Cómo elegir un tipo de motor: inducción, CC, BLDC, PMSM, paso a paso, servo y más

Empiece por las preguntas

Antes de comparar tipos de motor, responda unas cuantas preguntas sobre la aplicación.

• ¿Cuál es la fuente de energía: red de CA (monofásica o trifásica), una batería o una fuente de CC?
• ¿Funciona a velocidad constante, en un intervalo de velocidades o debe mantener una posición precisa?
• ¿Qué par se necesita en el arranque, en el punto de funcionamiento y en el pico?
• ¿Qué importancia tienen el rendimiento, el tamaño y el peso, el ruido, el coste y el mantenimiento?
• ¿Es aceptable un variador (inversor) y se dispone de realimentación de posición?

Las respuestas acotan rápidamente las opciones. La red con velocidad constante apunta a los motores de inducción. La alimentación con batería y la necesidad de rendimiento apuntan a los motores sin escobillas. El posicionamiento preciso apunta a los motores paso a paso y a los servomotores.

Motores de CA: inducción y síncronos

Motor de inducción (trifásico)

• Ventajas: robusto, barato, sin escobillas ni imanes, funciona directamente desde la red, amplio intervalo de potencias desde vatios hasta megavatios.
• Inconvenientes: velocidad ligeramente inferior a la síncrona que baja con la carga; el rendimiento y el factor de potencia caen con poca carga; necesita un variador de frecuencia para controlar la velocidad.
• Usos típicos: bombas, ventiladores, compresores, cintas transportadoras, máquinas herramienta.

Motor de inducción monofásico

• Ventajas: funciona con la red doméstica, sencillo y económico.
• Inconvenientes: necesita un devanado de arranque o un condensador, menor rendimiento y par que uno trifásico, par pulsante.
• Usos típicos: ventiladores pequeños, frigoríficos, puertas de garaje, bombas pequeñas.

Motor de inducción de rotor bobinado

• Ventajas: par de arranque elevado con baja corriente de arranque al añadir resistencia al rotor, velocidad ajustable.
• Inconvenientes: los anillos rozantes y las escobillas requieren mantenimiento, más costoso.
• Usos típicos: grúas, molinos, arranques pesados.

Motor síncrono (de campo bobinado)

• Ventajas: velocidad exactamente constante, factor de potencia ajustable, puede corregir el factor de potencia de la planta.
• Inconvenientes: necesita una fuente de campo de CC y un modo de arranque, puede perder el sincronismo si se sobrecarga.
• Usos típicos: grandes compresores, accionamientos de molinos, compensadores síncronos.

Motores de CC y de conmutación electrónica

Motor de CC con escobillas

• Ventajas: control muy sencillo (la tensión fija la velocidad, la corriente fija el par), par de arranque elevado, bajo coste.
• Inconvenientes: las escobillas se desgastan y producen chispas, vida y velocidad limitadas, ruido eléctrico.
• Usos típicos: juguetes, pequeños electrodomésticos, actuadores de automoción, herramientas económicas.

Motor de CC sin escobillas (BLDC)

• Ventajas: alto rendimiento, larga vida, buena densidad de potencia, sin desgaste de escobillas, buen intervalo de velocidades.
• Inconvenientes: necesita un accionamiento electrónico y sensado de la posición del rotor, mayor coste del sistema, imanes.
• Usos típicos: drones, ventiladores, bicicletas eléctricas, herramientas eléctricas, discos duros.

Motor síncrono de imanes permanentes (PMSM)

• Ventajas: rendimiento y densidad de potencia muy altos, par suave con alimentación sinusoidal, buen intervalo de velocidades.
• Inconvenientes: necesita un accionamiento de control vectorial, a menudo usa imanes de tierras raras, la FCEM a alta velocidad exige debilitamiento de campo.
• Usos típicos: tracción de vehículos eléctricos, servoaccionamientos industriales, bombas y compresores de alto rendimiento.

BLDC y PMSM son parientes cercanos: el BLDC suele accionarse con conmutación trapezoidal de seis pasos, y el PMSM con corrientes sinusoidales para reducir el rizado del par.

Motores de control de movimiento: paso a paso y servo

Motor paso a paso

• Ventajas: posición precisa sin realimentación en funcionamiento normal, alto par de retención en reposo, control sencillo y económico.
• Inconvenientes: el par cae con la velocidad, resonancia y ruido, puede perder pasos sin avisar si se sobrecarga, consume la corriente completa incluso en reposo.
• Usos típicos: impresoras 3D, ejes CNC, posicionamiento de cámaras e instrumentos.

