Eu tenho uma experiência bastante sólida no controle de motores CA industriais (soft starters, VFDs etc.), mas algo que certamente NÃO sou muito versado é em motores DC sem escova ... o tipo encontrado em todos os discos rígidos do planeta.

Até onde eu sei, eles parecem idênticos ao seu motor de indução CA conectado em estrela e os controladores parecem muito, muito parecidos com os controladores CA trifásicos típicos que passei a maior parte da minha vida profissional projetando.

Não consigo encontrar muita coisa sobre as diferenças reais entre os dois, nem do ponto de vista da construção mecânica nem do ponto de vista do controle. O mais próximo que pareço encontrar é "eles são semelhantes".

Alguém tem algum recurso ou pode oferecer uma explicação técnica bastante sobre quais são as principais diferenças entre esses tipos de motores e seus métodos de controle?

De tudo sobre circuitos :

Os motores CC sem escova são semelhantes aos motores síncronos CA. A principal diferença é que os motores síncronos desenvolvem um EMF traseiro sinusoidal, em comparação com um EMF traseiro retangular ou trapezoidal para motores DC sem escova. Ambos criaram estator campos magnéticos rotativos, produzindo torque em um rotor magnético.

Em termos de construção, não há essencialmente * nenhuma diferença.

O motor no diagrama acima pode ser chamado de "Motor de indução CA" ou "Motor CC sem escova" e seria o mesmo motor.

A principal diferença está na unidade. Um motor CA é controlado por um inversor que consiste em uma forma de onda de corrente alternada sinusoidal. Sua velocidade é síncrona com a frequência dessa forma de onda. E, uma vez que é impulsionada por uma onda senoidal, é Back-EMF é uma onda senoidal. Um motor CA monofásico pode ser acionado a partir da tomada de parede e girar a 3000 RPM ou 3600 RPM (dependendo do país de origem com rede 50 / 60Hz).

Observe que eu disse que poderia lá. A fim de impulsionar um motor de uma fonte DC, um controlador, que é essencialmente apenas um DC para AC inversor, é necessário . Você está certo ao afirmar que os motores CA também podem ser acionados por controladores. Por exemplo, um inversor de frequência variável (VFD) que é, como você disse, inversores CC para CA. Embora normalmente eles tenham um front end de retificador CA para CC.

PWM VFD http://www.inverter-china.com/forum/newfile/img/PWM-VFD-Diagram.gif

Os VFDs usam PWM para aproximar uma onda senoidal e podem se aproximar bastante variando as larguras de pulso continuamente, como visto abaixo:

Embora o uso do PWM para aproximar uma onda senoidal produza uma forma de onda Back-EMF quase sinusoidal ("difusa" é a palavra que você usou), também é um pouco mais complicado de fazer. Uma técnica de comutação mais simples é chamada comutação de seis etapas, na qual a forma de onda Back-EMF é mais trapezoidal do que sinusoidal.

unidade de seis etapas http://www.controlengeurope.com/global/showimage/Article/18087/

Back-EMF de seis etapas http://www.emeraldinsight.com/content_images/fig/1740300310012.png

E enquanto esse "PWM é realmente ruim", como você disse, também é muito mais simples de implementar e, portanto, mais barato.

Existem outros métodos de comutação além de seis etapas e sinusoidais. O único outro que é realmente popular (na minha opinião) é a unidade de vetores espaciais. Isso tem a mesma complexidade do inversor sinusoidal, mas faz melhor uso da tensão disponível no barramento CC. Não vou entrar em detalhes sobre o vetor espacial, pois acho que apenas enlameará as águas desta discussão.

Então, essas são as diferenças nas técnicas de acionamento. A forma de onda utilizados para dirigir motores trifásicos é geralmente sinusoidal e pode vir directamente de uma fonte de CA ou pode ser aproximada por meio de PWM. A forma de onda usada para acionar motores de corrente contínua é tipicamente trapezoidal e vem de uma fonte de corrente contínua. Não há razão para que as unidades não possam ser trocadas, embora haja um pequeno impacto na eficiência.

* essencialmente

Acima, eu disse que a construção dos dois tipos de motores é essencialmente a mesma. Nos dois casos, motor de indução CA e motor CC sem escova, estamos falando de motores que possuem estatores de enrolamento em vez de ímãs permanentes. Isso os torna "motores universais" :

Uma vantagem de ter estatores de ferida em um motor é que se pode fabricar um motor que funcione em CA ou CC, o chamado motor universal.

