Motor Dc Sin Escobillas

MÁQUINAS ELÉCTRICAS III MOTOR DE DC SIN ESCOBILLAS 2017

Ing. DE LA CRUZ MONTES, Efraín

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MOTOR DC SIN ESCOBILLAS - GRUPO 9

MOTOR DC SIN ESCOBILLAS

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Contenido MOTORES SIN ESCOBILLAS (BRUSHLESS) .............................................................................................................4 FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR BRUSHLESS: ..................................................................................................4 EL FACTOR "KV" EN UN MOTOR BRUSHLESS:...................................................................................................5 BRUSHLESS SENSORED Y BRUSHLESS SENSORLESS ..........................................................................................5 CÓMO FUNCIONAN LOS MOTORES BRUSHLESS...................................................................................................5 MOTOR BRUSHLESS SENSORED ........................................................................................................................6 MOTOR BRUSHLESS SENSORLESS .....................................................................................................................6 MOTORES RC ELÉCTRICOS: ¿CÓMO AFECTA EL BOBINADO?............................................................................7 BOBINADOS DEL MOTOR – ¿QUÉ SON Y QUÉ HACEN? ....................................................................................8 MENOS VUELTAS = MÁS RÁPIDO= MENOS PAR ...............................................................................................8 FUNCIONAMIENTO. ..............................................................................................................................................9 CONSTRUCCIÓN Y PARTES DE UN MOTOR DC SIN ESCOBILLAS (BRUSHLESS): ..................................................12 REGULACIÓN DE VELOCIDAD .............................................................................................................................14 MOTOR BRUSHLESS DC (BLDC).......................................................................................................................14 CONMUTACIÓN TRAPEZOIDAL O SIX STEPS MODE........................................................................................14 CONMUTACIÓN SINUSOIDAL .........................................................................................................................15 CONTROL VECTORIAL O FIELD ORIENTED CONTROL ......................................................................................16 CONTROL DE UN MOTOR BRUSHLESS: ...........................................................................................................16 ESC o INVERSOR:.............................................................................................................................................16 INVERSION DE GIRO: ..........................................................................................................................................18 FUNCIONAMIENTO. ........................................................................................................................................18 APLICACIONES DEL MOTOR DC SIN ESCOBILLAS ................................................................................................20 CONCLUSIONES: .................................................................................................................................................20 Ventajas: .........................................................................................................................................................20 Desventajas: ...................................................................................................................................................21 RECOMNEDACIONES: .........................................................................................................................................21 ANEXOS:..............................................................................................................................................................22 REFERENCIAS ......................................................................................................................................................23

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MOTORES SIN ESCOBILLAS (BRUSHLESS)

FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR BRUSHLESS: Como su propio nombre indica, brushless quiere decir "sin escobillas". En este tipo de motor la corriente eléctrica pasa directamente por los bobinados del estator o carcasa, por lo tanto aquí no son necesarios ni las escobillas ni el colector que se utilizan en los brushed. Esta corriente eléctrica genera un campo electromagnético que interacciona con el campo magnético creado por los imanes permanentes del rotor, haciendo que aparezca una fuerza que hace girar al rotor y por lo tanto al eje del motor. No tenemos ni escobillas, ni colector y tampoco tenemos delgas; por lo que ahora el elemento que controlará que el rotor gire sea cual sea su posición será el variador electrónico; que lo que hace básicamente es ver en qué posición se encuentra el rotor en cada momento, para hacer que la corriente que le llegue sea la adecuada para provocar el movimiento de rotación que le corresponde. El variador es capaz de hacer esto, gracias a unos sensores en el motor, o también mediante la respuesta obtenida o mejor dicho, observación de cómo se comporta la corriente del motor. Por este motivo, los variadores empleados en este tipo de motores son algo más complicados que los utilizados en brushed, ya que deben analizar la respuesta y los datos de funcionamiento del motor según están teniendo lugar, es decir, en tiempo real.

