Los motores eléctricos sin escobillas se utilizan en equipos médicos, modelado de aeronaves, unidades de cierre de tuberías de oleoductos, así como en muchas otras industrias. Pero tienen sus inconvenientes, características y ventajas, que a veces juegan un papel clave en el diseño de varios dispositivos. Sea como fuere, estos motores eléctricos ocupan un nicho relativamente pequeño en comparación con las máquinas de CA asíncronas.
Características de los motores eléctricos
Una de las razones por las que los diseñadores están interesados en motores sin escobillas es la necesidad de motores de alta velocidad con dimensiones pequeñas. Además, estos motores tienen un posicionamiento muy preciso. El diseño tiene un rotor móvil y un estator fijo. En el rotor hay uno o varios imanes permanentes, dispuestos en una determinada secuencia. En el estator hay bobinas que creancampo magnético.
Se debe tener en cuenta una característica más: los motores sin escobillas pueden tener un ancla ubicada tanto en el interior como en el exterior. Por lo tanto, los dos tipos de construcción pueden tener aplicaciones específicas en diferentes áreas. Cuando la armadura se encuentra en el interior, resulta que alcanza una velocidad de rotación muy alta, por lo que estos motores funcionan muy bien en el diseño de sistemas de refrigeración. Si se instala un accionamiento de rotor externo, se puede lograr un posicionamiento muy preciso, así como una alta resistencia a la sobrecarga. Muy a menudo, estos motores se utilizan en robótica, equipos médicos, en máquinas herramienta con control de programa de frecuencia.
Cómo funcionan los motores
Para accionar el rotor de un motor CC sin escobillas, debe utilizar un microcontrolador especial. No se puede poner en marcha de la misma forma que una máquina síncrona o asíncrona. Con la ayuda de un microcontrolador, se encienden los devanados del motor para que la dirección de los vectores del campo magnético en el estator y la armadura sean ortogonales.
Es decir, con la ayuda de un driver, es posible regular el par que actúa sobre el rotor de un motor brushless. Para mover la armadura, es necesario realizar la conmutación correcta en los devanados del estator. Desafortunadamente, no es posible proporcionar un control de rotación uniforme. Sin embargo, se puede aumentar muy rápidamente.velocidad del rotor del motor.
Diferencias entre motores con escobillas y sin escobillas
La principal diferencia es que los motores sin escobillas de los modelos no tienen devanado en el rotor. En el caso de los motores eléctricos de colector, existen bobinados en sus rotores. Pero los imanes permanentes están instalados en la parte estacionaria del motor. Además, se instala un colector de diseño especial en el rotor, al que se conectan cepillos de grafito. Con su ayuda, se aplica voltaje al devanado del rotor. El principio de funcionamiento de un motor sin escobillas también es significativamente diferente.
Cómo funciona la máquina colectora
Para arrancar el motor del colector, deberá aplicar voltaje al devanado de campo, que se encuentra directamente en la armadura. En este caso, se forma un campo magnético constante, que interactúa con los imanes en el estator, como resultado de lo cual giran la armadura y el colector fijado en él. En este caso, se suministra energía al devanado siguiente, el ciclo se repite.
La velocidad de rotación del rotor depende directamente de la intensidad del campo magnético, y la última característica depende directamente de la magnitud del voltaje. Por lo tanto, para aumentar o disminuir la velocidad, es necesario cambiar la tensión de alimentación.
Para implementar lo contrario, solo necesita cambiar la polaridad de la conexión del motor. Para dicho control, no es necesario utilizar microcontroladores especiales,puede cambiar la velocidad de rotación utilizando una resistencia variable convencional.
Características de las máquinas sin escobillas
Pero el control de un motor sin escobillas es imposible sin el uso de controladores especiales. En base a esto, podemos concluir que los motores de este tipo no se pueden utilizar como generador. Para un control eficiente, la posición del rotor se puede monitorear usando múltiples sensores Hall. Con la ayuda de dispositivos tan simples, es posible mejorar significativamente el rendimiento, pero el costo del motor eléctrico aumentará varias veces.
