A diario, las máquinas y los equipos que nos rodean suelen utilizar motores de CC con escobillas y sin escobillas para proporcionar movimiento rotativo. Ambos pueden parecer similares por fuera; sin embargo, su diseño y funcionamiento son bastante diferentes. Es importante elegir el motor adecuado y asegurarse de una configuración correcta para obtener los mejores resultados en su aplicación. En este artículo, veremos las diferencias entre motores con y sin escobillas para comprender mejor cuál es más adecuado según la aplicación. También mostraremos cómo cablear motores con y sin escobillas a interruptores de balancín con fines de prueba.
Motor de CC con escobillas
Un motor de CC con escobillas consta de algunos componentes principales que, junto con una fuente de alimentación de CC, crean un motor rotativo. La armadura, el conmutador, las escobillas y la configuración del imán de campo pueden verse en la Figura 1 a continuación.
Figura 1: Dibujo (izquierda) y ejemplo real (derecha) de motores de CC con escobillas
Nuestro dibujo muestra una armadura simplificada para visualizar más fácilmente el flujo de corriente; sin embargo, los motores de CC con escobillas tienen múltiples devanados de bobina en su armadura. Las escobillas alimentan el conmutador, que entrega corriente a través de la armadura con polaridad opuesta al imán permanente. Esto hace que la armadura gire por la atracción de los imanes.
Los motores de CC con escobillas son fáciles de operar, ya que se encuentran entre los tipos de motor más sencillos; sin embargo, su vida útil es más corta en comparación con los motores sin escobillas. Debido al contacto físico de las escobillas con el conmutador, las chispas son un problema común en estos motores. Este contacto también desgasta las escobillas con el tiempo y provoca cierta pérdida de energía por la fricción generada.
Controlador de motor de CC sin escobillas
Un motor de CC sin escobillas (BLDC) elimina las principales ineficiencias de su homólogo con escobillas. El motor está compuesto por imanes permanentes y bobinas que, mediante una serie de intervalos de energización perfectamente sincronizados, hacen que el imán permanente del centro gire alrededor de las bobinas que lo rodean. En la Figura 2 se incluye un diagrama de un motor sin escobillas como referencia.
Figura 2: Dibujo (izquierda) y ejemplo real (derecha) de motores de CC sin escobillas
Las bobinas del motor sin escobillas se energizan en una secuencia específica (Figura 3), lo que hace que los imanes permanentes del rotor giren. Esto se realiza sin ningún contacto físico y permite un motor de CC más eficiente y duradero.
Figura 3: Secuencia de energización de bobinas
Para seguir la salida mostrada en la Figura 3, el motor CC sin escobillas requiere una unidad de control electrónico (ECU) que determine la posición del rotor y qué bobinas energizar.
A diferencia de los motores de CC con escobillas, que requieren 12VDC aplicados directamente al motor para girar, un motor CC sin escobillas necesita alimentación trifásica. Esto significa que un controlador de motor CC sin escobillas debe suministrar la potencia adecuada a las diferentes bobinas para lograr la rotación. Al usar nuestro LC-241 Brushless DC Motor Controller, pueden aplicarse 12VDC y 5A a los terminales de entrada mediante una fuente de alimentación. Luego se convierte en potencia trifásica para controlar nuestros motores sin escobillas personalizados. En la siguiente sección, un diagrama básico de cableado ayudará a probar un actuador CC sin escobillas.
Cableado de motores sin escobillas a interruptores de balancín
Progressive Automations ofrece el PA-14 Mini Linear Actuator en la opción de CC sin escobillas para pedidos personalizados. Nuestro esquema de cableado para actuadores PA-14 sin escobillas puede verse en la Figura 4 a continuación.
Figura 4: Esquema de cableado para el actuador PA-14 sin escobillas
Paso 1
Conecte los 3 cables del controlador del motor del actuador PA-14 sin escobillas al LC-241 Brushless DC Motor Controller. Los cables suelen ser verde, azul y blanco, que se conectan a los terminales U, V y W, respectivamente. Asegúrese de que las conexiones del motor sin escobillas estén bien aseguradas. Si los cables son de colores diferentes, conectarlos en el orden incorrecto simplemente moverá el actuador lineal eléctrico en la dirección opuesta a la prevista.
