comprender el principio y la aplicación de los motores de alta eficiencia: 1 de 3
un motor convierte la energía eléctrica suministrada en energía mecánica. Varios tipos de motores son de uso común. Entre estos, los motores de CC sin escobillas (BLDC) cuentan con alta eficiencia y excelente controlabilidad, y son ampliamente utilizados en muchas aplicaciones. El motor BLDC tiene ventajas de ahorro de energía en relación con otros tipos de motor.,
Los motores son máquinas de entrega de potencia
Cuando los ingenieros se enfrentan al Desafío de diseñar equipos eléctricos para realizar tareas mecánicas, pueden pensar en cómo las señales eléctricas se convierten en energía. Por lo tanto, los actuadores y motores se encuentran entre los dispositivos que convierten las señales eléctricas en movimiento. Los motores intercambian energía eléctrica por energía mecánica.
el tipo más simple de motor es el motor de CC cepillado. En este tipo de motor, la corriente eléctrica pasa a través de bobinas que están dispuestas dentro de un campo magnético fijo., La corriente genera campos magnéticos en las bobinas; Esto hace que el conjunto de la bobina gire, ya que cada bobina se aleja del Polo similar y se tira hacia el polo diferente del campo fijo. Para mantener la rotación, es necesario invertir continuamente la corriente—de modo que las polaridades de la bobina se volteen continuamente, haciendo que las bobinas continúen «persiguiendo» los polos fijos diferentes. La alimentación de las bobinas se suministra a través de cepillos conductores fijos que hacen contacto con un conmutador giratorio; es la rotación del conmutador la que causa la inversión de la corriente a través de las bobinas., El conmutador y los cepillos son los componentes clave que distinguen al motor de CC cepillado de otros tipos de motores. La figura 1 ilustra el principio general del motor cepillado.
Figura 1: Funcionamiento de los motores DC con escobillas.
Los cepillos fijos suministran energía eléctrica al conmutador giratorio. A medida que el conmutador gira, voltea continuamente la dirección de la corriente hacia las bobinas, invirtiendo las polaridades de la bobina para que las bobinas mantengan la rotación hacia la derecha., El conmutador gira porque está unido al rotor en el que se montan las bobinas.
tipos de motores comunes
Los motores difieren según su tipo de potencia (CA o CC) y su método de generación de rotación (Figura 2). A continuación, analizamos brevemente las características y usos de cada tipo.
Figura 2: diferentes tipos de motores
Los motores de CC cepillados, con un diseño simple y un control fácil, se utilizan ampliamente para abrir y cerrar bandejas de disco., En los automóviles, a menudo se utilizan para retraer, extender y posicionar ventanas laterales eléctricas. El bajo costo de estos motores los hace adecuados para muchos usos. Un inconveniente, sin embargo, es que los cepillos y conmutadores tienden a desgastarse relativamente rápido como resultado de su contacto continuo, lo que requiere un reemplazo frecuente y mantenimiento periódico.
un motor paso a paso es accionado por pulsos; gira a través de un ángulo específico (paso) con cada pulso., Debido a que la rotación es controlada con precisión por el número de pulsos recibidos, estos motores son ampliamente utilizados para implementar ajustes de posición. A menudo se utilizan, por ejemplo, para controlar la alimentación de papel en máquinas de fax e impresoras, ya que estos dispositivos alimentan el papel en pasos fijos, que se correlacionan fácilmente con el recuento de pulsos. La pausa también se puede controlar fácilmente, ya que la rotación del motor se detiene instantáneamente cuando se interrumpe la señal de pulso.
con motores síncronos, la rotación es síncrona con la frecuencia de la corriente de suministro., Estos motores se utilizan a menudo para conducir las bandejas giratorias en hornos de microondas; los engranajes de reducción en la unidad del motor se pueden utilizar para obtener las velocidades de rotación adecuadas para calentar los alimentos. Con los motores de inducción, también, la velocidad de rotación varía con la frecuencia; pero el movimiento no es sincrónico. En el pasado, estos motores se usaban a menudo en ventiladores eléctricos y lavadoras.
Hay varios tipos de motores de uso común. En esta sesión, analizamos las ventajas y aplicaciones de los motores de CC sin escobillas.
¿por qué giran los motores BLDC?,
como su nombre lo indica, los motores de CC sin escobillas no utilizan cepillos. Con motores cepillados, los cepillos entregan corriente a través del conmutador en las bobinas en el rotor. Entonces, ¿cómo un motor sin escobillas pasa corriente a las bobinas del rotor? No lo hace-porque las bobinas no están ubicadas en el rotor. En cambio, el rotor es un imán permanente; las bobinas no giran, sino que se fijan en su lugar en el estator. Debido a que las bobinas no se mueven, no hay necesidad de cepillos y un conmutador. (Véase La Figura. 3.,)
con el motor cepillado, la rotación se logra controlando los campos magnéticos generados por las bobinas en el rotor, mientras que el campo magnético generado por los imanes estacionarios permanece fijo. Para cambiar la velocidad de rotación, se cambia el voltaje de las bobinas. Con un motor BLDC, es el imán permanente el que gira; la rotación se logra cambiando la dirección de los campos magnéticos generados por las bobinas estacionarias circundantes. Para controlar la rotación, se ajusta la magnitud y la dirección de la corriente en estas bobinas.,
Figura 3: UN Motor BLDC.
