Tengo una experiencia bastante sólida en el control de motores de CA industriales (arrancadores suaves, VFD, etc.), pero algo en lo que ciertamente NO estoy muy versado son los motores de CC sin escobillas... el tipo que se encuentra en todos los discos duros del planeta.
Por lo que puedo decir, se ven idénticos a su típico motor de inducción de CA conectado en estrella, y los controladores del motor parecen ser muy, muy similares a los típicos controladores de CA trifásicos que he pasado la mayor parte de mi vida profesional diseñando.
No puedo encontrar mucho sobre las diferencias reales entre los dos, ni desde el punto de vista de la construcción mecánica ni desde el punto de vista del control. Lo más cercano que parezco encontrar es "son similares".
¿Alguien tiene algún recurso o puede ofrecer una explicación bastante técnica de cuáles son las principales diferencias entre estos tipos de motores y sus métodos de control?
De Todo sobre circuitos :
Los motores de CC sin escobillas son similares a los motores síncronos de CA. La principal diferencia es que los motores síncronos desarrollan una fuerza contraelectromotriz sinusoidal, en comparación con una fuerza contraelectromotriz rectangular o trapezoidal de los motores de CC sin escobillas. Ambos tienen campos magnéticos giratorios creados en el estator que producen un par en un rotor magnético.
El motor en el diagrama anterior podría llamarse "Motor de inducción de CA" o "Motor de CC sin escobillas" y sería el mismo motor.
La principal diferencia está en la unidad. Un motor de CA está controlado por un variador que consta de una forma de onda de corriente alterna sinusoidal. Su velocidad es sincrónica con la frecuencia de esa forma de onda. Y dado que es impulsado por una onda sinusoidal, su Back-EMF es una onda sinusoidal. Un motor de CA monofásico podría accionarse desde el enchufe de la pared y giraría a 3000 RPM o 3600 RPM (dependiendo de su país de origen que tenga una red de 50/60 Hz).
Note que dije podría allí. Para impulsar un motor desde una fuente de CC, se requiere un controlador , que es esencialmente un inversor de CC a CA. Tiene razón al afirmar que los motores de CA también pueden ser accionados por controladores. Por ejemplo, una unidad de frecuencia variable (VFD) que son, como dijiste, inversores de CC a CA. Aunque normalmente tienen un frente de rectificador de CA a CC.
VFD PWM http://www.inverter-china.com/forum/newfile/img/PWM-VFD-Diagram.gif
Los VFD usan PWM para aproximarse a una onda sinusoidal y pueden acercarse bastante variando los anchos de pulso continuamente como se ve a continuación:
Si bien el uso de PWM para aproximar una onda sinusoidal produciría una forma de onda Back-EMF casi sinusoidal ("difusa" es la palabra que usó), también es un poco más complicado de hacer. Una técnica de conmutación más simple se denomina conmutación de seis pasos en la que la forma de onda Back-EMF es más trapezoidal que sinusoidal.
Back-EMF de seis pasos http://www.emeraldinsight.com/content_images/fig/1740300310012.png
Y aunque este "PWM es realmente pobre" como dijiste, también es mucho más simple de implementar y, por lo tanto, más barato.
Hay otros métodos de conmutación además de seis pasos y sinusoidal. El único otro que es realmente popular (en mi opinión) es la unidad de vector espacial. Tiene aproximadamente la misma complejidad que el accionamiento sinusoidal, pero hace un mejor uso del voltaje del bus de CC disponible. No voy a entrar en detalles sobre el vector espacial porque creo que solo enturbiará las aguas de esta discusión.
Así que esas son las diferencias en las técnicas de conducción. La forma de onda que se utiliza para impulsar los motores de CA suele ser sinusoidal y podría provenir directamente de una fuente de CA o podría aproximarse mediante PWM. La forma de onda utilizada para accionar motores de CC suele ser trapezoidal y proviene de una fuente de CC. No hay ninguna razón por la que las unidades no puedan intercambiarse, aunque habría un impacto menor en la eficiencia.
Arriba dije que la construcción de los dos tipos de motores es esencialmente la misma. En ambos casos, motor de inducción de CA y motor de CC sin escobillas, estamos hablando de motores que tienen estatores bobinados en lugar de imanes permanentes. Eso los convierte en "motores universales" :
Una ventaja de tener estatores bobinados en un motor es que se puede hacer un motor que funcione con CA o CC, lo que se conoce como motor universal.
Sin embargo, hay una ligera diferencia en el devanado. Los motores diseñados para usar con CA tienen bobinado sinusoidal mientras que los motores destinados para usar con CC tienen bobinado trapezoidal . Algo que me ha molestado durante años es que no puedo encontrar un diagrama simplificado que muestre la diferencia. Si me dieran el estator de un motor, no sabría si está enrollado sinusoidal o trapezoidalmente. La única forma que conozco de notar la diferencia es hacer retroceder el motor conectando un taladro al eje y mirando el Back-EMF. Verá una buena onda sinusoidal o más de un trapezoide como se muestra en la imagen de arriba. Como dije anteriormente, usar el tipo incorrecto de unidad resultaría en un ligero impacto en el rendimiento, pero funcionaría de otra manera.
