Para agilizar su proyecto, puede etiquetar las pilas de laminación con detalles como tolerancia, material, acabado superficial, si se requiere o no aislamiento oxidado, cantidady mucho más.
Un motor de corriente continua es una máquina que transforma la electricidad en movimiento. Es un tipo de motor muy sencillo y común. Pero, ¿cómo cambiar la velocidad a la que gira? Esto es lo que llamamos control de velocidad del motor de CC. Saber gestionar la velocidad del motor es muy importante para cualquier proyecto. Esto es válido tanto para cosas pequeñas, como los robots, como para cosas grandes, como las máquinas de las fábricas. Este artículo le mostrará maneras fáciles de controlar la velocidad. Aprenderás las diferentes formas de hacerlo. Cubriremos todo, desde el simple control de voltaje hasta formas más avanzadas que utilizan pulsos rápidos de electricidad. Esta guía hará que sea fácil para cualquier persona aprender cómo funciona el control de velocidad del motor de CC.
Un motor de corriente continua es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en energía en movimiento. Utiliza un tipo de electricidad llamada corriente continua (CC). Es el tipo de energía que se obtiene de las pilas. La idea principal de cómo funcionan los motores de CC es bastante sencilla. Dentro de un motor de corriente continua hay una bobina de alambre y un imán. Cuando la electricidad pasa por la bobina, crea un campo magnético. Este nuevo campo magnético empuja contra el campo del imán. Este empuje es lo que hace que la parte central del motor de CC gire.
En un motor de corriente continua con escobillas, hay una pieza llamada conmutador. Esta pieza ayuda al motor a seguir girando. El conmutador es un interruptor especial. Cambia la dirección de la electricidad que va a la bobina cada media vuelta. Esta acción mantiene las fuerzas magnéticas empujando en la dirección correcta. Como resultado, el motor de CC sigue girando. La velocidad del motor de CC depende de la tensión que le des. A mayor tensión, mayor velocidad. Esta sencilla regla es el punto de partida de todo control de velocidad de un motor de CC. No es como un motor de CA, que utiliza un tipo de energía completamente diferente. Un motor de CC es una gran elección para muchos proyectos diferentes.
Poder controlar la velocidad de un motor de corriente continua es algo muy importante. Piensa en un coche de juguete. Quieres que el coche vaya rápido, pero también quieres que vaya despacio. Si no hubiera control de velocidad del motor, sólo tendría una velocidad: lo más rápido posible. La regulación de la velocidad es lo que te permite hacer que el motor de CC haga exactamente lo que necesitas que haga. Necesitas este tipo de control exacto para cosas como robots, ventiladores, bombas y muchos otros dispositivos. Por ejemplo, un brazo robótico a veces necesita moverse lentamente y con mucho cuidado. Otras veces, necesita moverse muy deprisa.
Un buen control del motor también ayuda a ahorrar energía. Si hace funcionar un motor de CC a su velocidad máxima todo el tiempo, consume una gran cantidad de energía. Si ajustas la velocidad en función del trabajo, consumes menos energía. Esto es especialmente importante para cualquier aparato que funcione con pilas. Utilizar el controlador y el método de control adecuados puede hacer que tu proyecto funcione mejor sin malgastar energía. Realizar los ajustes de velocidad adecuados también puede hacer que el motor de CC y sus piezas no se desgasten tan rápido. Esto ayuda a que duren más tiempo. Aprender sobre el control de velocidad de los motores de CC es una habilidad muy útil.
La forma más sencilla de controlar la velocidad de un motor de CC es cambiar la resistencia en la trayectoria eléctrica. Esto se puede hacer colocando una resistencia en el camino de la electricidad que va al motor de CC. A este método lo llamamos control de resistencia. Una forma fácil de hacerlo es utilizando una resistencia variable. Cuando cambias el ajuste de la resistencia, cambias la cantidad de voltaje que puede llegar al motor de CC.
Esta forma de controlar la velocidad es muy sencilla, pero tiene algunos grandes problemas. La resistencia se calienta mucho. Esto se debe a que convierte gran parte de la energía eléctrica en calor. Este calor es energía desperdiciada. Además, cuando el trabajo del motor de CC se hace más difícil o más fácil, su velocidad también cambiará. Si el motor de CC tiene que trabajar más, el par de carga aumenta y el motor empieza a ralentizarse. Este método está bien para un trabajo de velocidad muy básico. Sin embargo, para la mayoría de los proyectos, usted querrá una mejor manera de controlar su motor de corriente continua.
