Motores BLDC
(1)Motores eléctricos, incluidos los motores BLDC cada vez más populares (del inglés: Brushless Direct-Current Motor), también llamados motores sin escobillas o motores de CC síncronos (del inglés: Direct Current), son dispositivos que se utilizan para convertir la energía eléctrica en energía mecánica, la mayoría de las veces en forma de rotación. Los motores BLDC es uno de los muchos grupos de motores eléctricos que, gracias a sus indudables ventajas, se utiliza en un número cada vez mayor de dispositivos, que van desde componentes informáticos, como unidades ópticas y ventiladores de refrigeración, hasta dispositivos portátiles, herramientas eléctricas, juguetes y vehículos teledirigidos, p.ej., drones, electrodomésticos, hasta máquinas y dispositivos de transporte y movimiento, incluidos patinetes, bicicletas y coches eléctricos.
Construcción de motores BLDC
Los motores sin escobillas, en comparación con los motores de conmutador, tienen una estructura diferente. La mayor diferencia entre los dos tipos de accionamientos es la falta de un conmutador que cambie los sucesivos devanados del rotor en los motores BLDC. En cambio, tienen la llamada conmutación electrónica: un controlador especial adaptado para trabajar con motores BLDC gestiona y conmuta la fuente de alimentación en sucesivos devanados del estator de tal manera que genera un movimiento giratorio suave del campo electromagnético, seguido de un Rotor sobre el que se colocan los imanes permanentes (a menudo en forma de potentes imanes de neodimio). La conmutación de sucesivos devanados se realiza mediante elementos semiconductores como transistores. Si el vector de campo electromagnético producido por el devanado se desplaza angularmente con el vector de campo magnético producido por los imanes del rotor, se produce un par que hace que el rotor gire.
Los motores trifásicos pueden tener devanados conectados en triángulo donde el final de cada devanado está conectado al comienzo del siguiente, y la energía se suministra a cada uno de los tres puntos así creados. Los devanados también pueden estar conectados en estrella, donde uno de los extremos de los devanados se conecta en un punto central común, mientras que la energía se suministra a los extremos libres de cada uno de ellos. El sistema de conexión delta proporciona menos par a bajas velocidades, pero alcanza una velocidad máxima más alta que la conexión en estrella. En la práctica, la conexión en estrella es la más común en el caso de los motores BLDC, ya que es más eficiente en aplicaciones típicas.
Los motores sin escobillas pueden venir en tres versiones, en las que el rotor está rodeado por el estator (del inglés: inrunners), el estator está rodeado por el rotor (del inglés: outtrunners) o el rotor y el estator son planos y paralelos (del inglés: axial). En cualquier caso, es el rotor de imanes permanentes el que se mueve con respecto a la parte estacionaria con devanados. Por lo general, los motores BLDC con el rotor que rodea el estator (conocidos como corredores) tienen valores de par más altos a velocidades de rotación bajas. Como el estator es fijo e integral con la carcasa, el enfriamiento puede ser principalmente por conducción y no se requiere circulación de aire forzado adicional para enfriar el motor. En la práctica, la potencia máxima de un motor sin escobillas está limitada únicamente por la cantidad de calor liberado, cuyo exceso puede provocar la quema del aislamiento del devanado y su consiguiente destrucción.
Control de motor sin escobillas
El sistema de control del motor BLDC tiene muy a menudo la forma de control de retroalimentación. Un sensor electrónico, la mayoría de las veces en forma de sensor Hall, verifica la posición angular actual del rotor, gracias a lo cual el controlador recibe información sobre cómo cambiar los devanados sucesivos para obtener la rotación más suave y estable del eje. El ajuste por parte del controlador de la fase (de hecho, la frecuencia de conmutación de los devanados del estator) y la amplitud de los pulsos de CC permiten controlar la velocidad de rotación y el par que aparece en el eje. También existen soluciones sin sensores de posición angular del rotor. Entonces se utiliza la señal "Back EMF" (del inglés: Back Electromotive Force), que se genera mediante imanes giratorios (campo magnético) adheridos al rotor. La tensión inducida en cada una de las bobinas se compara con la tensión central en el punto de conexión de los tres devanados (en caso de que estén conectados en estrella). Estas señales se amplifican y envían al sistema de detección de posición del rotor, y sus formas de onda se desplazan entre sí en 120°. El problema al utilizar una solución de este tipo es el momento de arranque, es decir, el arranque del motor, porque estas señales aún no se han generado y se desconoce la posición del rotor.
Vale la pena saber que los motores BLDC pueden tener un número diferente de fases. Hay motores BLDC monofásicos, bifásicos y trifásicos. A mayor número de fases, mayor potencia y eficiencia del motor, así como más silencioso su funcionamiento, que es el resultado de una conmutación más suave de los devanados, lo que provoca menor vibración de la estructura.
Ventajas de los motores BLDC
Conmutación electrónica en motores BLDC, es decir, ECM (del inglés: Electronically Commutative Motors), por lo tanto, la falta de un conmutador y la falta de escobillas de carbón que se deslizan sobre él tiene muchas ventajas. Es principalmente la falta de chispas, que es un problema común en los motores de conmutador, por lo que pueden usarse en zonas donde puede haber riesgo de incendio o explosión. Tampoco hay pérdida de energía ya que no hay fricción entre las escobillas de carbón y el conmutador, lo que además puede conducir a un funcionamiento incorrecto de la microelectrónica cercana debido al ruido electrónico resultante. La durabilidad de un motor BLDC está determinada casi únicamente por la durabilidad y confiabilidad de los cojinetes utilizados en su construcción. La falta de escobillas y conmutador también significa menos peso de los motores BLDC, su mayor eficiencia (en comparación con los motores eléctricos de CC tradicionales) y un funcionamiento silencioso. También pueden alcanzar altas velocidades de rotación, pero puede establecer límites fácilmente en este parámetro y también controlarlos a bajas velocidades de rotación.
Al elegir un motor BLDC, preste atención al voltaje de suministro para el que está diseñado. Esto generalmente será el resultado de los parámetros de la fuente de alimentación que se utilizará con el controlador para operar el motor dado. También se pueden considerar el diámetro del eje y la configuración del impulsor.
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