1
EL MOTOR DC SIN ESCOBILLAS Daniel.M.Toaquiza.U. Departamento de Eléctrica y Electrónica en Automatización y control Universidad de la Fuerzas Armadas ESPE Quito, Ecuador E-mail:
[email protected]
Este artículo tiene como propósito principal resaltar el principio de funcionamiento del motor DC sin escobillas. Comenzando desde su construcción y comportamiento característico hasta sus principales aplicaciones en el campo de la electrónica. Así mismo, a lo largo de este documento se irán exponiendo implícitamente las diversas ventajas y desventajas de este tipo de motor eléctrico. Resumen
-
Palabras Palabras claves- escobillas, devanado, rotor, estator,
conmutador A b s t r a c t - This paper aims to highlight the main operating principle of the brushless DC motor. Since construction and characteristic behavior to its main application in electronics field. Also, throughout this document will implicitly exposing the advantages and disadvantages of this type o f electric motor. K e y w o r d s - brushes, brushless, winding, rotor, stator,
commutator
I. INTRODUCCIÓN
A
ctualmente la construcción de motores DC sin escobillas resulta muy ventajoso, gracias a su bajo costo de fabricación y producción, al peso y en cierta medida a su mantenimiento y control. Los primeros motores sin escobillas implementados fueron los motores de corriente alterna asíncronos, hoy en día se pueden desarrollar gran variedad de motores DC y AC de este tipo de topología.
A continuación y a lo largo l argo de este e ste articulo se detallará el principio de funcionamiento y las principales caracteristicas que identifican al motor de corriente directa sin escobillas, el cual resulta bastante interesante a la hora de su estudio racias a sus diversas propiedades y a sus potenciales aplicaciones practicas
II. OBJETIVOS A. Objetivo general
Presentar una una revisión revisión y un desarrollo teórico del motor especial de corriente directa sin escobillas
B. Obj etivo s espec í fico s
Dar a conocer el principio de funcionamiento funcionamiento del motor DC sin escobillas
Detallar y especificar especificar las diversas diversas aplicaciones, aplicaciones, características y rangos de funcionamiento del motor anteriormente descrito
III. MARCO TEORICO Para los motores de corriente continua encontrar aplicaciones en en el control de estos es un objetivo primordial. Sin embargo, los arcos eléctricos producidos por la disposición del mecanismo de escobillas conmutador es una gran desventaja como al limitación de la velocidad de funcionamiento funcionamiento y el voltaje. voltaje. Un motor que conserva las características de un motor de corriente continua, pero elimina el conmutador y las escobillas se llama un motor sin escobillas de corriente continua. Un motor DC sin escobillas se compone de un devanado multifásico herida en un estator de polos no salientes y y un rotor PM radialmente magnetizado. La Figura 1 muestra un diagrama esquemático de un motor de corriente continua sin escobillas. El devanado multifásico puede ser una sola bobina o estar distribuido en el espacio de los polos. La tensión directa o alterna se aplica a los devanados de fase individuales a través de una operación de conmutación con mutación secuencial para lograr la conmutación necesaria para lograr la rotación. La conmutación se realiza electrónicamente utilizando transistores de potencia o tiristores. Por ejemplo, si el devanado 1 se energiza, el rotor PM se alinea con el campo magnético producido por la bobina 1. Cuando devanado 1 está desconectado mientras devanado 2 está encendido, el rotor se hace girar para alinearse con el campo magnético del devanado 2.
2
Elevada eficiencia alcanzando el 90%: Aprovechan la energía eléctrica, convirtiéndola en potencia mecánica y generando menos calor. Una muy buena elección para aplicaciones alimentadas por baterías, o donde el consumo sea importante. Muy baja baja constante eléctrica de tiempo y reducida inductancia, por lo tanto, mínimo ruido eléctrico, o interferencias eléctricas prácticamente inexistentes.
B. Aplicaciones
Figura 1. Esquema Esquema del principio de operación de un motor Brushless
Como puede verse, el funcionamiento de un motor de CC sin escobillas es muy similar a la de un motor paso a paso PM. La principal diferencia es el momento de la operación de conmutación, que está determinada por la posición del rotor para proporcionar el sincronismo entre el campo magnético del imán permanente y el campo magnético producido por los devanados de fase. La posición del rotor se puede detectar mediante el uso de cualquiera sensor de efecto Hall o dispositivos fotoeléctricos.