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EL FACTOR "KV" EN UN MOTOR BRUSHLESS: Cuando hablamos de motores brushless, hay un parámetro importante que debemos considerar, que es factor "kV". Normalmente aparece junto al número de vueltas de bobinado del motor, y lo que nos indica es el número de revoluciones por minuto a las que es capaz de girar el motor por cada Voltio de electricidad que se le aplica. Es decir, que, si tenemos por ejemplo un motor brushless de 3000kV, y le aplicamos a sus bornes 10 voltios, la velocidad será de 30000rpm. En el mercado podemos encontrar un rango amplio para este factor. Pero como ocurre muchas veces, no todo son ventajas. A mayores valores para el kV, mayores valores de velocidad, pero menores valores de par y viceversa. Por lo tanto se trata de encontrar una solución de compromiso entre velocidad y par teniendo en cuenta las características de nuestro modelo. Si tenemos un buggy aligerado, optaremos por motores con valor kV más elevado, cuya respuesta en velocidad y aceleración sean mayores; pero si tenemos modelos de mayor peso, como puede ser el caso de los Short Course, quizás sería mejor optar por un valor de kV algo inferior, que tenga una velocidad y aceleración satisfactoria pero que nos proporcione un mayor valor para el par.

BRUSHLESS SENSORED Y BRUSHLESS SENSORLESS El mundo de los motores brushless puede parecer algo complicado, sobre todo a los principiantes en el hobby, por la cantidad de parámetros que hay que tener en cuenta a la hora de hacerse con uno: tamaño del motor, número de vueltas del bobinado, valor de kV, etc… Hay también otra opción importante que hay que considerar a la hora de elegir un motor de este tipo, que es si lo queremos Sensored, es decir, con sensores o Sensorless (sin sensores). Vamos a ver qué diferencia hay entre ambos tipos de sistemas, para ello, vamos a repasar brevemente el principio en el que se basa su funcionamiento.

CÓMO FUNCIONAN LOS MOTORES BRUSHLESS. Vamos a empezar con un poco de teoría, aunque sin meternos de lleno en conceptos demasiado técnicos. Un motor brushless se caracteriza porque no tiene escobillas y por lo tanto, no hay ningún elemento que pueda provocar rozamiento entre el rotor y la carcasa del motor.

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Para conseguir que el motor gire, hay que conseguir que sus bobinados sean capaces de generar un campo magnético que sea perpendicular a la dirección del campo magnético de los imanes permanentes, ya que es en estas condiciones cuando el par generado es máximo, y lo que nos interesa es que el valor de este par sea máximo en todo momento. Pero tenemos que tener en cuenta, que una vez que el rotor inicia su movimiento de giro, la dirección del rotor es variable en cada instante, y por lo tanto en cada momento, tendremos que conocer en qué posición se encuentra el rotor, para poder excitar las bobinas que correspondan para conseguir ese par máximo en ese instante determinado. Para conocer la posición del rotor en cada momento se pueden utilizar dos procedimientos, y dependiendo de cuál se utilice, el motor será sensored o sensorless. Los motores Sensored cuentan con varios sensores que determinan la posición mediante un algoritmo de control. En el caso de los motores Sensorless no se cuenta con sensores, de forma que la posición se determina realizando cálculos sobre el comportamiento que se observa en la corriente en el motor. Vamos a explicar un poco más cómo funcionan.

MOTOR BRUSHLESS SENSORED Como ya hemos dicho antes, los motores sensored cuentan con sensores que determinan la posición durante el giro del rotor, incluso a velocidades bajas, y que permiten conocer el momento más idóneo para aplicar el valor de tensión adecuado en la bobina adecuada. Para poder hacer todo esto, el motor debe ir asociado a un variador electrónico, que se conecta al motor mediante el cableado necesario para enviar los niveles de tensión, más otro conector que es el que permite recibir la información acerca de la posición del rotor (que también es una señal de tensión), y en base a la cual realiza sus ajustes y modifica sus señales de salida a cada bobinado. Por lo tanto en estos motores, el variador se puede decir que conoce la posición del rotor y va modificando y adaptando su salida de forma que sea la óptima en cada momento. Lógicamente, esto resulta muy útil para desaprovechar menos energía, ya que le estamos dando al motor justo lo que necesita en cada instante para que su respuesta sea la óptima; podemos hablar de que existe un buen control de temporización o una buena sincronización entre motor y variador.

