Medir a corrente consumida por um motor elétrico é uma das verificações mais úteis no aeromodelismo, nautimodelismo e automodelismo.
Essa medição ajuda a responder perguntas importantes:
O motor está consumindo corrente demais?
O ESC suporta esse conjunto?
A bateria consegue fornecer a corrente necessária?
A hélice escolhida está exigindo demais do motor?
Em um motor de corrente contínua convencional, medir a corrente é relativamente simples.
Mas quando chegamos ao motor brushless, aparece uma questão interessante:
onde e como medir essa corrente?
O motor brushless é alimentado a partir de uma bateria de corrente contínua, como uma LiPo, mas o ESC realiza a comutação eletrônica das fases do motor. Por isso, os sinais presentes nos três fios entre ESC e motor são pulsados e muito diferentes da corrente contínua simples encontrada diretamente nos terminais da bateria.
Por que um motor brushless possui três fios?
Um motor DC escovado normalmente possui dois terminais.
Ligamos:
positivo → motor → negativo
e as próprias escovas realizam internamente a comutação necessária para manter o rotor girando.
No motor brushless não existem essas escovas.
A comutação é realizada eletronicamente pelo ESC — Electronic Speed Controller.
Por isso encontramos três fios entre ESC e motor.
Podemos representá-los simplesmente como:
ESC → fase A
ESC → fase B
ESC → fase C
O ESC energiza essas fases em uma determinada sequência para produzir o campo magnético responsável pela rotação do motor.
Então o motor brushless funciona com corrente contínua ou alternada?
Essa pergunta merece uma explicação cuidadosa.
A bateria fornece corrente contínua ao ESC.
Temos:
Bateria LiPo → CC → ESC
Mas o ESC não simplesmente entrega essa mesma corrente diretamente ao motor.
Ele utiliza dispositivos eletrônicos de potência para chavear a alimentação entre as fases do motor.
Assim, entre ESC e motor encontramos formas de onda comutadas e pulsadas.
No artigo original, expliquei essa característica como uma corrente que não é uma corrente contínua pura, mas uma corrente pulsante associada ao chaveamento e ao PWM.
O caminho da energia pode ser visualizado assim
Bateria LiPo
↓
corrente contínua
↓
ESC
↓
chaveamento eletrônico das três fases
↓
Motor brushless
Essa diferença é fundamental para entender por que a medição nos fios do motor não é tão simples quanto parece.
O que é PWM?
PWM significa Pulse Width Modulation, ou modulação por largura de pulso.
É uma técnica muito utilizada em eletrônica de potência.
Em vez de simplesmente reduzir uma tensão continuamente, os dispositivos eletrônicos podem trabalhar com chaveamentos muito rápidos.
Variando as características desses pulsos, conseguimos controlar a energia média entregue ao sistema.
No conjunto brushless, entretanto, o funcionamento completo é mais complexo do que simplesmente aplicar um PWM igual nos três fios, pois o ESC também precisa realizar a comutação entre as fases do motor.
É possível medir utilizando um alicate amperímetro?
Foi justamente essa experiência que realizei.
Um alicate amperímetro possui uma grande vantagem:
não precisamos interromper o fio para fazer a medição.
O instrumento possui uma garra, também chamada de clamp, que envolve o condutor.
No teste apresentado no artigo, utilizei esse princípio para obter uma indicação aproximada da corrente associada ao funcionamento do motor brushless.
Como funciona o alicate amperímetro?
Quando uma corrente elétrica circula por um condutor, ela produz um campo magnético ao redor desse fio.
O alicate utiliza esse fenômeno para realizar a medição sem precisar fazer contato elétrico direto com o condutor.
Essa é uma característica extremamente conveniente.
Não precisamos:
cortar o fio;
desconectar o circuito;
colocar o instrumento eletricamente em série.
Basta envolver o condutor com a garra do aparelho.
Existe uma regra fundamental: coloque apenas um condutor dentro da garra
Esse ponto é muito importante.
Não coloque simultaneamente os fios de ida e volta de um circuito dentro do alicate.
Os campos magnéticos produzidos pelas correntes podem se cancelar e a leitura ficará incorreta ou próxima de zero.
Portanto:
um único condutor deve passar pelo interior do clamp.
No caso dos fios entre ESC e motor, isso significa envolver apenas um dos três fios por vez.
E se eu colocar os três fios do motor dentro do alicate?
Essa não é a forma adequada de fazer a experiência.
As correntes das fases possuem relações entre si e os campos produzidos pelos condutores tendem a se compensar.
Portanto, coloque somente:
um fio dentro do clamp.
Os outros permanecem fora.
O alicate precisa medir o tipo de corrente adequado
Nem todo alicate amperímetro possui as mesmas capacidades.
