Motor sin escobillas – construcción, funcionamiento y fortalezas
Motor sin escobillas – construcción, funcionamiento y fortalezas
Motor sin escobillas – construcción, funcionamiento y fortalezas
- ¿Por qué vale la pena apostar por los motores sin escobillas?
- Aplicaciones donde el motor sin escobillas es insuperable
- Clasificación de motores sin escobillas – motores BLDC y PMSM
- Control de motor sin escobillas
- Resumen
Motor sin escobillas – estructura y método de funcionamiento
Para comprender el fenómeno de los motores sin escobillas, que se abren paso en el mercado de las herramientas eléctricas, se debe comprender la esencia del funcionamiento de los motores de conmutador utilizados hasta ahora y conocer las diferencias más importantes entre ellos.
La tarea principal del motor eléctrico es convertir la energía eléctrica en energía mecánica, es decir, poner en movimiento el eje del dispositivo accionado. En los motores clásicos, el conmutador del rotor giratorio recibe una carga eléctrica de las escobillas de grafito, que conducen la electricidad a través del contacto directo con el elemento giratorio. El campo magnético creado como resultado de la conmutación genera un movimiento de rotación con el uso de imanes especiales.
La construcción y, por lo tanto, el principio de funcionamiento de un motor sin escobillas es ligeramente diferente. En este dispositivo, el conmutador y las escobillas fueron reemplazados por bobinas enrolladas en un núcleo estacionario, el llamado estator (en un motor de escobillas, las bobinas están ubicadas en un rotor en movimiento). Ellos, a través del flujo de corriente a través de ellos, crean un campo magnético que genera la rotación del rotor. Una solución muy común y básica es el uso de tres devanados. Debido a la ondulación del par que se produce, los fabricantes también proponen motores equipados con conjuntos de uno a ocho pares de polos.
Debido a la falta de contacto directo del elemento giratorio con las bobinas estacionarias, no es necesario utilizar cepillos de grafito. El uso de imanes permanentes en la construcción de un motor sin escobillas permite un par más alto y una mayor eficiencia del dispositivo. Todo esto se debe a la alta densidad energética de los imanes en cuestión.
¿Por qué vale la pena apostar por los motores sin escobillas?
La solución de diseño del motor sin escobillas aporta una serie de ventajas. Las diferencias más importantes que conviene mencionar son:
- Operación más silenciosa y menos de emergencia del dispositivo – durante el funcionamiento, los cepillos rozan contra los elementos giratorios, causando ruido. Las escobillas son las partes de los dispositivos que se desgastan con más frecuencia en los motores de los conmutadores, lo que acorta significativamente su vida útil;
- Mayor seguridad en el trabajo – durante el funcionamiento del motor sin escobillas, no hay chispas peligrosas para el usuario, como ocurre en los accionamientos clásicos. Esta ventaja permite que el motor se utilice en entornos explosivos e inflamables;
- Mayor eficiencia del dispositivo – la eliminación de la resistencia mecánica permite lograr velocidades de rotación más altas del rotor y mejorar el par;
- Duración mejorada de la batería – motor sin escobillas consume menos electricidad que su contraparte tradicional. Este hecho es extremadamente importante en el caso de dispositivos a batería que pueden funcionar mucho más tiempo con una sola carga;
- Capacidad de control más precisa – los motores BLDC le permiten controlar el par de una manera muy precisa, lo que reduce la inercia y el consumo de electricidad;
- Reducción significativa o eliminación de la necesidad de mantenimiento – con el uso adecuado del motor, debería funcionar sin fallas, sin la necesidad de interferencias externas en la estructura. La eliminación de las escobillas significa que dentro del dispositivo ya no quedan partes sensibles que se desgastan durante el funcionamiento normal. La ventaja de este hecho es que el motor se puede instalar en un lugar de difícil acceso.
Aplicaciones donde el motor sin escobillas es insuperable
Estos motores son ideales para equipos informáticos que requieren un funcionamiento seguro e ininterrumpido durante mucho tiempo. Los ejemplos incluyen discos duros o ventiladores de computadora, que continuamente bajan la temperatura de los componentes mientras la computadora está en uso. Como ya se mencionó anteriormente, debido al reducido consumo de energía y las dimensiones minimizadas, son indispensables en dispositivos inalámbricos profesionales, como destornilladores, taladros o amoladoras angulares. Trabajar "con batería" es entonces económico y su tiempo es más largo. Una industria muy popular hoy en día que depende en gran medida de los motores sin escobillas es la producción de automóviles eléctricos e híbridos. Es igualmente importante el uso de tecnología sin escobillas en la construcción de lavadoras y acondicionadores de aire. Es necesario un funcionamiento sin chispas debido al alto riesgo de descarga eléctrica. Además, los fabricantes de lavadoras para productos equipados con motores sin escobillas ofrecen un período de garantía más largo debido al funcionamiento más estable del tambor, lo que permite un funcionamiento menos de emergencia. Otro beneficio de comprar una lavadora de este tipo es la reducción de los costos operativos.
Clasificación de motores sin escobillas – motores BLDC y PMSM
Los motores sin escobillas más utilizados son motores BLDC (Brushless DC Motor), que es una solución con una distribución trapezoidal de fuerza electromotriz, y motores PMSM (Permament Magnet Synchronous Motor) con una distribución sinusoidal de SEM. También distinguimos entre accionamientos de corriente continua y corriente alterna.
Control de motor sin escobillas
El uso de devanados estatóricos permite regular el motor modificando las corrientes que los afectan e interviniendo en el valor del par. Como ya se mencionó anteriormente, existen motores BLDC y PMSM. La designación del tipo de motor indica cómo se controla el dispositivo. El control Keystone permite realizar ajustes cuando no se requiere control de velocidad ni par motor. Dichos motores están equipados con sensores Hall, que determinan la posición del rotor. Esta solución es menos complicada, pero también menos precisa. La principal desventaja de tal estructura es la problemática de la regulación a bajas velocidades de rotación.
En los motores PMSM, es decir, con un curso sinusoidal de la fuerza electromotriz, gracias al uso de codificadores especializados, se han eliminado los efectos de conmutación indeseables que se producen en los motores BLDC, al tiempo que se permite un ajuste libre incluso a bajas velocidades de rotación. Además, una solución de este tipo minimiza el riesgo de que se produzcan ondas de torsión.
El tercer y más avanzado tipo de regulación de motor sin escobillas es el control vectorial. Una solución de este tipo consiste en el uso de un bloque de transformación especial aguas arriba del controlador PI. El efecto de tal procedimiento es la mejora de la precisión del control en comparación con los dos tipos anteriores, al tiempo que elimina la ondulación y la buena regulabilidad en el rango de bajas revoluciones.
Resumen
Conectar un motor sin escobillas es sin duda una solución que merece la atención tanto del productor como del consumidor. El primero elimina el riesgo de fallas frecuentes. Los productos aumentan de calidad y, al mismo tiempo, se reduce el número de piezas necesarias para el montaje. Sin embargo, el comprador recibe un producto que le servirá durante años y no requerirá ninguna interferencia especial en su funcionamiento. A pesar de una cierta diferencia de precio, la tranquilidad y la seguridad se compran de por vida. Por lo tanto, vale la pena considerar la oferta de dispositivos equipados con motores sin escobillas.