MOTOR BRUSHLESS SENSORLESS

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En este tipo de motores, como ya hemos dicho no tenemos sensores, por lo tanto el variador es menos complicado y debe servirse de otro método para determinar la posición del rotor. Para ello los variadores asociados a estos motores realizan una monitorización de los impulsos o señales que envían al motor; pero esto tiene como inconveniente, que cuando el motor gira a velocidades más bajas en las cuales la intensidad generada por el campo magnético tiene un valor inferior, puede resultar difícil analizar esto con exactitud. Estos sistemas son generalmente más económicos, y como todo, la elección final entre un sistema u otro, dependerá del presupuesto con el que podamos contar y también del uso que le vayamos a dar al modelo; aunque en referencia a esto hay gustos para todos los colores. Aquí sólo hemos pretendido dar unas pinceladas generales que os puedan ayudar en vuestros inicios a entender mejor a grandes rasgos las diferencias entre ambos tipos, aunque sin profundizar en todo lo que realmente tiene lugar cuando la máquina está en funcionamiento, ya que son conceptos bastante técnicos.

MOTORES RC ELÉCTRICOS: ¿CÓMO AFECTA EL BOBINADO?

Ya hemos visto los componentes principales que integran ambos modelos de motores eléctricos tanto brushed como brushless. Normalmente cuando se habla de motores, la conversación gira en torno a factores como la velocidad y el par, que son los dos parámetros que más interesan. Vamos a ver aquí un breve repaso sobre cómo afecta el bobinado a estos valores, pero como venimos haciendo hasta ahora, a un nivel bastante básico, para los que empiezan, sin entrar en explicaciones demasiadas técnicas sobre lo que ocurre en estas máquinas durante su funcionamiento y considerando constante el valor de algunos parámetros que intervienen.

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Lo que pretendemos es que quede una idea general, que nos ayude a saber interpretar los datos del motor cuando vayamos a comprarlo y dejamos para otro segundo artículo una explicación en detalle para los que ya tengan más relación con este campo, y en la que nos meteremos más a fondo.

BOBINADOS DEL MOTOR – ¿QUÉ SON Y QUÉ HACEN? Si queremos hablar de velocidad, no podemos pasar por alto los bobinados. Un bobinado es simplemente un número determinado de vueltas (también denominadas “espir as” en lenguaje más técnico), que se realizan con un material conductor, que en el caso de los motores, suele ser hilo de cobre. Ya hemos visto en los artículos anteriores donde se encuentra la ubicación del bobinado en estas máquinas según sean brushless o brushed. Son los encargados de generar un campo magnético que interactúa con el de los imanes cuando por ellos circula una corriente eléctrica también denominada "intensidad". Cuando compramos un motor el fabricante nos proporciona como dato el número de vueltas de que consta. Este factor se puede relacionar con la velocidad de giro del motor. Lo lógico sería pensar que cuanto más mejor, pero cuando hablamos de velocidad y número de espiras en el bobinado ocurre justo lo contrario; es decir, la relación entre ambas variables es inversamente proporcional; un menor número de vueltas en el bobinado implica una velocidad mayor en el motor; pero a su vez obtendremos menor par.

