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los mercados de motores y control de motores están prosperando en una serie de áreas, particularmente en aplicaciones médicas y robóticas. Además, existe una gran demanda de motores pequeños, eficientes, de alto y bajo par, y de alta y baja potencia en el sector de la automoción.
estas aplicaciones pueden elegir entre motores de CC con escobillas, motores de CC sin escobillas (BLDC) o una combinación de ambos. La mayoría de los motores operan de acuerdo con la Ley de inducción de Faraday (ver aquí)., Sin embargo, hay diferencias clave entre estos motores y en las oportunidades de empleo que les esperan.
Brush DC Motors
alrededor desde finales de 1800, los motores de cepillo de CC son uno de los tipos más simples de motores. Sin el suministro de CC o la batería requerida para el funcionamiento, un motor de CC de cepillo típico consiste en una armadura (también conocido como rotor), un conmutador, cepillos, un eje y un imán de campo (Fig. 1) (ver «Fundamentos del motor de CC cepillado»).
1., Simple En construcción, un motor de cepillo de CC de uso general incluye una armadura o rotor, un conmutador, cepillos, un eje y un imán de campo. Naturalmente, se requiere una batería o fuente de alimentación.Las propiedades del motor están determinadas por el material del que está hecho, el número de bobinas enrolladas a su alrededor y la densidad de las bobinas. La armadura o rotor es un electroimán, y el imán de campo es un imán permanente. El conmutador es un dispositivo de anillo dividido envuelto alrededor del eje que hace contacto físico con los cepillos, que están conectados a los polos opuestos de la fuente de alimentación (Fig. 2).,
2. Un anillo dividido que se envuelve alrededor del eje, el conmutador hace contacto físico con los cepillos, que se conectan a los polos opuestos de una fuente de alimentación para entregar cargas positivas y negativas al conmutador.
los cepillos cargan el conmutador inversamente en polaridad al imán permanente, a su vez haciendo que la armadura gire. La dirección de rotación, en sentido horario y / o antihorario, se puede invertir fácilmente invirtiendo la polaridad de los cepillos, es decir, invirtiendo los cables de la batería.,
Brushless DC Motors
En términos de diferencias, el nombre es un claro indicativo. Los motores BLDC carecen de cepillos. Pero sus diferencias de diseño son un poco más sofisticadas (ver «Fundamentos del Motor de CC sin escobillas (BLDC)»). Un motor BLDC monta sus imanes permanentes, generalmente cuatro o más, alrededor del perímetro del rotor en un patrón cruzado (Fig. 3).
3. Visto desde la parte superior, este motor de CC sin escobillas (BLDC) emplea cuatro imanes permanentes montados en la parte superior de su rotor, eliminando la necesidad de conexiones, un conmutador y cepillos.,
la eficiencia es una característica principal de venta para los motores BLDC. Debido a que el rotor es el único portador de los imanes, no requiere energía, es decir, sin conexiones, sin conmutador y sin cepillos. En lugar de estos, el motor emplea circuitos de control. Para detectar dónde se encuentra el rotor en ciertos momentos, los motores BLDC emplean, junto con controladores, codificadores rotativos o un sensor Hall (consulte «Brushless DC Motor Control Made Easy»).
Los motores BLDC son motores síncronos, lo que significa que sus rotores y estatores giran a la misma frecuencia., Vienen en configuraciones monofásicas, bifásicas y trifásicas (consulte «motor de CC sin escobillas (BLDC)»).
para cepillar
Cuando se trata de una gama de aplicaciones básicas vagamente definidas, uno podría usar un cepillo o un motor sin escobillas. Y como cualquier tecnología comparable y competidora, los motores brush y brushless tienen sus pros y sus contras.
en el lado profesional, Los motores de cepillo son generalmente baratos y confiables. También ofrecen un control simple de dos hilos y requieren un control bastante simple o ningún control en absoluto en diseños de velocidad fija., Si los cepillos son reemplazables, estos motores también cuentan con una vida útil algo prolongada. Y debido a que necesitan pocos componentes externos o ningún componente externo, los motores de escobillas tienden a manejar entornos difíciles de manera confiable.