Paso 2
Conecte el pin SPD a tierra de su fuente de 12 VDC para habilitar el potenciómetro integrado de control de velocidad. Asegúrese de girar este potenciómetro en sentido horario para alcanzar la velocidad máxima.
Paso 3
Conecte el pin GND a los pines comunes de su interruptor de balancín.
Paso 4
Conecte el pin RUN a ambos lados del interruptor de balancín. Esto es importante, ya que tanto avance como retroceso necesitan que el pin RUN haga contacto con tierra para funcionar.
Paso 5
Conecte el pin REV a un lado del interruptor de balancín. Ese lado corresponderá a la dirección de retroceso.
Paso 6
Aplique 12VDC al controlador del motor CC sin escobillas; se puede oír un sonido indicativo al encender por primera vez.
Figura 5: Cableado físico del actuador PA-14 sin escobillas
La configuración básica ya está completa; con el interruptor de balancín, el actuador puede extenderse y retraerse. El problema con un actuador de motor CC sin escobillas es que los interruptores de fin de carrera internos no pueden cortar la alimentación del actuador como ocurre con los motores de CC con escobillas. Esto se debe a que la alimentación que entra al motor sin escobillas PA-14 es trifásica. El actuador eléctrico PA-14 sin escobillas incorpora retroalimentación de fin de carrera integrada que puede utilizarse con un PLC o un microcontrolador para indicar que el actuador ha alcanzado el fin de recorrido. Esta retroalimentación actúa como un interruptor que pasa de normalmente cerrado a normalmente abierto, lo cual es esencial para integrar un PA-14 sin escobillas en aplicaciones reales.
También contamos con un artículo sobre Extender y retraer continuamente la carrera de un actuador con un motor CC sin escobillas como referencia, con ejemplos de código.
El nuevo y mejorado mini actuador PA-01 (actualización del PA-14) es el modelo actual que ofrecemos, con una variedad de ventajas adicionales. Para comparar, consulta las tablas siguientes y actualiza con confianza!
| PA-01 | PA-14 |
Opciones de carga dinámica | 16, 28, 56, 112, 169, 225 lbs | 35, 50, 75, 110, 150 lbs |
Carga máxima | 225 lbs | 150 lbs |
Velocidad máxima | 3.54 "/sec | 2.00"/sec |
Grado de protección | IP65 | IP54 |
Opciones de carrera | 1" to 40" | 1" to 40" |
Retroalimentación por efecto Hall | Opcional | No |
Cableado de motores con escobillas a interruptores de balancín
La mayoría de nuestros actuadores lineales eléctricos vienen de fábrica con motores de CC con escobillas. La operación sencilla de estos motores permite cablear un interruptor de balancín entre la fuente de alimentación de CC y el motor con escobillas sin necesidad de controladores adicionales.
Figura 6: Esquema de cableado de un interruptor de balancín a un actuador con motor con escobillas
El diagrama de cableado del actuador lineal anterior puede lograrse siguiendo unos pocos pasos:
- Los terminales superior izquierdo e inferior derecho deben conectarse a tierra de la fuente de alimentación.
- Los terminales superior derecho e inferior izquierdo deben conectarse al terminal +12V de la fuente de alimentación.
- Los terminales central derecho y central izquierdo deben conectarse a las 2 entradas del actuador.
Este tipo de cableado de interruptor para actuadores permite al usuario cambiar la dirección del flujo de corriente que entra al actuador para invertir el sentido de desplazamiento. Para ver un ejemplo físico de un circuito de cableado de actuador con interruptor de balancín, este video es un gran ejemplo.
Figura 7: Cableado físico de un interruptor de balancín a un actuador con motor con escobillas
En resumen
Los motores de CC con escobillas tienen bobinas en el centro que giran alrededor de imanes permanentes, mientras que los motores de CC sin escobillas tienen un imán permanente en el centro que gira alrededor de las bobinas. El diseño sin escobillas es más adecuado para aplicaciones que se beneficien de su mayor vida útil y eficiencia energética. Para un funcionamiento más simple y fácil, las aplicaciones con ciclos cortos pueden aprovechar el diseño fácil de usar de los motores con escobillas.
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