Motores de CC con escobillas: principio de funcionamiento, ventajas, desventajas y mantenimiento

¿Qué es un motor de CC con escobillas?

A motor de corriente continua con escobillas es un motor eléctrico que convierte la corriente continua en movimiento de rotación mediante un sistema de conmutación mecánico. un juego de escobillas de carbón o cobre-grafito que hacen contacto deslizante con un conmutador giratorio para entregar corriente a los devanados del inducido en la secuencia correcta. Es la forma más antigua y mecánicamente más simple de motor de CC, y sigue siendo ampliamente utilizada dondequiera que el bajo costo y el control simple sean más importantes que la máxima eficiencia o vida útil.

La característica definitoria que lo separa de un motor sin escobillas es exactamente este sistema de escobillas y conmutador: la inversión de corriente se produce automáticamente mediante contacto físico y conmutación mecánica, en lugar de a través de un controlador electrónico externo.

Motor de CC con escobillas Principio de funcionamiento

La corriente fluye desde la fuente de alimentación a través de las escobillas hacia el conmutador, que la dirige hacia los devanados del inducido. Esta corriente crea un campo magnético alrededor de la armadura que interactúa con el campo fijo del motor (de imanes permanentes o devanados de campo). , produciendo un par que hace girar el eje. A medida que gira la armadura, los segmentos del conmutador giran más allá de las escobillas estacionarias, invirtiendo automáticamente la dirección de la corriente en cada devanado en el momento correcto para mantener el par actuando en una dirección de rotación constante.

Esta conmutación mecánica es lo que hace que los motores con escobillas sean autoconmutantes: no se necesita ningún dispositivo electrónico externo para determinar cuándo invertir la corriente, a diferencia de un motor sin escobillas, que depende de sensores y un controlador para realizar la misma función electrónicamente.

Componentees del motor de CC con escobillas explicados

Para qué se utilizan los motores de CC con escobillas

• Productos de consumo sensibles a los costos: herramientas eléctricas, juguetes, pequeños electrodomésticos y electrónica para aficionados.
• Accesorios automotrices: elevadores de ventanas, ajustadores de asientos, motores de limpiaparabrisas y motores de ventiladores HVAC
• Actuación industrial simple: bombas de ciclo bajo, pequeños accionamientos para transportadores y sistemas de posicionamiento básicos
• Dispositivos que funcionan con baterías donde el simple control de voltaje PWM es suficiente y el costo supera las preocupaciones de eficiencia

Ventajas de los motores CC con escobillas

• Control sencillo y de bajo coste: La velocidad y el par se ajustan directamente con el voltaje aplicado usando circuitos PWM básicos.
• Costo inicial más bajo: construcción más simple y sin necesidad de un controlador de velocidad electrónico
• Alto par de arranque: eficaz para aplicaciones que necesitan un par fuerte desde parado
• Fácil de solucionar problemas y reparar: Los puntos de desgaste mecánico son fáciles de inspeccionar y reemplazar.

Desventajas de Motor de CC con escobillass

• Desgaste del cepillo: El contacto físico entre las escobillas y el conmutador se desgasta con el tiempo y requiere reemplazo periódico.
• Menor eficiencia: La fricción y los arcos eléctricos en el contacto de las escobillas crean pérdidas de energía que no están presentes en los diseños sin escobillas.
• Ruido eléctrico (EMI): La formación de arcos en el contacto del conmutador de escobillas genera ruido eléctrico que puede interferir con los componentes electrónicos sensibles cercanos.
• Acumulación de calor: Las pérdidas por fricción y resistencia en las escobillas generan calor adicional en comparación con los diseños sin escobillas.
• Vida útil más corta: El desgaste de las escobillas limita en última instancia la vida útil total más que la mayoría de los demás componentes del motor.

Vida útil y mantenimiento del motor de CC con escobillas

El desgaste de las escobillas es el factor principal que limita la vida útil de un motor de CC con escobillas y se acelera con un mayor consumo de corriente, mayor velocidad y entornos operativos más polvorientos o sucios. La vida útil típica del cepillo oscila entre varios cientos y unos pocos miles de horas. dependiendo del ciclo de trabajo, la carga y el material del cepillo, los motores que funcionan de forma intermitente con cargas ligeras duran considerablemente más que los que funcionan de forma continua con cargas pesadas.

• Inspeccione periódicamente la longitud y el desgaste uniforme de los cepillos; Reemplace antes de que se desgasten hasta el punto de perder la presión de contacto del resorte.
• Limpie la acumulación de superficie del conmutador (polvo de carbón, oxidación) para mantener un contacto eléctrico constante.
• Verifique si hay rayaduras o picaduras en el conmutador, lo que acelera aún más el desgaste de las escobillas una vez que comienza
• Mantenga la carcasa del motor libre de polvo y residuos, ya que las partículas en el aire aumentan el desgaste de las escobillas y del conmutador.
• Evite la operación sostenida de sobrecorriente, que aumenta la formación de arcos y acelera la degradación tanto de las escobillas como del conmutador.

Cómo controlar un motor de CC con escobillas

Los motores de CC con escobillas se controlan principalmente mediante ajuste de voltaje , ya que la velocidad es aproximadamente proporcional al voltaje aplicado y el par es aproximadamente proporcional al consumo de corriente. El método de control más común es la modulación de ancho de pulso (PWM), donde un controlador enciende y apaga rápidamente el voltaje de suministro total, y la relación entre el tiempo de encendido y apagado (ciclo de trabajo) determina el voltaje promedio efectivo que ve el motor.

El control de dirección se maneja a través de un circuito de puente H, que permite que la corriente fluya a través del motor en cualquier dirección al cambiar qué terminales de suministro se conectan a qué terminales del motor. La combinación del control de velocidad PWM con el control de dirección del puente H brinda control total de velocidad y dirección desde un circuito de controlador simple y de bajo costo, lo cual es parte de la razón por la que los motores con escobillas siguen siendo populares en aplicaciones sensibles a los costos.

Cómo mejorar la eficiencia del motor de CC con escobillas

• Utilice material de cepillo de calidad: Las escobillas de carbono o cobre-grafito de mayor calidad reducen la resistencia de contacto y las pérdidas por arco.
• Mantenga la tensión adecuada del resorte del cepillo: muy poca tensión aumenta la formación de arcos y la resistencia al contacto; demasiado acelera el desgaste
• Mantenga el conmutador limpio y suave: La acumulación o picaduras aumentan la resistencia al contacto y la generación de calor.
• Evite funcionar por debajo del voltaje nominal durante períodos prolongados: El funcionamiento con bajo voltaje aumenta el consumo de corriente para un par determinado, lo que aumenta las pérdidas resistivas.
• Dimensione el motor correctamente para la carga: un motor de gran tamaño que funciona muy por debajo de su capacidad nominal desperdicia eficiencia en comparación con un motor correctamente adaptado