1. Motor de CC con escobillas
En los motores con escobillas, esto se logra mediante un interruptor rotativo en el eje del motor, llamado conmutador. Este consiste en un cilindro o disco giratorio dividido en múltiples segmentos de contacto metálicos en el rotor. Dichos segmentos están conectados a los devanados conductores del rotor. Dos o más contactos fijos, llamados escobillas, fabricados con un conductor blando como el grafito, presionan contra el conmutador, estableciendo contacto eléctrico deslizante con los segmentos sucesivos a medida que gira el rotor. Las escobillas suministran corriente eléctrica a los devanados de forma selectiva. Conforme el rotor gira, el conmutador selecciona diferentes devanados y se aplica una corriente direccional a un devanado determinado, de manera que el campo magnético del rotor permanece desalineado con el del estátor, generando así un par motor en una dirección.
2. Motor de CC sin escobillas
En los motores de CC sin escobillas, un sistema servo electrónico reemplaza los contactos mecánicos del conmutador. Un sensor electrónico detecta el ángulo del rotor y controla interruptores semiconductores, como transistores, que regulan la corriente a través de los devanados, invirtiendo su dirección o, en algunos motores, interrumpiéndola, en el ángulo preciso para que los electroimanes generen par en una dirección. La eliminación del contacto deslizante permite que los motores sin escobillas tengan menor fricción y una vida útil más larga; su vida útil solo está limitada por la de sus rodamientos.
Los motores de CC con escobillas desarrollan un par máximo en reposo, que disminuye linealmente al aumentar la velocidad. Algunas limitaciones de los motores con escobillas pueden superarse con los motores sin escobillas; entre ellas, una mayor eficiencia y una menor susceptibilidad al desgaste mecánico. Estas ventajas implican una electrónica de control potencialmente menos robusta, más compleja y más costosa.
Un motor sin escobillas típico cuenta con imanes permanentes que giran alrededor de una armadura fija, eliminando así los problemas asociados a la conexión de corriente a la armadura móvil. Un controlador electrónico reemplaza el conjunto conmutador del motor de CC con escobillas, el cual conmuta continuamente la fase de los devanados para mantener el motor en funcionamiento. El controlador realiza una distribución de potencia temporizada similar mediante un circuito de estado sólido en lugar del sistema de conmutador.
Los motores sin escobillas ofrecen varias ventajas sobre los motores de CC con escobillas, incluyendo una alta relación par/peso, mayor eficiencia al producir más par por vatio, mayor fiabilidad, menor ruido, mayor vida útil al eliminar la erosión de las escobillas y el conmutador, y la eliminación de chispas ionizantes.
El conmutador y la reducción general de la interferencia electromagnética (EMI) son características de este motor. Al no tener devanados en el rotor, no están sujetos a fuerzas centrífugas y, dado que los devanados están soportados por la carcasa, se pueden refrigerar por conducción, sin necesidad de flujo de aire dentro del motor. Esto, a su vez, permite que los componentes internos del motor estén completamente sellados y protegidos de la suciedad y otras partículas extrañas.
La conmutación de motores sin escobillas se puede implementar mediante software utilizando un microcontrolador, o bien mediante circuitos analógicos o digitales. La conmutación electrónica, en lugar de escobillas, ofrece mayor flexibilidad y capacidades no disponibles en los motores de CC con escobillas, como la limitación de velocidad, el control por micropasos para un movimiento lento y preciso, y el par de retención en reposo. El software del controlador se puede personalizar para el motor específico de la aplicación, lo que se traduce en una mayor eficiencia de conmutación.
La potencia máxima que se puede aplicar a un motor sin escobillas está limitada casi exclusivamente por el calor;[cita requerida] demasiado calor debilita los imanes y daña el aislamiento de los devanados.
Al convertir la electricidad en energía mecánica, los motores sin escobillas son más eficientes que los motores con escobillas principalmente debido a la ausencia de estas, lo que reduce la pérdida de energía mecánica por fricción. La mayor eficiencia se observa en las regiones de vacío y baja carga de la curva de rendimiento del motor.
Los entornos y requisitos en los que los fabricantes utilizan motores de CC sin escobillas incluyen el funcionamiento sin mantenimiento, las altas velocidades y el funcionamiento en entornos donde las chispas son peligrosas (por ejemplo, entornos explosivos) o podrían afectar a equipos sensibles a la electrónica.
La construcción de un motor sin escobillas se asemeja a la de un motor paso a paso, pero existen diferencias importantes debido a las distintas implementaciones y funcionamiento. Mientras que los motores paso a paso suelen detenerse con el rotor en una posición angular definida, un motor sin escobillas generalmente está diseñado para producir una rotación continua. Ambos tipos de motores pueden incorporar un sensor de posición del rotor para obtener retroalimentación interna. Tanto un motor paso a paso como un motor sin escobillas bien diseñado pueden mantener un par finito a cero RPM.
Fecha de publicación: 8 de marzo de 2023