dado que el rotor es un imán permanente, no necesita corriente, eliminando la necesidad de cepillos y conmutador. La corriente a las bobinas fijas se controla desde el exterior.
ventajas de los motores BLDC
un motor BLDC con tres bobinas en el estator tendrá seis cables eléctricos (dos a cada bobina) que se extienden de estas bobinas., En la mayoría de las implementaciones, tres de estos cables se conectarán internamente, con los tres cables restantes extendiéndose desde el cuerpo del motor (en contraste con los dos cables que se extienden desde el motor cepillado descrito anteriormente). El cableado en la caja del motor BLDC es más complicado que simplemente conectar los terminales positivos y negativos de la celda de potencia; veremos más de cerca cómo funcionan estos motores en la segunda sesión de esta serie. A continuación, concluimos mirando las ventajas de by BLDC motors.,
una gran ventaja es la eficiencia, ya que estos motores pueden controlar continuamente a la fuerza de rotación máxima (Par). Los motores cepillados, por el contrario, alcanzan el par máximo solo en ciertos puntos de la rotación. Para que un motor cepillado proporcione el mismo par que un modelo sin escobillas, necesitaría usar imanes más grandes. Esta es la razón por la que incluso los motores BLDC pequeños pueden entregar una potencia considerable.
la segunda gran ventaja-relacionada con la primera—es la capacidad de control. Los motores BLDC se pueden controlar, utilizando mecanismos de retroalimentación, para entregar con precisión el par y la velocidad de rotación deseados., A su vez, el control de precisión reduce el consumo de energía y la generación de calor y, en los casos en que los motores funcionan con baterías, alarga la vida útil de la batería.
Los motores BLDC también ofrecen una alta durabilidad y baja generación de ruido eléctrico, gracias a la falta de cepillos. Con los motores cepillados, los cepillos y el conmutador se desgastan como resultado del contacto continuo en movimiento, y también producen chispas donde se hace el contacto. El ruido eléctrico, en particular, es el resultado de las fuertes chispas que tienden a ocurrir en las áreas donde los cepillos pasan por encima de los huecos en el conmutador., Esta es la razón por la que los motores BLDC a menudo se consideran preferibles en aplicaciones donde es importante evitar el ruido eléctrico.
aplicaciones ideales para motores BLDC
hemos visto que los motores BLDC ofrecen una alta eficiencia y controlabilidad, y que tienen una larga vida útil. Entonces, ¿para qué sirven? Debido a su eficiencia y longevidad, son ampliamente utilizados en dispositivos que funcionan continuamente., Se han utilizado durante mucho tiempo en lavadoras, acondicionadores de aire y otros productos electrónicos de consumo; y más recientemente, están apareciendo en ventiladores, donde su alta eficiencia ha contribuido a una reducción significativa en el consumo de energía.
también se utilizan para conducir máquinas de vacío. En un caso, un cambio en el programa de control resultó en un gran salto en la velocidad de rotación, un ejemplo de la capacidad de control superlativa ofrecida por estos motores.,
Los motores BLDC también se utilizan para girar unidades de disco duro, donde su durabilidad mantiene las unidades funcionando de manera confiable a largo plazo, mientras que su eficiencia energética contribuye a la reducción de energía en un área donde esto es cada vez más importante.
hacia un uso más amplio en el futuro
podemos esperar ver motores BLDC utilizados en una gama más amplia de aplicaciones en el futuro. Por ejemplo, probablemente se utilizarán ampliamente para conducir robots de servicio, pequeños robots que prestan servicios en campos distintos de la fabricación., Uno podría pensar que los motores paso a paso serían más adecuados en este tipo de aplicación, donde los pulsos podrían usarse para controlar con precisión el posicionamiento. Pero los motores BLDC son más adecuados para controlar la fuerza. Y con un motor paso a paso, mantener la posición de una estructura como un brazo robótico requeriría una corriente relativamente grande y continua. Con un motor BLDC, todo lo que se requeriría es una corriente proporcional a la fuerza externa, lo que permite un control más eficiente de la energía. Los motores BLDC también pueden reemplazar motores de CC cepillados simples en carros de golf y carros de movilidad., Además de su mejor eficiencia, Los motores BLDC también pueden ofrecer un control más preciso, lo que a su vez puede prolongar aún más la vida útil de la batería.
Los motores BLDC también son ideales para drones. Su capacidad para ofrecer un control de precisión los hace especialmente adecuados para drones multirotor, donde la actitud del dron se controla controlando con precisión la velocidad de rotación de cada rotor.
en esta sesión, hemos visto cómo los motores BLDC ofrecen una excelente eficiencia, controlabilidad y longevidad. Pero un control cuidadoso y adecuado es esencial para aprovechar al máximo el potencial de estos motores., En nuestra próxima sesión, veremos cómo funcionan estos motores.
lista de Módulos
- Qué son los motores de CC sin escobillas
- Control de motores BLDC
- Soluciones Renesas para el Control de motores BLDC