Servo unidades, motores e os dispositivos que os controlam representam uma oportunidade de crescimento sustentável, impulsionada por inovações em sistemas automotivos e industriais e avanços na tecnologia de produção. Espera -se que as indústrias automotivas e de transporte sejam responsáveis pela maior parcela dos servomotores e impulsionam as vendas até 2022 a 2022. A demanda por unidades, controladores e servo motores permanece forte para ajudar as empresas a melhorar a eficiência em ambientes industriais.
Os requisitos e tecnologias de controle de guia e velocidade/torque variam de acordo com o tipo de motor, variando do controle simples da tensão e corrente para motores DC e motores de uso geral ao uso de inversores para motores CA, comutação de feedback de diferentes fases em motores sem escova e complexo unidades de motor de passo digital de circuito. Mesmo para motores analógicos tradicionais, como motores de indução e tipos de relutância comutados, a tecnologia analógica tradicional de hoje é acompanhada por métodos de controle digital cada vez mais sofisticados que permitem que as soluções sejam implementadas a baixo custo. O uso de dispositivos microeletrônicos permite melhor velocidade, posição e controle de torque, além de maior eficiência.
Figura 1: Diagrama do bloco IC de controle do motor (Imagem: Maxim Integrated)
Os circuitos de controle do motor devem ligar e desligar rapidamente as bobinas do motor, minimizando as perdas de comutação ou condução. Os MOSFETs e os transistores bipolares de porta isolados (IGBTs) atendem às necessidades do controle motor em uma variedade de aplicações. Esses dispositivos de controle elétrico têm funções e atributos semelhantes, e há sobreposição em seu design interno. Na maioria das aplicações, elas são usadas em uma configuração de ponte H para controlar o caminho atual para duas ou mais bobinas motoras. Isso permite o controle total sobre a velocidade e a direção do motor (Figura 1).
Visão geral do motor
Qualquer projeto de design que inclua a exigência de um motor ou acionamento mecânico deve avaliar se deve usar um design de corrente contínua ou um motor de passo ou servo. Em um motor contínuo, ímãs ou enrolamentos permanentes são usados para criar um campo magnético estático no estator. O rotor consiste em bobinas onde a corrente entra através de escovas de grafite pressionadas em um coletor em um eixo rotativo. A corrente flui através de enrolamentos sucessivos para manter a rotação.
Os motores CA podem ser síncronos ou assíncronos. Em motores assíncronos (também conhecidos como motores de indução), os enrolamentos do estator são dispostos para formar uma distribuição aproximadamente sinusoidal. Os motores síncronos incluem motores CC e CA sem escova, bem como motores de relutância e motores comutados, alimentados por fontes de tensão sinusoidais.
Nos motores sem escova, o rotor possui ímãs permanentes e os enrolamentos localizados no estator são acionados por eletrônicos de controle na sequência apropriada. Um motor CC sem escova é acionado por uma sequência de comutação de sinal contínua em diferentes enrolamentos do estator. Os motores CA sem escova podem ser feitos como motores CA síncronos com ímãs permanentes; Nesse caso, eles são motivados por sinais sinusoidais. A ausência de escovas aumenta a eficiência, eliminando fontes de atrito. A ausência de peças mecânicas nos interruptores permite alcançar maiores velocidades de rotação.
Os motores de passo são motores síncronos sem escova alimentados por DC. O rotor permanece estacionário em uma posição específica. Os motores de passo podem girar com muita precisão o eixo do rotor alguns graus sem usar sensores para detectar a posição angular.
Parâmetros -chave
Como na maioria dos componentes eletrônicos, vários parâmetros de desempenho chave e específicos determinam a correspondência inicial entre o dispositivo e o aplicativo. Os principais parâmetros dos dispositivos de controle do motor são os valores de gerenciamento de corrente e tensão, pois eles determinam se um componente específico pode suportar os requisitos de carga do motor.
Para os MOSFETs, os próximos parâmetros -chave são a resistência ativa (RDS (ON)) e a capacitância do portão. A menor resistência reduz as perdas de resistência e a queda de tensão durante o estado ON, o que reduz a carga dissipativa e melhora a eficiência. A capacidade do portão determina a frequência e a velocidade de corrente necessárias para ativar e desativar completamente o portão no tempo de transição desejado (velocidade de comutação). Para o IGBTS, o próximo parâmetro crítico é a queda de tensão (VDROP), que é a soma das contribuições dos diodos e os MOSFETs internos que passam pela junção PN. Os níveis de temperatura e corrente afetam os parâmetros RDS (ON) e VDROP.
Em geral, os MOSFETs oferecem maiores velocidades de comutação (em MHz) e correntes de pico mais altas. Os IGBTs oferecem valores atuais em torno de 10 A e são robustos, mas têm velocidades de comutação mais lentas. Para aplicações de controle do motor, a regra básica é que os MOSFETs são uma escolha melhor para menor tensão e frequência de comutação de corrente e maior, enquanto os IGBTs são uma escolha melhor para maior tensão/corrente e menor frequência.