Acerca de los motores con y sin escobillas
Un motor eléctrico de corriente continua – es un dispositivo eléctrico que convierte la energía eléctrica de corriente continua en energía mecánica. Prácticamente todos los motores eléctricos de corriente continua tienen un mecanismo interno, electromecánico o eléctrico, para cambiar periódicamente la dirección del flujo de corriente.
Los motores de corriente continua fueron los primeros en ser ampliamente utilizados en el mundo. La velocidad de los motores eléctricos puede controlarse en un amplio rango variando la tensión o variando la corriente en los bobinados.
Motor de corriente continua
El motor de escobillas genera par directamente a partir de la potencia que se le suministra, utilizando un conmutador interno, imanes estacionarios (permanentes o electromagnéticos) y electroimanes giratorios.
Las ventajas de los motores de escobillas son: bajo coste de fabricación, alta fiabilidad y fácil control de velocidad.
Desventajas de los motores de escobillas: altos costes de mantenimiento y corta vida útil con alto uso.
Los motores de escobillas tienen altos costes de mantenimiento, alta fiabilidad y fácil control de velocidad.
El mantenimiento incluye la sustitución periódica de las escobillas de grafito, así como la limpieza o sustitución del colector. Estos componentes son importantes para la transmisión de electricidad al devanado del rotor.
Motor eléctrico sin escobillas
En un motor eléctrico sin escobillas típico, el rotor tiene forma de imanes permanentes que giran alrededor de un estator con electroimanes. El controlador de un motor de este tipo convierte la corriente continua en corriente alterna. Este tipo es mecánicamente más sencillo que el tipo con escobillas porque elimina la complejidad de transmitir electricidad al rotor giratorio del motor.
El controlador del motor puede seguir la posición del rotor utilizando sensores de efecto Hall y puede controlar los tiempos, las fases, etc. con gran precisión, y la corriente en los devanados del rotor puede utilizarse para optimizar el par, almacenar energía, controlar la velocidad e incluso proporcionar cierto frenado.
Las ventajas de los motores sin escobillas son su larga vida útil, la ausencia de mantenimiento y su alta eficiencia.
Desventajas de los motores sin escobillas: alto coste de fabricación y un controlador de velocidad más complejo.
Comparación de motores eléctricos con escobillas y sin escobillas
Los motores eléctricos de escobillas se inventaron en el siglo XIX y son muy comunes. No fue hasta la invención de los semiconductores en la década de 1960 cuando se pudieron fabricar motores de corriente continua sin escobillas.
Los motores de escobillas se inventaron en el siglo XIX y son muy comunes.
Acerca del conmutador
En los motores de escobillas, este conjunto tiene la forma de un interruptor giratorio en el eje del motor llamado conmutador. Consiste en un cilindro giratorio dividido en n número de segmentos (contactos) en el rotor. Estos segmentos están conectados a los bobinados del rotor. Dos o más contactos fijos (generalmente dos) denominados "escobillas", fabricados con un conductor blando (en comparación con el conmutador), hacen contacto deslizante con los segmentos del conmutador. Con cada media vuelta, el conmutador invierte el sentido de la corriente en los devanados del rotor, de modo que el campo magnético produce par en una sola dirección.
Principales desventajas del conmutador:
- El contacto deslizante de las escobillas con el conmutador produce una pérdida de energía, lo que puede ser una desventaja significativa.
- Las escobillas se desgastan debido a la fricción. - Las escobillas se desgastan debido a la fricción, creando polvo, con el tiempo las escobillas deben ser reemplazadas.
- La resistencia al deslizamiento de los contactos provoca una caída de tensión.
- Los cambios bruscos repetidos en el flujo de corriente a través de la inducción de los devanados hacen que los contactos del conmutador chispeen y creen «ruido» eléctrico, lo que puede provocar interferencias electromagnéticas con los circuitos eléctricos cercanos.
Por cierto, el flujo de corriente a través de la inducción de los devanados debe cambiarse.
Los motores eléctricos sin escobillas se crearon para eliminar estos inconvenientes.
Solución sin escobillas
El desarrollo de los semiconductores en la electrónica en la década de 1970 hizo posible eliminar el conmutador y las escobillas en los motores eléctricos de corriente continua. En los motores eléctricos sin escobillas, un servosistema eléctrico sustituye al conjunto mecánico del conmutador. Los sensores eléctricos detectan el ángulo del rotor y controlan interruptores de estado sólido, como los transistores, que conmutan la corriente a través de los bobinados y también redirigen la corriente (en algunos motores, simplemente la desconectan) en momentos específicos cada 180 grados. Así es como los electroimanes crean par en una dirección. La eliminación de los contactos deslizantes en los motores eléctricos ha permitido prescindir de componentes mecánicamente desgastables y aumentar la vida útil. La vida útil de estos motores sólo está limitada por la vida útil de sus cojinetes.
Es por eso que los sistemas modernos de dirección asistida utilizan motores sin escobillas en su diseño.