MENOS VUELTAS = MÁS RÁPIDO= MENOS PAR Así que cuando estás pensando en qué motor deberías elegir para tu coche, la idea a grandes rasgos que debes tener en cuenta es que a menor número de vueltas, mayor será el número de revoluciones por minuto; pero nos proporcionará menor valor de par. La explicación la tenemos viendo cómo afecta lo que se denomina "flujo por polo" de la máquina. El "flujo por polo" nos da una idea de la intensidad de campo magnético que tenemos en un bobinado de nuestra máquina y su valor es proporcional al número de espiras del bobinado y al valor de la intensidad o corriente. Con menor número de espiras disminuimos el valor de los amperios-vuelta, obteniendo menos flujo. A menor flujo la máquina girará más rápido pero su interacción con el campo magnético de los imanes será también menor proporcionando menos par y viceversa. Por último comentar, que si comparamos dos motores, en la que uno tiene menor número de espiras que otro, el motor con menos vueltas necesitará de una corriente mayor para proporcionar la misma cantidad de flujo por polo que el otro motor. Este es el motivo por el que una batería LiPo nos puede durar más o menos dependiendo del modelo en el que lo usemos, no es lo mismo en un Crawler que normalmente demanda un valor de par más elevado que un buggy.

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Lógicamente en las máquinas eléctricas de este tipo, hay muchas variables en juego; nosotros para el propósito de este artículo no hemos considerado la influencia de la carga ni demás variables que intervienen, esto lo dejamos para el segundo capítulo. Entonces ¿cuál elijo?: En el equilibrio está la clave Cuando se trate de elegir un motor para tu coche RC, elige con moderación, ya hemos visto que en este tema no se cumple lo de "cuanto más mejor". Se trata de encontrar una solución de compromiso entre velocidad, par y tiempo de duración; dependiendo de la modalidad en la que estés interesado y sabiendo cómo afecta el bobinado según lo que hemos visto. También necesitarás comprobar que tu modelo elegido es compatible con tu variador. La mayoría de ellos tiene establecido un límite que como su propio nombre indica, representa el límite de los motores con los que puede ser compatible. Si el motor que elijas está fuera de este rango, deberás también mejorar tu variador; teniendo en cuenta el gasto.

FUNCIONAMIENTO. La mayoría de estos motores constan de tres bobinados L1, L2 y L3 conectados entre sí, formando una conexión en estrella o triangulo (dependiendo del tipo de motor) que desemboca en tres puntos de conexión, que son los tres cables A, B y C que llevamos desde el motor al variador.

A continuación cada una de estas tres bobinas L1, L2 y L3 puede estar formada a su vez por dos o más bobinas conectadas en serie o paralelo (dependiendo del tipo motor y

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número de polos) y colocadas dentro del motor en unas ranuras unas enfrente de otras y siempre con un desfase en la posición de 120 grados. Existen varias formas de bobinar este tipo de motores, pero para entender mejor como se produce el movimiento dentro del motor, tomaremos como ejemplo la siguiente Figura 2, en la que se muestra un bobinado de un motor Brushless con cada una de las bobinas L1, L2 y L3 (conectadas en triangulo) y estas a su vez formadas por cuatro bobinas en serie.

Ahora lo que hace el variador para producir el giro, es aplicar tensiones en cada bobina L1, L2 y L3 con polaridades desfasadas 120 grados y de manera secuencial, de tal forma que los imanes del rotor van atrayendo/repeliendo las polaridades de las bobinas a la velocidad de la secuencia de voltajes que manda el variador. Dicho de otra forma más sencilla, el variador genera voltajes “secuencialment e” (las bobinas están puestas en círculo) y los imanes del rotor van “siguiendo ” los campos magnéticos que generan dichas bobinas produciéndose así el giro (o dicho vulgarmente: es como el pez que se muerde la cola, la cola seria los voltajes del variador y la boca los imanes del rotor). Si la secuencia es más rápida mayor VELOCIDAD y si es más lenta menor VELOCIDAD, y con la cantidad de voltios manejaríamos la POTENCIA del motor. A la velocidad de la secuencia de voltajes se le denomina FRECUENCIA y se mide en Hz. Si resulta que la velocidad del motor depende de la FRECUENCIA, yo me hecho muchas veces estas preguntas, ¿Por qué en los motores Brushless RC se especifica que los “KV” son las rpm/v? ¿Cuál es la responsable de la velocidad del motor, los VOLTIOS o la FRECUENCIA? Después de haber mirado mucho por la red, no encontrado en ningún lado algo que relacione estas dos preguntas, yo sabía seguro (por mi experiencia profesional) que en estos motores la FRECUENCIA es la responsable directa de la VELOCIDAD, pero no

