Motores de corriente continua en detalle: ¡Todo lo que necesita saber como ingeniero de máquinas!

Desde los fundamentos hasta la alta tecnología: El mundo de los motores de CC para aplicaciones industriales.

¿Cuáles son los componentes clave de un motor de corriente continua y su función?

Un motor de corriente continua consiste principalmente en el estator (genera el campo magnético), el rotor/ánker (lleva bobinas por las que circula la corriente) y el conmutador. El conmutador es crucial, ya que invierte periódicamente la dirección de la corriente en el rotor y permite así un movimiento de rotación continuo . Los cepillos de carbón transfieren la corriente al conmutador.

¿Cómo se regula la velocidad de un motor de corriente continua para aplicaciones industriales?

La regulación de la velocidad se lleva a cabo principalmente mediante el ajuste de la tensión del ángulo (rango del ancla) para un amplio espectro o mediante la influencia del campo excitador (rango de debilitamiento del campo), lo que permite velocidades más altas con un par reducido. Para aplicaciones de precisión, como las que ATEK Drive Solutions realiza con frecuencia, se utilizan a menudo controladores PI para alcanzar, por ejemplo, una precisión de ±0,1%.

¿Qué ventajas ofrecen los motores de corriente continua sin escobillas (BLDC) en comparación con los motores de CC convencionales?

Los motores BLDC utilizan un conmutación electrónica, lo que elimina el desgaste mecánico de los cepillos. Esto conduce a una vida útil más larga, menor mantenimiento, la posibilidad de velocidades más altas y una mayor eficiencia, a menudo por encima del 90%. ATEK utiliza esta tecnología en motores servo modernos.

¿Qué se entiende por frenado regenerativo en motores de corriente continua y qué beneficios tiene?

El frenado regenerativo significa que el motor de corriente continua actúa como generador al frenar y devuelve energía a la red. Esto es especialmente beneficioso para aplicaciones con ciclos de frenado frecuentes, como las grúas, y puede permitir ahorros de energía de hasta el 15% y reducir los costos operativos.

¿Qué criterios son decisivos al seleccionar un motor de corriente continua para una aplicación industrial específica?

Los criterios de selección importantes son el par nominal requerido (por ejemplo, 5 Nm), la velocidad nominal (por ejemplo, 3000 RPM), el voltaje nominal Nennspannung (por ejemplo, 24V DC), el ciclo de carga y las condiciones ambientales, incluido el necesario grado de protección IP. Una definición precisa de estos requisitos es crucial para una solución de accionamiento óptima, como las que ATEK ofrece.

¿Qué es la reacción del ancla en motores de corriente continua y cómo se le enfrenta?

La reacción del ancla es una distorsión del campo magnético principal por el campo magnético de la corriente del ancla, lo que puede causar problemas de conmutación y pérdida de par . Los modernos accionamientos de corriente continua, como los que desarrolla ATEK Drive Solutions, utilizan pólos de inversión o bobinas compensadoras, para neutralizar este efecto y aumentar la eficiencia del motor en hasta un 5%.

¿Cuándo es un motor de conexión en serie la elección correcta para mi aplicación?

Un motor de conexión en serie es ideal cuando se requiere un muy alto par de arranque , por ejemplo, para arrancadores, grúas o aplicaciones de tracción. Su par puede alcanzar de dos a tres veces el par nominal . Sin embargo, su velocidad depende en gran medida de la carga.

¿Puede ATEK Drive Solutions ofrecer soluciones de motores de corriente continua personalizadas?

Sí, ATEK Drive Solutions se especializa en desarrollar soluciones de accionamiento personalizadas . Gracias a nuestro sistema modular y nuestra experiencia en la construcción de Gear Boxes y la fabricación de motores servo, podemos adaptar motores de corriente continua a sus requisitos específicos , también para aplicaciones complejas y Gear Boxes especiales.

