¿Qué es un motor CC sin escobillas? Controles, aplicaciones y tipos

Los BLDC, o motores de CC sin escobillas, tienen una serie de ventajas sobre sus equivalentes tradicionales "con escobillas". Los motores sin escobillas se utilizan en drones, herramientas eléctricas, bienes de consumo, equipos de embalaje, electrodomésticos, aplicaciones médicas y más. En esta publicación, exploraremos las ventajas y desventajas relativas de los motores BLDC en comparación con otras tecnologías de motores. También aprenderemos dónde verlos en acción y cómo puede usarlos.

Los motores de CC sin escobillas energizan secuencialmente una disposición de bobinas electromagnéticas en el estator de un motor (sección estacionaria) para producir una fuerza en los imanes permanentes dispuestos en el rotor del motor (sección giratoria). Las bobinas del estator deben ser energizadas en un patrón específico con diferentes direcciones eléctricas y, por lo tanto, magnéticas por un controlador especializado. Los motores BLDC funcionan significativamente más eficientemente que los motores DC con escobillas, con las mismas cargas y velocidades.

Ejecutar este patrón requiere que el conductor conozca la posición del rotor en un momento dado. Los motores BLDC cuentan con control de circuito cerrado, generalmente a través de un sensor de efecto Hall o mediante la detección de EMF. La salida rotacional se puede controlar con un alto grado de precisión variando la velocidad de la secuencia de la bobina. Los motores BLDC comparten algunas similitudes con los motores paso a paso, pero los BLDC están optimizados para alta velocidad, mientras que los motores paso a paso, que utilizan una configuración de bucle abierto, están optimizados para un posicionamiento preciso.

Existen dos estilos principales del motor BLDC: inrunner y outrunner.

Las secciones electromagnéticas tanto del inrunner como del outrunner permanecen estacionarias mientras los imanes giran. Eso es diferente que en un motor de CC tradicional, donde los imanes permanecen estacionarios (fijos a la carcasa) mientras la sección electromagnética gira. La otra diferencia fundamental es que, en lugar de sincronizar la activación de la bobina en función de un sensor de efecto Hall o EMF inverso, los motores de CC con escobillas utilizan escobillas físicas para transmitir electricidad en una secuencia "programada mecánicamente".

La gran ventaja de los motores de CC con escobillas frente a los motores de CC sin escobillas es que son económicos y fáciles de usar; simplemente conecte uno a la alimentación de CC al voltaje adecuado. Sin embargo, las desventajas incluyen una menor eficiencia, cepillos que se desgastan debido a la fricción y chispas. Los motores DC con escobillas también tienen menos control de salida en comparación con los motores BLDC. No tienen retroalimentación incorporada, y la entrada de voltaje variable es el único método para modificar las RPM y el par de salida.

¿Es un motor BLDC un paso a paso, un motor de CA o algo único?

Los motores de CC sin escobillas giran en pasos secuenciales rápidos, por lo que es tentador arrojar este dispositivo de rotación a la categoría de motores paso a paso. Como se señaló anteriormente, la diferencia práctica es que los BLDC generalmente están diseñados para una operación de alta velocidad, mientras que los motores paso a paso están configurados para un posicionamiento de precisión. Si necesita que un motor gire a varios miles de RPM, un BLDC es la mejor opción frente a un paso a paso.

Al mismo tiempo, si necesita un motor para girar con precisión fracciones de revolución, adelante y atrás, una y otra vez, los motores paso a paso pueden funcionar muy bien. Tenga en cuenta que los enrutadores CNC y las impresoras 3D con frecuencia funcionan bajo control paso a paso durante horas seguidas, mientras que cada paso permanece perfectamente sincronizado. Los servomotores, que utilizan la retroalimentación del sensor para determinar la distancia que recorre un motor, también pueden ser una buena opción para un posicionamiento preciso.

Dado que los motores BLDC combinan elementos de operación paso a paso y servo, uno puede considerar correctamente que los BLDC son un sistema completamente único. Con excelente rendimiento y eficiencia de velocidad, retroalimentación integrada y bajos costos de mantenimiento, los motores BLDC son una opción atractiva para una variedad de proyectos de automatización.

Los motores BLDC son dispositivos de corriente continua, pero un análogo de corriente alterna se denomina motor síncrono de imanes permanentes (PMSM). En lugar de un suministro de CC controlado para cada bobina, este tipo de motor utiliza una fuente de entrada de CA con un variador de frecuencia para controlar las velocidades del motor. Los PMSM suelen ser más eficientes y producen más par que los motores BLDC y, a menudo, se emplean en vehículos eléctricos. Si bien no es lo mismo que un motor BLDC, los PMSM son una buena alternativa en muchas situaciones.

Con información rotacional proporcionada por sensores dedicados o EMF posterior, el control BLDC se puede implementar mediante uno de tres métodos: control trapezoidal, sinusoidal y orientado al campo (FOC).

Las tecnologías de motor BLDC se utilizan de manera prominente hoy en día en los sistemas de drones, donde la coordinación de cuatro o más rotores capaces de alcanzar altas velocidades, eficiencia y bajo mantenimiento es de suma importancia. También los vemos cada vez más integrados en las herramientas eléctricas, aunque los modelos BLDC generalmente tendrán un precio superior significativo en comparación con sus contrapartes cepilladas. Electrodomésticos como lavadoras y secadoras incluyen motores BLDC, así como algunos ventiladores y bombas.

Otras aplicaciones incluyen pequeños ventiladores de enfriamiento en PC, que generalmente funcionan con motores BLDC. Los medios magnéticos/ópticos que giran con precisión (discos duros y reproductores de CD/DVD/Blu-ray) también emplean esta tecnología. En términos generales, otras aplicaciones incluyen vehículos eléctricos (incluidas bicicletas eléctricas), equipos de embalaje y dispositivos médicos.

Dadas sus importantes ventajas, es probable que veamos un mayor uso de la tecnología de motores BLDC en el futuro inmediato. Busque un mayor uso de las metodologías FOC más avanzadas para mejorar la eficiencia del motor y la potencia de salida, y la disponibilidad de controladores cada vez más capaces.

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