Medição indireta de torque e velocidade angular de motor de corrente contínua sem escovas

Abstract

Em algumas aplicações de motores, como compressores herméticos de refrigeração, torque e velocidade angular são grandezas que podem oscilar significativamente durante uma revolução do eixo. A determinação dessas variações é de grande importância para assegurar eficiência ao motor e, no caso dos compressores, garantir conforto acústico ao usuário final. Quando o motor é interior a um invólucro selado, a determinação dessas grandezas por meio de instrumentação convencional é inviável e a obtenção delas a partir de variáveis externas se torna uma opção atraente. Resultados disponíveis na literatura indicam que é possível determinar o torque e a velocidade angular indiretamente em diferentes tipos de motores associados a compressores herméticos, entre eles os motores de corrente contínua sem escovas, que são alimentados por conversores eletrônicos. Neste trabalho, apresentase proposta de solução para determinação de torque e velocidade angular do motor de corrente contínua sem escovas a partir dos valores de tensão e correntes obtidas junto a tais conversores. Na proposta, baseada na modelagem matemática do motor de corrente contínua sem escovas, a tensão induzida é variável subjacente à estimação das grandezas de interesse, fazendo-se necessário obtê-la para qualquer posição angular do rotor. A avaliação dos valores estimados por meio da solução proposta demanda o desenvolvimento de uma bancada com características peculiares. Tal bancada deve possibilitar, de forma inédita, gerar e medir oscilações de torque com frequência igual à frequência rotacional, bem como medir a velocidade angular e tensão induzida do motor de corrente contínua sem escovas. A avaliação da solução proposta é feita pela comparação dos valores estimados com valores de referência obtidos em medição direta das variáveis nessa bancada. Tais testes mostraram a viabilidade da solução para todas as variáveis estimadas, com curvas de tendência de tensão induzida e velocidade angular que se assemelham às de referência.<br>

Abstract : In some electrical motors applications such as hermetic refrigeration compressors, torque and angular rate are quantities that can fluctuate significantly during an axis revolution. The determination of these variations is of great importance to ensure efficiency to the motor and, in the case of compressors, to guarantee acoustic comfort to the end user. When the motor is inside a sealed enclosure, the determination of these quantities by means of conventional instrumentation is impracticable and obtaining them from external variables becomes an attractive option. Results available in the literature indicate that it is possible to determine the torque and angular rate indirectly in different types of motors associated with hermetic compressors, among them the brushless DC motors, which are fed by electronic converters. In this work, we propose a solution for determination of torque and angular rate of the BLDC from the voltage and current values obtained with such converters. In the proposal, based on the mathematical modeling of the BLDC, the back electromotive force is variable underlying the estimation of the quantities of interest, making necessary to obtain it for any angular position of the rotor. The evaluation of the estimated values through the proposed solution demands the development of a bench with peculiar characteristics. Such a bench should enable, in a novel way, to generate and measure torque oscillations with frequency equal to the rotational frequency, as well as to measure the angular rate and induced voltage of the BLDC. The evaluation of the proposed solution is made by comparing the estimated values with reference values obtained in direct measurement of the variables in this bench. These tests showed the viability of the solution for all the estimated variables, with curves of back electromotive force and angular rate that resemble those of the reference.