Los motores de corriente continua son accionamientos versátiles que convierten la energía eléctrica en movimiento mecánico de manera eficiente; la selección correcta del tipo de motor y un control preciso son cruciales para la optimización de procesos industriales y pueden aumentar significativamente la eficiencia del sistema.

Los modernos motores de corriente continua sin escobillas (BLDC) ofrecen ventajas significativas como una vida útil más larga, menor mantenimiento y una eficiencia a menudo superior al 90%, lo que los hace ideales para aplicaciones exigentes en automatización y electromovilidad.

Estrategias de control bien pensadas, como la limitación de corriente de arranque y el frenado regenerativo, no solo mejoran el rendimiento, sino que también pueden permitir ahorros de energía de hasta el 15% alcanzar y extender la vida útil de toda la cadena de accionamiento.Descubra las diversas aplicaciones, principios de funcionamiento y últimos desarrollos de los motores de corriente continua. Una guía completa para ingenieros y tomadores de decisiones.

Los motores de corriente continua son indispensables en la moderna tecnología de accionamiento. Ya sea en robots, máquinas herramienta o sistemas de transporte: su versatilidad es impresionante. ¿Necesita una solución a medida? ¡Contáctenos!

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Introducción a los motores de corriente continua

Este artículo trata sobre Los motores de corriente continua – sus fundamentos, aplicaciones de alta tecnología, así como la selección y optimización de los accionamientos adecuados para máquinas.

Entender los fundamentos y la importancia del

Der motor de corriente continua (también conocido como motor de CC), una de las primeras formas de motor eléctrico, juega un papel central en la industria. Su capacidad para convertir energía eléctrica en movimiento mecánico preciso de manera eficiente es de gran importancia para numerosas aplicaciones. ATEK Drive Solutions GmbH utiliza tales accionamientos de CC, por ejemplo, en soluciones de motores con Gear Box para garantizar una posicionamiento preciso en la industria del embalaje.

El principio fundamental: conversión de energía

Los motores de CC funcionan sobre la base de la fuerza de Lorentz: Un conductor por el que circula corriente, que se encuentra en un campo magnético, experimenta una fuerza. Esta fuerza genera un par que pone en movimiento el rotor. Esto permite sistemas de accionamiento fiables, como los que se necesitan por ejemplo para transportadores con una velocidad constante de 0,5 m/s. El simple principio de funcionamiento de estos motores permite construcciones robustas y versátiles.

Diversidad para requisitos industriales

El rango de Los motores de corriente continua se extiende desde pequeños motores para dispositivos médicos hasta potentes accionamientos para la industria pesada. Los requisitos específicos de una aplicación, como un alto par de arranque o una velocidad constante con carga variable, determinan la elección del tipo de motor adecuado. Una correcta selección del motor eléctrico optimiza toda la solución de accionamiento, como muestran nuestras experiencias con motores eléctricos personalizados .Funcionamiento y construcción de los motores de corriente continua

Las componentes centrales en resumen

Ein motor de corriente continua consiste esencialmente en un estator que genera el campo magnético y un rotor, también llamado ánder, que lleva las bobinas. El conmutador, también conocido como inversor de polos, es un componente crítico para la rotación continua, ya que invierte periódicamente la corriente del ancla. El material de los cepillos de carbón (por ejemplo, una mezcla de grafito y cobre) tiene un impacto significativo en la vida útil del motor, especialmente en aplicaciones con más de 10,000 ciclos de conmutación por día.