Existem instrumentos que medem apenas corrente alternada pelo clamp.
Outros conseguem medir também corrente contínua, normalmente utilizando sensores apropriados.
No experimento original, utilizei a capacidade de medição AC do alicate para observar aproximadamente a componente associada aos pulsos presentes em uma das fases do motor.
Mas existe uma limitação importante:
essa leitura não deve ser confundida automaticamente com a corrente DC consumida da bateria.
Por que a leitura é apenas aproximada?
Existem pelo menos dois problemas importantes.
O primeiro é a escala do instrumento.
Como destaquei no artigo original, muitos alicates amperímetros possuem escalas relativamente altas, o que prejudica a resolução quando tentamos medir correntes menores.
Imagine um instrumento projetado para medir dezenas ou centenas de amperes sendo utilizado para observar uma corrente relativamente pequena.
Pequenas variações podem praticamente desaparecer na resolução disponível.
O segundo problema é a forma de onda
O alicate pode ser projetado e calibrado pensando em determinadas formas de onda de corrente alternada.
Mas aquilo que encontramos entre um ESC e um motor brushless não é simplesmente uma bela senoide de 50 ou 60 Hz como a corrente da rede elétrica.
Temos sinais produzidos por:
comutação eletrônica;
PWM;
indutância das bobinas;
rotação do motor;
carga mecânica.
Por isso, um alicate amperímetro convencional pode apresentar uma indicação interessante para uma experiência, mas não necessariamente uma medida precisa da corrente real do sistema. Essa limitação já era destacada no conteúdo original.
Então o teste não serve?
Serve, desde que saibamos exatamente aquilo que estamos fazendo.
Ele é muito interessante para demonstrar que existe corrente circulando nas fases e observar alterações conforme modificamos a condição de funcionamento do motor.
Por exemplo, podemos observar qualitativamente:
motor sem carga → determinada indicação
motor sob maior carga → indicação diferente
Mas não devemos olhar para um valor mostrado no alicate e concluir automaticamente:
“Meu conjunto está consumindo exatamente 12,3 A da bateria.”
Isso seria outra medição.
Se quero saber o consumo da bateria, onde devo medir?
Aqui está uma distinção extremamente importante.
Se sua pergunta for:
“Quantos amperes meu conjunto motor + ESC está retirando da bateria?”
o ponto conceitualmente mais direto é:
entre a bateria e o ESC.
Temos:
Bateria → medição → ESC → motor
Nesse lado do circuito estamos trabalhando com a corrente contínua fornecida pela bateria.
Medir na bateria e medir em uma fase são coisas diferentes
Podemos pensar em dois pontos:
Ponto A — bateria → ESC
Aqui queremos conhecer o consumo elétrico retirado da bateria.
Ponto B — ESC → motor
Aqui estamos observando a corrente de uma das fases do motor.
Os valores não devem ser considerados equivalentes.
Isso acontece porque o ESC está convertendo eletronicamente a energia entre os dois lados do sistema.
Um alicate que mede corrente DC pode facilitar bastante
Se você possui um alicate amperímetro capaz de medir corrente contínua pelo clamp, pode envolver apenas um dos condutores entre bateria e ESC.
Por exemplo:
apenas o positivo
ou
apenas o negativo.
Não coloque positivo e negativo simultaneamente dentro da garra.
Dessa forma podemos medir a corrente DC fornecida pela bateria sem precisar interromper eletricamente o circuito.
Faça o zero antes da medição DC
Em alicates capazes de medir corrente contínua, normalmente é importante realizar o procedimento de zeragem indicado pelo fabricante antes da leitura.
Campos magnéticos externos e pequenas derivações do sensor podem produzir um valor diferente de zero mesmo sem corrente no fio.
Portanto:
configure o instrumento;
faça o zero conforme o manual;
depois coloque o condutor no clamp.
Outra solução muito utilizada é o wattímetro
No modelismo elétrico existe um instrumento extremamente útil para esse tipo de teste:
o wattímetro DC.
Ele é colocado entre a bateria e o ESC.
Podemos ter:
Bateria → wattímetro → ESC → motor
Dependendo do equipamento, conseguimos visualizar simultaneamente grandezas como:
tensão;
corrente;
potência;
energia consumida.
Para dimensionar um conjunto de propulsão, essa informação pode ser muito mais útil do que medir apenas uma das fases do motor.
Por que medir a corrente é tão importante?
Imagine que você tenha um ESC especificado para determinada corrente máxima.
Agora instala:
motor;
bateria;
hélice.
O motor funciona.
Isso não significa necessariamente que o conjunto esteja corretamente dimensionado.
Se a hélice exigir esforço excessivo, a corrente pode aumentar significativamente.
E essa corrente passa pelo ESC.
