¿Cuál es la diferencia entre un motor BLDC y un motor de corriente continua con escobillas?

Un motor con escobillas conmuta la corriente entre los devanados del rotor de forma mecánica, con escobillas y colector. En un BLDC los imanes están en el rotor y los devanados en el estator, y un controlador electrónico conmuta las fases con sensores Hall o midiendo la fuerza contraelectromotriz. Se eliminan el desgaste y las chispas y mejora el rendimiento, pero el motor siempre necesita un driver.

¿Cómo controla la PWM la velocidad de un motor BLDC?

El controlador conmuta rápidamente el bus de continua, de modo que la tensión media en los devanados es aproximadamente el ciclo de trabajo por la tensión del bus. Con un 50 % de ciclo de trabajo en un bus de 48 V el motor ve unos 24 V y su velocidad en vacío se reduce más o menos a la mitad. En el simulador cambia el ciclo de trabajo PWM y observa la respuesta de la corriente de fase y la velocidad del rotor.

¿Es lo mismo un motor BLDC que un PMSM?

Ambos son máquinas síncronas de imanes permanentes. Un BLDC suele bobinarse para una fuerza contraelectromotriz trapezoidal y accionarse con conmutación de seis pasos, que es simple pero produce cierto rizado de par. Un PMSM tiene una fuerza contraelectromotriz sinusoidal y se acciona con corrientes sinusoidales, a menudo con control vectorial, para obtener un par más suave.

Simulador de Motor DC sin Escobillas (BLDC)

¿Qué es un motor de corriente continua sin escobillas (BLDC)?

Principio de funcionamiento

Un motor brushless invierte la máquina de continua clásica: los imanes permanentes van en el rotor y los devanados en el estátor, donde se refrigeran con facilidad. No hay colector ni escobillas. En su lugar, un inversor de electrónica de potencia alimenta las fases del estátor en secuencia, sabiendo dónde está el rotor mediante sensores Hall o por detección sensorless de la contraelectromotriz. Esa conmutación electrónica es lo que realmente significan las siglas DC: la alimentación es continua, la corriente del devanado no.

Conmutación y control

En el esquema habitual de seis pasos el variador alimenta dos de las tres fases a la vez y cambia al par siguiente cada 60 grados eléctricos, manteniendo el campo del estátor unos 90 grados por delante de los imanes, donde el par por amperio es máximo. El PWM sobre el bus de continua fija la tensión efectiva y, con ella, la velocidad. El control vectorial refina la misma idea con corrientes senoidales, logrando un par más suave y menos ruido acústico.

Rendimiento y comportamiento térmico

Como el rotor lleva imanes y no devanados, no hay pérdidas por efecto Joule en el rotor y casi todo el calor se genera en el estátor, junto a la carcasa. Rendimientos del 85 al 95 % son habituales y la relación par/peso es excelente. Eliminar las escobillas elimina también su rozamiento, sus chispas y su desgaste, de modo que un BLDC puede girar mucho más rápido y funcionar decenas de miles de horas sin mantenimiento.

Dónde se utiliza

Los motores brushless dominan allí donde importan el rendimiento y el tamaño: drones y modelismo, vehículos eléctricos y bicicletas eléctricas, ventiladores de equipos informáticos, herramientas inalámbricas, accionamientos de electrodomésticos y ejes de discos y bombas. El coste del variador necesario es su principal inconveniente, pero a medida que los controladores se abaratan el BLDC ha ido sustituyendo a las máquinas con escobillas en productos de consumo e industriales.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la diferencia entre un motor BLDC y un motor de corriente continua con escobillas?: Un motor con escobillas conmuta la corriente entre los devanados del rotor de forma mecánica, con escobillas y colector. En un BLDC los imanes están en el rotor y los devanados en el estator, y un controlador electrónico conmuta las fases con sensores Hall o midiendo la fuerza contraelectromotriz. Se eliminan el desgaste y las chispas y mejora el rendimiento, pero el motor siempre necesita un driver.
¿Cómo controla la PWM la velocidad de un motor BLDC?: El controlador conmuta rápidamente el bus de continua, de modo que la tensión media en los devanados es aproximadamente el ciclo de trabajo por la tensión del bus. Con un 50 % de ciclo de trabajo en un bus de 48 V el motor ve unos 24 V y su velocidad en vacío se reduce más o menos a la mitad. En el simulador cambia el ciclo de trabajo PWM y observa la respuesta de la corriente de fase y la velocidad del rotor.
¿Es lo mismo un motor BLDC que un PMSM?: Ambos son máquinas síncronas de imanes permanentes. Un BLDC suele bobinarse para una fuerza contraelectromotriz trapezoidal y accionarse con conmutación de seis pasos, que es simple pero produce cierto rizado de par. Un PMSM tiene una fuerza contraelectromotriz sinusoidal y se acciona con corrientes sinusoidales, a menudo con control vectorial, para obtener un par más suave.

Motor CC sin escobillas

Curvas de velocidad y corriente.