• Componentes principales: El estator genera el campo magnético estacionario, mientras que el rotor (ánker) contiene las bobinas por las que circula la corriente.
• Conmutador (inversor de polos): Este elemento clave permite el movimiento rotatorio continuo al invertir cuidadosamente la dirección de la corriente en el ánder.
• Cepillos de carbón: Establecen el contacto eléctrico con el conmutador y transfieren la corriente; la elección de su material (por ejemplo, aleaciones de grafito-cobre) es crítica para la durabilidad del accionamiento de CC.
• Fuerza rotativa continua: Esto se genera por el preciso cambio de corriente controlado por el conmutador en las bobinas del ancla.
• Reacción del ancla: Un desafío típico en Los motores de corriente continua, donde el campo magnético generado por la corriente del ancla distorsiona el campo principal del estator y puede afectar el rendimiento del motor.
• Enfoques de solución: Las construcciones modernas emplean pólos de inversión o bobinas compensadoras para neutralizar la reacción del ancla y mejorar la eficiencia del motor.

El conmutador: director del movimiento rotatorio

Cuando el rotor alcanza un llamado punto muerto, el conmutador invierte la dirección de la corriente en las bobinas del ánder con la ayuda de los cepillos. Este proceso genera una fuerza rotativa continua. Superficies de conmutador especialmente bien fabricadas son importantes para minimizar el desgaste de los cepillos y la formación de chispas – un aspecto que es especialmente relevante en motores servo de baja tensión .

Desafío de la reacción del ancla y su solución

La llamada reacción del ancla, es decir, el campo magnético generado por la corriente del ancla, puede distorsionar el campo principal del estator. Esto a veces provoca problemas de conmutación y pérdida de par. Por lo tanto, los modernos accionamientos de corriente continua suelen utilizar pólos de inversión o bobinas compensadoras especiales para neutralizar este efecto, lo que puede aumentar la eficiencia hasta en un 5%.Tipos de motores de corriente continua

Motores de corriente continua de imán permanente (PMDC)

Imán permanente-Los motores de corriente continua (PMDC), donde los imanes permanentes en el estator generan el campo, se caracterizan por una construcción sencilla y eficiencia de costos. Son ideales para pequeñas aplicaciones como bombas o ventiladores (por ejemplo, para un flujo de aire de 2 m³/min). Sus ventajas incluyen una buena densidad de potencia y un control fácil.

• Motores de corriente continua de imán permanente (PMDC): Estos motores son conocidos por su construcción simple, rentabilidad y una favorable densidad de potencia.
• Motores de derivación (motores Shunt): Garantizan una velocidad relativamente constante incluso con cargas variables y son, por lo tanto, adecuados para máquinas herramienta.
• Motores de conexión en serie (motores Serie): Este tipo se caracteriza por un alto par de arranque, lo que los hace aptos para aplicaciones como arrancadores de vehículos.
• Motores de corriente continua sin escobillas (BLDC): La conmutación electrónica evita el desgaste de los cepillos, lo que lleva a una mayor vida útil y a una mayor eficiencia de estos motores de CC.
• Motores de ancla de campana: Estos motores especializados tienen un rotor sin hierro, lo que permite una baja inercia y alta dinámica, por lo que a menudo se utilizan en tecnología médica.
• Motores de doble conexión (motores Compound): Combinan las características de los motores de conexión en serie y de derivación y se utilizan para perfiles de requisitos específicos, como en ascensores.

Motores de derivación y de conexión en serie

Los motores de shunt, también llamados motores de conexión en paralelo, ofrecen la ventaja de una velocidad constante incluso con cambios de carga, lo que los hace interesantes para máquinas herramienta. En contraste, los motores en serie (motores de conexión en serie) proporcionan un par de arranque especialmente alto, por ejemplo, hasta 20 Nm en arranque de vehículos. El tipo de bobinado del campo determina en gran medida la característica del respectivo motor de corriente continua.

Motores de corriente continua sin escobillas (BLDC)

Sin escobillas Los motores de corriente continua Los (motores BLDC) utilizan conmutación electrónica y evitan así el desgaste mecánico de las escobillas. Esto permite una mayor vida útil y velocidades más altas. Son ideales para regulaciones exigentes de motores de corriente continua en la automatización. Los accionamientos BLDC a menudo ofrecen una eficiencia superior al 90%.

