A constante do motor auxilia na seleção de motores CC em aplicações de controle de movimento.Motores CC com e sem escovas são uma boa escolha em aplicações sensíveis à potência ou que desejam eficiência.

Muitas vezes, a ficha técnica de um motor CC ou gerador inclui a constante Km do motor, que é a sensibilidade do torque dividida pela raiz quadrada da resistência do enrolamento.A maioria dos projetistas vê esta propriedade intrínseca do motor como uma figura esotérica de mérito útil apenas para o projetista do motor, sem nenhum valor prático na seleção de motores CC.

Mas o Km pode ajudar a reduzir o processo iterativo na seleção de um motor CC porque ele geralmente tem enrolamento independente em um determinado motor de carcaça ou tamanho de carcaça.Mesmo em motores CC sem ferro, onde o Km depende do enrolamento (devido a variações no fator de preenchimento do cobre), ele continua sendo uma ferramenta sólida no processo de seleção.

Como o Km não aborda as perdas num dispositivo eletromecânico em todas as circunstâncias, o Km mínimo deve ser maior do que o calculado para resolver essas perdas.Este método também é uma boa verificação da realidade porque força o usuário a calcular a potência de entrada e de saída.

A constante do motor aborda a natureza eletromecânica fundamental de um motor ou gerador.Selecionar um enrolamento adequado é simples após determinar uma caixa ou tamanho de estrutura adequadamente potente.

A constante do motor Km é definida como:

Km = KT/R0,5

Em uma aplicação de motor CC com disponibilidade limitada de energia e torque conhecido requerido no eixo do motor, o Km mínimo será definido.

Para uma determinada aplicação motora o Km mínimo será:

Km = T / (PIN – POUT)0,5

A potência do motor será positiva.PIN é simplesmente o produto da corrente e da tensão, assumindo que não há mudança de fase entre elas.

PIN = VXI

A potência do motor será positiva, pois fornece potência mecânica e é simplesmente o produto da velocidade de rotação e do torque.

POUT = ω XT

Um exemplo de controle de movimento inclui um mecanismo de acionamento do tipo pórtico.Ele usa um motor CC sem núcleo de 38 mm de diâmetro.É tomada a decisão de dobrar a velocidade de rotação sem alteração no amplificador.O ponto operacional existente é 33,9 mN-m (4,8 onças pol.) e 2.000 rpm (209,44 rad/s) e a potência de entrada é 24 V a 1 A. Além disso, nenhum aumento no tamanho do motor é aceitável.

O novo ponto de operação será com o dobro da velocidade e o mesmo torque.O tempo de aceleração é uma porcentagem insignificante do tempo de movimento e a velocidade de rotação é o parâmetro crítico.

Calculando o Km mínimo

Km = T / (PIN – POUT)0,5

Km = 33,9 X 10-3 Nm / (24 VX 1A -

418,88 rad/seg X 33,9 X 10-3 Nm) 0,5

Km = 33,9 X 10-3 Nm / (24 W – 14,2 W) 0,5

Km = 10,83 X 10-3 Nm/√W

Considere as tolerâncias da constante de torque e da resistência do enrolamento.Por exemplo, se a constante de torque e a resistência do enrolamento tiverem tolerâncias de ±12%, o pior caso Km será:

KMWC = 0,88 KT/√(RX 1,12) = 0,832 Km

ou quase 17% abaixo dos valores nominais com enrolamento frio.

O aquecimento dos enrolamentos reduzirá ainda mais o Km, uma vez que a resistividade do cobre aumenta quase 0,4%/°C.E para agravar o problema, o campo magnético irá atenuar-se com o aumento das temperaturas.Dependendo do material do ímã permanente, isso pode chegar a 20% para um aumento de temperatura de 100°C.A atenuação de 20% para aumento de temperatura do ímã de 100°C é para ímãs de ferrite.O neodímio-boro-ferro tem 11% e o samário-cobalto cerca de 4%.

Curiosamente, para a mesma potência mecânica de entrada, se a meta for 88% de eficiência, então o Km mínimo passaria de 1,863 Nm/√W para 2,406 Nm/√W.Isso equivale a ter a mesma resistência do enrolamento, mas uma constante de torque 29% maior.Quanto maior for a eficiência desejada, maior será o Km necessário.

Se no caso da aplicação do motor a corrente máxima disponível e a carga de torque do pior caso forem conhecidas, calcule a menor constante de torque aceitável usando

KT = T/I

Após encontrar uma família de motores com Km suficientes, selecione um enrolamento que tenha uma constante de torque ligeiramente superior ao mínimo.Em seguida, comece a determinar se o enrolamento irá, em todos os casos de tolerâncias e restrições de aplicação, funcionar satisfatoriamente.

Claramente, escolher um motor ou gerador determinando primeiro o Km mínimo em aplicações de motores sensíveis à potência e geradores que desafiam a eficiência pode acelerar o processo de seleção.O próximo passo será então selecionar um enrolamento adequado e garantir que todos os parâmetros de aplicação e limitações do motor/gerador sejam aceitáveis, incluindo considerações de tolerância do enrolamento.

Devido às tolerâncias de fabricação, efeitos térmicos e perdas internas, deve-se sempre escolher um Km um pouco maior do que a aplicação exige.É necessária uma certa latitude, uma vez que não existe um número infinito de variações de enrolamento disponíveis do ponto de vista prático.Quanto maior o Km, mais tolerante ele será no atendimento aos requisitos de uma determinada aplicação.

Em geral, eficiências práticas acima de 90% podem ser virtualmente inalcançáveis.Motores e geradores maiores apresentam perdas mecânicas maiores.Isso se deve a perdas de rolamento, vento e eletromecânicas, como histerese e correntes parasitas.Os motores do tipo escova também apresentam perdas no sistema de comutação mecânica.No caso da comutação de metais preciosos, popular em motores sem núcleo, as perdas podem ser extremamente pequenas, menores que as perdas no rolamento.

Motores e geradores CC sem ferro praticamente não apresentam histerese e perdas por correntes parasitas na variante de escova deste projeto.Nas versões brushless essas perdas, embora baixas, existem.Isso ocorre porque o ímã geralmente gira em relação ao ferro posterior do circuito magnético.Isso induz perdas por correntes parasitas e histerese.No entanto, existem versões DC sem escova que fazem com que o ímã e o ferro traseiro se movam em uníssono.Nestes casos, as perdas costumam ser baixas.