Guia de seleção de motor DC: torque, velocidade, tensão e aplicações

Motor CC Guia de seleção: por onde começar

A escolha do motor DC certo se resume a quatro números: torque necessário, velocidade necessária, tensão de alimentação disponível e ciclo de trabalho . Todas as outras decisões - com escova ou sem escova, tamanho do motor, relação da caixa de velocidades - decorrem de acertar primeiro estas quatro. Começar com a potência nominal de um motor, em vez do requisito de carga real, é o motivo mais comum para os motores esquentarem, travarem sob carga ou se desgastarem precocemente.

Uma sequência de seleção prática trabalha primeiro com a carga mecânica e depois a traduz em requisitos elétricos: defina o torque de carga e a velocidade no eixo de saída, considere qualquer redução da caixa de engrenagens, calcule a potência elétrica e o consumo de corrente que o torque exige e só então verifique isso em relação à tensão de alimentação disponível e aos limites térmicos dos motores candidatos.

Cálculo dos requisitos de torque e velocidade

Os requisitos de torque começam com a carga mecânica: para uma carga rotativa, o torque (em Nm) é igual à força aplicada em um raio multiplicado por esse raio; para movimento linear através de um parafuso de avanço ou correia, o torque é derivado da força necessária dividida pela vantagem mecânica do sistema de acionamento. Adicione uma margem de segurança de aproximadamente 20-50% acima do torque em estado estacionário calculado para cobrir a inércia inicial, perdas por atrito e variação de carga.

Os requisitos de velocidade são normalmente definidos pelo tempo do ciclo de aplicação ou taxa de processo, expressos em RPM no eixo de saída. Se uma caixa de engrenagens ficar entre o motor e a carga, a velocidade do eixo do motor deve ser a velocidade de saída multiplicada pela relação de transmissão, e a necessidade de torque do motor cai proporcionalmente (antes das perdas de eficiência, que normalmente reduzem o torque utilizável em 5-15% dependendo do tipo de caixa de engrenagens).

Escolhendo a tensão de alimentação correta

A seleção de tensão é acionada pela fonte de alimentação do sistema e pela corrente que a eletrônica do inversor pode suportar, e não apenas pela velocidade do motor. Para uma determinada saída de energia, tensão mais alta significa menor consumo de corrente , o que permite fiação mais fina, conectores menores e menores perdas resistivas — um fator importante em cabos longos ou unidades industriais de alta potência.

• Equipamento portátil e alimentado por bateria: normalmente restrito a tensões de barramento de 12 V, 24 V ou 48 V CC
• Linhas de automação industrial: geralmente funcionam com tensão de controle de 24 V ou 48 V ou barramentos CC de tensão mais alta para grandes sistemas servo e sem escovas
• Evite selecionar um motor com classificação bem acima da tensão de alimentação disponível – operá-lo sob tensão reduz o torque disponível e pode causar controle de velocidade errático

Motores DC em Aplicações Industriais e de Automação

Os equipamentos industriais e de automação favorecem os motores CC – especialmente os projetos sem escovas – onde o controle de movimento preciso e repetível é mais importante do que a potência bruta. Sistemas transportadores, linhas de embalagem, acionamentos de eixo CNC e equipamentos de manuseio de materiais geralmente usam motores CC sem escovas ou motores CC do tipo servo emparelhados com codificadores para posição de circuito fechado e feedback de velocidade.

• Acionamentos de transportadores e rolos: motores CC com ou sem escovas adequados aos requisitos de torque de carga e velocidade da correia
• Eixos pick-and-place e CNC: servomotores CC ou CC sem escovas para posicionamento preciso e repetível
• Bombas e ventiladores em equipamentos de processo: motores PMDC ou BLDC selecionados para eficiência de serviço contínuo
• Veículos guiados automaticamente (AGVs) e robôs móveis: motores BLDC compactos escolhidos pela alta densidade de torque e eficiência da bateria

Aplicações de alto torque e motores compactos para robótica

Aplicações de motores CC de alto torque – guindastes, guinchos, atuadores elétricos e motores de partida para serviços pesados – normalmente exigem projetos sem escova enrolados em série ou com alto número de pólos, capazes de fornecer grande torque em baixas RPM, geralmente combinados com uma caixa de engrenagens para multiplicar ainda mais o torque no eixo de saída. Essas aplicações priorizam o torque inicial e a capacidade térmica em detrimento da velocidade máxima.

As aplicações robóticas ficam no outro extremo do espectro: motores CC sem escovas compactos e de alta densidade de torque com encoders integrados são a escolha padrão para atuadores articulados e plataformas móveis, onde cada grama de peso e cada milímetro de diâmetro do invólucro afetam o desempenho geral do sistema. Os designs BLDC sem núcleo e sem moldura são cada vez mais usados ​​em juntas robóticas, especificamente porque reduzem o torque de dente e melhoram a suavidade do controle em baixas velocidades.

Motor CC vs Motor CA

A diferença fundamental é a simplicidade do controle versus escalabilidade bruta: Os motores CC oferecem controle direto de velocidade e torque por meio do ajuste de tensão e corrente, enquanto os motores CA se destacam pela operação contínua de alta potência e com menor manutenção . Os motores de indução CA dominam os grandes acionamentos industriais de velocidade fixa – bombas, compressores, grandes ventiladores – onde sua robustez e a falta de escovas ou ímãs se traduzem em uma vida útil mais longa em altos níveis de potência.