Mantendo os motores DC com escovas de baixo custo

Baratos e fáceis de operar, os motores CC com escova fornecem o equilíbrio ideal de desempenho pelo preço certo em setores como automotivo, aeroespacial, médico e industrial. Como resultado, bilhões são fabricados anualmente em todo o mundo – um número que deve 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 a alternativas sem escovas mais caras.

O problema é a interferência eletromagnética (EMI) gerada pelas escovas quando elas 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 de escova CC no mercado também não são satisfatórias para atender aos requisitos EMC mais altos de hoje.

"Muitas soluções de filtragem EMI não filtram todas as formas de ruído geradas e muitas não conseguem lidar com correntes DC mais altas sem uma escalada correspondente do custo", explica Christophe Cambrelin da Johanson Dielectrics, uma empresa que fabrica uma variedade de cerâmicas multicamadas capacitores e filtros EMI.

Para lidar com essas preocupações, empresas como a Johanson Dielectrics agora estão oferecendo soluções de filtragem EMI mais avançadas que aumentam ligeiramente os custos dos motores CC com escova, enquanto atendem aos requisitos EMC em evolução.

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

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

Como resultado, indústrias como o setor automotivo estão cada vez mais se voltando para motores DC sem escovas. Com esses 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 são aumentados.

Assim, dada a escolha, os OEMs prefeririam soluções que mantivessem o preço relativamente baixo dos motores CC de 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 da carcaça do motor, que deve ser de metal, e uma tampa de metal (não de plástico) por cima. Quando a tampa é de plástico, o usuário precisa cobri-la com uma blindagem metálica (que pode ser uma placa de circuito impresso metalizada).

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

Abordagens tradicionais de filtragem de modo comum incluem filtros passa-baixo compostos por 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 incompatíveis geram uma filtragem diferente de cada linha e, portanto, conversão de modo (ou seja, 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 estejam apenas em frequências relativamente baixas (ou seja, <150MHz, como rádios AM/FM em automóveis).