Especialistas: motores de ancla de campana y motores de doble conexión

Los motores de ancla de campana, que están equipados con un rotor sin hierro, se caracterizan por una inercia muy baja y permiten movimientos altamente dinámicos, como se requieren en la tecnología médica. Los motores compuestos, también llamados motores de doble conexión, combinan las propiedades ventajosas de los motores en serie y en paralelo, lo que los hace aptos, por ejemplo, para ascensores (suave arranque con velocidad constante). La selección de motores especiales adecuados puede mejorar significativamente el rendimiento de la aplicación respectiva.Control y aplicación de motores de corriente continua

Regular la velocidad con precisión

El control de velocidad de un motor de corriente continua se realiza típicamente ajustando la tensión del rotor (conocido como el rango de ajuste del rotor) o influyendo en el campo excitador (rango de debilidad del campo, que permite mayores velocidades a un par reducido). Para un control de precisión, como el que se requiere en máquinas textiles para mantener una velocidad de hilo de ±0.1%, a menudo se utilizan controladores PI. Una estrategia de control bien diseñada aumenta significativamente la eficiencia y la calidad del proceso.

1. Control de velocidad preciso: Se puede realizar mediante la variación de la tensión del rotor o mediante la influencia controlada del campo excitador del accionamiento de CC.
2. Dominio de la corriente de arranque: El uso de resistencias o dispositivos de arranque suave es un método común para limitar las altas corrientes de encendido de Los motores de corriente continua.
3. Frenado regenerativo: Muchos Los motores de CC ofrecen la posibilidad de recuperar energía durante el proceso de frenado, lo cual es particularmente beneficioso en ciclos de frenado frecuentes.
4. Criterios de selección importantes: Al elegir un motor eléctrico, deben considerarse el par, la velocidad, el ciclo de carga esperado, las condiciones ambientales y el tipo de protección IP requerido.
5. Definición de valores nominales: Una clara especificación del par nominal, la velocidad nominal y la tensión nominal del motor es crucial para el diseño.
6. Aumento de eficiencia: Estrategias de control elaboradas y el uso de métodos de frenado regenerativo contribuyen en gran medida a la eficiencia y a la calidad del proceso general.
7. Aumento de la vida útil: Medidas como la limitación de la corriente de arranque cuidan los componentes del sistema y pueden prolongar la vida útil del motor.

Dominar la corriente de arranque

Al arrancar Los motores de corriente continua pueden producirse altas corrientes de encendido debido a la baja resistencia del rotor, que pueden alcanzar entre cinco y diez veces la corriente nominal. Para gestionar esto y proteger los componentes, se utilizan resistencias o dispositivos de arranque suave que limitan la corriente. Una limitación efectiva de la corriente de arranque contribuye a aumentar la vida útil de todo el sistema de accionamiento.

Recuperar energía con frenado regenerativo

Los motores de corriente continua ofrecen la posibilidad de devolver energía a la red al frenar (frenado útil). Esto es especialmente ventajoso en aplicaciones con frecuentes procesos de frenado, como en grúas o vehículos eléctricos, y puede llevar a ahorros de energía de hasta el 15%. El frenado regenerativo no solo aumenta la eficiencia, sino que también reduce los costos operativos. ATEK ofrece, por ejemplo, soluciones para aplicaciones UPS.

Prestar atención a criterios de selección importantes

Los criterios decisivos para un motor de corriente continua incluyen el par requerido, la velocidad, el ciclo de carga, las condiciones ambientales y el tipo de protección IP (por ejemplo, IP54 para protección contra polvo y agua). En especial son importantes:

• Par nominal (por ejemplo, 5 Nm)
• Velocidad nominal (por ejemplo, 3000 rpm)
• Tensión nominal (por ejemplo, 24V CC)
• Temperatura de operación permitida
• Espacio de instalación disponible

Una definición precisa de los requisitos del accionamiento optimiza su rendimiento y ayuda a evitar inversiones erróneas.Ventajas y desventajas de los motores de corriente continua en comparación

Las fortalezas del motor de corriente continua

Las ventajas de Los motores de corriente continua incluyen su sencilla regulación de velocidad, un alto par de arranque (especialmente en motores de conexión en serie, que pueden alcanzar de dos a tres veces el par nominal) y un amplio rango de velocidad utilizable. A menudo son económicos cuando se requiere un control simple, como en accionamientos ajustables en muebles. El control simple es una clara ventaja de este tipo de motor.