Servomotor

• Ventajas: control de posición, velocidad y par en lazo cerrado; aceleración rápida; alto par a alta velocidad; puede mantener la posición con carga variable.
• Inconvenientes: necesita un sensor de realimentación y un controlador ajustado, mayor coste y complejidad.
• Usos típicos: robots, máquinas CNC, máquinas de embalaje, estabilizadores de cámara.

Una buena regla: si un paso perdido es aceptable, o no puede ocurrir con las cargas previstas, use un motor paso a paso. Si la carga varía, las velocidades son altas o no se toleran errores, use un servomotor.

Motores de uso especial: universales, de reluctancia y lineales

Motor universal

• Ventajas: funciona con CA o CC, velocidad muy alta y gran par de arranque por tamaño, compacto y barato.
• Inconvenientes: las escobillas se desgastan, ruidoso, la velocidad depende mucho de la carga y baja con alimentación de CA, vida corta.
• Usos típicos: taladros, aspiradoras, batidoras, máquinas de coser.

Motor síncrono de reluctancia

• Ventajas: sin imanes ni devanado en el rotor, por lo que el rotor es barato, eficiente, funciona frío y es robusto.
• Inconvenientes: necesita un inversor, menor factor de potencia y densidad de par que un PMSM.
• Usos típicos: bombas, ventiladores y accionamientos industriales de velocidad variable.

Motor de reluctancia conmutada

• Ventajas: rotor sencillo y muy robusto, sin imanes ni devanados, capacidad de alta velocidad y alta temperatura, tolerante a fallos.
• Inconvenientes: rizado de par, ruido acústico, necesita un accionamiento especial y sensado de posición.
• Usos típicos: entornos hostiles, electrodomésticos, algunas aplicaciones de vehículos y aeroespaciales.

Motor lineal (por ejemplo, de inducción lineal)

• Ventajas: fuerza directa en línea recta sin engranajes, correas ni husillos, rápido y silencioso, sin holgura.
• Inconvenientes: entrehierro grande y, por tanto, bajo rendimiento y factor de potencia, caro para recorridos largos, efectos de extremo.
• Usos típicos: sistemas maglev y de transporte, cintas transportadoras, puertas, lanzadores, automatización de alta velocidad.

Guía rápida de decisión

• Velocidad fija en una red trifásica: motor de inducción, preferiblemente IE3 o superior.
• Bombas y ventiladores de velocidad variable: inducción o reluctancia síncrona con variador, o PMSM cuando el rendimiento y el tamaño son lo más importante.
• Con batería y portátil: BLDC por rendimiento y vida útil, CC con escobillas para la opción más barata.
• Máxima densidad de potencia y rendimiento en un vehículo: PMSM.
• Movimiento económico donde se aceptan pasos perdidos: motor paso a paso.
• Movimiento rápido y preciso con cargas variables: servomotor (normalmente PMSM o BLDC con realimentación).
• Herramienta portátil alimentada de la red: motor universal.
• Velocidad constante y corrección del factor de potencia: motor síncrono.
• Movimiento en línea recta sin transmisión mecánica: motor lineal.
• Par de arranque elevado con corriente de arranque limitada: motor de inducción de rotor bobinado.

En la práctica, el coste por vatio, la disponibilidad de accionamientos y el acceso para mantenimiento suelen decidir tanto como el mérito técnico. Compruebe el ciclo de trabajo nominal, el método de refrigeración y las condiciones ambientales antes de decidirse.

Pruébelo en los simuladores de Curvo Studio

La mayoría de los motores anteriores tienen un simulador 3D interactivo, para poder compararlos bajo el mismo tipo de carga. Algunos buenos para empezar:

• Motor de inducción trifásico: elija un tipo de carga, cambie la Carga mecánica y observe las lecturas de Deslizar, Rendimiento y Factor de potencia.
• Motor de CC con escobillas y motor de CC sin escobillas: compare la Corriente de armadura y la Atrás CEM del motor con escobillas con el ciclo de trabajo pwm y la Secuencia de conmutación del motor sin escobillas.
• Motor síncrono de imanes permanentes: vea las lecturas de Velocidad sincrónica y Ángulo de carga.
• Motor paso a paso: observe las lecturas de Par y Par disponible al subir la velocidad de paso y la carga.
• Motor servo: observe las lecturas de Error de seguimiento y Límite de par.
• Motor universal, motor síncrono de reluctancia, motor de reluctancia conmutada y motor de inducción lineal para las familias de uso especial.
• El motor de inducción monofásico, el motor de inducción de rotor bobinado y el motor síncrono completan la familia de CA.

Pruébalo en el simulador