Guía de selección de motores de CC: par, velocidad, voltaje y aplicaciones

Motor CC Guía de selección: por dónde empezar

Elegir el motor de CC adecuado se reduce a cuatro números: par requerido, velocidad requerida, voltaje de suministro disponible y ciclo de trabajo . Cualquier otra decisión (con o sin escobillas, tamaño del motor, relación de la caja de cambios) se deriva de acertar primero con estas cuatro. Partir de la potencia nominal de un motor en lugar del requisito de carga real es la razón más común por la que los motores se calientan, se paran bajo carga o se desgastan antes de tiempo.

Una secuencia de selección práctica analiza primero la carga mecánica y luego la traduce en requisitos eléctricos: defina el par de carga y la velocidad en el eje de salida, tenga en cuenta cualquier reducción de la caja de engranajes, calcule la potencia eléctrica y el consumo de corriente que demanda el par, y solo entonces compruébelo con el voltaje de suministro disponible y los límites térmicos de los motores candidatos.

Calcular los requisitos de par y velocidad

Los requisitos de par comienzan con la carga mecánica: para una carga giratoria, el par (en Nm) es igual a la fuerza aplicada en un radio multiplicado por ese radio; para el movimiento lineal a través de un tornillo de avance o una correa, el par se deriva de la fuerza requerida dividida por la ventaja mecánica del sistema de transmisión. Agregue un margen de seguridad de aproximadamente un 20-50 % por encima del par calculado en estado estacionario para cubrir la inercia inicial, las pérdidas por fricción y la variación de carga.

Los requisitos de velocidad generalmente los establece el tiempo del ciclo de aplicación o la velocidad del proceso, expresado en RPM en el eje de salida. Si una caja de cambios se encuentra entre el motor y la carga, la velocidad del eje del motor debe ser la velocidad de salida multiplicada por la relación de transmisión, y el requisito de par del motor cae proporcionalmente (antes de las pérdidas de eficiencia, que normalmente reducen el par utilizable entre un 5% y un 15% dependiendo del tipo de caja de cambios).

Elegir el voltaje de suministro correcto

La selección de voltaje es impulsada por la fuente de energía del sistema y la corriente que la electrónica del variador puede manejar, no solo por la velocidad del motor. Para una potencia de salida determinada, un voltaje más alto significa un consumo de corriente más bajo. , lo que permite cableado más delgado, conectores más pequeños y pérdidas resistivas más bajas, un factor importante en tendidos de cables largos o variadores industriales de alta potencia.

• Equipos portátiles y que funcionan con baterías: generalmente restringidos a voltajes de bus de CC de 12 V, 24 V o 48 V
• Líneas de automatización industrial: a menudo funcionan con un voltaje de control de 24 V o 48 V, o buses de CC de mayor voltaje para grandes sistemas servo y sin escobillas.
• Evite seleccionar un motor con una potencia nominal muy superior al voltaje de suministro disponible: ejecutarlo con bajo voltaje reduce el torque disponible y puede causar un control de velocidad errático.

Motores CC en aplicaciones industriales y de automatización

Los equipos industriales y de automatización prefieren los motores de CC, en particular los diseños sin escobillas, donde el control de movimiento preciso y repetible importa más que la producción de energía bruta. Los sistemas transportadores, las líneas de envasado, los accionamientos de ejes CNC y los equipos de manipulación de materiales suelen utilizar motores CC sin escobillas o de tipo servo combinados con codificadores para retroalimentación de velocidad y posición de circuito cerrado.

• Accionamientos del transportador y de los rodillos: motores CC con o sin escobillas adaptados a los requisitos de par de carga y velocidad de la correa
• Ejes Pick-and-place y CNC: servomotores CC o CC sin escobillas para un posicionamiento preciso y repetible
• Bombas y ventiladores en equipos de proceso: motores PMDC o BLDC seleccionados para eficiencia en servicio continuo
• Vehículos guiados automatizados (AGV) y robots móviles: motores BLDC compactos elegidos por su alta densidad de par y eficiencia de la batería

Aplicaciones de alto par y motores compactos para robótica

Las aplicaciones de motores de CC de alto torque (grúas, cabrestantes, actuadores eléctricos y motores de arranque de servicio pesado) generalmente requieren diseños sin escobillas devanados en serie o con un alto número de polos capaces de entregar un gran torque a bajas RPM, a menudo combinados con una caja de engranajes para multiplicar aún más el torque en el eje de salida. Estas aplicaciones priorizan el par de arranque y la capacidad térmica sobre la velocidad máxima.

Las aplicaciones de robótica se encuentran en el otro extremo del espectro: Motores CC sin escobillas, compactos y de alta densidad de par con codificadores integrados son la opción estándar para actuadores conjuntos y plataformas móviles, donde cada gramo de peso y cada milímetro de diámetro de la carcasa afecta el rendimiento general del sistema. Los diseños BLDC sin núcleo y sin marco se utilizan cada vez más en juntas robóticas específicamente porque reducen el par dentado y mejoran la suavidad del control a bajas velocidades.

Motor de CC frente a motor de CA

La diferencia fundamental es la simplicidad del control frente a la escalabilidad bruta: Los motores de CC ofrecen un control sencillo de velocidad y par a través del ajuste de voltaje y corriente, mientras que los motores de CA destacan por su funcionamiento de alta potencia y servicio continuo con menor mantenimiento. . Los motores de inducción de CA dominan los grandes accionamientos industriales de velocidad fija (bombas, compresores, grandes ventiladores) donde su robustez y la falta de escobillas o imanes se traducen en una vida útil más larga a altos niveles de potencia.