Mantener en vista los desafíos

Desventajoso en los convencionales Los motores de CC es el desgaste del conmutador y las escobillas, lo que requiere mantenimiento regular y resulta en una vida útil más corta en comparación con las variantes sin escobillas (BLDC). También las interferencias electromagnéticas (EMI) debidas a la formación de chispas pueden ser un desafío. Aunque los materiales de escobilla y los diseños de motor modernos mitigan estos efectos, las desventajas inherentes permanecen. Ein Motor de corriente continua de 12V con escobillas de calidad puede alcanzar una vida útil de aproximadamente 3000 horas de funcionamiento.

Motores de corriente continua frente a motores de corriente alterna

Los clásicos, con escobillas Los motores de corriente continua suelen ser más complejos en su diseño que muchos motores de corriente alterna (motores CA), como los motores asincrónicos, que se consideran especialmente robustos y de bajo mantenimiento. Los motores sin escobillas Los motores de corriente continua (tipos BLDC) ofrecen a menudo una mejor dinámica y mayor eficiencia que los motores CA estándar. La elección entre un accionamiento de corriente continua y uno de corriente alterna depende en última instancia en gran medida de los requisitos específicos de cada aplicación.Desarrollos y tendencias futuras en motores de corriente continua

Eficiencia y densidad de potencia en el foco

Una tendencia de desarrollo esencial en Los motores de corriente continua se centra en un aumento continuo de la eficiencia y la densidad de potencia. El uso de nuevos materiales magnéticos, como el neodimio-hierro-boro (NdFeB), que permiten una densidad de par hasta un 30% mayor en comparación con los imanes de ferrita tradicionales, así como diseños de bobinado optimizados y conceptos de refrigeración mejorados, conducen a motores más compactos y más potentes a la vez. Estos avances amplían las posibilidades de aplicación para los accionamientos de CC y mejoran el rendimiento de los sistemas existentes.

El auge de la tecnología sin escobillas

Sin escobillas Los motores de corriente continua (los motores BLDC) están ganando cada vez más importancia. Sus ventajas inherentes, como una mayor vida útil, menor mantenimiento, la posibilidad de velocidades más altas y una mayor eficiencia, están convenciendo en cada vez más campos de aplicación, desde la movilidad eléctrica hasta la automatización industrial exigente. ATEK utiliza la tecnología BLDC, por ejemplo, en sus últimos servomotores . La electrónica de control a menudo ya integrada también simplifica la integración del sistema de estos tipos de motor.

Control más inteligente e integración de sistemas

Los avances en tecnología de microcontroladores y en sensores permiten controles cada vez más inteligentes para Los motores de corriente continua. Esto incluye algoritmos de control más precisos, mayores posibilidades de diagnóstico de fallos y una integración más profunda en conceptos de Industria 4.0. En el futuro, los motores podrían, por ejemplo, informar automáticamente sobre la necesidad de mantenimiento o adaptar su comportamiento operativo óptimamente a las condiciones de carga cambiantes. La conectividad y la inteligencia integrada son tendencias claras de futuro en el campo de la tecnología de accionamientos de corriente continua.

Los motores de corriente continua permanecen como elementos de accionamiento importantes en numerosas industrias debido a su versatilidad y desarrollo continuo. ATEK Drive Solutions está encantado de ayudarle en la selección e implementación de soluciones de accionamiento óptimas para sus requisitos específicos.