Moderns motors de corrent continu sense escombretes
Gràcies als avenços significatius en l'electrònica de semiconductors i la tecnologia per crear potents imants de neodimi, els motors de corrent continu sense escombretes s'utilitzen àmpliament avui dia. S'utilitzen en rentadores, aspiradores, ventiladors, drons, etc.
I encara que la idea del principi de funcionament d'un motor sense escombretes es va expressar ja a principis del segle XIX, va esperar a les ales fins al començament de l'era dels semiconductors, quan les tecnologies es van preparar per a la implementació pràctica de aquest concepte interessant i eficient, que va permetre que els motors de corrent continu sense escombretes poguessin caminar tan àmpliament com ho fan avui. …
A la versió anglesa, s'anomenen motors d'aquest tipus Motor BLDC: motors de corrent continu sense escombretes - Motor DC sense escombretes. El rotor del motor conté imants permanents, i els bobinatges de treball es troben a l'estator, és a dir, el dispositiu del motor BLDC és completament oposat al que hi ha al motor raspallat clàssic. El motor BLDC està controlat per un controlador electrònic anomenat ESC - Controlador electrònic de velocitat - Control de creuer electrònic.
Regulador electrònic i alta eficiència
El regulador electrònic permet variar sense problemes l'energia elèctrica subministrada al motor sense escombretes. A diferència de les versions més simples de reguladors de velocitat resistius, que simplement limiten la potència connectant una càrrega resistiva en sèrie amb el motor, que converteix l'excés de potència en calor, el control electrònic de velocitat proporciona una eficiència significativament més alta sense malgastar l'energia elèctrica subministrada per escalfar innecessàriament. ..
El motor DC sense escombretes es pot classificar com motor síncron autosincronitzat, on un node d'espurna que requereix un manteniment regular està completament apagat: col·leccionista… La funció del col·lector és assumida per l'electrònica, de manera que tot el disseny del producte es simplifica molt i es torna més compacte.
En realitat, els raspalls es substitueixen per interruptors electrònics, les pèrdues en els quals són molt més petites que les que serien amb la commutació mecànica. Els potents imants de neodimi al rotor permeten un major parell a l'eix. I aquest motor s'escalfa menys que el seu predecessor col·lector.
Com a resultat, l'eficiència del motor és la millor i la potència per quilogram de pes és més alta, a més d'un rang bastant ampli de regulació de la velocitat del rotor i l'absència gairebé total d'interferències de ràdio generades. Estructuralment, els motors d'aquest tipus s'adapten fàcilment per treballar en aigua i en ambients agressius.
La unitat de control electrònica és una part molt important i cara d'un motor de corrent continu sense escombretes, però no es pot prescindir d'ella.Des d'aquest dispositiu, el motor rep potència, els paràmetres de la qual afecten simultàniament tant a la velocitat com a la potència que el motor podrà desenvolupar sota càrrega.
Fins i tot si no cal ajustar la velocitat de rotació, encara es necessita una unitat de control electrònic, perquè no només porta la funció de control, sinó que també té un component d'alimentació. Podem dir que ESC és un anàleg de Controlador de freqüència per a motors de CA asíncronsespecialment dissenyat per alimentar i controlar el motor DC sense escombretes.
Control de motor BLDC
Per entendre com es controla un motor BLDC, primer recordem com funciona un motor de commutador. En el seu nucli el principi de rotació del marc amb un corrent en un camp magnètic.
Cada cop que el quadre amb el corrent gira i troba una posició d'equilibri, el commutador (els raspalls pressionats contra el col·lector) canvia la direcció del corrent a través del bastidor i el bastidor continua. Aquest procés es repeteix a mesura que el marc es mou d'un pal a un altre. Només al motor del col·lector hi ha molts d'aquests marcs i hi ha diversos parells de pols magnètics, per això el col·lector de raspalls no conté dos contactes, sinó molts.
ECM fa el mateix. Inverteix la polaritat del camp magnètic tan bon punt el rotor s'ha d'allunyar de la posició d'equilibri. Només la tensió de control no es subministra al rotor, sinó als bobinats de l'estator, i això es fa amb l'ajuda d'interruptors de semiconductors en el moment adequat (fases del rotor).
És obvi que el corrent als bobinatges de l'estator d'un motor sense escombretes s'ha de subministrar en el moment correcte, és a dir, quan el rotor es troba en una determinada posició coneguda. Per fer-ho, utilitzeu un dels mètodes següents.El primer es basa en el sensor de posició del rotor, el segon es mesura la FEM d'una de les bobines que actualment no està rebent potència.
Els sensors són diferents, magnètics i òptics, els més populars són els sensors magnètics Efecte Hall… El segon mètode (basat en la mesura EMF), encara que eficaç, no permet un control precís a baixes velocitats i a la posada en marxa. Els sensors Hall, d'altra banda, proporcionen un control més precís en tots els modes. Hi ha tres sensors d'aquest tipus en motors BLDC trifàsics.
Els motors sense sensors de posició del rotor són aplicables en els casos en què el motor arrenca sense càrrega de l'eix (ventilador, hèlix, etc.). Si l'arrencada es fa amb càrrega, cal un motor amb sensors de posició del rotor. Les dues opcions tenen els seus pros i contres.
Una solució amb un sensor es converteix en un control més còmode, però si almenys un dels sensors falla, s'haurà de desmuntar el motor, a més, els sensors requereixen cables separats. A la versió sense sensor, no es necessiten cables especials, però durant la posada en marxa el rotor girarà cap endavant i cap enrere. Si això és inacceptable, cal instal·lar sensors al sistema.
Rotor i estator, nombre de fases
El rotor d'un motor BLDC pot ser extern o intern i l'estator intern o extern respectivament. L'estator està fet de material magnèticament conductor, amb el nombre de dents completament dividit pel nombre de fases. El rotor pot estar fet, no necessàriament d'un material magnèticament conductor, sinó necessàriament amb imants fermament units a ell.
Com més forts siguin els imants, més gran serà el parell disponible. El nombre de dents de l'estator no ha de ser igual al nombre d'imants del rotor.El nombre mínim de dents és igual al nombre de fases de control.
La majoria dels motors de corrent continu sense escombretes moderns són trifàsics, simplement per senzillesa de disseny i control. Com en els motors d'inducció de corrent altern, els bobinats de les tres fases estan connectats aquí a l'estator mitjançant un "delta" o "estrella".
Aquests motors sense sensors de posició del rotor tenen 3 cables d'alimentació, i els motors amb sensors tenen 8 cables: dos cables addicionals per alimentar els sensors i tres per a les sortides de senyal dels sensors.
Els motors de rotor extern de baixa velocitat es fabriquen amb un gran nombre de pols (i per tant de dents) per fase per obtenir una rotació amb una freqüència angular significativament menor que la freqüència del corrent de control. Però fins i tot amb motors trifàsics d'alta velocitat, normalment no s'utilitza el nombre de dents inferior a 9.