La mayoría de las veces, los motores de CC sin escobillas se construyen con imanes permanentes en el rotor. Si bien eso sería una diferencia con respecto a un motor de jaula de ardilla, siempre que el estator sea un estator bobinado y no un estator de imán permanente (como se ve en los motores de CC con escobillas), ambos diseños son esencialmente "motores universales":
El lado del imán permanente del diagrama anterior muestra un motor de dos polos. El número de polos controla la ondulación del par. Cuantos más polos, más suave es la curva de par. Pero la cantidad de polos no hace ninguna diferencia desde una perspectiva de CA versus CC.
La conexión de los devanados del estator, delta versus estrella, tampoco afecta el método de accionamiento. Y, de hecho, puede cambiar entre los dos mientras se está ejecutando :
La diferencia es que delta consumirá más corriente y, por lo tanto, producirá más par. Para obtener más información sobre la relación o la corriente con el par o el voltaje con la velocidad, consulte mi respuesta a esta pregunta EE.SE.
Llegué un poco tarde al responder esta pregunta y aún no puedo responder directamente a la parte superior de incrustado.kyle, pero quería corregir un poco de información errónea dada anteriormente. Mi experiencia son los motores, no los controles, por cierto.
1) Los "motores universales" son completamente diferentes a los motores BLDC o de inducción. Los motores universales tienen estatores y armaduras bobinados y tienen escobillas. El hecho de que el estator esté enrollado no lo convierte en un motor universal ... el enlace incrustado.kyle vinculado sobre los motores universales solo los compara con los motores de tipo cepillado PMDC.
2) Los motores BLDC siempre tienen imanes en el rotor. Como dije anteriormente, nunca se los denomina motores universales. Los motores universales son bestias completamente diferentes.
3) Con respecto a los versos trapezoidales sinusoidales, no existe una forma estándar de bobinar motores de inducción y motores sin escobillas (no me gustan los términos "bobinado sinusoidal" y "bobinado trapezoidal" por las razones que explicaré a continuación). En general, los diseñadores de motores de inducción intentan producir un MMF de entrehierro y un flujo sinusoidal. Esto generalmente se hace con lo que se llama un devanado "distribuido". Todo esto significa que en lugar de una bobina con un número T de vueltas, tiene varias bobinas con un número variable de vueltas para aproximarse a una sinusoide.
Los motores sin escobillas pueden tener una fuerza contraelectromotriz que se ve más sinusoidal o más trapezoidal, como mencionó incrustado.kyle. Sin embargo, nunca obtendrá una fuerza contraelectromotriz puramente sinusoidal o trapezoidal ... cómo se diseñan y fabrican los motores para evitar que eso suceda. Siempre está en algún punto intermedio. La forma de la fuerza contraelectromotriz está determinada por muchas cosas: cómo se enrolla, la relación entre los dientes del estator y los imanes del rotor, la forma de los dientes de laminación, la forma de los imanes del rotor, etc. Es por eso que no me gustan los términos. "bobinado sinusoidalmente" y "bobinado trapezoidal": la fuerza contraelectromotriz depende de otras cosas además de cómo se enrolla. Puede accionar cualquier motor sin escobillas con un accionamiento "trapezoidal" o un accionamiento "sinusoidal". En general (pero esto no es universal), Si tiene un motor con más o menos fuerza contraelectromotriz de trampa que está destinado a emparejarse con una unidad de trampa, los fabricantes de motores se referirán a esto como un motor BLDC. Del mismo modo, si tiene un motor con una fuerza contraelectromotriz más o menos sinusoidal que debe combinarse con una transmisión sinusoidal, los fabricantes de motores se referirán a esto como un motor BLAC. Pero cualquiera de estos tipos de motores puede funcionar con cualquier tipo de accionamiento.
4) El enlace incrustado.kyle señaló el 23 de octubre a las 19:06 no muestra la diferencia entre los devanados sinusoidal y trampa. Probablemente también dejaré un comentario allí, pero la diferencia entre esos dos es que uno es un devanado de vuelta y el otro es un devanado concéntrico.
Según Wikipedia, los motores de CC sin escobillas son motores de CA síncronos de imanes permanentes con inversor integrado y rectificador, sensor y electrónica de control del inversor. No estoy muy familiarizado con los motores de CA, pero creo que los motores de CC sin escobillas se clasificarían mejor como un subconjunto de motores de CA desde un punto de vista funcional.
También puede haber algunas otras diferencias relacionadas con la aplicación. Por ejemplo, la diferencia entre los motores paso a paso y los motores de CC sin escobillas suele ser la aplicación prevista y los servomotores se refieren a un motor (generalmente, pero no siempre, un motor de CC con escobillas) con sensores de posición de rotación integrados.
Algunas de las respuestas anteriores me confundieron un poco, ya que algunas eran correctas e incorrectas al mismo tiempo. ¡NO TENGO EXPERIENCIA! . Dicho esto: los motores eléctricos rotativos pueden
Vlad