corrente de fase do enrolamento. Esta relação aplica-se à corrente que flui através desse enrolamento individual.

Em condições fundamentais sinusoidais equilibradas, cada enrolamento ligado em estrela recebe uma tensão de fase igual à tensão entre linhas dividida por √3. A relação correspondente é Vfase = Vlinha / √3.

A junção neutra é normalmente interna e pode não ser acessível externamente. A sua disposição física deve ser confirmada antes de se considerar qualquer alteração na ligação.

Disposição dos enrolamentos em triângulo (Δ)

Na disposição em triângulo, os três grupos de enrolamentos são ligados de ponta a ponta, criando um circuito elétrico fechado. Cada terminal externo liga-se a uma junção entre dois enrolamentos.

Cada enrolamento está, portanto, ligado entre dois terminais de linha. A sua tensão de fase fundamental é igual à tensão linha a linha correspondente na comparação equilibrada.

Para correntes fundamentais sinusoidais equilibradas, a corrente de fase do enrolamento é igual à corrente da linha do terminal dividida por √3. Esta relação depende das componentes de corrente definidas.

O circuito em triângulo fechado também pode suportar correntes harmónicas circulantes. Consequentemente, a corrente do terminal medida externamente não revela necessariamente todas as componentes de corrente que circulam no interior dos enrolamentos.

O que permanece inalterado após a reconexão?

Uma reconexão genuína mantém os grupos de enrolamentos originais, as dimensões dos condutores, as espiras, os ímanes do rotor e a geometria do entreferro. Apenas as ligações elétricas entre as extremidades dos enrolamentos se alteram.

A resistência de cada enrolamento individual permanece fundamentalmente a mesma a uma temperatura equivalente. No entanto, a resistência medida entre os terminais externos do motor altera-se substancialmente.

A construção mecânica e o projeto magnético do motor permanecem inalterados. Qualquer alteração na capacidade de desempenho deve resultar das novas condições de funcionamento elétrico, e não de um suposto aumento da força magnética.

Como é que a resistência, o Kv e o Kt variam entre a ligação em estrela e a ligação em triângulo?

Várias constantes importantes do motor alteram-se quando grupos de enrolamentos idênticos são reconectados. Estas relações devem ser interpretadas utilizando medições nos terminais consistentes e convenções elétricas claramente definidas.

Resistência entre terminais de linha a linha

Seja Rcoil a resistência em corrente contínua de um grupo de enrolamentos a uma temperatura especificada. Cada um dos três grupos idênticos tem esta mesma resistência.

Com a ligação em estrela, uma medição em corrente contínua entre dois terminais do motor passa por dois enrolamentos em série. A resistência terminal medida é 2 × Rcoil.

Com a ligação em triângulo, um enrolamento forma um caminho direto entre os terminais. O outro caminho contém dois enrolamentos em série, produzindo uma resistência equivalente a 2 × Rcoil / 3.

Portanto, a resistência terminal em estrela é três vezes superior à resistência terminal em triângulo. Trata-se de um efeito da ligação, não de uma evidência de que os condutores de cobre individuais tenham sofrido alterações.

Utilize a mesma temperatura do enrolamento e métodos de medição de baixa resistência adequados para comparação. Desligue o motor do seu controlador para evitar que percursos de circuito não relacionados afetem os resultados.

Constante de velocidade (Kv)

Kv descreve a velocidade de rotação mecânica em relação a uma convenção especificada de tensão de força contra-elétrica. O seu valor numérico depende de a tensão ser definida nos terminais do enrolamento ou nos terminais externos.

Para grupos de enrolamentos idênticos, força eletromotriz fundamental equilibrada e definições consistentes de tensão terminal linha a linha, a relação ideal é Kv_triângulo = √3 × Kv_estrela.

Isto significa que a configuração delta tem uma constante de velocidade terminal ideal mais elevada. À mesma velocidade mecânica, a sua força contra-eletromotriz fundamental entre fases é mais baixa.