La velocidad de un motor de corriente continua está directamente relacionada con la tensión que recibe. Esto significa que si aumenta la tensión de alimentación, también aumentará la velocidad del motor. Si baja la tensión, la velocidad del motor disminuirá. Ésta es la regla más sencilla e importante del control de velocidad de los motores de CC. Este método tiene un nombre: control de tensión o control de tensión de accionamiento. Puedes controlar un motor de CC conectándolo a una fuente de alimentación que te permita cambiar la tensión que emite.
Imaginemos un circuito sencillo para un motor de corriente continua. Cuando el voltaje es alto, pasa mucha corriente por la bobina. Esto crea un potente campo magnético que hace que el motor de CC gire muy rápido. Cuando se baja la tensión, no puede circular tanta corriente. Esto hace que el campo magnético sea más débil, por lo que el motor de CC gira más despacio. Puedes contar con esta relación entre tensión y velocidad del motor. Lo difícil es encontrar una buena manera de cambiar el voltaje que no desperdicie energía. El simple uso de una resistencia desperdicia mucha energía. Por esta razón, la gente inteligente ha hecho mejores circuitos para controlar el voltaje de cualquier motor de CC.
La modulación por ancho de pulsos, a menudo denominada PWM, es una forma mucho mejor de controlar la velocidad de un motor de CC. En lugar de limitarse a reducir el nivel de tensión, un controlador PWM enciende y apaga la alimentación del motor de CC a un ritmo muy rápido. Envía un montón de ráfagas rápidas de electricidad. La "anchura del pulso" nos indica cuánto dura cada ráfaga de potencia. A este patrón de encendido y apagado lo llamamos ciclo de trabajo. Si el tiempo de encendido es largo, el motor de CC recibe más potencia y gira más rápido. Si el tiempo de encendido es corto, recibe menos potencia y gira más despacio.
Este método funciona muy bien y no gasta mucha energía. El interruptor del circuito de accionamiento está totalmente encendido o totalmente apagado. Por ello, se pierde muy poca energía en forma de calor. La señal PWM hace que el motor de CC actúe como si estuviera recibiendo un voltaje bajo y constante. Por ejemplo, si la alimentación está encendida la mitad del tiempo (que es un ciclo de trabajo 50%), el motor de CC se comportará como si estuviera recibiendo la mitad de la tensión completa. PWM te da un control muy exacto sobre la velocidad del motor. Muchos sistemas nuevos para controlar motores utilizan PWM para gestionar un motor de CC. Esta es una opción muy común entre todas las técnicas de control.
| Método de control | Buenos puntos | Puntos negativos |
|---|---|---|
| Control de resistencia | Circuito muy sencillo, cuesta poco dinero. | Gasta mucha energía en forma de calor, no mantiene bien la velocidad. |
| Control de tensión | Fácil de entender y utilizar. | Puede malgastar energía si se utiliza un determinado tipo de regulador. |
| Control PWM | Gasta muy poca energía, da un control exacto. | El circuito es más complicado, puede crear ruido eléctrico. |
Sí, hay varios tipos principales de motores de CC. Los más comunes son los motores de corriente continua con escobillas y los motores de corriente continua sin escobillas. Un motor de CC con escobillas es una opción sencilla y de bajo coste. Utiliza pequeños bloques de carbono, llamados escobillas, y un conmutador para enviar potencia a la pieza que gira. Estos motores no son difíciles de controlar. También tienen un alto par de arranque. Esto significa que tienen mucha fuerza nada más arrancar. Esta cualidad los convierte en una gran elección para muchos trabajos sencillos.
También existen otros tipos de motores de CC con escobillas, como los motores en serie, en derivación y compuestos. Un motor de CC en derivación es un tipo en el que sus cables están conectados de una forma especial denominada "en paralelo". Otro tipo es el motor de CC de imán permanente. Éste utiliza un imán permanente para crear su campo magnético. Cada tipo de motor de CC tiene su propia forma de gestionar la velocidad y la fuerza de giro. La elección del motor de CC adecuado se basa en lo que su proyecto necesita hacer. Las ideas principales de control de velocidad de los motores de CC, como cambiar el voltaje, funcionarán para la mayoría de ellos.
