Entender el motor de CC sin escobillas y el motor de CC con escobillas : Entrar en el mundo del motor de CC sin escobillas y con escobillas

Este artículo arroja luz sobre casi todo lo relacionado con los motores BLDC.

En este artículo se describen el principio de funcionamiento, los tipos, las ventajas, etc. Analicemos cada uno de ellos.

¿QUÉ ES UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA SIN ESCOBILLAS?

Un motor eléctrico de corriente continua sin escobillas (BLDC) es un motor eléctrico accionado por una fuente de tensión continua y conmutado electrónicamente en lugar de por escobillas como en los motores de corriente continua tradicionales. Los motores BLDC son más populares hoy en día que los motores de corriente continua tradicionales, pero el desarrollo de este tipo de motores no fue posible hasta la década de 1960, cuando se desarrolló la electrónica de estado sólido.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA SIN ESCOBILLAS

El motor BLDC funciona según un principio similar al de un motor de corriente continua con escobillas. La ley de fuerza de Lorentzsche, que establece que siempre que un conductor de corriente se coloca en un campo magnético, experimenta una fuerza. Como resultado de la fuerza de reacción, el imán experimenta una fuerza igual y opuesta. En el Motor BLDC el conductor de corriente está parado y el imán permanente se mueve. Cuando las bobinas del estator son energizadas por la fuente, se convierte en un electroimán y comienza a crear el campo uniforme en el entrehierro.

Aunque la fuente de alimentación de es de corriente continua, la conmutación produce una forma de onda trapezoidal de tensión alterna. Debido a la fuerza de interacción entre el estator del electroimán y el rotor del imán permanente, el rotor sigue girando. Con la conmutación de los devanados como señal alta y baja, el devanado correspondiente se energiza como polo norte y polo sur. El rotor de imanes permanentes con polos norte y sur se alinea con los polos del estator, haciendo girar el motor.

TIPOS DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA SIN ESCOBILLAS

Existen diferentes tipos de motores de corriente continua sin escobillas. Se clasifican en en función de su diseño, tipo de piezas, señal de potencia y otros criterios. Los distintos tipos de dispositivos ofrecen diferentes ventajas y, por tanto, se utilizan en una gran variedad de aplicaciones. Aquí, Voy a echar un vistazo detallado a los tipos de motores de corriente continua sin escobillas que se utilizan hoy en día. También examinaré los pros y los contras de cada tipo en función de parámetros como el par, la velocidad y la eficiencia.

TIPOS COMUNES DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA SIN ESCOBILLAS

Varios tipos de motores BLDC se utilizan en diferentes entornos, como: B. en máquinas industriales eléctricas y electrónicas. Electrodomésticos, vehículos y dispositivos robóticos.

LOS TIPOS DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA SIN ESCOBILLAS PUEDEN CLASIFICARSE COMO SIGUE.

Basado en el diseño

Motor de corriente continua sin escobillas interno (también llamado rotor interno)

Motor de corriente continua sin escobillas externo (también llamado rotor exterior)

Basado en el uso de sensores

Motor de corriente continua sin escobillas con sensor

Motor DC sin escobillas y sin sensores

Basado en el número de polos

Motor unipolar brushless DC

Multipolar Motor de CC sin escobillas

Basado en la señal de potencia Tipo

Motor sin escobillas Sine Wave DC

Trapezoidal Motor de CC sin escobillas

Los tipos de motores BLDC de se explican a continuación.

MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA SIN ESCOBILLAS

Este tipo de motor BLDC tiene la parte giratoria (rotor) en un conjunto de bobinas electromagnéticas (estator). Este diseño del motor de corriente continua sin escobillas permite disipar el calor por conducción , ya que las bobinas del estator están montadas en la carcasa del motor. Un motor de corriente continua sin escobillas incorporado alcanza fácilmente velocidades máximas y es el más adecuado para aplicaciones que requieren características de velocidad más altas. Estos motores no suelen utilizar muchos polos en el rotor. Esto reduce su rendimiento a bajas velocidades.

MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA SIN ESCOBILLAS OUT-RUNNER

Este motor BLDC de salida es básicamente lo contrario del tipo de entrada. También llamado motor BL de rotor exterior, utiliza una carcasa exterior que gira alrededor de una parte interior estacionaria. Los motores BLDC de rotor exterior suelen utilizar un mayor número de polos de imanes permanentes en el rotor. Esto significa más par motor y un funcionamiento más suave. La principal desventaja del motor de corriente continua sin escobillas out runner es su baja velocidad. Como resultado, estos tipos de motor son más adecuados para aplicaciones de par elevado y baja velocidad.

MOTOR CON SENSOR DE CC SIN ESCOBILLAS

Un motor de corriente continua sin escobillas con sensores se basa en sensores para proporcionar datos sobre la posición del rotor. Estos tipos de motores BL ofrecen un rendimiento fiable a bajas velocidades. A velocidades más bajas, los sensores proporcionan datos precisos para permitir una rotación suave. La principal desventaja de los motores con sensores se produce a velocidades más altas , cuando la retroalimentación del sensor deja de ser fiable. Las condiciones adversas , como los entornos polvorientos o las altas temperaturas, también afectan a los sensores y, por tanto, al funcionamiento del motor. Estos motores son más adecuados para aplicaciones de baja velocidad.

MOTOR DE C.C. SIN ESCOBILLAS Y SIN SENSORES

Este tipo de motor no utiliza sensores. En su lugar, el controlador se basa en la contrafase generada en las bobinas del estator para calcular la posición del rotor. Estos tipos de motores de CC sin escobillas de ofrecen el mejor rendimiento a altas velocidades.

También se pueden utilizar en entornos difíciles porque no utilizan sensores. Su error se hace evidente a bajas velocidades, cuando el EMF trasero es demasiado bajo para ser leído por el controlador o cuando se parte de una situación de estado estacionario. Estos tipos de motor son adecuados para aplicaciones de bajo coste, alta velocidad y condiciones duras.

MOTOR UNIPOLAR DE CORRIENTE CONTINUA SIN ESCOBILLAS

Un monopolo utiliza un rotor formado por un solo par de polos, Norte y Sur. Este tipo de diseño de motor de CC sin escobillas tiene sus ventajas y desventajas.

Empezando por la potencia, el motor puede alcanzar velocidades extremadamente altas. Por otra parte, a bajas velocidades, el rendimiento de los motores unipolares disminuye considerablemente, lo que afecta a la estabilidad y a la eficiencia de rotación. Por lo tanto, se utilizan mejor en aplicaciones de alta velocidad.

MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA MULTIPOLAR SIN ESCOBILLAS

Los motores multipolares utilizan varios polos en el rotor, normalmente hasta ocho. Como ya se ha dicho, se colocan con los polos opuestos enfrentados. Más varillas proporcionan una rotación más suave, pero a expensas de la velocidad. Como resultado, estos tipos de motores BL no alcanzan altas velocidades y se utilizan principalmente en aplicaciones de baja velocidad que requieren un par elevado.

OTROS TIPOS DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA SIN ESCOBILLAS

Es habitual agrupar los motores de corriente continua sin escobillas por sus señales de tensión de potencia y de contrafrecuencia. Los motores de esta categoría se analizan a continuación.

Motor DC sin escobillas trapezoidal: Un motor BLDC trapezoidal utiliza una señal de corriente que forma un trapecio. Se trata de un método de conmutación sencillo en comparación con el tipo de onda sinusoidal. El método consiste en alimentar un par de terminales a la vez dejando el tercer terminal sin conectar. Una desventaja de la señal, a pesar de su simplicidad, es el efecto de ondulación del par que provoca. Esto hace que el motor funcione con menos suavidad, especialmente a bajas velocidades. A velocidades más altas, estos motores funcionan mejor que los de tipo sinusoidal y son adecuados para aplicaciones en las que se utilizan principalmente altas velocidades.

Motor de CC sin escobillas sinusoidal: Estos tipos de motores de CC sin escobillas utilizan una señal de ciclo de trabajo que forma una onda sinusoidal. Con este método de conmutación, el controlador intenta alimentar todos los devanados del estator y utiliza una corriente que sigue una onda sinusoidal suave. El resultado es la anulación del efecto dominó del par, habitual en los motores trapezoidales. Un motor BLDC sinusoidal ofrece un rendimiento suave, pero principalmente a bajas velocidades. A altas velocidades, el par se reduce. Por lo tanto, le resultarán más adecuados para situaciones de baja velocidad.

