Guía de abastecimiento de motores sin escobillas de alta velocidad: velocidad, par, margen térmico y vida útil del rodamiento

Abastecimiento de motores sin escobillas

Motores sin escobillas de alta velocidad: la velocidad en la etiqueta es la parte fácil

El par, el margen térmico y la vida útil de los rodamientos deciden si un motor rápido todavía funciona a las 5.000 horas.

El patrón se repite en el abastecimiento de electrodomésticos. Llegan dos motores de campana extractora con cotizaciones, uno listado a 2400 rpm y el otro a 1100 rpm, y la unidad más rápida parece la compra obvia. Luego, la prueba de flujo de aire se ejecuta con el impulsor, el filtro de grasa y la resistencia del conducto conectados. Medido en ese punto de trabajo, el motor de alta velocidad se estabiliza a una presión estática más baja, se calienta más y añade un chirrido que los compradores notan en la sala de exposición.

La velocidad en una hoja de datos es un punto de partida, no un resultado. Un motor sin escobillas de alta velocidad vale su precio solo cuando mantiene la velocidad que su producto necesita en su carga, a su temperatura ambiente y durante todo su ciclo de trabajo real, y cuando el sistema de rodamientos, el equilibrio del rotor y el controlador se eligen para sobrevivir a la velocidad que anuncia la etiqueta.

Velocidades que importan: tres números en lugar de uno

Un motor sin escobillas se conmuta electrónicamente, lo que significa que el rotor sigue un campo creado por el controlador. No puede funcionar más rápido que el voltaje y la corriente que suministra el variador, y no puede mantener la velocidad sin suficiente torque para empujar la carga. Por eso una sola cifra de revoluciones no describe casi nada.

La velocidad mecánica también establece la frecuencia eléctrica. Un motor de cuatro polos, que tiene dos pares de polos, que gira a 6000 rpm produce una fundamental de 200 Hz. Las pérdidas en el hierro, las corrientes parásitas y las pérdidas por conmutación aumentan rápidamente por encima de eso, por lo que el controlador tiene que cambiar muy por encima de lo fundamental para mantener limpia la forma de onda de la corriente y que el rotor gire suavemente.

Por qué los diseños sin escobillas mantienen la velocidad mejor que los motores con escobillas o de inducción

Un motor con escobillas pierde velocidad a medida que aumenta la carga porque la interfaz entre escobillas y conmutador agrega resistencia y chispas, y las escobillas se desgastan más rápidamente a alta velocidad, que es exactamente donde una aplicación de alta velocidad necesita confiabilidad. Un motor de inducción de polo sombreado o accionado por capacitor se desliza contra la velocidad sincrónica, y ese deslizamiento cambia con el voltaje de suministro, por lo que una caída de voltaje del 10 por ciento se convierte en una caída del flujo de aire que el cliente puede escuchar. Un motor sin escobillas establece su velocidad en el controlador, por lo que la misma caída se manifiesta como una pequeña caída en lugar de un impulsor calado.

• Sin escobillas ni conmutador, por lo que no hay polvo de carbón dentro de una campana de cocina o un enfriador de aire, y no hay intervalos de reemplazo de escobillas que se deban explicar en un documento de garantía.
• Mayor eficiencia en el punto de trabajo: un motor de ventilador sin escobillas bien adaptado normalmente funciona en la banda del 80 al 90 por ciento, frente a aproximadamente el 20 al 35 por ciento para un motor de polos sombreados y el 40 al 60 por ciento para un motor de inducción accionado por condensador.
• Control electrónico de velocidad, por lo que varios pasos de velocidad provienen de un motor sin devanados, engranajes ni amortiguador mecánico.
• Vida útil predecible, porque los puntos de falla se mueven desde la interfaz del cepillo hasta los cojinetes, que pueden seleccionarse y lubricarse para la vida útil prevista.

Un pequeño motor sin escobillas rara vez muere solo de velocidad. Muere por el calor, la carga del rodamiento y el equilibrio del rotor, las tres cosas que un diseño rápido y compacto hace más difíciles de manejar.

También ayuda a clasificar los candidatos por principio de funcionamiento antes que por precio. Las principales categorías de pequeños motores eléctricos. se comportan de manera muy diferente una vez que el rango de voltaje, el ciclo de trabajo y la frecuencia de arranque-parada entran en escena.

Dimensionamiento de un motor sin escobillas de alta velocidad para cargas reales

La secuencia siguiente evita la mayoría de las devoluciones sobre el terreno y al proveedor le cuesta muy poco responder.

