motores eléctricos de corriente continua Son componentes esenciales en diversos equipos utilizados en aplicaciones industriales. Se presentan principalmente en dos variantes: motores de CC con escobillas y motores de CC sin escobillas (BLDC). Dependiendo de su aplicación, diferentes empresas optan por uno de estos motores. Conocer la diferencia entre ellos ayuda a empresas y técnicos a encontrar y elegir el más adecuado.

Importancia de comprender la diferencia clave entre motores con escobillas y motores BLDC

Al igual que no se puede usar un motor de CA cuando se requiere control de rpm y par, tampoco se puede usar un motor de CC con escobillas cuando un motor de CC sin escobillas ofrece una salida más eficiente. Si bien ambos motores funcionan con CC, presentan varias diferencias clave que los hacen adecuados para diferentes aplicaciones.

Ambos motores tienen sus ventajas y desventajas. Dependiendo de sus ventajas y desventajas, podrá elegir el más adecuado tras analizar su uso. Los requisitos de la aplicación le ayudarán a decidir si un motor de CC con escobillas o un motor BLDC son adecuados.

La principal diferencia con respecto a la asignación de nombres entre ambos motores reside en los conmutadores. Los motores de CC con escobillas suelen tener escobillas de carbón, que se utilizan como conmutadores. En los motores BLDC, los conmutadores son electrónicos en lugar de mecánicos, como los de los motores con escobillas.

En este artículo, aprenderá las diferencias clave entre ambos motores. Este conocimiento le ayudará a elegir el mejor para que su trabajo sea más controlado, fluido y eficiente.

Motores de corriente continua con escobillas

Todas las máquinas mecánicas se construyen mediante una combinación de diferentes componentes mecánicos. Este es el caso de los motores de CC con escobillas y los motores BLDC. Al considerar la construcción de motores con escobillas, estos utilizan bobinas de alambre alrededor del núcleo de hierro para crear un campo magnético. Estas bobinas giran libremente e impulsan el eje del motor. Este conjunto se denomina "rotor". También se pueden encontrar algunos motores de CC con escobillas sin núcleo. Cuando no hay núcleo, el bobinado es autoportante, ya que el núcleo sirve de soporte a los bobinados.

El rotor es un componente giratorio, mientras que la parte fija se denomina estator. Este aloja los imanes permanentes en su interior. Esto mantiene intacto un campo magnético estático permanente y sujeta el rotor en su interior.

El tercer componente principal es el conmutador. El par se crea mediante la rotación del rotor. Para crear un campo magnético en el rotor, se necesita corriente. El conmutador está fijado entre escobillas, fijadas a su alrededor en el estator. El conmutador funciona como un interruptor y conmuta continuamente los diferentes devanados para activarse y desactivarse, manteniendo así el rotor en constante rotación.

La rotación del motor con escobillas se produce cuando se aplica corriente continua (CC). Este crea un campo magnético en el rotor que repele el campo magnético fijo del estator y provoca la rotación del eje. Además, el uso de un puente H ayuda a controlar la velocidad, el par, el voltaje aplicado y, sobre todo, la dirección de rotación.

Motores de CC sin escobillas

Aunque el funcionamiento de los motores de CC sin escobillas es el mismo que el de los motores de CC con escobillas, se basa en el principio de repulsión y atracción del campo magnético entre el rotor y el estator. Sin embargo, su construcción es diferente. Esto diferencia a los motores de CC sin escobillas de los motores con escobillas.

La construcción del rotor y el estator es opuesta a la de los motores de corriente continua. El rotor en los motores BLDC tiene un imán permanente y el estator tiene bobinas de bobinado, a diferencia de los motores con escobillas. Por lo tanto, el conmutador en los motores BLDC es eléctrico en lugar de mecánico, como en los motores con escobillas.

Otra diferencia en la construcción es el número de fases. Las fases son, en realidad, las unidades de bobinado de los estatores. El número de unidades de bobinado es igual al número de fases de un motor BLDC. Aunque no hay límite en el número de fases, generalmente se utilizan tres fases en el desarrollo de motores BLDC. Estas tres fases se alinean en configuración delta o estrella.

Además, otra diferencia radica en el número de polos magnéticos presentes en el imán del rotor de un motor BLDC. Normalmente, el rotor tiene al menos dos polos, sur y norte. Puede haber más si es necesario. La necesidad y la función se explicarán en la sección de aplicaciones de ambos motores.

