Os motores de corrente contínua sem escovas (BLDC) tornaram-se parte integrante de várias aplicações devido à sua elevada eficiência, fiabilidade e longa vida útil. Como os motores BLDC utilizam comutação eletrónica em vez de escovas físicas, sofrem menos desgaste do que os seus homólogos com escovas.
Um aspeto fundamental dos motores BLDC é a sua velocidade, que é essencial para aplicações como drones, automação industrial e veículos elétricos.
Conceção e configuração do motor
A velocidade de um motor BLDC está fundamentalmente ligada ao seu projeto. Vários elementos de projeto, tais como o número de pólos, a disposição dos enrolamentos e a estrutura do rotor, afetam diretamente a sua velocidade.
Número de pólos
A velocidade de rotação do motor é influenciada pelo seu número de pólos. Em geral, os motores com menos pólos funcionam a velocidades mais elevadas, enquanto os motores com mais pólos proporcionam um binário mais elevado a velocidades mais baixas.
| Número de pólos | Velocidade (RPM) | Binário (Nm) |
| 2 | 10 000 | 0,5 |
| 4 | 5 000 | 1,0 |
| 6 | 3 000 | 1,5 |
| 8 | 2 000 | 2,0 |
Conforme ilustrado na tabela, um motor com menos pólos pode atingir uma velocidade de rotação (RPM) mais elevada, mas o binário aumenta à medida que o número de pólos aumenta.
Configuração do enrolamento
A disposição dos enrolamentos também determina a velocidade do motor. Existem normalmente duas configurações de enrolamento nos motores BLDC: em estrela (Y) e em triângulo (Δ).
- A configuração em estrela (Y) proporciona um binário mais elevado, mas funciona a velocidades mais baixas.
- A configuração em triângulo (Δ), por outro lado, permite velocidades mais elevadas, mas proporciona menos binário.
| Configuração dos enrolamentos | Velocidade (RPM) | Binário (Nm) |
| Estrela (Y) | 3 000 | 1,5 |
| Delta (Δ) | 4 500 | 1,0 |
A configuração Delta permite que o motor funcione a uma velocidade mais elevada, mas sacrifica algum binário.
Tensão de alimentação
Um dos fatores mais críticos que influenciam a velocidade de um motor BLDC é a tensão de alimentação. A equação básica da velocidade indica que a tensão de alimentação e a velocidade do motor são proporcionais.
Velocidade (RPM) ∝ Tensão (V)
Aumentar a tensão de alimentação aumentará a velocidade do motor, assumindo que todas as outras condições permaneçam constantes. No entanto, existem restrições a este respeito, uma vez que uma tensão elevada pode causar danos no motor ou sobreaquecimento.
| Tensão (V) | Velocidade (RPM) | Corrente (A) |
| 12 | 3 000 | 2,5 |
| 24 | 6 000 | 3,0 |
| 36 | 9 000 | 3,5 |
| 48 | 12 000 | 4,0 |
Conforme se pode ver na tabela, duplicar a tensão quase duplica a velocidade, tornando a tensão um fator de controlo direto da velocidade do motor.
Configurações do controlador e controlo eletrónico de velocidade (ESC)
Os motores BLDC requerem um controlador eletrónico de velocidade (ESC) externo para a comutação e a regulação da velocidade. A tensão e a corrente do motor são geridas pelo ESC, que também modifica a velocidade do motor. Vários parâmetros no ESC podem influenciar a velocidade do motor:
- Ciclo de trabalho: O ESC modula a tensão de alimentação através da modulação por largura de impulso (PWM), e o ciclo de trabalho determina durante quanto tempo a tensão é aplicada em cada ciclo.
- Frequência do PWM: Sinais PWM de frequência mais elevada resultam num controlo de velocidade mais suave e em velocidades efetivas do motor mais elevadas.
| Ciclo de trabalho (%) | Tensão efetiva (V) | Velocidade (RPM) |
| 25 | 12 | 3 000 |
| 50 | 24 | 6 000 |
| 75 | 36 | 9 000 |
| 100 | 48 | 12 000 |
À medida que o ciclo de trabalho aumenta, a tensão efetiva aplicada ao motor aumenta, resultando num aumento da velocidade do motor.
Requisitos de carga e binário
Outro fator crítico que influencia a velocidade de um motor BLDC é a carga que este aciona. A relação entre velocidade e carga é inversamente proporcional: à medida que a carga aumenta, a velocidade diminui.
Curva de velocidade-binário
Nos motores BLDC, a curva de velocidade-binário ilustra a relação entre estas duas variáveis. A velocidade do motor diminui à medida que a carga (binário) aumenta. A resistência interna do motor e a força eletromotriz (FEM) inversa produzida pelo rotor são as responsáveis por este fenómeno.
| Binário (Nm) | Velocidade (RPM) |
| 0,5 | 10 000 |
| 1,0 | 8 000 |
| 1,5 | 6 000 |
| 2,0 | 4 000 |
| 2,5 | 2 000 |
Os dados mostram claramente que, à medida que o binário aumenta, a velocidade do motor diminui proporcionalmente. Em aplicações reais, é importante encontrar um equilíbrio entre os requisitos de velocidade e binário, com base nas condições de carga.
Temperatura
A temperatura de funcionamento de um motor BLDC também pode influenciar a sua velocidade. Os motores tornam-se menos eficientes a temperaturas mais elevadas devido ao aumento da resistência nos enrolamentos e noutros componentes, o que pode reduzir a velocidade.
Relação temperatura-velocidade
À medida que a temperatura aumenta, a resistência dos enrolamentos aumenta, levando a uma queda de tensão que limita a velocidade disponível.
| Temperatura (°C) | Velocidade (RPM) | Corrente (A) |
| 25 | 10 000 | 4,0 |
| 50 | 9 000 | 4,2 |
| 75 | 8 000 | 4,5 |
| 100 | 6 000 | 4,8 |
A tabela mostra como um aumento da temperatura reduz gradualmente a velocidade do motor. É essencial manter sistemas de arrefecimento adequados ou evitar sobrecarregar o motor para garantir a velocidade e a eficiência máximas.
Força eletromotriz contrária
A força eletromotriz inversa (FEM inversa) é a tensão gerada no interior do motor à medida que este gira. A magnitude desta FEM, que é oposta à tensão de alimentação, é determinada pela velocidade do motor. Quanto mais rápido o motor gira, maior é a força eletromotriz inversa, o que reduz a tensão efetiva disponível para acionar o motor.
A constante da força eletromotriz inversa, Ke, representa a tensão gerada por unidade de velocidade, expressa em V/rpm. A equação da força eletromotriz inversa é:
Vemf=Ke×Velocidade (RPM)
Para aplicações de alta velocidade, a força eletromotriz contrária deve ser minimizada para evitar perdas excessivas de tensão, sendo preferíveis motores com constantes de força eletromotriz contrária baixas.
Restrições mecânicas
Por último, fatores mecânicos como o atrito, o estado dos rolamentos e a inércia global do sistema também podem influenciar a velocidade do motor. Rolamentos bem lubrificados e ambientes de baixo atrito permitem que o motor mantenha velocidades mais elevadas sob carga. Por outro lado, rolamentos desgastados ou ambientes de elevado atrito podem reduzir drasticamente a velocidade do motor.
Conclusão
A velocidade de um motor BLDC depende de vários fatores, incluindo o projeto do motor, a tensão de alimentação, a carga, a temperatura e as características do controlador. Como fabricante de motores de corrente contínua sem escovas, os utilizadores podem regular e melhorar eficientemente o desempenho do motor para aplicações específicas, estando cientes destas dependências.