A hélice influencia diretamente o consumo
Esse é um conceito fundamental no modelismo elétrico.
Trocar a hélice altera a carga mecânica aplicada ao motor.
Uma hélice maior ou com características diferentes pode exigir muito mais potência.
Consequentemente, o consumo elétrico pode aumentar.
Portanto, não devemos pensar:
“O motor é o mesmo, então a corrente será sempre a mesma.”
Não será.
Motor sem hélice e motor com hélice são condições muito diferentes
Se você medir um motor brushless funcionando sem hélice, encontrará determinada condição.
Depois instala uma hélice.
Agora o motor precisa realizar trabalho mecânico muito maior.
A corrente aumenta.
Por isso, uma medição útil para dimensionamento deve representar a configuração real que será utilizada.
Mas testar com hélice exige muito cuidado
Uma hélice girando em alta velocidade pode provocar ferimentos graves.
Antes de qualquer teste:
fixe adequadamente o motor;
mantenha pessoas afastadas;
retire objetos soltos da região;
não fique no plano de rotação da hélice;
mantenha mãos e instrumentos longe da hélice.
Nunca segure o motor na mão para realizar um teste de potência.
Fixe o conjunto de maneira realmente resistente
Durante um teste de corrente em potência elevada, o motor produz empuxo.
Isso significa que o suporte precisa resistir não apenas ao peso do motor, mas também à força gerada pela hélice.
Uma bancada improvisada de maneira inadequada pode se transformar em um risco.
Comece sempre com baixa aceleração
Não conecte tudo e vá imediatamente para potência máxima.
Faça primeiro:
baixa rotação;
depois:
rotação intermediária;
e somente em condições seguras:
potência elevada.
Observe o comportamento do conjunto durante todo o teste.
Compare a corrente com a especificação do ESC
Imagine apenas como exemplo que uma determinada configuração apresente:
corrente medida = 28 A
e seu ESC tenha capacidade especificada pelo fabricante para:
30 A.
A margem é muito pequena.
Na utilização real podemos ter diferenças provocadas por:
temperatura;
ventilação;
hélice;
estado da bateria;
tempo de funcionamento;
condições de carga.
Por isso, normalmente é interessante trabalhar com margem adequada e seguir as especificações dos fabricantes dos componentes.
Verifique também a corrente admissível do motor
O ESC não é o único componente que precisa suportar o consumo.
O próprio motor possui limites.
Uma corrente excessiva pode provocar:
aquecimento;
danos ao isolamento das bobinas;
perda de eficiência;
redução da vida útil;
falha do motor.
Portanto, compare a medição também com as especificações do motor.
A bateria também precisa fornecer essa corrente
Uma bateria LiPo possui:
número de células;
capacidade;
taxa de descarga.
Essas características ajudam a determinar se ela é adequada para determinada aplicação.
Um sistema que exige corrente elevada precisa de uma bateria capaz de fornecer essa corrente dentro das condições especificadas pelo fabricante.
Os conectores também fazem parte do circuito
Às vezes pensamos apenas em:
bateria + ESC + motor.
Mas a corrente passa também por:
fios;
soldas;
conectores;
terminais.
Uma conexão inadequada pode apresentar resistência elétrica e aquecer bastante quando submetida a corrente elevada.
Depois de um teste, vale observar também essas regiões.
A temperatura pode revelar problemas
Depois de uma utilização curta e controlada, podemos verificar se:
motor;
ESC;
bateria;
conectores
estão apresentando aquecimento anormal.
Temperatura excessiva é um sinal de que alguma coisa merece investigação.
Não continue aumentando a potência simplesmente porque o motor ainda está girando.
A corrente também ajuda a escolher o ESC
Quando conhecemos o consumo real do conjunto, conseguimos tomar uma decisão muito mais fundamentada.
Em vez de escolher o ESC apenas porque:
“parece suficiente”
podemos comparar:
corrente realmente exigida pelo conjunto
com
capacidade especificada do controlador.
Esse é exatamente o tipo de informação que transforma uma montagem baseada em tentativa e erro em uma montagem tecnicamente mais consciente.
Também podemos comparar diferentes hélices
Essa é uma experiência excelente.
Mantemos:
mesmo motor;
mesma bateria;
mesmo ESC.
E alteramos apenas a hélice.
Depois medimos o consumo em cada configuração.
Podemos construir uma pequena tabela:
| Hélice | Corrente | Observação |
|---|---|---|
| Hélice A | medida | comportamento |
| Hélice B | medida | comportamento |
| Hélice C | medida | comportamento |
Assim conseguimos enxergar experimentalmente como a carga influencia o sistema.
A tensão da bateria também influencia o conjunto
Trocar uma bateria 2S por uma 3S, por exemplo, não significa apenas obter “um pouco mais de velocidade”.
