Motores CC con escobillas y sin escobillas: eficiencia, selección y usos

Motor de CC con escobillas frente a motor de CC sin escobillas

La principal diferencia es cómo se conmuta la corriente: los motores con escobillas utilizan escobillas físicas y un conmutador mecánico, mientras que los motores sin escobillas utilizan un controlador electrónico y sensores de posición. Esta diferencia de diseño se extiende a casi todas las demás distinciones entre los dos tipos de motores: la eficiencia, la vida útil, la complejidad del control y el costo se remontan a si la conmutación se produce de forma mecánica o electrónica.

Eficiencia del motor con escobillas versus sin escobillas

Motores sin escobillas Por lo general, son más eficientes que los motores con escobillas con una potencia de salida comparable, en gran parte porque eliminan dos mecanismos de pérdida inherentes al contacto de las escobillas: la fricción entre las escobillas y el conmutador, y las pérdidas por arco eléctrico que se producen cuando las escobillas hacen y rompen el contacto con los segmentos del conmutador. Motores sin escobillas commonly achieve efficiencies in the 85-90% range , mientras que los motores con escobillas normalmente funcionan varios puntos porcentuales más bajo en condiciones de carga comparables.

Esta brecha de eficiencia es más importante en aplicaciones de servicio continuo y alimentadas por baterías, donde cada punto porcentual de eficiencia se traduce directamente en tiempo de ejecución o generación de calor reducida. En aplicaciones de uso intermitente y de servicio liviano, la diferencia de eficiencia es menos importante, lo que es parte de la razón por la cual los motores con escobillas siguen siendo comunes en productos de consumo de bajo costo donde el ciclo de trabajo es naturalmente bajo.

Ventajas y desventajas del motor de CC con escobillas

pesando un motor cepillado La oposición a una alternativa sin escobillas se reduce a si su simplicidad y bajo costo superan su vida útil más corta y su menor eficiencia para la aplicación específica en cuestión.

• Ventajas: Menor costo, electrónica de control más simple, alto par de arranque, fácil reparación en campo.
• Desventajas: el desgaste de las escobillas limita la vida útil, menor eficiencia, mayor generación de calor, ruido eléctrico (EMI) debido a la formación de arcos de las escobillas
• Mejor ajuste: aplicaciones de ciclo de trabajo bajo y sensibles a los costos donde el reemplazo periódico de las escobillas es aceptable

Cómo elegir un motor de CC con escobillas: guía de selección

La selección del motor de CC con escobillas adecuado comienza con los mismos fundamentos que cualquier motor de CC: defina el par y la velocidad requeridos en la carga, luego verifíquelos con la salida nominal del motor y el voltaje de suministro disponible. porque motor cepillados tener una vida útil del cepillo, un ciclo de trabajo y una vida útil esperada finitos tienen un peso adicional en el proceso de selección en comparación con alternativas sin escobillas.

• Confirme el par y la velocidad requeridos en la carga, incluido el margen para el arranque y las condiciones máximas.
• Haga coincidir el voltaje con la fuente de alimentación disponible, evitando un funcionamiento significativo por sobre o bajo voltaje.
• Calcule el ciclo de trabajo esperado y la vida útil en comparación con la vida útil nominal de las escobillas del motor.
• Verifique las clasificaciones térmicas en comparación con condiciones de operación continua versus intermitente
• Considere la exposición ambiental: el polvo y la humedad aceleran el desgaste de las escobillas y del conmutador

Cálculo de velocidad y par de motor de CC con escobillas

El cálculo del par y la velocidad para un motor de CC con escobillas sigue los mismos principios que cualquier ejercicio de dimensionamiento de un motor de CC: determine el par de carga en la salida (fuerza × radio para cargas rotacionales, o fuerza ÷ ventaja mecánica para cargas lineales), agregue un margen de seguridad de aproximadamente 20-50 % para las condiciones de arranque y pico, y confirme la velocidad requerida en el eje de salida después de tener en cuenta cualquier reducción de la caja de cambios.

El requisito de potencia se deriva directamente del par y la velocidad (potencia = par × velocidad angular), y esta cifra debe compararse con la potencia nominal continua del motor en lugar de su potencia máxima o de calado, ya que el funcionamiento sostenido cerca del par de calado genera calor excesivo en los devanados del inducido de un motor con escobillas y acelera el desgaste de las escobillas debido al mayor consumo de corriente.

Aplicaciones de motores CC con escobillas de alto par

Los motores de CC con escobillas, particularmente las configuraciones bobinadas en serie, brindan un fuerte par de arranque en relación con su tamaño y costo, lo que los convierte en una opción práctica para aplicaciones que necesitan un alto par desde parado en lugar de una operación sostenida a alta velocidad. Las aplicaciones comunes de motores con escobillas de alto par incluyen motores de arranque de automóviles, cabrestantes, accionamientos para herramientas eléctricas y actuadores lineales. — todos los casos en los que la demanda de par breve e intensa importa más que la eficiencia del servicio continuo.

Motores de CC con escobillas para equipos industriales, de robótica y de automatización

En entornos industriales y de automatización, los motores de CC con escobillas generalmente se reservan para aplicaciones de ciclo inferior y sensibles a los costos donde la carga de mantenimiento del reemplazo periódico de las escobillas es manejable: actuadores simples, secciones transportadoras de bajo rendimiento y tareas de posicionamiento básicas que no exigen la precisión o la longevidad de un servosistema sin escobillas.

En robótica, los motores con escobillas todavía aparecen en plataformas educativas y para aficionados de menor costo, construcciones de prototipos y actuadores no críticos donde el presupuesto supera la necesidad de un control de precisión o una vida útil prolongada. La robótica de producción y los equipos que se espera que funcionen continuamente en ciclos de trabajo exigentes generalmente cambian a motores sin escobillas, donde el mayor costo inicial se compensa con un menor mantenimiento y una mejor precisión de control durante la vida útil del equipo.