1. Primero arregle el punto de trabajo. Anote la velocidad requerida con la carga completa adjunta, el par o la presión estática a esa velocidad y el rango de voltaje de suministro que aceptará, incluido el peor caso de -10 por ciento.
2. Convertir velocidad en frecuencia eléctrica. Multiplique las rpm por el número de pares de polos y divida por 60, luego confirme que el controlador propuesto, la frecuencia de conmutación y el esquema de sensores pueden ofrecer ese fundamental de manera eficiente.
3. Verifique el margen térmico, no solo el aumento de temperatura. Las clases de aislamiento como B a 130 grados Celsius o F a 155 grados son límites, no objetivos de trabajo, y la grasa para rodamientos tiene su propio techo.
4. Haga coincidir la interfaz mecánica. El diámetro del eje, el descentramiento, el juego axial, la rigidez del montaje y el grado de equilibrio del rotor a menudo determinan el ruido y la vida útil del rodamiento más que el diseño del devanado.
5. Valide el control y la EMC juntos. Una frecuencia de conmutación más alta mejora la calidad actual pero empeora las emisiones, y los electrodomésticos normalmente tienen que cumplir con los límites CISPR 14-1 como producto completo.

Cuando un proyecto se convierte de un motor de inducción a un sistema electrónico, comparar el tamaño del marco, la velocidad nominal y el tipo de control en una línea de motor de CC existente suele ser más rápido que diseñar desde una página en blanco.

Campanas extractoras: donde los motores sin escobillas de alta velocidad dan sus primeros frutos

El escape de la cocina es el caso más claro, porque un motor tiene que funcionar silenciosamente a baja velocidad para cocinar a fuego lento y presionar con fuerza a alta velocidad para freír. Un motor de campana extractora sin escobillas ofrece varios pasos de velocidad desde una sola unidad y mantiene la eficiencia utilizable en el extremo inferior, donde un motor de inducción roscado tiende a ser menos eficiente. También es más frío y más pequeño, lo que ayuda a adelgazar los capós y reduce el ruido de fondo que los clientes juzgan en una sala de exposición.

Espere que el impulsor gire aproximadamente entre 1000 y 2500 rpm en los capós domésticos, y que el eje del motor gire más rápido en los diseños de transmisión directa. Pregunte por la curva presión-volumen en cada paso de velocidad en lugar de una cifra única de flujo de aire máximo, porque la resistencia del conducto decide lo que el cliente realmente experimenta en una cocina real.

Enfriadores de aire y enfriadores evaporativos: largas horas, aire húmedo, velocidad constante

Un enfriador de aire funciona durante horas seguidas, a menudo en aire húmedo junto a una almohadilla mojada. Los cepillos no son una buena opción para ese entorno, ya que el polvo de carbón y la humedad se combinan mal y el desgaste de los cepillos aparece como una lenta pérdida de velocidad que los usuarios interpretan como una máquina débil. Un motor de enfriador de aire sin escobillas elimina por completo la interfaz de las escobillas, permite un control de velocidad gradual o continuo y mantiene el flujo de aire constante a medida que el voltaje de la línea cambia a lo largo del día.

Para esta tarea, pregunte sobre el tratamiento de aislamiento para condiciones de humedad, protección contra salpicaduras en el cuerpo del motor y la clasificación continua en lugar de intermitente. Un motor clasificado para ráfagas cortas parece atractivo en precio y decepcionante en el campo.

Qué validar antes de comprometerse con un pedido por volumen

• La prueba de resistencia se ejecuta en el peor de los casos, a la velocidad más alta y más baja ordenada, durante un período que refleja la garantía del producto.
• Ciclo de inicio y parada al voltaje de suministro más bajo que el aparato jamás verá.
• Ruido medido en dB(A) a un metro en cada paso de velocidad, no solo al máximo.
• Temperaturas de devanado y cojinetes a la velocidad más lenta, donde el autoenfriamiento es más débil.
• Comportamiento de la protección: fusible térmico, protección de impedancia o corte del controlador, y qué hace el aparato cuando se dispara la protección.

Los motores sin escobillas de alta velocidad no son automáticamente mejores que las alternativas. Son mejores cuando la velocidad se adapta a la carga, se comprueba el margen térmico tanto en la configuración más lenta como en la más rápida, y el sistema de rodamientos se elige para la vida útil del aparato. Los compradores que especifican el punto de operación, exigen una curva en lugar de una cifra máxima y prueban muestras en el peor ambiente generalmente terminan con un motor que permanece silencioso, mantiene su flujo de aire durante años y cuesta menos que la unidad más barata que reemplazó.