Los motores de CC con escobillas y sin escobillas realizan esencialmente la misma función: convertir la corriente eléctrica en movimiento rotatorio. Sin embargo, existen varias diferencias entre ambos tipos de motores. A continuación, se explicarán sus principios de funcionamiento.
Principio de funcionamiento de un motor de CC con escobillas
Cuando el motor funciona, la bobina y el conmutador giran; el imán y la escobilla de carbón no giran, y el cambio de dirección de la corriente de la bobina se consigue mediante el conmutador y la escobilla, que giran con el motor. En la industria de los vehículos eléctricos, los motores con escobillas se dividen en motores de alta velocidad y motores de baja velocidad.
Un motor de CC con escobillas consta de dos partes principales: el estator y el rotor. El estator tiene polos magnéticos (de tipo bobinado o de imán permanente) y el rotor también tiene bobinado. Al activarse, el rotor también forma un campo magnético (polos magnéticos), y existe un ángulo entre los polos magnéticos del estator y el rotor. Al cambiar la posición de las escobillas, se puede modificar la dirección del ángulo polar estator-rotor, modificando así la dirección de rotación del motor.
Principio de funcionamiento de un motor de CC sin escobillas
Un motor eléctrico BLDC sin escobillas utiliza conmutación electrónica, donde la bobina permanece inmóvil y los polos magnéticos giran. Utiliza un conjunto de dispositivos electrónicos para detectar la posición de los polos magnéticos de los imanes permanentes mediante elementos Hall. Se utilizan circuitos electrónicos para conmutar la dirección de la corriente en las bobinas en el momento oportuno, garantizando así que se genere la dirección correcta de la fuerza magnética para accionar el motor.
Estos circuitos son los controladores del motor. El controlador de un motor BLDC personalizado también puede realizar algunas funciones que un motor con escobillas no puede realizar, como ajustar el ángulo de conmutación de potencia, frenar el motor, invertir su sentido de giro, bloquearlo y detener el suministro de energía mediante la señal de freno.
Un motor de CC sin escobillas consta de un cuerpo y un controlador, que es un producto mecatrónico típico. Dado que el motor de CC sin escobillas funciona de forma autocontrolada, no añade un devanado de arranque adicional al rotor, como un motor síncrono que arranca con carga pesada y regulación de frecuencia.
Diferencias entre motores de CC con escobillas y motores de CC sin escobillas
1. Modo de regulación de velocidad
El proceso de regulación de velocidad de los motores de CC con escobillas consiste en ajustar el nivel de voltaje de la fuente de alimentación del motor. El voltaje y la corriente ajustados se convierten a través del rectificador y las escobillas para modificar la intensidad del campo magnético generado por los electrodos, modificando así la velocidad. Este proceso se denomina regulación de velocidad por voltaje variable.
El proceso de control de velocidad de un motor de CC sin escobillas consiste en mantener constante el voltaje de la fuente de alimentación del motor, modificar la señal de control del ESC y, a continuación, modificar la tasa de conmutación del tubo MOS de alta potencia mediante un microprocesador para lograr el cambio de velocidad. Este proceso se denomina regulación de velocidad por frecuencia variable.
2. Estructura simple y larga trayectoria de desarrollo del motor de CC con escobillas
Un motor de CC con escobillas es un producto tradicional con un rendimiento más estable, mientras que un motor de CC sin escobillas es un producto mejorado con una vida útil más larga que un motor de alta presión. Sin embargo, el motor sin escobillas tiene un circuito de control complejo, por lo que sus componentes están sujetos a requisitos de protección contra el envejecimiento más estrictos.
Poco después del nacimiento del motor sin escobillas, se inventó el motor de CC con escobillas. El motor de CC con escobillas se ha utilizado ampliamente desde su lanzamiento al mercado gracias a sus características: mecanismo simple; fácil de producir, procesar, mantener y controlar; respuesta rápida; alto par de arranque; y par nominal disponible desde velocidad cero hasta la velocidad nominal.
3. Respuesta rápida y alto par de arranque del motor de CC con escobillas
El motor de CC con escobillas ofrece una respuesta de arranque rápida, un alto par de arranque y una velocidad variable suave, por lo que apenas se perciben vibraciones al cambiar de velocidad de cero a máxima, y permite accionar una carga mayor durante el arranque.
El motor eléctrico BLDAC sin escobillas presenta una gran resistencia de arranque (resistencia inductiva), por lo que el factor de potencia es bajo, el par de arranque es relativamente bajo, se produce un zumbido acompañado de una fuerte vibración al arrancar y la carga de accionamiento es menor.
4. El motor de CC con escobillas funciona con suavidad y ofrece un arranque y frenado perfectos
La velocidad del motor de CC con escobillas se regula mediante regulación de voltaje, por lo que arranca y frena con suavidad y funciona a velocidad constante.
El motor de CC sin escobillas suele contar con un control de conversión de frecuencia digital que convierte la CA en CC y luego la CC en CA, y controla la velocidad mediante cambios de frecuencia. Por lo tanto, el motor sin escobillas no puede funcionar con suavidad y vibra con fuerza.
5. Control de alta precisión de motores de CC con escobillas
Los motores de CC con escobillas se suelen utilizar junto con reductores y decodificadores para aumentar la potencia de salida y la precisión de control, permitiendo así que las piezas móviles se detengan prácticamente en cualquier punto. Todas las máquinas herramienta de precisión utilizan motores de CC para controlar la precisión. Los motores sin escobillas no presentan un arranque y frenado suaves, por lo que las piezas móviles se detienen en diferentes posiciones cada vez, y deben detenerse en la posición deseada mediante pasadores de posicionamiento o limitadores.
6. Los motores de CC con escobillas son económicos y fáciles de mantener.
Su estructura simple, su bajo coste de producción, la gran cantidad de fabricantes y su tecnología avanzada permiten que el motor de CC con escobillas tenga aplicaciones más extendidas, como fábricas, máquinas herramienta de procesamiento e instrumentos de precisión, etc. En caso de fallo del motor, solo se deben sustituir las escobillas de carbón. El motor de CC sin escobillas tiene una tecnología inmadura y un precio elevado, por lo que tiene aplicaciones limitadas, como aires acondicionados con inversor, refrigeradores y otros equipos de velocidad constante.
7. El motor de CC sin escobillas presenta bajas interferencias
Según el fabricante de motores sin escobillas, la principal ventaja de un motor de CC sin escobillas es la ausencia de chispas eléctricas generadas por el funcionamiento del motor con escobillas, lo que reduce considerablemente la interferencia de chispas eléctricas con los equipos de radiocontrol remoto.
8. Bajo nivel de ruido y funcionamiento suave
Sin escobillas, los motores sin escobillas funcionan suavemente con mucha menos fricción y mucho menos ruido, lo que contribuye enormemente a la estabilidad del funcionamiento del motor.