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entendía por qué en los motores BRUSHLESS RC se especificaba “Kv”… y se decía que los voltios eran los responsables de la proporción de la velocidad, y en cierta medida es cierto. La conclusión, basándome en cómo actúa el variador en la realidad es, que el variador incrementa en la misma proporción la VELOCIDAD de la secuencia de voltajes, es decir la FRECUENCIA y el aumento de VOLTIOS por igual, por eso en las características de velocidad del motor se expresan en KV rpm/v. La cantidad de frecuencia por voltio para que se cumpla esas RPM en el motor se deben especificar programando en el variador el parámetro de “avance de grado s” que corresponden al Nº de polos del motor. Si el parámetro de avance de grados en el variador no corresponde al tipo de grados o Nº de polos del motor, no se cumplirá la relación de Kv que especifica su fabricante, y por lo tanto estaríamos o por debajo de las prestaciones máximas que puede dar el motor, o por encima, y si hay mucha diferencia provocaríamos posiblemente que no gire el motor, o aun peor que se queme. Los modos de avance de grados más usuales en los variadores son: 2, 8, 15, y 30 grados correspondiendo a motores de 2 polos, 4 polos y 8 polos para los de 15 y 30 grados. Los modelos de motores brushless más usuales son los correspondientes a los de 2 y 4 polos. El fabricante del motor nos debe especificar bien los grados o bien el Nº de polos, para poder programar correctamente el variador con el motor, aunque algunos vienen ya programados en los combos, otros que compremos sueltos habrá que programarlos para el motor que se conecte y trabaje adecuadamente.

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CONSTRUCCIÓN Y PARTES DE UN MOTOR DC SIN ESCOBILLAS (BRUSHLESS): Los motores brushless están compuestos por una parte móvil que es el rotor, que es donde se encuentran los imanes permanentes, y una parte fija, denominada estator o carcasa, sobre la cual van dispuestos los bobinados de hilo conductor. La imagen refleja una sección de uno de estos motores en donde puede verse la disposición de los bobinados y los imanes permanentes (que en este caso son de neodimio).

Figura 1. Sección transversal y frontal de un motor Brushless.

La construcción de motores DC sin escobillas modernos es muy similar a la de los motores AC, que es mostrada en la Figura 2:

Figura 2. Despiece de motor Brushless.

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El rotor es un elemento magnético permanente, y el estator está formado por embobinados al igual que un motor AC de varias fases. La gran diferencia entre estos dos tipos de motores es la forma de detectar la posición del rotor, para poder saber cómo se encuentran los polos magnéticos y así generar la señal de control mediante switches electrónicos. Este sensado de la ubicación de los polos magnéticos en los motores DC sin escobillas normalmente se hace con sensores de efecto Hall, aunque existen modelos que utilizan sensores ópticos, que funcionan de manera similar a los encoders. Partes del motor DC sin escobillas:  Bobinado del estator  Estator  Rotor de imán permanente  Rodamiento bolillas  Eje motriz  Placa extrema  Carcasa  Soporte bobinado

Figura 3. Partes de un motor Brushless.