Esta relação não deve ser interpretada como um aumento garantido da velocidade de funcionamento real. A tensão aplicada, o binário de carga, as limitações do controlador e as perdas determinam o ponto de funcionamento.

Constante de binário (Kt)

Kt relaciona o binário eletromagnético gerado com uma quantidade de corrente definida. As comparações exigem convenções consistentes de corrente de linha nos terminais, pressupostos fundamentais sinusoidais e definições equivalentes da forma de onda da corrente.

Nestas condições correspondentes, a relação ideal é Kt_star = √3 × Kt_delta. A configuração em estrela produz um maior binário eletromagnético por corrente de linha terminal equivalente.

No entanto, a relação corrente-enrolamento também se altera. Comparar constantes de binário expressas utilizando a corrente de fase do enrolamento com constantes expressas utilizando a corrente terminal leva a conclusões enganosas.

Os ímanes do rotor e os grupos de enrolamentos individuais mantêm as suas características subjacentes de produção de binário. A reconexão altera a forma como a excitação do enrolamento se manifesta nos terminais elétricos externos.

Por que razão as convenções de medição são importantes

As fichas técnicas dos motores e os controladores podem utilizar definições diferentes de tensão e corrente. O valor RMS fundamental, a amplitude de pico, a corrente de fase e a corrente da linha terminal não são intercambiáveis.

As relações √3, bem conhecidas, descrevem fundamentais sinusoidais equilibrados. Não devem ser aplicadas diretamente a leituras RMS PWM arbitrárias ou a medições de corrente em seis passos sem qualificação da forma de onda.

Parâmetro elétrico	Estrela (Y)	Triângulo (Δ)
Disposição dos enrolamentos	Três grupos que partilham um ponto neutro	Três grupos a formar um circuito fechado
Tensão fundamental do enrolamento	Vline / √3	Vline
Corrente fundamental do enrolamento	Iline	Iline / √3
Resistência CC nos terminais	2 × Rcoil	2 × Rcoil / 3
Kv terminal ideal	Kv_star	√3 × Kv_star
Kt ideal com base na corrente terminal	Kt_star	Kt_star / √3
Resistência individual do enrolamento	Rcoil	Rcoil

As relações entre tensão e corrente pressupõem componentes fundamentais sinusoidais equilibrados. As comparações entre Kv e Kt também requerem convenções de terminais correspondentes, enquanto as relações de resistência pressupõem enrolamentos idênticos a temperaturas iguais.

O que muda no desempenho operacional real?

As equações de ligação ideais descrevem a escala elétrica, mas o desempenho operacional prático depende da interação entre os enrolamentos do motor, o comportamento do controlador, a tensão de alimentação e a carga mecânica.

Utilização da tensão e velocidade sob carga

A uma determinada velocidade mecânica, a ligação em triângulo apresenta uma força contra-eletromotriz fundamental linha a linha inferior à da ligação em estrela. Isto altera a tensão necessária para uma determinada condição de funcionamento.

Em condições adequadas, a ligação em triângulo pode permitir o funcionamento a uma velocidade elétrica mais elevada antes de atingir um limite de tensão do inversor. No entanto, o limite de velocidade mecânica continua a ser aplicável separadamente.

A velocidade real sob carga depende também da impedância do enrolamento, do controlo de corrente, da estratégia de comutação, da resistência mecânica e da procura de binário. Um valor de Kv mais elevado não garante um aumento da velocidade.

A gama de velocidades pretendida deve ser verificada em função da integridade do rotor, do estado dos rolamentos, da frequência elétrica do controlador e do envelope de funcionamento aprovado para o conjunto completo.

Capacidade de binário e limites de corrente

Para um binário eletromagnético equivalente em condições ideais de equilíbrio, a ligação em triângulo requer uma corrente nos terminais diferente da ligação em estrela. Isto decorre da constante de binário alterada, baseada na corrente nos terminais.

