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Principales diferencias entre motores con escobillas y sin escobillas
Un motor es una máquina eléctrica que convierte la energía eléctrica en energía mecánica. Toma corriente como entrada e inicia la rotación para impulsar una carga mecánica. Los avances en la tecnología de motores han permitido que los motores de CC se utilicen en una amplia variedad de aplicaciones, desde pequeños juguetes hasta herramientas eléctricas inalámbricas y cintas transportadoras industriales. Hay dos tipos principales de motores de CC, motores con escobillas y motores sin escobillas, y debe elegir el mejor para su aplicación en particular. Visualmente, ambos se ven iguales y funcionan desde la misma fuente, pero son completamente diferentes en funcionamiento y rendimiento.
Este artículo explica la diferencia entre motores con escobillas y sin escobillas. Pero primero, cubramos los conceptos básicos de ellos y cómo funcionan.
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motor cepillado
Los motores con escobillas son los primeros motores de la historia. Utiliza un mecanismo de escobillas de carbón para impulsar la parte giratoria de la máquina llamada rotor. Un estator hecho de imanes permanentes rodea el rotor.
El rotor tiene devanados de armadura y anillos deslizantes, y un eje externo para impulsar la carga. Los devanados transportan la corriente de entrada suministrada a través de un conmutador de anillo deslizante que conecta el circuito estacionario y el devanado del inducido giratorio, mientras que al mismo tiempo cambia la corriente continua suministrada después de cada medio ciclo para mantener el rotor continuo.
Los devanados que transportan la corriente se colocan dentro del campo magnético producido por los imanes permanentes del estator, por lo que el rotor experimenta una fuerza de rotación. A medida que gira el rotor, las escobillas se deslizan por los anillos deslizantes, lo que reduce su vida útil debido a la fricción.
Un conmutador es un anillo en forma de medio anillo con una discontinuidad en el medio que permite cambiar la polaridad de CC de entrada. A medida que las escobillas de carbón se deslizan por el conmutador, pueden provocar un cortocircuito eléctrico en el conmutador y crear chispas que dañen las escobillas. Por lo tanto, se requiere mantenimiento frecuente y reemplazo de cepillos.
Cuando las escobillas de carbón cruzan el conmutador, se rompen y hacen contacto con los devanados del inducido (carga inductiva), creando ruido electromagnético en el sistema.
Los motores cepillados son muy ruidosos. Como tal, las industrias con entornos muy extremos donde el ruido no es un problema a menudo usan motores con escobillas debido a su menor costo. Puede ahorrar una gran cantidad de costos de equipo.
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motor sin escobillas
Los motores sin escobillas (también conocidos como motores BLDC), como sugiere su nombre, no tienen escobillas y no necesitan moverse. Esto está diseñado solo para eliminar cepillos de diseños anteriores.
Como no hay escobillas, la potencia de entrada se entrega al estator del motor. En este caso, el estator consta de múltiples devanados que rodean al rotor. El rotor está hecho de imanes permanentes.
La entrada se cambia entre los devanados del estator, empujando o tirando del campo magnético del rotor para producir un campo magnético que gira el rotor en esa dirección. Los sensores de efecto Hall se utilizan para detectar la posición del rotor y cambiar la entrada al devanado correcto del estator, respectivamente.
Debido a la necesidad de cambiar la entrada de CC al estator, estos motores usaban conmutación electrónica en lugar de conmutación mecánica mediante dispositivos de conmutación como tiristores. Estos interruptores se controlan mediante un microcontrolador para cambiar con precisión las entradas entre los devanados del estator. Básicamente, cambia la entrada de CC a una fuente de alimentación trifásica que produce un campo magnético giratorio suave.
Los controladores utilizados en los motores sin escobillas son más avanzados y muy caros. No funcionará sin un controlador que también proporcione un control preciso de la velocidad y el posicionamiento del rotor. Pero el controlador cuesta mucho más que el propio motor.
Como no hay escobillas, no hay ruido eléctrico ni electromagnético ni chispas por conmutación mecánica. Ayuda a mejorar la vida útil y la eficiencia del motor. La energía consumida por el cepillo se convierte en potencia mecánica.
La velocidad de un motor sin escobillas depende de la frecuencia de la alimentación de CA suministrada por el controlador. Por lo tanto, también se le llama motor síncrono. Para obtener más información sobre los diferentes tipos de motores, consulte mis publicaciones anteriores sobre motores BLDC (CC sin escobillas), motores paso a paso y servomotores.
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Diferencia entre motor con escobillas y motor sin escobillas
A continuación se muestran las principales diferencias entre los motores sin escobillas y con escobillas.
| motor cepillado | motor sin escobillas |
| Tipo de motor que requiere escobillas de carbón para suministrar potencia de entrada a los devanados del inducido. | Motores que no requieren escobillas de carbón para suministrar potencia de entrada a los devanados del inducido. |
| La potencia de entrada se suministra al rotor del motor. | La potencia de entrada se suministra al estator del motor. |
| El estator contiene imanes permanentes. | El estator contiene devanados de armadura que producen un campo magnético cuando se aplica la entrada. |
| El rotor contiene devanados de armadura. | El rotor está hecho de imanes permanentes. |
| Las entradas se conmutan mediante conmutación mecánica a través de comentaristas de anillos colectores. | Las entradas son interruptores que utilizan conmutación electrónica con interruptores semiconductores. |
| Los cepillos se desgastan por el rozamiento, acortando su vida. | Como no hay cepillo deslizante, tiene una vida útil muy larga. |
| Los cepillos requieren un mantenimiento frecuente para un funcionamiento continuo. | No se requiere tal mantenimiento regular. |
| El ruido electromagnético es generado por la apertura y cierre de las escobillas con los devanados. | Dado que la entrada se suministra continuamente a los devanados del estator, no se genera ruido electromagnético. |
| A medida que la escobilla se desliza continuamente contra el conmutador, se calienta. | Sin problemas de sobrecalentamiento debido a la fricción. |
| Los motores con escobillas tienen una velocidad limitada debido al sobrecalentamiento a altas velocidades debido a la fricción. | Sin límite de velocidad ya que no hay conmutador mecánico. |
| No proporciona control de posición. | Proporciona un posicionamiento preciso utilizando un controlador sofisticado. |
| El aumento de la velocidad en un cierto rango reduce significativamente el par. | Proporciona un gran par a varias velocidades altas. |
| Menos eficiente que los motores sin escobillas debido a la pérdida de energía en la conmutación mecánica. | La eficiencia es relativamente alta porque no hay cepillos. |
| Tienen un tamaño relativamente grande para motores de la misma clasificación. | Tamaño relativamente pequeño. |
| Tiene un diseño y construcción muy simple con un solo devanado. | El diseño del motor es complejo y contiene múltiples devanados individuales en el estator. |
| El costo total es más barato que los motores sin escobillas. | Los motores sin escobillas son bastante caros. |
| Un controlador de velocidad que es muy simple y económico de usar. | Los controladores utilizados para el control de la velocidad son muy caros. |
| Para aplicaciones de velocidad fija, no se requiere controlador. | El controlador debería funcionar en cualquier estado. |
| Se requieren pocos o ningún componente externo. | Es muy caro y requiere algunos componentes externos para funcionar correctamente. |
| Son ideales para entornos de ruido extremo, como la industria, para compensar los costes de inversión. | Perfecto para aplicaciones suaves y sin ruido. |
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