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REGULACIÓN DE VELOCIDAD MOTOR BRUSHLESS DC (BLDC) Los motores BLDC se fabrican de dos tipos, inrunner y outrunner. Los primeros desarrollan mayor velocidad y suelen ser más pequeños, entregan su torque máximo a muy altas revoluciones por minuto, por lo que se usan siempre con engranajes reductores. En estos motores el elemento móvil es el eje, sobre el cual se encuentran instalados los imanes permanentes; Por otra parte, los motores outrunner desarrollan su torque máximo a velocidades más bajas, por lo que usualmente no necesitan reducción, y se pueden acoplar directamente a una hélice. En estos los imanes permanentes están instalados en la carcasa externa del motor, que en este caso es la que gira y el bobinado se encuentra fijado al eje. Estos motores trabajan por medio de variadores , también llamados controladores de velocidad (electronic speed controler o ESC) , que transforman la corriente continua de las baterías en una tensión alterna trifásica y la alimentan a los bobinados en cierta secuencia dependiendo de la posición del rotor. Para manejar los motores se precisa el conocimiento de la posición del rotor en cada momento, para lo cual se utilizan dos técnicas básicamente, dependiendo de la existencia o no de sensores en el motor, lo que los divide en dos familias: con sensores (sensored) y sin sensores (sensorless) Sensored: Disponen de sensores de efecto hall o de encoders que indican la posición del rotor. Es habitual que tengan 3 sensores separados 120°, uno para cada bobinado del motor. Sensorless: No tienen sensores; la posición se determina mediante la medición del efecto de la fuerza contraelectromotriz sobre las bobinas. MÉTODOS DE CONMUTACIÓN DE MOTORES SIN ESCOBILLAS: Las técnicas de control de los motores con sensores se clásica según el algoritmo de control utilizado. Los más usados son los siguientes, en orden creciente de eficiencia y complejidad:   

Conmutación trapezoidal o "six step mode" Conmutación sinusoidal Control vectorial o Field Oriented Control

CONMUTACIÓN TRAPEZOIDAL O SIX STEPS MODE Es el método más simple de control de los motores sin escobillas. En este esquema se controla la corriente que circula por los terminales del motor, excitando un par simultáneamente y manteniendo el tercer terminal desconectado. Sucesivamente se va alternando el par de terminales a excitar hasta completar las seis combinaciones posibles. Las 6 direcciones de las corrientes se muestran en la figura.

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Esquema de los seis posibles caminos de circulación de corriente en el control trapezoidal 

Este esquema puede usarse en motores con sensores de efecto Hall, como en motores sin sensores, donde se usa para conocer la posición del rotor el censado del back EMF en la bobina que está sin excitar. Tiene como ventajas su sencillez y facilidad de implementación por lo cual es el método más usado en motores pequeños. Pese a esto, tiene un problema inherente a la conmutación del vector de corrientes que es un rizado en el torque de salida. En aplicaciones donde se requieren fuerzas uniformes o bajas velocidades, esto puede llegar a ser inconveniente.

CONMUTACIÓN SINUSOIDAL La conmutación sinusoidal es vista como un control más avanzado y exacto que el trapezoidal, ya que intenta controlar la posición del rotor continuamente. Esta continuidad se consigue aplicando simultáneamente tres corrientes sinusoidales desfasadas 120° a los tres bobinados del motor. La fase de estas corrientes se escoge de forma que el vector de corrientes resultante siempre este en cuadratura con la orientación del rotor y tenga un valor constante. Como consecuencia de este procedimiento se obtiene un par más preciso y sin el rizado típico de la conmutación trapezoidal. No obstante, para poder generar dicha modulación sinusoidal es necesaria una medida precisa de la posición del rotor, que difícilmente se logra con sensores de efecto Hall, por lo cual se requiere de un encoder absoluto de alta resolución. A bajas velocidades este método de control presenta el mejor desempeño en eficiencia y suavidad del torque, sin embargo a altas fre cuencias no responde tan bien debido a la necesidad de procesar señales sinusoidales de frecuencias altas y a que los controladores PI usados para generar estas señales tienen una respuesta limitada en ganancia y frecuencia. Cuando la frecuencia es suficientemente alta, la eficiencia decrece y el error aumenta, tendiendo a un punto de torque cero.