para el inconveniente, los motores de cepillo requieren mantenimiento periódico ya que los cepillos deben limpiarse y reemplazarse para un funcionamiento continuo, descartándolos para diseños médicos críticos. Además, si se requiere un alto par, Los motores de cepillo caen un poco planos. A medida que aumenta la velocidad, aumenta la fricción del cepillo y disminuye el par viable.,
sin embargo, el par puede no ser un problema en algunas aplicaciones y en realidad podría ser deseable. Por ejemplo, los cepillos de dientes eléctricos requieren velocidades más altas con un par decreciente, lo cual es bueno para el cepillo y sus dientes y encías.
otras desventajas de los motores de CC de cepillo incluyen una disipación de calor inadecuada causada por las limitaciones del rotor, alta inercia del rotor, rango de baja velocidad debido a las limitaciones impuestas por los cepillos e interferencia electromagnética (EMI) generada por el arco del cepillo.
o no cepillar
Los motores BLDC tienen una serie de ventajas sobre sus hermanos brush., Por un lado, son más precisos en las aplicaciones de posicionamiento, confiando en los sensores de posición de efecto Hall para la conmutación. También requieren menos y a veces ningún mantenimiento debido a la falta de cepillos.
vencieron a los motores de cepillo en la compensación velocidad / par con su capacidad de mantener o aumentar el par a varias velocidades. Es importante destacar que no hay pérdida de potencia entre los cepillos, lo que hace que los componentes sean significativamente más eficientes. Otros profesionales de BLDC incluyen alta potencia de salida, tamaño pequeño, mejor disipación de calor, rangos de velocidad más altos y operación de bajo ruido (mecánica y eléctrica).,
Nada es perfecto, sin embargo. Los motores BLDC tienen un mayor costo de construcción. También requieren estrategias de control que pueden ser complejas y costosas. Y, requieren un controlador que puede costar casi tanto como si no más que el motor BLDC que gobierna.
La elección radica en nuestras aplicaciones
las líneas de fondo para hacer una elección entre componentes de cualquier tipo son el tipo de aplicación y el corte de costo para el producto final. Por ejemplo, un robot de juguete dirigido al mercado de seis a ocho años puede requerir de cuatro a nueve motores., Todos pueden ser componentes de CC sin escobillas o sin escobillas o una mezcla de ambos.
si este robot solo realiza movimientos básicos o es parte de un kit introductorio, no hay necesidad de ir con edificios de larga duración que cuestan más que sus contrapartes cepilladas. El juguete o kit probablemente terminará en el contenedor de reciclaje mucho antes de que los motores del cepillo se hayan quemado.
Las aplicaciones típicas de motores de CC cepillados incluyen juguetes motorizados, electrodomésticos y periféricos de computadora. Los fabricantes de automóviles los reclutan para ventanas eléctricas, asientos y otros diseños en la cabina debido a su bajo costo y diseño simple.,
Los motores BLDC son más versátiles, principalmente debido a su conocimiento en los departamentos de velocidad y par. También vienen en paquetes compactos, lo que los hace viables para una variedad de diseños compactos. Las aplicaciones típicas incluyen discos duros de computadoras, reproductores multimedia mecánicos, ventiladores de refrigeración de componentes electrónicos, herramientas eléctricas inalámbricas, HVAC y refrigeración, sistemas industriales y de fabricación, y giradiscos de accionamiento directo.
la industria automotriz también pone motores BLDC de mayor potencia para trabajar en vehículos eléctricos e híbridos., Estos motores son esencialmente motores síncronos de CA con rotores de imán permanente. Otros usos únicos incluyen bicicletas eléctricas donde los motores caben en las ruedas o tapacubos, posicionamiento y actuación industrial, robots de montaje y actuadores lineales para el control de válvulas.