VENTAJAS DEL MOTOR DC SIN ESCOBILLAS

Menos mantenimiento general debido a la ausencia de cepillos.

Pequeño tamaño con propiedades térmicas muy superiores.

Mayor rango de velocidades y menos ruido eléctrico.

No tiene ningún interruptor mecánico ni problemas relacionados.

Alta eficiencia y elevada relación potencia/tamaño mediante el uso de un rotor de imanes permanentes.

Alta velocidad de funcionamiento incluso en condiciones de carga y descarga gracias a la ausencia de escobillas limitadoras de velocidad.

Menor geometría del motor y menor peso que los motores de CC con escobillas y los motores de inducción de CA.

Larga vida útil, ya que no es necesario inspeccionar ni mantener el sistema de interruptores.

Mayor dinámica gracias a la baja inercia y a los devanados portadores del estator.

Menos interferencias electromagnéticas.

Bajo nivel de ruido debido a la ausencia de escobillas.

MOTOR DE C.C. SIN ESCOBILLAS VS. MOTOR DC CON ESCOBILLAS

Un motor sin escobillas difiere de un motor de escobillas en varios aspectos, como el diseño, el funcionamiento y los componentes. Estas diferencias, a su vez, afectan al rendimiento y la durabilidad del motor de distintas maneras. Para que pueda entender rápidamente las diferencias, he desglosado las comparaciones según las características mencionadas y otros parámetros.

Construcción: Un motor sin escobillas utilizará electroimanes para el estator e imanes permanentes para el rotor. Un motor con escobillas hace lo contrario, con bobinas giratorias que forman el rotor y un imán permanente que forma el estator.

Método de conmutación: Un motor con escobillas utiliza escobillas y un conmutador mecánico. El conmutador del motor de corriente continua sin escobillas es electrónico y se basa en la electrónica de estado sólido. Par en

diferentes niveles de velocidad. Los motores con escobillas experimentan una ligera pérdida de par a velocidades más altas.

Control:Los motores BLDCdependen del control electrónico para funcionar. Los motores con escobillas no lo necesitan a menos que funcionen a velocidad variable.

Nivel de ruido: Los motores con escobillas generan más ruido que los motores BL, debido principalmente a la acción mecánica de las escobillas sobre el colector. El ruido del motor de corriente continua sin escobillas es siempre muy bajo porque se utilizan menos piezas mecánicas.

Requisitos de mantenimiento: En comparación con los tipos con escobillas, los motores de CC sin escobillas son dispositivos de bajo mantenimiento porque no utilizan piezas de desgaste como escobillas y colectores.

Eficiencia: La eficiencia de los motores DC brushless suele ser mucho mayor que la de los motores brushed, hasta un 85-90. Esto se debe a la ausencia de escobillas, las escasas pérdidas de energía y el bajo calentamiento durante el trabajo. Los motores con escobillas suelen alcanzar un rendimiento del 75% al 80%.

Sensores: La mayoría de los motores sin escobillas utilizan sensores para detectar la posición del rotor, y algunos funcionan sin sensores. Un motor con escobillas no necesita sensor.

Consumo de energía: Los motores sin escobillas funcionan con una señal de ciclo de trabajo, lo que reduce significativamente su consumo de energía. Los motores con escobillas, por el contrario, mantienen un flujo de corriente constante y no son adecuados para aplicaciones que requieren ahorro de energía o en las que el sobrecalentamiento es un problema.

Coste: El coste de construir un motor de corriente continua sin escobillas es generalmente alto en comparación con los tipos de escobillas tradicionales. Esto se debe principalmente a la inclusión de costosos circuitos electrónicos de control y, en ocasiones, de sensores.

Vida útil: Los motores sin escobillas son dispositivos que no requieren mantenimiento y duran mucho tiempo. En cambio, los motores con escobillas contienen piezas que requieren un mantenimiento regular y se desgastan con demasiada rapidez.

Resumiendo la comparación entre los tipos de motor de CC con escobillas y sin escobillas, es claro que los motores sin escobillas ofrecen más ventajas. En las aplicaciones en las que se prefieren los motores con escobillas, las ventajas incluyen el bajo coste y la capacidad de funcionar en condiciones duras.

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