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Eficiência de entrada/saída do motor

Calcule a eficiência do motor, as perdas de potência e a dissipação de calor das medições de entrada elétrica e saída mecânica.

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Fórmula

η = P_out / P_in × 100%, P_loss = P_in − P_out

η — Efficiency (%)
P_in — Electrical input power (W)
P_out — Mechanical output power (W)

Como Funciona

A eficiência do motor (τ) é a razão entre a potência de saída mecânica e a potência de entrada elétrica, expressa como uma porcentagem: τ = (P_out/P_in) × 100. As perdas incluem perdas de cobre (I²R) nos enrolamentos, perdas de ferro (histerese e corrente parasita) no núcleo do estator, perdas mecânicas por atrito e vento e perdas por carga dispersa. A eficiência não é constante — ela atinge o pico em um ponto de carga específico (normalmente 75 a 85% do torque nominal) e cai com carga leve e sobrecarga.

Exemplo Resolvido

Um motor BLDC de 48 V consome 8,5 A enquanto fornece 320 W de potência mecânica.
Etapa 1 — Potência de entrada elétrica:
P_in = V × I = 48 V × 8,5 A = 408 W
Etapa 2 — Eficiência:
τ = (P_saída/P_entrada) × 100 = (320/408) × 100 = 78,4%
Etapa 3 — Perdas totais:
P_loss = P_in − P_out = 408 − 320 = 88 W
Etapa 4 — Estimativa do aumento da temperatura (assumindo convecção natural, resistência térmica R_θ = 2 °C/W):
ΔT = P_loss × R_θ = 88 × 2 = 176 °C acima da temperatura ambiente
Etapa 5 — Conclusão: O motor requer resfriamento por ar forçado ou dissipador de calor. Com um ventilador reduzindo R_θ para 0,5 °C/W: ΔT = 88 × 0,5 = 44 °C — aceitável para um motor com aumento de 85 °C.

Dicas Práticas

  • ✓Opere o motor com 70— 85% do torque nominal para obter a melhor eficiência; projete sua relação de transmissão e carga para colocar o ponto de operação nessa faixa
  • ✓Para sistemas alimentados por bateria, meça a eficiência total do sistema (bateria → controlador → motor → carga) em vez de apenas a eficiência do motor — perdas do controlador de 5 a 15% afetam significativamente o tempo de execução
  • ✓Os motores BLDC normalmente alcançam 85— 95% de eficiência versus 70— 85% para motores DC escovados de tamanho similar — a desvantagem é a complexidade e o custo do controlador

Erros Comuns

  • ✗Usando a eficiência nominal em todos os pontos operacionais — a eficiência do motor com 10% de carga pode ser 20 a 30% menor do que o valor de pico de eficiência
  • ✗Medindo apenas a potência de entrada DC para um controlador de motor sem escova — as perdas de comutação no inversor fazem parte da perda do sistema e devem ser incluídas
  • ✗Ignorando o fator de potência para motores de indução AC — um fator de potência baixo significa maior potência aparente (kVA), mesmo que a eficiência real da potência (kW) pareça boa

Perguntas Frequentes

Meça a potência de entrada DC (V × I nos terminais do motor) e meça a potência de saída mecânica usando um sensor de torque e um tacômetro (P_out = T × ω). Para motores pequenos, um teste de dinamômetro ou freio com uma célula de carga calibrada é comum. Certifique-se de que o motor tenha atingido o estado estável térmico antes de registrar as medições.
O sistema de classificação IE (International Efficiency) classifica os motores de indução AC do IE1 (padrão) ao IE5 (ultra-premium). Cada classe exige uma eficiência mínima na carga nominal. Os motores IE4 e IE5 são do tipo relutância síncrona ou ímã permanente com eficiências superiores a 95% na carga nominal.
Sim — operar abaixo da tensão nominal aumenta a corrente com o mesmo torque, aumentando as perdas de cobre I²R e reduzindo a eficiência. Operar acima da tensão nominal aumenta as perdas de ferro. A maioria dos motores atinge o pico dentro de ± 10% de sua tensão nominal.

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