Los motores de corriente continua sin escobillas (BLDC) se han convertido en parte integral de diversas aplicaciones debido a su alta eficiencia, confiabilidad y larga vida útil. Debido a que los motores BLDC emplean conmutación electrónica en lugar de escobillas físicas, experimentan menos desgaste que sus contrapartes con escobillas. Un aspecto clave de los motores BLDC es su velocidad, que es esencial para aplicaciones como drones, automatización industrial y vehículos eléctricos.
Diseño y configuración de motores
La velocidad de un motor BLDC está fundamentalmente vinculada a su diseño. Varios elementos de diseño, como el número de polos, la disposición del bobinado y la estructura del rotor, afectan directamente a su velocidad.
Número de polos
La velocidad de rotación del motor está influenciada por su número de polos. En general, los motores con menos polos funcionan a velocidades más altas, mientras que los motores con más polos proporcionan un par mayor a velocidades más bajas.
| Número de polos | Velocidad (RPM) | Par motor (Nm) |
| 2 | 10,000 | 0.5 |
| 4 | 5,000 | 1.0 |
| 6 | 3,000 | 1.5 |
| 8 | 2,000 | 2.0 |
Como se muestra en la tabla, un motor con menos polos puede alcanzar una mayor velocidad de rotación (RPM), pero el torque aumenta a medida que aumenta el número de polos.
Configuración de bobinado
La disposición de los devanados también determina la velocidad del motor. Normalmente, existen dos configuraciones de devanados en los motores BLDC: estrella (Y) y delta (Δ).
- La configuración en estrella (Y) proporciona un mayor par pero funciona a velocidades más bajas.
- La configuración en delta (Δ), por otro lado, permite una mayor velocidad pero proporciona un menor par.
| Configuración de bobinado | Velocidad (RPM) | Par motor (Nm) |
| Star (Y) | 3,000 | 1.5 |
| Delta (Δ) | 4,500 | 1.0 |
La configuración Delta permite que el motor funcione a una mayor velocidad pero sacrifica algo de torque.
Voltaje de suministro
Uno de los factores más críticos que influyen en la velocidad del motor BLDC es el voltaje de suministro. La ecuación básica de velocidad establece que el voltaje de suministro y la velocidad del motor son proporcionales.
Velocidad (RPM) ∝ Voltaje (V)
Aumentar el voltaje de suministro aumentará la velocidad del motor, siempre que todas las demás condiciones permanezcan constantes. Sin embargo, existen restricciones al respecto, ya que un voltaje alto puede provocar daños o sobrecalentamiento del motor.
| Voltaje (V) | Velocidad (RPM) | Corriente (A) |
| 12 | 3,000 | 2.5 |
| 24 | 6,000 | 3.0 |
| 36 | 9,000 | 3.5 |
| 48 | 12,000 | 4.0 |
Como se muestra en la tabla, duplicar el voltaje casi duplica la velocidad, lo que hace que el voltaje sea un factor de control directo para la velocidad del motor.
Configuración del controlador y control electrónico de velocidad
Los motores BLDC requieren un controlador electrónico de velocidad externo (ESC) para la conmutación y la regulación de la velocidad. El voltaje y la corriente del motor son controlados por el ESC, que también modifica la velocidad del motor. Varios parámetros dentro del ESC pueden influir en la velocidad del motor:
- Ciclo de trabajo: el ESC modula el voltaje de suministro a través de la modulación por ancho de pulso (PWM), y el ciclo de trabajo dicta durante cuánto tiempo se aplica el voltaje dentro de cada ciclo.
- Frecuencia de PWM: las señales PWM de mayor frecuencia dan como resultado un control de velocidad más uniforme y velocidades de motor más altas y efectivas.
| Ciclo de trabajo (%) | Voltaje efectivo (V) | Velocidad (RPM) |
| 25 | 12 | 3,000 |
| 50 | 24 | 6,000 |
| 75 | 36 | 9,000 |
| 100 | 48 | 12,000 |
A medida que aumenta el ciclo de trabajo, el voltaje efectivo aplicado al motor aumenta, lo que resulta en un aumento en la velocidad del motor.
Requisitos de carga y par
Otro factor crítico que influye en la velocidad de un motor BLDC es la carga que impulsa. La relación entre velocidad y carga es inversamente proporcional: a medida que aumenta la carga, la velocidad disminuye.
Curva velocidad-par
En los motores BLDC, la curva de velocidad-par ilustra la relación entre estas dos variables. La velocidad del motor disminuye a medida que aumenta la carga (par). La resistencia interna del motor y la fuerza electromotriz inversa (FEM) producida por el rotor son las responsables de esto.
| Par motor (Nm) | Velocidad (RPM) |
| 0.5 | 10,000 |
| 1.0 | 8,000 |
| 1.5 | 6,000 |
| 2.0 | 4,000 |
| 2.5 | 2,000 |
Los datos muestran claramente que, a medida que aumenta el par, la velocidad del motor se reduce proporcionalmente. En aplicaciones del mundo real, es importante lograr un equilibrio entre los requisitos de velocidad y par en función de las condiciones de carga.
Temperatura
La temperatura de funcionamiento de un motor BLDC también puede influir en su velocidad. Los motores pierden eficiencia a temperaturas más altas debido a la mayor resistencia en los devanados y otros componentes, lo que puede reducir la velocidad.
Relación temperatura-velocidad
A medida que aumenta la temperatura, aumenta la resistencia de los devanados, lo que provoca una caída de tensión que limita la velocidad disponible.
| Temperatura (°C) | Velocidad (RPM) | Corriente (A) |
| 25 | 10,000 | 4.0 |
| 50 | 9,000 | 4.2 |
| 75 | 8,000 | 4.5 |
| 100 | 6,000 | 4.8 |
La tabla muestra cómo el aumento de temperatura reduce gradualmente la velocidad del motor. Es esencial mantener los sistemas de refrigeración adecuados o evitar sobrecargar el motor para garantizar la máxima velocidad y eficiencia.
Campo electromagnético posterior
La fuerza contraelectromotriz (FEM) es el voltaje generado dentro del motor mientras gira. La magnitud de esta FEM, que está en oposición al voltaje de suministro, está determinada por la velocidad del motor. Cuanto más rápido gira el motor, mayor es la FEM, lo que reduce el voltaje efectivo disponible para accionar el motor. La constante de la FEM, KeK_eKe, representa el voltaje generado por unidad de velocidad, expresado en V/rpm. La ecuación de la FEM es:
Vemf=Ke×Velocidad (RPM)
Para aplicaciones de alta velocidad, la fuerza contraelectromotriz debe minimizarse para evitar una pérdida excesiva de voltaje, y se prefieren motores con constantes de fuerza contraelectromotriz bajas.
Restricciones mecánicas
Por último, los factores mecánicos como la fricción, el estado de los cojinetes y la inercia general del sistema también pueden influir en la velocidad del motor. Los cojinetes bien lubricados y los entornos de baja fricción permiten que el motor mantenga velocidades más altas bajo carga. Por el contrario, los cojinetes desgastados o los entornos de alta fricción pueden reducir drásticamente la velocidad del motor.
Conclusión
La velocidad de un motor BLDC depende de varios factores, entre ellos el diseño del motor, la tensión de alimentación, la carga, la temperatura y las características del controlador. Como fabricante de motores DC sin escobillas, los usuarios pueden regular y mejorar de forma eficiente el rendimiento del motor para aplicaciones particulares si conocen estas dependencias.