A corrente que flui através de cada enrolamento continua a ser a grandeza mais relevante para avaliar o aquecimento do condutor. A corrente nos terminais, por si só, não permite determinar o ponto de funcionamento térmico admissível.

Com uma corrente de enrolamento equivalente e condições de funcionamento magnéticas idênticas, a reconexão não aumenta, por si só, a capacidade de binário eletromagnético do motor. Os mesmos grupos de enrolamentos produzem a excitação magnética.

No entanto, os limites de corrente do controlador podem afetar a ligação capaz de fornecer o binário necessário. É necessário avaliar tanto a capacidade de corrente de linha do inversor como os limites térmicos dos enrolamentos.

A reconectação também não cria automaticamente capacidade de potência adicional. Qualquer alteração de potência alcançável requer condições de funcionamento adequadas em termos de tensão, corrente, velocidade, arrefecimento e mecânica.

Perdas em cobre e corrente circulante em triângulo

Planeie as medições de corrente em função da quantidade necessária: a corrente nos terminais e a corrente nos enrolamentos respondem a questões diferentes. A disposição do equipamento desligado da alimentação é meramente ilustrativa, não implicando qualquer desempenho medido.

O aquecimento resistivo nos enrolamentos é determinado pela sua resistência elétrica e pela corrente RMS verdadeira que os atravessa. Para três grupos de enrolamentos idênticos, a perda total no cobre é 3 × Iwinding_rms² × Rcoil.

Iwinding_rms deve representar a corrente RMS verdadeira que atravessa cada enrolamento, incluindo os componentes harmónicos relevantes. Utilizar apenas a corrente fundamental ou uma corrente medida externamente pode subestimar o aquecimento.

As ligações em estrela e em triângulo podem apresentar perdas fundamentais de cobre comparáveis em condições equivalentes de corrente nos enrolamentos. As suas perdas operacionais totais podem, ainda assim, diferir, uma vez que as formas de onda reais da corrente variam.

Um circuito em triângulo fechado pode suportar correntes circulantes impulsionadas por forças eletromotrizes harmónicas adequadas. Tais correntes podem aumentar o aquecimento dos enrolamentos sem produzir o binário útil correspondente.

Algumas componentes circulantes anulam-se nos terminais externos. Por conseguinte, as medições da corrente nos terminais, por si só, podem não detetar corrente interna adicional no triângulo nem determinar com precisão a perda total de cobre.

PWM e efeitos harmónicos

Os controladores BLDC práticos aplicam formas de onda de tensão comutadas, em vez de tensões sinusoidais contínuas ideais. O comportamento do PWM, a estratégia de modulação e a indutância do enrolamento influenciam a corrente resultante.

A comutação em seis passos pode introduzir componentes harmónicos substanciais, enquanto o controlo sinusoidal também sofre ondulações relacionadas com a comutação. A corrente RMS resultante no enrolamento depende das condições de funcionamento.

A circulação em delta é particularmente relevante quando componentes harmónicos da força contra-eletromotriz (FCE) podem conduzir corrente em torno do circuito fechado do enrolamento. A sua importância depende do projeto real do motor e da forma de onda.

Os engenheiros devem comparar as formas de onda de corrente medidas, a potência elétrica e a temperatura do enrolamento em condições de funcionamento representativas. As constantes terminais ideais, por si só, não permitem determinar a eficiência ou a equivalência térmica.

É possível reconfigurar o mesmo motor BLDC de rotor externo?

As ligações em estrela e em triângulo são disposições elétricas alternativas, mas nem todos os motores montados suportam a mudança entre elas. A reconfiguração requer acesso adequado aos enrolamentos e aprovação explícita do fornecedor.

Verifique o acesso a todas as extremidades dos enrolamentos

Amostras de fios separadas ilustram a necessidade de identificar ambas as extremidades de cada grupo de enrolamento. Não indicam que o motor apresentado na imagem seja reconectável em campo; o seu esquema de terminação real determina a viabilidade.

