Conocimientos básicos de sistemas de motores de CC sin escobillas

Hasta ahora, la mayoría de las personas no conocen los motores y controladores de corriente continua sin escobillas, aunque pueden haberlos encontrado en aparatos cotidianos como aires acondicionados, lavadoras, ventiladores eléctricos, secadores de pelo, etc. Debido a la falta de exposición a la electricidad real. componentes, es normal tener un conocimiento limitado de todo el sistema.

Profundicemos en los aspectos fundamentales de los sistemas de motores DC sin escobillas.

Todos los motores implican un concepto conocido como "conmutación", que se refiere al proceso de cambiar la corriente (de cierta manera) para mover el rotor físico. Cuando la corriente fluye a través de la bobina, el rotor se mueve, creando un campo magnético (normalmente generado por un imán permanente). Este campo puede repeler o atraer el campo magnético existente, lo que provoca el movimiento del rotor (la parte móvil del motor) en relación con el estator (la parte estacionaria del motor).

El concepto de imanes sirve como una buena analogía para la conmutación. Al colocar dos imanes del mismo polo uno frente al otro sobre una mesa, se repelen. Si estos imanes están lo suficientemente separados, dejarán de moverse. Acercar un imán al otro alejará el segundo imán debido a la repulsión. La continuación de este proceso da como resultado un movimiento continuo, un ejemplo lineal de conmutación.

Los motores de CC con escobillas implementan conmutación mecánica

es decir, la estructura física del motor provoca la conmutación. Las escobillas hacen contacto con el conmutador y, a medida que el motor gira, la corriente que pasa a través de la bobina del motor alterna la polaridad. Esto permite que el campo magnético generado por el imán permanente del estator siempre se oponga al campo magnético generado por el rotor, asegurando una fuerza continua. La conmutación mecánica significa que un motor de CC con escobillas solo requiere la aplicación de voltaje a los devanados del motor para girar.

Muchos lectores pueden sentirse confundidos por el título en este momento, ya que todavía no he hablado de los motores CC sin escobillas. Sin embargo, para explicar “sin escobillas”, primero necesito aclarar dónde se utilizan las brochas.

El origen de los motores CC sin escobillas es relativamente sencillo: 

La mayoría de los problemas con los motores de CC con escobillas surgen de las escobillas. Los cepillos pueden generar chispas, desgastarse, generar ruidos fuertes y contribuir a un consumo de energía significativo, restringiendo la velocidad y dificultando el enfriamiento. Esto significa que los motores de CC con escobillas no son adecuados para aplicaciones con materiales inflamables, que requieren una vida útil prolongada, un funcionamiento silencioso o una alta eficiencia en sistemas de alta velocidad o alta potencia. Estos son inconvenientes importantes de las escobillas, que pueden solucionarse eliminándolas, pero esto también elimina la conmutación mecánica.

La ausencia de conmutación mecánica introduce otros problemas

Como los motores todavía necesitan conmutación. Los motores de CC sin escobillas utilizan conmutación eléctrica, lo que suena como magia, ¿verdad? En este método, debe asegurarse de que la corriente en el motor genere constantemente un campo magnético capaz de mover el rotor. Es necesario saber dónde está el rotor para considerar cómo aplicar la corriente para moverlo.

La primera decisión estructural importante en los sistemas de motores de CC sin escobillas es la distinción entre sistemas "con sensores" y "sin sensores". 

Si necesitas saber dónde está el rotor, dos métodos pueden ayudarte:

• Los métodos con sensores suelen utilizar sensores o codificadores de efecto Hall para detectar la posición del rotor. Si bien los codificadores pueden proporcionar información de ángulo muy precisa, este método tiene un costo elevado. El sensor de efecto Hall es un sensor magnético popular y, en motores CC trifásicos sin escobillas, la implementación de tres sensores de efecto Hall puede lograr una conmutación simple de seis pasos.
• Los métodos sin sensores implican estimar la fuerza contraelectromotriz (EMF) generada cuando el motor gira. Back EMF es un tema complejo que es mejor analizarlo por separado. En resumen, es el voltaje generado en la bobina del motor, función de la velocidad y la carga del motor. Los métodos sin sensores son esencialmente estimaciones y a menudo requieren cálculos complejos. A medida que disminuye la velocidad del motor (por ejemplo, para el control de posición en servomotores), los métodos sin sensores se vuelven excepcionalmente desafiantes debido a la disminución de la fuerza electromagnética inversa.

La segunda decisión estructural importante en los sistemas de motores de CC sin escobillas es el método de control. 

Si sabes dónde está el rotor y necesitas aplicar una determinada corriente para moverlo, los motores CC trifásicos sin escobillas requieren al menos seis potenciales eléctricos diferentes. Puede utilizar métodos de control "trapezoidal", "seis pasos" o "120 grados" para determinar cómo conmutar el motor de CC sin escobillas.

• conmutación trapezoidal
• Conmutación sinusoidal

Otro método consiste en aplicar formas de onda de corriente más suaves al motor, lo que se conoce como control "sinusoidal" o control de "180 grados". 

Este método de control puede mejorar la eficiencia y reducir el ruido cuando se utiliza con el motor adecuado, pero conlleva una mayor complejidad y, a menudo, requiere una sincronización de modulación de ancho de pulso (PWM) más precisa.

El contenido anterior proporciona una breve introducción a los conocimientos básicos de los sistemas de motores de CC sin escobillas. Debido a la naturaleza amplia del tema, en este artículo no se tratan detalles como el control de la orientación del campo magnético, el arranque del motor, los rotores internos y externos, los números de polos, los devanados tipo Δ (Delta) y Y, y muchos otros detalles específicos. Sin embargo, esperamos sinceramente que esta información le resulte útil para ampliar sus conocimientos sobre motores. 

Dongguan Faradyi Motors Co., Ltd. se especializa en el campo de la automatización industrial global, centrándose en la investigación y el desarrollo de motores CC sin escobillas, servomotores CC, motores paso a paso y controladores de accionamiento relacionados, de alto rendimiento y alta calidad, lo que lo convierte en una empresa líder. Empresa nacional de alta tecnología en soluciones tecnológicas de control de movimiento.