Estos motores se utilizan en entornos explosivos (sin chispas), salas limpias ( sin desgaste ) y cualquier otra aplicación que requiera velocidades de giro elevadas y larga vida en servicio. Un ejemplo de los usos de este es la utilización en bombas portátiles de insulina para enfermos de diabetes, las cuales estarían alimentadas por baterías, mientras el motor es controlado para aplicar la dosis correcta.
A. Características
Los motores DC electrónicamente conmutados (brushless DC) se destacan particularmente por sus excelentes características de par, altas prestaciones, rango de velocidades muy amplias y su larga duración en servicio.
Al no tener escobillas escobillas no presentan una conmutación mecánica, si embargo como se menciono antes requieren de elementos electrónicos para lograr la conmutación. Su vida útil, limitada únicamente por los rodamientos, con mínimo 20.000 horas de carga
Figura 3. brushless miniatura
Tiene un giro suave sin par de retención C. Rangos de funcionamiento
Altas velocidades a bajos voltajes, fácilmente pueden alcanzar 50.000 rpm y 100.00 en algunos casos Tienen una buena disipación de calor con un alta capacidad de carga Línea velocidad - par largamente largamente permitiendo una excelente regulación
lineal
Es recomendable trabajar aplicando la tensión nominal del bobinado del motor CC, asegurando de esta forma no sobrepasar la máxima velocidad permitida. Respecto a la corriente que debe de pasar por el bobinado, ésta nunca debe sobrepasar el valor nominal (máx. corriente en continuo), a excepción de funcionamientos cíclicos ON-OFF, o sobrecargas cortas. En este caso, deben analizarse cuidadosamente las cargas en función del tiempo. La temperatura ambiente de funcionamiento se establece normalmente en 25° C.
3
Rango de funcionamiento en continuo Se caracteriza por una carga constante durante un cierto tiempo (superior a la constante térmica del bobinado) donde se alcanza un equilibrio térmico. La temperatura permanece constante, igual o por debajo de la máxima temperatura de funcionamiento permitida. Este rango está limitado por la máx. velocidad permitida y el máx. par en continuo, o por la máx. corriente en continuo. Cuando el motor funciona dentro del rango de funcionamiento en continuo, no ocurren problemas de conmutación debido a altas velocidades (motores de escobillas) ni sobrecalentamiento del motor, por elevadas corrientes. No obstante, si la temperatura ambiente está por encima de los 25°C, debe calcularse un nuevo máximo par en con tinuo (corriente). Dentro de este funcionamiento, existe la posibilidad de encontrar movimientos cíclicos ON - OFF que llevan al accionamiento a este equilibrio térmico después de realizar muchos mini ciclos seguidos. Entendemos que la carga efectiva final alcanza valores de estabilización, como si se tratara de un funcionamiento en continuo. El tiempo ON está por debajo de la constante de tiempo térmica del bobinado.
Figura 2. Rangos de funcionamiento motor DC. La parte izquerda del diagrama representa el rango de funcionamiento en continuo, 24 h. La parte coloreada de la derecha es la zona de funcionamiento intermitente. En azul, la línea velocidad-par. En rojo, la línea de corriente. A medida que crece el par, las revoluciones disminuyen y la corriente aumenta, generando
Rango de funcionamiento intermitente Un funcionamiento generalmente compuesto de una sucesión de ciclos iguales, cada uno de los cuales comprende un tiempo con carga constante y una pausa.
El accionamiento puede entregar más potencia durante un tiempo determinado. El motor de corriente continua se puede sobrecargar con más corriente. En este caso, conviene calcular exactamente la nueva máxima temperatura del bobinado, para comprobar que la temperatura permanece por debajo de sus límites térmicos. El tiempo tiempo ON está por encima de la constante de tiempo térmica del bobinado
IV. REFERENCIAS [1] Blhag. S. Guru, “Maquinas electricas y transformadores” pag.675-676 transformadores” pag.675-676 [2] http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9ctr ico_sin_escobillas [3] H. Gleiter, Gleiter, Acta Acta Mater. Mater. 48 (2000) [4] Y. Sun, Sun, Y. Xia, Science, Science, 298 (2002) (2002) [5] http://www.motorbrushless.es/documentos/tutori al-motor-dc.pdf [6] http://www.voltimum.es/news/261/cm/motoresbrushless--adaptados-a-su-aplicacion.html