Um motor trifásico tem três grupos de enrolamentos, cada um com duas extremidades. A reconfiguração requer, geralmente, ligações acessíveis e identificáveis a todas as seis extremidades dos enrolamentos.

Um motor com apenas três condutores de fase externos pode ter as suas junções internas de enrolamento ligadas de forma permanente. Esses terminais, por si só, são insuficientes para converter a ligação em estrela numa ligação em triângulo.

A troca de dois condutores de fase externos pode alterar o sentido de rotação em configurações adequadas, mas não altera a topologia interna dos enrolamentos nem as constantes de ligação elétrica.

Mesmo quando existem seis extremidades internamente, a acessibilidade física não garante a adequação à reconfiguração do campo. O encapsulamento, os arranjos de isolamento e a construção mecânica podem impedir uma modificação aprovada.

Analisar os requisitos físicos e elétricos

O projeto de reconexão deve especificar a identificação dos enrolamentos, a disposição dos terminais, as juntas de ligação e os requisitos de isolamento. Estes detalhes afetam tanto a fiabilidade elétrica como a integração mecânica.

No interior de um motor de rotor externo, a cablagem de ligação deve permanecer afastada da campânula rotativa e do envelope do eixo. O traçado deve ter em conta o movimento, as tolerâncias, a vibração e a expansão térmica.

As juntas de terminação requerem contacto elétrico adequado, retenção mecânica e isolamento. Qualquer modificação aprovada deve preservar a proteção pretendida contra abrasão, contaminação e falhas elétricas.

O acesso ao interior do motor pode introduzir riscos relacionados com ímanes permanentes, rolamentos e o delicado isolamento dos enrolamentos. A desmontagem não aprovada pode danificar componentes ou invalidar a construção pretendida.

Confirmar a aprovação do fornecedor

A Gian Transmission fornece opções de configuração personalizada dos enrolamentos para os seus motores CC sem escovas do tipo «outrunner». A viabilidade da reconexão deve ainda ser confirmada para o projeto específico.

A análise deve identificar a disposição original dos enrolamentos, as extremidades acessíveis dos enrolamentos, o método de ligação, os detalhes do isolamento e se o motor foi concebido para reconfiguração.

A aprovação deve também abranger quaisquer procedimentos de fabrico ou manutenção necessários. Uma ligação que se revele teoricamente possível não é automaticamente adequada para modificação após a montagem final.

Quando a reconexão não for suportada, configurações em estrela e em triângulo separadas, especificadas pelo fabricante, podem proporcionar uma comparação mais adequada do que tentar modificar um motor já montado.

Que alterações no controlador e na comutação devem ser verificadas?

A alteração da topologia dos enrolamentos afeta as condições elétricas apresentadas ao controlador. Não se deve presumir que os parâmetros existentes do variador sejam adequados apenas porque o motor utiliza os mesmos terminais externos.

Compatibilidade de tensão e corrente do controlador

O controlador deve acomodar a força contra-eletromotriz (FEM) dos terminais da ligação selecionada, os requisitos de corrente, a frequência elétrica e a impedância do enrolamento em toda a gama de funcionamento pretendida.

As definições de controlo de corrente requerem atenção especial, uma vez que a relação entre a corrente nos terminais e a corrente no enrolamento se altera. Limites de corrente idênticos podem produzir condições de funcionamento diferentes no enrolamento.

Analise a tensão disponível no barramento de CC e a estratégia de modulação em relação ao perfil de velocidade-binário necessário. Considere as exigências de aceleração, em vez de avaliar apenas o funcionamento em estado estacionário.

As configurações de proteção devem refletir a combinação aprovada de motor e controlador. As respostas a sobrecorrente, subtensão e sobreaquecimento devem ser avaliadas utilizando a ligação selecionada e o comportamento real medido.

Sensor Hall e mapeamento de fases

Os sensores Hall fornecem informações sobre a posição do rotor, utilizadas por controladores compatíveis para a comutação. As suas localizações físicas permanecem inalteradas quando as ligações do enrolamento são modificadas.