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CONTROL VECTORIAL O FIELD ORIENTED CONTROL El problema principal que presenta la conmutación sinusoidal es que intenta controlar directamente las corrientes que circulan por el motor, las cuales son intrínsecamente variantes en el tiempo. Al aumentar la velocidad del motor, y por tanto la frecuencia de las corrientes, empiezan a aparecer problemas. El control vectorial o Field Oriented Control (FOC) soluciona el problema controlando el vector de corrientes directamente en un espacio de referencia ortogonal y rotacional, llamado espacio D-Q (Direct- Quadrature). Dicho espacio de referencia está normalmente alineado con en el rotor de forma que permite que el control del flujo y del par del motor se realice de forma independiente. La componente directa permite controlar el flujo y la componente en cuadratura el par. Para este fin se requiere no solamente una muy buena medición de la orientación del rotor, sino un tratamiento matemático previo de las señales para transformarlas del marco trifásico estático de los bobinados en el estator al marco rotacional d-q del rotor. Este es el control que presenta mejor respuesta en todos los rangos de velocidad, pero resulta ser el más costoso de implementar, lo cual lo hace inadecuado para toda aplicación en la que no sea estrictamente necesario.

CONTROL DE UN MOTOR BRUSHLESS: Distintas formas de controlar este tipo de motores, para este caso solo tomaremos un circuito comúnmente usado.

ESC o

INVERSOR: El ESC (también llamado "variador") es un elemento bien conocido por los aeromodelistas que vuelan modelos eléctricos, y aunque el BEC es un componente del todo cotidiano, una buena parte de los usuarios desconocen su existencia.

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En términos generales, el ESC (Electronic Speed Controller) o "controlador de velocidad electrónico", es un dispositivo que, comandado por un canal del receptor, es capaz de gobernar el motor del modelo haciendo que gire a más o menos revoluciones por minuto. El ESC es quien lo transforma en la combinación de pulsos necesaria para que el motor ejecute lo que se le exige. El ESC generalmente tiene un radiador mediante el cual disipa la gran cantidad de calor que produce su electrónica. Curiosamente uno de los elementos que más reduce la temperatura en un ESC es el condensador. Es común incluir uno o más condensadores en los laterales de los variadores, y su misión, además de la función estabilizadora del flujo eléctrico, es precisamente reducir en un buen número de grados la temperatura del conjunto. En el caso de un ESC brushless (para motores sin escobillas), éste tiene una pareja de cables que provienen de la batería (entrada de alimentación), tres cables que se dirigen al motor, y un cable conectado al receptor. Este último cable está formado a su vez por otros tres. El cable de señal que proviene del receptor (cantidad de gas que el piloto desea aplicar al motor), y un positivo y negativo que generalmente son los que alimentan al receptor, y en consecuencia a los servos y otros elementos del conjunto eléctrico del modelo. Dicha energía proviene del BEC.

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INVERSION DE GIRO: FUNCIONAMIENTO. La mayoría de estos motores constan de tres bobinados L1, L2 y L3 conectados entre sí, formando una conexión en estrella o triangulo (dependiendo del tipo de motor) que desemboca en tres puntos de conexión, que son los tres cables A, B y C que llevamos desde el motor al variador.

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A continuación cada una de estas tres bobinas L1, L2 y L3 puede estar formada a su vez por dos o más bobinas conectadas en serie o paralelo (dependiendo del tipo motor y número de polos) y colocadas dentro del motor en unas ranuras unas enfrente de otras y siempre con un desfase en la posición de 120 grados. Existen varias formas de bobinar este tipo de motores, pero para entender mejor como se produce el movimiento dentro del motor, tomaremos como ejemplo la siguiente Figura 2, en la que se muestra un bobinado de un motor Brushless con cada una de las bobinas L1, L2 y L3 (conectadas en triangulo) y estas a su vez formadas por cuatro bobinas en serie.

