Aprenda los conceptos básicos de la fuerza electromagnética trasera, cómo medirla y las ventajas y desventajas de los diferentes tipos de motores.
En la Parte 1 de estas preguntas frecuentes, analizamos los motores de CC con escobillas y los motores de CC sin escobillas (BLDC), y este último tiene algunas similitudes con un motor síncrono de imán permanente (PMSM). El diagrama PMSM simplificado en Figura 1 y XNUMX se parece al diagrama presentado en la Parte 1 para el motor BLDC menos el circuito de conmutación electrónica. Sin embargo, diferencias sutiles pero significativas entre los dos se manifiestan en que el motor BLDC tiene una fuerza electromotriz inversa (EMF) sinusoidal, mientras que el PMSM tiene una EMF trasera trapezoidal.
¿Qué hay detrás de los EMF y cómo puedo medirlos?
Atrás FEM (VBEMF) es el voltaje generado por un motor giratorio en su doble función de generador y es proporcional a la velocidad. Figura 2a muestra un modelo simplificado que muestra VBEMF, resistencia en serie (RS), y la inductancia en serie (LS). Para medir VBEMF, desconecte el motor de cualquier fuente de alimentación de entrada, conecte el osciloscopio a los terminales del motor y haga girar el motor a una velocidad conocida. Puedes observar directamente el VBEMF en el osciloscopio (Figura 2b) porque sin flujo de corriente, RS y LS no contribuirá con ninguna caída de voltaje.
A menudo, desea medir la fuerza electromagnética durante el funcionamiento del motor para obtener información sobre la velocidad y la posición. En un esquema típico de conmutación electrónica de un motor BLDC trifásico, en un momento dado, solo dos fases transportan corriente y un controlador de motor puede medir la EMF en la tercera fase no energizada. Alternativamente, puede medir la corriente en serie I y calcular el EMF trasero:
Para obtener más información, consulte "Ley de Lenz y Back EMF" en Consejos de control de movimiento.
¿Cuáles son las desventajas de los motores PMSM o BLDC?
En el caso de los motores DC, a veces conviene variar la intensidad del campo, cosa que no se puede hacer con los imanes permanentes. Dada una intensidad de campo constante, un motor de CC convencional funciona en un modo de par constante hasta la velocidad a la que la FEM trasera del motor se aproxima al voltaje de entrada. En este punto, la reducción de la corriente de campo reduce la fuerza electromagnética inversa y el motor puede funcionar a mayor velocidad pero con un par menor, estableciendo un modo de potencia constante. Este modo puede resultar útil en aplicaciones como máquinas herramienta, donde una herramienta puede funcionar con potencia de corte constante incluso cuando cambian las densidades del material.
Para cualquier motor de imán permanente, los problemas de la cadena de suministro de imanes permanentes se están volviendo críticos, como se destaca en este informe del Departamento de Energía de EE. UU. En consecuencia, se están realizando investigaciones para encontrar alternativas. Las opciones existen desde hace mucho tiempo, incluido el motor de CC con escobillas que se analiza en la parte 1, aunque con inconvenientes. Otra alternativa es el motor síncrono de rotor bobinado (WRSM). Figura 3 y XNUMX muestra escobillas y anillos colectores que transportan corriente continua hacia y desde los devanados del rotor de un WRSM. Los anillos colectores y las escobillas carecen del riesgo de formación de arcos y descargas eléctricas del conmutador del motor de CC con escobillas, pero siguen sujetos a desgaste mecánico.
Otra opción es el motor de inducción de CA. En Figura 4 y XNUMX A la izquierda, el rotor consta de un bucle conductor que rodea un núcleo de hierro laminado. Cuando el eje gira, el campo magnético del estator induce corrientes alternas en el bucle, provocando inversiones de polaridad magnética en el núcleo del rotor, como se muestra en la vista oblicua de la derecha. El rotor intenta seguir el ritmo de los campos magnéticos giratorios del estator, pero nunca lo consigue. Si lo hiciera, el bucle conductor ya no cortaría el campo magnético del estator y su corriente caería a cero. En consecuencia, el motor funciona con un "deslizamiento", un pequeño porcentaje por debajo de la velocidad sincrónica.
En lugar de un bucle conductor, un motor de inducción trifásico típico tiene múltiples conductores dispuestos en una configuración que se asemeja a una jaula de ardilla, y a menudo se le llama motor de jaula de ardilla. Sin conmutador ni anillos colectores, este motor ha sido durante mucho tiempo un caballo de batalla confiable. Es óptimo cuando funciona a máxima velocidad y carga en aplicaciones como el reabastecimiento periódico de una torre de agua porque el motor impulsa una bomba de velocidad constante. Su eficiencia se ve afectada cuando funciona a velocidades y cargas variables: accionar una bomba de velocidad variable que mantiene una presión de agua constante a pesar de la demanda variable, por ejemplo, o servir como motor de tracción en un vehículo eléctrico.
¿Qué más debo saber sobre los motores?
En la parte 3 de esta serie, describiré un motor eléctrico que no tiene imanes permanentes, conmutador, escobillas, anillos colectores ni jaula de ardilla. También veremos el papel de la electrónica de accionamiento moderna para hacer que este motor sea práctico y para aumentar el rendimiento y la eficiencia de otros tipos de motores. Finalmente, veremos las mediciones de potencia y eficiencia. Mientras tanto, EEMundo acaba de producir una serie de presentaciones sobre diseño de motores, que puede ver a pedido aquí.
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