Principio del control del motor CC sin escobillas

Título: Principio del control de motores de CC sin escobillas

Introducción: En el ámbito del control de motores, la capacidad de regular con precisión la rotación y la velocidad de los motores es primordial. Este control se ve facilitado por sistemas de accionamiento de motores, también conocidos como controladores electrónicos de velocidad (ESC). Los ESC se clasifican en tipos con y sin escobillas, según el tipo de motor con el que están combinados.

Los motores de CC con escobillas cuentan con un imán permanente estacionario con bobinas enrolladas alrededor del rotor. La rotación se logra cambiando intermitentemente la dirección del campo magnético a través de una escobilla y un contacto del conmutador. Por el contrario, los motores de CC sin escobillas carecen de escobillas y conmutadores; sus rotores constan de imanes permanentes mientras que las bobinas permanecen estacionarias. Para permitir la rotación en motores de CC sin escobillas, se requiere un controlador de velocidad electrónico para alterar continuamente la dirección de la corriente dentro de las bobinas fijas, asegurando la repulsión entre las bobinas y los imanes permanentes para mantener la rotación.

Si bien los motores con escobillas pueden funcionar sin un ESC suministrando energía directamente, carecen de control de velocidad. Por otro lado, los motores de CC sin escobillas necesitan un ESC para funcionar. El ESC convierte la energía CC en energía CA trifásica para impulsar motores CC sin escobillas.

Los primeros ESC presentaban principalmente control de motor con escobillas. La distinción entre ESC con y sin escobillas radica en su compatibilidad con los respectivos tipos de motores. Los motores con escobillas utilizan escobillas de carbón, lo que los distingue de los motores sin escobillas donde el rotor está compuesto de bloques magnéticos y el estator permanece estacionario. La nomenclatura de los ESC con y sin escobillas se deriva de estas distinciones motoras. En términos técnicos, los ESC con escobillas generan energía CC, mientras que los ESC sin escobillas generan energía CA trifásica. La energía CC, que se encuentra en baterías con terminales positivos y negativos, contrasta con la energía CA, que oscila entre positivo y negativo a lo largo de un solo cable. Comprender estas distinciones sienta las bases para comprender la energía CA trifásica y la energía CC.

Los ESC sin escobillas reciben entrada de CC, estabilizan el voltaje con un condensador de filtrado y dividen la energía en dos ramas: una para el circuito eliminador de batería (BEC) del ESC y otra para el uso de MOSFET. Tras la activación, el microcontrolador del ESC inicia la oscilación MOSFET, produciendo el sonido característico del funcionamiento del motor sin escobillas. Algunos ESC cuentan con una función de calibración del acelerador para garantizar la posición adecuada del acelerador antes de entrar en el modo de espera. El microcontrolador dentro del ESC ajusta la salida de voltaje, la frecuencia y la dirección de transmisión en función de las señales PWM para controlar la velocidad y dirección del motor. Durante el funcionamiento del motor, tres conjuntos de MOSFET dentro del ESC funcionan en conjunto para generar una frecuencia de 8000 Hz, imitando efectivamente un inversor o controlador de velocidad utilizado en aplicaciones de motores industriales.

Los ESC sin escobillas requieren una entrada de CC normalmente suministrada por baterías de litio. Su salida consiste en energía CA trifásica capaz de accionar motores directamente. Para modelos aéreos como cuadricópteros, son esenciales ESC especializados con tres líneas de entrada de señal para control PWM. Los cuadricópteros cuentan con cuatro hélices dispuestas en configuración cruzada para contrarrestar las tendencias inherentes al giro. El pequeño diámetro de cada hélice dispersa las fuerzas centrífugas, a diferencia de las hélices tradicionales de los helicópteros que concentran las fuerzas centrífugas inerciales. Como resultado, los cuadricópteros requieren ESC de alta velocidad para una respuesta rápida a los cambios de actitud, ya que los ESC PPM convencionales con tasas de actualización de aproximadamente 50 Hz son inadecuados para los ajustes rápidos necesarios en el control de vuelo de los cuadricópteros.

Conclusión: En resumen, el principio del control de motores de CC sin escobillas implica el uso de controladores de velocidad electrónicos para convertir la energía de CC en energía de CA trifásica para accionar motores sin escobillas. Comprender las complejidades del funcionamiento del ESC, desde la calibración del acelerador hasta el procesamiento de la señal PWM, es crucial para optimizar el rendimiento del motor en diversas aplicaciones, incluidos modelos aéreos como cuadricópteros. Los ESC especializados con interfaces de comunicación de alta velocidad desempeñan un papel fundamental para garantizar una dinámica de vuelo estable y capacidades de respuesta rápida, lo que los convierte en componentes indispensables en los sistemas de control de motores modernos.