No entanto, há uma ligeira diferença no enrolamento. Os motores projetados para uso com corrente alternada são enrolados sinusoidalmente, enquanto os motores destinados a serem usados ​​com corrente contínua são enrolados trapezoidalmente . Algo que me incomoda há anos é que não consigo encontrar um diagrama simplificado que mostre a diferença. Se me dessem o estator de um motor, eu não teria ideia de se ele era enrolado sinusoidalmente ou trapazoidalmente. A única maneira de saber a diferença é voltar a acionar o motor conectando uma broca ao eixo e observando o Back-EMF. Você verá uma boa onda senoidal ou mais de um trapézio, como mostrado na imagem acima. Como eu disse acima, usar o tipo incorreto de unidade resultaria em um pequeno impacto no desempenho, mas funcionaria de outra maneira.

Mais frequentemente, os motores CC sem escova são construídos com ímãs permanentes no rotor. Embora isso seja uma diferença em relação a um motor com gaiola de esquilo, desde que o estator seja um estator de enrolamento e não um estator de ímã permanente (como visto em motores DC escovados), ambos os projetos são essencialmente "motores universais":

O lado do ímã permanente do diagrama acima mostra um motor de dois pólos. O número de polos controla a ondulação do torque. Quanto mais polos, mais suave é a curva de torque. Mas o número de polos não faz diferença do ponto de vista CA versus CC.

A conexão dos enrolamentos do estator, delta versus estrela, também não afeta o método de acionamento. Na verdade, você pode alternar entre os dois enquanto está em execução :

A diferença é que o delta consumirá mais corrente e, portanto, produzirá mais torque. Para mais informações sobre a relação atual ou ao torque ou tensão velocidade, veja a minha resposta a esta pergunta EE.SE .

Estou um pouco atrasado em responder a essa pergunta e ainda não consigo responder diretamente ao embedded.kyle acima, mas queria corrigir um pouco de desinformação fornecida acima. Minha especialidade é motores, não controles, BTW.

1) "Motores universais" são totalmente diferentes dos motores BLDC ou de indução. Motores universais possuem estatores de ferida e armaduras e têm escovas. Só porque o estator está enrolado não o torna um motor universal ... o link Embedded.kyle vinculado a motores universais está apenas comparando-os aos motores do tipo PMDC escovado.

2) Os motores BLDC sempre têm ímãs no rotor. Como eu disse acima, eles nunca são referidos como motores universais. Motores universais são animais completamente diferentes.

3) Em relação aos versos trapezoidais sinusoidais, não existe uma maneira padrão de enrolar motores de indução e motores sem escova (não gosto dos termos "enrolamento sinusoidal" e "enrolamento trapezoidal" pelas razões que explicarei abaixo). Em geral, os projetistas de motores de indução tentam produzir um MMF com folga de ar e um fluxo sinusoidal. Isso geralmente é feito com o que é chamado de enrolamento "distribuído". Tudo isso significa que, em vez de uma bobina com número T de voltas, você tem várias bobinas com número variável de voltas para aproximar um sinusóide.

Os motores sem escova podem ter uma EMF traseira que parece mais sinusoidal ou mais trapezoidal, como o incorporado.kyle mencionou. No entanto, você nunca terá um back-fem puramente sinusoidal ou trapezoidal ... como os motores são projetados e fabricados para impedir que isso aconteça. Está sempre em algum lugar no meio. O formato da contra-fem é determinado por muitas coisas - como é enrolado, a proporção de dentes do estator e ímãs do rotor, o formato dos dentes de laminação, o formato dos ímãs do rotor etc. É por isso que não gosto dos termos "ferida sinusoidalmente" e "ferida trapezoidal" - a dor nas costas depende de outras coisas além de como é ferida. Você pode dirigir qualquer motor sem escova com uma unidade "trapezoidal" ou uma unidade "sinusoidal". Geralmente (mas isso não é universal), se você tiver um motor com uma contra-fem de armadilha mais ou menos destinada a ser emparelhada com um acionador de armadilha, os fabricantes de motores se referirão a isso como um motor BLDC. Da mesma forma, se você tiver um motor com uma contra-fem mais ou menos sinusoidal que deve ser emparelhado com um inversor senoidal, os fabricantes de motores se referirão a isso como um motor BLAC. Mas qualquer um desses tipos de motores pode ser executado com qualquer tipo de inversor.

4) O link embedded.kyle apontado em 23 de outubro às 19:06 não mostra a diferença entre enrolamentos senoidais e de armadilha. Provavelmente também deixarei um comentário, mas a diferença entre os dois é que um é um enrolamento colo e um é um enrolamento concêntrico.

De acordo com a Wikipedia, os motores CC sem escova são motores CA síncronos com ímã permanente com inversor e retificador integrados, sensor e eletrônica de controle do inversor. Eu não estou muito familiarizado com motores CA, mas acho que os motores CC sem escova seriam melhor classificados como um subconjunto de motores CA do ponto de vista funcional.

Também pode haver outras diferenças relacionadas ao aplicativo. Por exemplo, a diferença entre motores de passo e motores CC sem escova é geralmente a aplicação pretendida e servomotores refere-se a um motor (geralmente, mas nem sempre um motor DC escovado) com sensores de posição de rotação integrados.