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Jun 12, 2023

Mantendo os motores CC com escovas de baixo custo

Baratos e fáceis de operar, os motores CC com escovas oferecem o equilíbrio ideal de desempenho pelo preço certo em setores como automotivo, aeroespacial, médico e industrial. Como resultado, bilhões

Baratos e fáceis de operar, os motores CC com escovas oferecem o equilíbrio ideal de desempenho pelo preço certo em setores como automotivo, aeroespacial, médico e industrial. Como resultado, milhares de milhões são fabricados anualmente em todo o mundo – um número que deverá aumentar nos próximos 10 anos.

No entanto, os crescentes requisitos de compatibilidade eletromagnética (EMC), juntamente com ambientes eletrônicos mais lotados e “ruidosos”, ameaçam perturbar o equilíbrio, elevando o custo dessas soluções de baixo custo a um nível equivalente ao das alternativas sem escovas mais caras.

O problema é a interferência eletromagnética (EMI) gerada pelas escovas à medida que esfregam o comutador – uma desvantagem inerente ao projeto. Para neutralizar o ruído gerado, é necessária uma combinação de componentes de blindagem e filtragem. Isso não apenas aumenta o custo, mas muitas soluções de filtragem EMI/RF para motores CC com escovas no mercado também não são satisfatórias para atender aos atuais requisitos mais elevados de EMC.

“Muitas soluções de filtragem EMI não filtram todas as formas de ruído geradas e muitas não conseguem lidar com correntes CC mais altas sem um aumento correspondente no custo”, explica Christophe Cambrelin da Johanson Dielectrics, uma empresa que fabrica uma variedade de cerâmicas multicamadas. capacitores e filtros EMI.

Para resolver essas preocupações, empresas como a Johanson Dielectrics estão agora oferecendo soluções de filtragem EMI mais avançadas que aumentam ligeiramente os custos dos motores CC com escovas, ao mesmo tempo que atendem aos crescentes requisitos de EMC.

Quando dispositivos eletrônicos recebem fortes ondas eletromagnéticas, correntes elétricas indesejadas podem ser induzidas no circuito e interferir nas operações pretendidas. A EMI pode até causar danos físicos em equipamentos operacionais.

Agravando o problema estão os aumentos na frequência do circuito operacional, ruídos de frequências mais altas que ampliam a faixa de frequência afetada e a miniaturização de dispositivos eletrônicos que diminui a distância entre a fonte e a vítima. Se não bastasse isso, muitos dispositivos eletrônicos são mais facilmente afetados por ruídos, mesmo com menos energia, devido aos circuitos hoje que operam em tensões mais baixas.

Como resultado, indústrias como o setor automotivo estão cada vez mais recorrendo a motores CC sem escovas. Nestes motores a comutação é feita eletronicamente. Portanto, há significativamente menos geração de ruído (nenhum ruído gerado pela comutação mecânica), mas a complexidade e o custo de implementação aumentam.

Portanto, se pudessem escolher, os OEMs prefeririam soluções que mantivessem o preço relativamente baixo dos motores CC com escovas, dadas as quantidades envolvidas.

A interferência EMI/RFI é irradiada ou conduzida em uma ampla faixa de frequência de várias centenas de hertz a vários gigahertz. O ruído irradiado ocorre quando a tensão é aplicada em níveis variados à fiação. Para manter as radiações confinadas na carcaça do motor, vários cuidados devem ser tomados pelos fabricantes de motores CC com escovas. O mais importante é o material utilizado na carcaça do motor, que deve ser de metal, bem como uma tampa de metal (não de plástico) em cima dela. Quando a tampa é de plástico, o usuário precisa cobri-la com uma proteção metálica (que pode ser uma placa de circuito impresso metalizada).

Quando EMI/RFI é conduzido, o ruído gerado viaja ao longo dos cabos de energia elétrica e é então irradiado. A blindagem é ineficaz contra ruído conduzido, portanto a filtragem é necessária com um dispositivo separado.

As abordagens tradicionais de filtragem de modo comum incluem filtros passa-baixa compostos de capacitores que passam sinais com uma frequência inferior a uma frequência de corte selecionada e atenuam sinais com frequências superiores à frequência de corte.

Entre as opções para OEMs estão diferenciais de dois capacitores, três capacitores (um X-cap e 2 Y-caps), filtros de passagem, bobinas de modo comum, filtros LC ou combinações destes.

Para atender aos crescentes requisitos de EMC, no entanto, soluções de baixo custo, como filtros diferenciais de dois capacitores, são insuficientes porque capacitores incomparáveis ​​geram uma filtragem diferente de cada linha e, portanto, conversão de modo (isto é, parte do ruído de modo comum é transformada em ruído de modo diferencial). , e vice versa). Os filtros tradicionais de três capacitores são adequados, desde que os requisitos de EMC sejam apenas em frequências relativamente baixas (ou seja, <150 MHz, como rádios AM/FM em automóveis).