Como funciona um alternador sem escovas (brushless)?

 

Ricardo Figueiredo

Como funciona um alternador sem escovas (brushless)?

Para um melhor entendimento deste artigo, recomendamos que antes leiam o artigo anterior: Como funciona um alternador (gerador de corrente alternada)?

Vimos no artigo anterior como funciona um alternador com escovas, entretanto esta tecnologia tem uma série de desvantagens as quais veremos a seguir:

• Interferências eletromagnéticas: Como o contato das escovas com os anéis não é perfeito haverá sempre centelhamentos durante o funcionamento do alternador. Isto provoca interferências em equipamentos eletrônicos, principalmente os de rádio frequência, informática e telefonia.
• Manutenção: Devido ao desgaste das escovas e anéis aliados a necessidade de alinhamento e ajuste de pressão nas molas das escovas esta tecnologia demanda um maior custo de manutenção e maior tempo de máquina parada.
• Excitação: Excitando diretamente o campo principal do alternador temos grandes correntes de excitação o que implica em termos uma eletrônica de controle com maior custo além de termos que utilizar cabos de grosso calibre.

É possível termos alternadores sem escovas?

Sim, é possível. Primeiro temos que nos lembrar que a física nos diz que "o movimento é relativo", ou seja, não faz diferença se temos o campo girante e a armadura fixa ou o campo fixo e a armadura girante.

Imaginem agora a possibilidade de termos dois alternadores montados em uma só carcaça. Um alternador principal com a armadura fixa e campo girante e um alternador auxiliar com armadura girante e campo fixo.

Mas isto é muito complicado...

Na verdade é uma solução bem simples. Vocês verão que é uma ideia genial.

Vejam o diagrama esquemático a seguir:

A armadura principal e o campo auxiliar são montados no estator. O campo principal, a ponte retificadora e a armadura auxiliar são montados no rotor.

Veremos abaixo na sequência como é o funcionamento do alternador sem escovas:

    1. Com o rotor do alternador girando aplicamos uma corrente de excitação no campo                 auxiliar.

    2. É induzida uma tensão AC trifásica na armadura auxiliar.
 

    3. Esta tensão que sai da armadura auxiliar é retificada.

    4. A tensão retificada é aplicada ao campo principal.

    5. O campo principal provoca a indução de uma tensão AC trifásica na armadura principal.

Desta forma conseguimos eliminar os anéis e escovas pois não existem conexões elétricas entre as partes fixas e móveis do alternador. 

Nomenclatura:

• O alternador sem escovas é comumente chamado de alternador brushless, do inglês: brush = escovas e Less = sem, ou seja, brushless = sem escovas.
• Como o alternador auxiliar alimenta o campo do alternador principal alguns profissionais da área chamam este de excitatriz do alternador.
• A ponte retificadora rotativa, por ter formato circular e ser composta de diodos é comum vermos a mesma com o nome de roda de diodos.
• Nos alternadores com escovas o dispositivo que regula a tensão alimenta diretamente o campo principal e, por isto, comercialmente adotou-se o nome de excitatriz estática. No caso dos alternadores sem escovas o campo principal é alimentado pelo alternador auxiliar e o dispositivo que mantém a excitação do alternador auxiliar comercialmente é chamado de regulador de tensão.

Observação: a excitatriz estática e o regulador de tensão, são dispositivos idênticos o que muda é só a capacidade nominal de corrente para a excitação. Os reguladores de tensão variam de 3 a 10A e as excitatrizes estáticas vão de algumas dezenas de amperes até 100 ou 200 A, conforme o projeto do alternador.

Abaixo vemos a foto de uma ponte retificadora rotativa:

Alternador brushless, vista explodida:

Fonte: Manual de alternadores WEG.

11 - Estator da excitriz, é o campo do alternador auxiliar.

5A - Armadura do alternador auxiliar.

05 - Campo do alternador principal.

06 - Roda de diodos, é a ponte retificadora rotativa.

08 - Estator principal, é a armadura do alternador principal.

Finalizando:

O alternador brushless substituiu com grandes vantagens os alternadores com escovas. No início seu custo era superior mas com a evolução dos processos produtivos o seu custo foi baixando e hoje, diante das vantagens e custo da tecnologia brushless, o alternador com escovas não é mais produzido. 

Encontramos ainda alguns alternadores com escovas em funcionamento mas estão se tornando cada vez mais raros.

Espero que tenham gostado e fiquem a vontade para colocar seus comentários com dúvidas e sugestões.

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