No entanto, a relação efetiva entre os terminais de fase externos, a excitação do enrolamento e os sinais Hall pode alterar-se. Por conseguinte, o mapeamento de comutação existente requer verificação.

Os engenheiros devem verificar a sequência do estado do sensor Hall, a identificação da fase dos terminais, a direção comandada e o alinhamento elétrico. Um mapeamento incorreto pode causar um arranque deficiente, pulsação de binário ou corrente excessiva.

Sempre que necessário, volte a colocar o controlador em serviço utilizando procedimentos de alinhamento e comutação aprovados. Não presuma que as definições de temporização originais permanecem corretas apenas porque o hardware do sensor não foi alterado.

Definições de arranque, inversão e proteção

O comportamento de arranque fornece evidências úteis do mapeamento de fases correto e do controlo adequado da corrente. Teste a carga de arranque pretendida utilizando um procedimento operacional aprovado.

Os perfis de aceleração e desaceleração devem permanecer compatíveis com o binário e a corrente disponíveis. A operação de inversão requer, adicionalmente, a avaliação da inércia mecânica e da carga elétrica transitória.

Durante a desaceleração, a energia regenerativa pode afetar o barramento de corrente contínua e o comportamento das proteções. O controlador e a configuração da alimentação devem acomodar com segurança o regime de funcionamento especificado.

Registe as configurações finais do controlador juntamente com a configuração dos enrolamentos. Estas configurações fazem parte do sistema do motor aprovado, não sendo valores predefinidos intercambiáveis.

Como devem ser testadas e comparadas as configurações em estrela e em triângulo?

Uma comparação fiável separa os efeitos da reconexão elétrica das alterações na carga, temperatura, configurações do controlador e técnica de medição. Ambas as configurações requerem limites de teste consistentes.

Estabelecer uma comparação controlada

Utilize os mesmos grupos de enrolamentos, rotor e montagem mecânica sempre que uma reconexão aprovada permitir uma comparação direta. Caso contrário, documente claramente as diferenças entre as amostras configuradas de fábrica.

Defina as condições do barramento de corrente contínua, o modo de funcionamento do controlador, as definições de comutação e a carga mecânica antes do teste. Registe quais as grandezas que representam medições instantâneas, médias, de pico ou RMS.

A temperatura deve ser registada, uma vez que a resistência do cobre aumenta com o aquecimento. As medições de resistência efetuadas a diferentes temperaturas devem ser normalizadas ou interpretadas com a diferença de temperatura documentada.

A instrumentação deve distinguir a corrente nos terminais da corrente nos enrolamentos, sempre que possível. Para configurações em triângulo, utilize métodos aprovados de medição da corrente nos enrolamentos ou análises validadas para ter em conta os componentes em circulação.

Todos os ensaios em rotação requerem proteções adequadas e limites de funcionamento aprovados. Os procedimentos de ensaio devem também ter em conta arranques inesperados, energia elétrica armazenada e riscos relacionados com cargas mecânicas.

Medir o desempenho elétrico e mecânico

Comece pela identificação dos enrolamentos e pelas medições da resistência dos terminais desligados. Compare os resultados com as relações esperadas da rede em estrela ou em triângulo à temperatura registada dos enrolamentos.

Meça a força contra-elétrica fundamental em função da velocidade de rotação mecânica, utilizando a mesma definição de tensão nos terminais. Determine o Kv a partir de medições consistentes, em vez de se basear apenas nas estimativas de velocidade do controlador.

Para ensaios de binário, meça simultaneamente o binário do eixo e a corrente elétrica em condições de funcionamento definidas. Registe se os valores de corrente representam os valores fundamentais dos terminais ou os valores RMS reais dos enrolamentos.

Compare a velocidade de funcionamento e o binário de carga exigidos com a entrada elétrica medida e o aquecimento dos enrolamentos. Assegure-se de que cada resultado corresponde a uma condição de ensaio claramente definida.