Ahora lo que hace el variador para producir el giro, es aplicar tensiones en cada bobina L1, L2 y L3 con polaridades desfasadas 120 grados y de manera secuencial, de tal forma que los imanes del rotor van atrayendo/repeliendo las polaridades de las bobinas a la velocidad de la secuencia de voltajes que manda el variador. Dicho de otra forma más sencilla, el variador genera. Para hacer la inversión de giro de este tipo de motores, invertimos la conexión del mismo. De la siguiente forma.

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Realizando el cambio en el conexionados logramos realizar la inversión de giro de este tipo de motores de corriente continua sin escobillas.

APLICACIONES DEL MOTOR DC SIN ESCOBILLAS Un motor BLDC puede ser más pequeño y liviano que un motor de escobilla con la misma salida de potencia por lo que es ideal para aplicaciones donde el espacio es reducido. Las aplicaciones incluyen bombas peristálticas, HVAC, accionamiento de válvulas, equipos de restauración, pequeños aparatos eléctricos de baja potencia, como lectores de CD-ROM, ventiladores de ordenador, casetes, etc. Una nueva clase de aplicaciones está surgiendo que está caracterizada por el dron quadrotor que se volvió popular entre los aficionados. Los drones también se tienen en cuenta para numerosas aplicaciones comerciales como la vigilancia.

CONCLUSIONES: Los motores DC sin escobillas ofrecen varios beneficios en comparación con los motores convencionales. La extracción de las escobillas de un motor elimina una pieza mecánica que de otra manera reduciría la eficiencia, se desgastaría o podría ser catastrófica. Además, el desarrollo de imanes de tierra rara poderosos ha permitido la producción de motores DC sin escobillas que pueden producir la misma potencia que los motores con escobilla y a su vez pueden caber en lugares más pequeños. Una desventaja notable es que los motores DC sin escobillas, a diferencia de los motores con escobillas, necesitan de un sistema electrónico para supervisar la secuencia de energización de las bobinas y ofrecer otras funciones de control. Sin el sistema electrónico, los motores no pueden operar.

Ventajas:         

Mayor eficiencia (menos perdida por calor) Mayor rendimiento (mayor duración de las baterías para l a misma potencia) Menor peso para la misma potencia Requieren menos mantenimiento al no tener escobillas Relación velocidad/par motor es casi una constante Mayor potencia para el mismo tamaño Mejor disipación de calor Rango de velocidad elevado al no tener limitación mecánica. Menor ruido electrónico (menos interferencias en otros circuitos)

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Desventajas:   

Mayor costo de construcción El control es mediante un circuito caro y complejo Siempre hace falta un control electrónico para que funcione (ESC's), que a veces duplica el costo

RECOMNEDACIONES: El motor DC sin escobillas podemos utilizarlo en sectores, como el automotriz (especialmente en vehículos eléctricos [EV]), HVAC, electrodomésticos e industria, porque, tal como lo indica su nombre, no necesita de las escobillas que tienden al desgaste (estas escobillas se utilizan en los motores tradicionales) y las reemplaza con un dispositivo electrónico que mejora la fiabilidad y la durabilidad de la unidad. Además, un motor BLDC puede ser más pequeño y liviano que un motor de escobilla con la misma salida de potencia por lo que es ideal para aplicaciones donde el espacio es reducido.

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ANEXOS:

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REFERENCIAS 1. “Brushless DC Motor Primer ,” Muhammad Mubeen, julio de 2008. 2. “Brushless DC (BLDC) Motor Fundamentals,” Padmaraja Yedamale, nota de aplicación de Microchip Technology AN885, 2003. 3. “Using the PIC18F2431 for Sensorless BLDC Motor Control ,” Padmaraja Yedamale, Nota de aplicación de Microchip Technology AN970, 2005.

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Motor Dc Sin Escobillas

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