Arranque de motores sin escobillas
No tiene sentido hacer microcontroladores por su cuenta, una opción mucho mejor sería comprarlos ya hechos, aunque sean chinos. Pero debe cumplir con las siguientes recomendaciones al elegir:
- Recuerde la corriente máxima permitida. Este parámetro será útil para varios tipos de operación del variador. Los fabricantes suelen indicar la característica directamente en el nombre del modelo. En muy raras ocasiones, se indican valores que son típicos de los modos pico, en los que el microcontrolador no puede funcionar durante mucho tiempo.
- Para el funcionamiento continuo, también se debe tener en cuenta la tensión de alimentación máxima.
- Asegúrese de considerar la resistencia de todos los circuitos internos del microcontrolador.
- Asegúrese de tener en cuenta el número máximo de revoluciones típico para el funcionamiento de este microcontrolador. Tenga en cuenta que él no espodrá aumentar la velocidad máxima, ya que la limitación se hace a nivel de software.
- Los modelos económicos de dispositivos microcontroladores tienen una frecuencia de pulsos generados en el rango de 7…8 kHz. Las copias caras se pueden reprogramar y este parámetro aumenta de 2 a 4 veces.
Intente seleccionar microcontroladores en todos los aspectos, ya que afectan la potencia que puede desarrollar el motor eléctrico.
Cómo se gestiona
La unidad de control electrónico permite conmutar los devanados de accionamiento. Para determinar el momento de conmutación utilizando el controlador, la posición del rotor es monitoreada por el sensor Hall instalado en el controlador.
En el caso de que no existan tales dispositivos, es necesario leer el voltaje inverso. Se genera en las bobinas del estator que no están conectadas en este momento. El controlador es un complejo de hardware y software que le permite realizar un seguimiento de todos los cambios y establecer el orden de conmutación con la mayor precisión posible.
Motores trifásicos sin escobillas
Muchos motores eléctricos sin escobillas para aeromodelismo funcionan con corriente continua. Pero también existen instancias trifásicas en las que se instalan convertidores. Te permiten hacer pulsos trifásicos a partir de un voltaje constante.
El trabajo es el siguiente:
- La bobina "A" recibe pulsos devalor positivo. En la bobina "B" - con un valor negativo. Como resultado de esto, el ancla comenzará a moverse. Los sensores fijan el desplazamiento y se envía una señal al controlador para la siguiente conmutación.
- La bobina "A" se apaga, mientras que se envía un pulso positivo al devanado "C". El devanado de conmutación "B" no cambia.
- El pulso positivo se aplica a la bobina "C" y el pulso negativo se envía a "A".
- Entonces el par "A" y "B" entran en juego. Se les alimentan valores positivos y negativos de pulsos, respectivamente.
- Entonces el pulso positivo vuelve a ir a la bobina "B" y el negativo a la "C".
- En la última etapa, se enciende la bobina "A", que recibe un pulso positivo y uno negativo va a C.
Y después de eso se repite todo el ciclo.
Beneficios de usar
Es difícil hacer un motor eléctrico sin escobillas con sus propias manos, y es casi imposible implementar el control del microcontrolador. Por lo tanto, es mejor utilizar diseños industriales confeccionados. Pero asegúrese de considerar los beneficios que obtiene la unidad al usar motores sin escobillas:
- Recurso significativamente más largo que las máquinas colectoras.
- Alto nivel de eficiencia.
- Más potente que los motores con escobillas.
- La velocidad de rotación aumenta mucho más rápido.
- No producen chispas durante el funcionamiento, por lo que pueden utilizarse en entornos con alto riesgo de incendio.
- Funcionamiento de la unidad muy sencillo.
- No es necesario utilizar componentes de refrigeración adicionales durante el funcionamiento.
Entre las deficiencias, se puede destacar un costo muy alto, si también tenemos en cuenta el precio del controlador. Incluso por un corto tiempo para encender un motor eléctrico de este tipo para comprobar el rendimiento no funcionará. Además, la reparación de dichos motores es mucho más difícil debido a sus características de diseño.