A verificação térmica deve incluir condições de funcionamento contínuas e intermitentes representativas. A temperatura de funcionamento estável e o aquecimento transitório admissível devem ser avaliados em relação aos limites dos componentes aprovados para a aplicação.

Para a ligação em triângulo, avalie os efeitos da corrente de circulação através de medições de corrente adequadas, análise de formas de onda e evidência térmica. As correntes nos terminais equilibradas externamente não garantem a ausência de circulação interna.

Por fim, teste o arranque, a aceleração controlada, o funcionamento estável, a desaceleração e a inversão, quando aplicável. Confirme a repetibilidade do comportamento de comutação e de proteção em todo o intervalo de funcionamento especificado.

Definir critérios de aceitação específicos da aplicação

Os critérios de aceitação devem seguir a tensão, a carga, a velocidade de funcionamento, os requisitos térmicos e as limitações do controlador da aplicação real. Os limites de aprovação universais são inadequados para configurações de motores personalizadas.

A lista de verificação seguinte associa cada item de verificação a evidências mensuráveis. Os resultados devem ser analisados em relação aos requisitos aprovados do projeto, em vez de pressupostos sem fundamento sobre qualquer uma das topologias de enrolamento.

Item de verificação	Medida ou Evidência	Base de aceitação
Identificação do enrolamento	Desenho de ligação, medições de continuidade e identificação dos terminais	Configuração aprovada do enrolamento
Resistência dos terminais	Medições de corrente contínua entre linhas com referência à temperatura	Relação de ligação prevista e equilíbrio aprovado dos enrolamentos
Força contra-eletromotriz (FCE) e Kv	Tensão fundamental nos terminais e velocidade mecânica medidas	Requisitos aprovados relativos à constante do motor e à velocidade
Relação binário-corrente	Binário do eixo medido e corrente elétrica definida	Binário necessário em toda a gama de funcionamento
Corrente no enrolamento e aquecimento	Corrente RMS real do enrolamento e medições representativas de temperatura	Limites térmicos aprovados para o enrolamento e os componentes
Efeitos de harmónicos e de corrente circulante	Análise da forma de onda da corrente, evidência adequada da corrente interna e aquecimento	Requisitos aprovados relativos a perdas e desempenho térmico
Compatibilidade do controlador e do sensor Hall	Mapeamento de fases, alinhamento de comutação e comportamento de proteção verificados	Requisitos de funcionamento do controlador aprovados
Desempenho operacional sob carga	Velocidade, binário, potência de entrada e temperatura em condições de funcionamento representativas	Envelope de funcionamento definido pela aplicação
Arranque e inversão	Arranques, acelerações, desacelerações e mudanças de direção registadas	Requisitos funcionais e de proteção especificados

Finalizar a configuração aprovada

A seleção final deve refletir o desempenho medido da aplicação, em vez de partir do princípio de que uma determinada topologia é universalmente superior. A utilização da tensão, o aquecimento dos enrolamentos e a compatibilidade do controlador devem estar em conformidade.

Para um projeto personalizado, a análise de engenharia dos motores CC sem escovas da Gian Transmission pode abordar a ligação especificada dos enrolamentos e os seus requisitos de integração.

O registo de engenharia deve identificar a topologia selecionada, a identificação dos enrolamentos, as definições dos terminais, os valores de resistência, a convenção de força eletromotriz contrária (EMF) e os parâmetros de funcionamento aprovados do controlador.

Incluir o desempenho medido de binário-velocidade, as definições de corrente, as observações térmicas, a verificação da comutação e quaisquer restrições identificadas durante ensaios representativos nas condições de funcionamento previstas.

Os resultados exigidos são um desenho da ligação dos enrolamentos aprovado pelo fornecedor, especificações elétricas verificadas, configurações do controlador documentadas, limites operacionais definidos pela aplicação e registos de instalação e de testes de aceitação aprovados.