Otra diferencia muy importante es el despliegue de electrónica compleja en los motores BLDC en comparación con los motores escobillados como sensor Hall y 3 puertas H para cada fase.

Diferencias clave entre motores con escobillas y motores BLDC

Hasta ahora has aprendido por qué es importante conocer la diferencia entre ambos motores, así como los fundamentos de su construcción, tanto de motores con escobillas como de motores BLDC. Ahora aprenderás las diferencias clave basadas en las ventajas y desventajas de ambos tipos.

Diferencia de velocidad y aceleración

Debido al mayor peso de los motores con escobillas, la velocidad y la aceleración son menores. Esta disminución adicional de la velocidad se debe a la presencia de escobillas y un conmutador mecánico. Esto los convierte en motores de velocidad media. El conmutador está fijado mecánicamente mediante escobillas.

Cuando se intenta alcanzar una alta velocidad, el contacto entre las escobillas y el conmutador se comporta de forma errática, lo que reduce la velocidad. Otra razón para esta menor velocidad es el uso de un núcleo de hierro laminado en el centro y, debido a la alta inercia, las velocidades son bajas.

Por otro lado, los motores BLDC carecen de conmutadores mecánicos, por lo que teóricamente no presentan resistencia en comparación con sus homólogos. Esto les otorga una ventaja en cuanto a velocidades muy altas y precisión funcional. Por lo tanto, las velocidades son mayores en los motores BLDC que en los motores con escobillas, pero con un mayor coste.

Ruido eléctrico y acústico

Debido a la presencia de escobillas mecánicas y conmutadores, los motores con escobillas producen más ruido eléctrico que los motores BLDC. Si bien el uso de un condensador puede reducir el ruido, no se puede eliminar (100%). Por otro lado, los motores BLDC no contienen estos componentes, lo que los hace muy silenciosos para su uso en aplicaciones sensibles al ruido.

Mantenimiento

Hasta ahora, has aprendido mucho sobre escobillas y conmutadores. Ambos son componentes mecánicos y están en constante fricción. Esto provoca un desgaste constante tanto en las escobillas como en el conmutador, lo que requiere reemplazos frecuentes. Por lo tanto, el costo de mantenimiento es alto y se requiere de forma intermitente.

Por otro lado, los motores BLDC carecen de dicho componente, lo que los convierte en un tipo de motores libres de mantenimiento.

Ondulación de par

Es un fenómeno mecánico que se denomina vibraciones mecánicas en los motores. Debido a la mayor cantidad de componentes mecánicos en los motores con escobillas, la ondulación del par es mayor, por lo que las vibraciones son más frecuentes a alta velocidad en los motores de CC con escobillas que en los de CC sin escobillas.

Vida

La vida útil de los motores BLDC es mayor que la de los motores con escobillas debido a la menor cantidad de componentes mecánicos en su diseño. Debido al alto desgaste mecánico, los motores con escobillas llegan a un punto en que dejan de ser operativos.

Costo

Finalmente, el costo asociado de un motor con escobillas es mucho menor que el de un motor BLDC. Esto se debe a su construcción simple y diseño avanzado. Si bien algunos componentes están ausentes en los BLDC debido a la presencia de una electrónica compleja, estos son más costosos que los motores con escobillas.

Factores a considerar antes de seleccionar un motor de CC

Hasta ahora, ya comprende completamente los tipos de motores de CC con y sin escobillas. Para saber cuál se adapta mejor a su aplicación, deberá evaluar los requisitos.

Si busca un motor de CC para aplicaciones sencillas, los motores con escobillas son la mejor opción. Estos motores son económicos y fáciles de conseguir. Dependiendo del control, la velocidad, el par requerido y el coste, puede optar por un motor con escobillas. Tenga en cuenta que su vida útil es menor que la de los motores BLDC.

Por otro lado, los motores BLDC son la mejor opción cuando se necesita alto rendimiento y alta velocidad, con mayor control sobre su funcionalidad. Además, si se desea utilizar un motor de CC en una aplicación sensible al ruido, se necesita un BLDC. La vida útil de los BLDC es mucho mayor que la de los motores con escobillas, lo que prolonga la vida útil de la inversión.

Resumen

Si bien la selección de motores depende de varios factores y, como ya ha visto, las diferencias clave, aún existen posibilidades de uso de motores con escobillas, incluso con la disminución de la disponibilidad y los costos asociados de los motores BLDC. Debe considerar todos los factores, tanto para motores con escobillas como para motores BLDC, antes de elegir uno para su aplicación.