Estamos alterando a tensão aplicada ao sistema.
Isso pode modificar significativamente:
rotação;
potência;
corrente;
temperatura.
Portanto, nunca altere o número de células sem verificar se motor e ESC suportam a nova configuração.
Não confunda corrente com capacidade da bateria
Esse é um erro muito comum.
Se uma bateria possui:
2200 mAh
isso não significa que o motor consome:
2200 mA.
São conceitos diferentes.
A capacidade da bateria está relacionada à quantidade de carga elétrica que ela consegue fornecer ao longo do tempo.
A corrente instantânea exigida pelo motor pode ser muito maior.
A medição ajuda também a estimar autonomia
Suponha que conheçamos aproximadamente:
capacidade disponível da bateria;
corrente média durante determinada utilização.
Podemos então fazer uma estimativa da duração.
Mas atenção:
em um modelo real a corrente não permanece necessariamente constante.
O piloto acelera e reduz continuamente.
Portanto, medir apenas a corrente máxima não nos dá diretamente a autonomia real.
Corrente máxima e corrente média são informações diferentes
Em um aeromodelo podemos ter:
decolagem em potência elevada;
voo de cruzeiro com potência menor;
planagem praticamente sem motor;
nova aceleração;
pouso.
A corrente varia durante todo o voo.
A corrente máxima é especialmente importante para verificar os limites elétricos.
A corrente média é mais útil quando pensamos em consumo e autonomia.
O alicate amperímetro é uma ferramenta muito interessante
Mesmo com as limitações apresentadas no experimento original, o alicate possui uma enorme vantagem didática:
podemos observar corrente sem abrir o circuito.
Colocamos o clamp ao redor do fio e fazemos a leitura.
Isso torna a ferramenta muito interessante para experiências e diagnósticos.
No caso específico das fases de um motor brushless, entretanto, precisamos interpretar o resultado com cuidado, pois o sinal não é uma corrente alternada senoidal convencional e o instrumento pode possuir escalas inadequadas para pequenas correntes.
Como repetir a experiência mostrada no vídeo
De maneira geral, o procedimento demonstrativo é:
- Prepare o conjunto motor brushless, ESC e bateria.
- Fixe o motor com segurança.
- Identifique os três fios entre ESC e motor.
- Configure o alicate amperímetro para a função adequada ao experimento.
- Abra o clamp.
- Coloque somente um dos fios do motor dentro da garra.
- Feche completamente o clamp.
- Ligue o sistema.
- Aumente a rotação progressivamente.
- Observe a indicação do instrumento.
- Reduza a potência antes de encerrar o teste.
- Interprete o resultado como uma indicação aproximada dentro das limitações do instrumento.
Foi justamente essa possibilidade de utilizar o clamp para obter uma leitura aproximada da corrente associada ao funcionamento do motor brushless que explorei no conteúdo original.
Se o objetivo é dimensionar o sistema, prefira medir na entrada do ESC
Existe uma diferença entre fazer uma experiência interessante e realizar uma medição para dimensionamento.
Para estudar os sinais presentes nas fases, podemos investigar os fios entre ESC e motor.
Mas se a pergunta prática for:
“Quanto meu sistema está puxando da bateria?”
é mais útil medir:
Bateria → corrente DC → ESC.
Um wattímetro apropriado ou um alicate capaz de medir corrente DC com resolução adequada costuma ser uma solução mais direta.
Medir é melhor do que simplesmente imaginar
Quando começamos no modelismo, é comum montar o conjunto com base apenas nas especificações dos componentes.
Mas existem muitas variáveis:
motor;
KV;
tensão;
hélice;
carga;
ESC;
bateria.
A medição permite verificar aquilo que realmente está acontecendo.
E essa é uma das coisas mais interessantes da eletrônica aplicada ao modelismo.
Não precisamos ficar apenas na teoria.
Podemos montar o conjunto, utilizar nossos instrumentos e ver os fenômenos elétricos acontecendo na bancada.
Quer aprender elétrica e eletrônica aplicadas ao rádio controle?
Um motor brushless é um excelente exemplo de como o modelismo pode nos levar naturalmente ao estudo da eletrônica.
Começamos querendo apenas fazer uma hélice girar.
Logo aparecem perguntas:
Por que o motor possui três fios?
Para que serve o ESC?
O que é PWM?
Como medir corrente?
Como escolher a bateria?
Como saber se o ESC suporta o motor?
Por que trocar a hélice altera o consumo?
Em vez de apenas conectar motor, ESC e bateria esperando que tudo funcione, você começa a compreender o que está acontecendo eletricamente no sistema, como medir seu comportamento e como escolher os componentes de maneira mais consciente.