Los motores de corriente continua sin escobillas, también conocidos como motores BLDC, son un tipo de motor eléctrico más nuevo y mejor. Se diferencian de los motores de CC con escobillas porque no tienen escobillas ni colector. En lugar de estas piezas, utilizan un regulador electrónico de velocidad (o ESC) para cambiar la dirección en que fluye la electricidad en las bobinas. Un circuito de accionamiento especial hace este trabajo. Un sensor, que suele ser un sensor de efecto Hall, indica al controlador dónde se encuentra la pieza que gira. De este modo, el controlador sabe a qué bobina debe enviar energía a continuación.
Las principales ventajas de los motores de corriente continua sin escobillas son que funcionan bien sin desperdicio y duran mucho tiempo. Al no tener escobillas que se desgasten, no hay que repararlos muy a menudo. También hacen menos ruido y pueden girar a mayor velocidad. La velocidad de un motor de corriente continua sin escobillas es gestionada por el controlador electrónico. Este controlador suele utilizar PWM. El controlador puede cambiar el tiempo y el ciclo de trabajo de las ráfagas de potencia que van a las bobinas del motor. Aunque los motores de CC sin escobillas y sus controladores son un poco más difíciles de usar, son la mejor opción para trabajos que necesitan el mejor rendimiento, como drones, coches eléctricos y ventiladores dentro de ordenadores.
Un puente en H es un tipo especial de circuito electrónico. Permite controlar un motor de corriente continua para que avance y retroceda. También se utiliza para controlar la velocidad del motor. El circuito recibe este nombre porque la disposición de los interruptores se parece a la letra "H". El motor de CC está conectado en la parte central de la "H". El circuito tiene cuatro interruptores diferentes, que suelen ser transistores. Accionando dos interruptores al mismo tiempo, puedes cambiar la dirección en la que la electricidad fluye a través del motor de corriente continua.
Un circuito de puente en H también funciona muy bien para utilizar PWM para controlar la velocidad. Puedes enviar una señal PWM a los interruptores. Esto te permitirá controlar la velocidad del motor en cualquier dirección. Esto le da un control completo sobre la velocidad y la dirección de un motor de corriente continua. Muchos chips controladores de motor y variadores de CC ya tienen un circuito de puente en H incorporado en su interior. El circuito de puente en H es muy importante para el funcionamiento de los robots y también se utiliza en muchos otros sistemas de control. También se puede utilizar un circuito de puente en H con motores de CC sin escobillas, pero el circuito de accionamiento para ellos es más complicado.
El tipo de controlador que necesitarás dependerá de tu motor de CC y de lo que quieras que haga. Para un proyecto muy sencillo, puede que sólo necesites un interruptor y una resistencia variable. Pero para que funcione mejor, necesitarás un regulador electrónico de velocidad. Un controlador hecho sólo para motores puede utilizar PWM para controlar la velocidad sin malgastar energía. Algunos controladores son simples circuitos analógicos. Otros utilizan un pequeño ordenador, como un microordenador o un microcontrolador como un Arduino, para hacer las señales PWM. El uso de un microordenador te ofrece formas más avanzadas de controlar el motor.
Para los motores de corriente continua sin escobillas, hay que utilizar un regulador electrónico de velocidad (ESC) especial. Este tipo de controlador puede realizar el complicado trabajo de conmutación necesario para hacer girar el motor. Los servomotores son otro tipo de motor de CC. Tienen su propio circuito controlador integrado en su interior. Esto permite un control muy exacto sobre su posición. Cuando elijas un controlador, debes asegurarte de que puede trabajar con la cantidad de voltaje y corriente que requiere tu motor de CC. Un buen controlador te dará un control muy exacto sobre la velocidad y el par de tu motor DC. El controlador es como el cerebro del motor.
Comprender cómo funcionan conjuntamente la velocidad, la tensión y el par es muy importante para saber cómo funciona un motor de CC. Como ya hemos dicho, la velocidad de un motor de CC está relacionada principalmente con la tensión. Pero el par está relacionado principalmente con la corriente. El par es la potencia de giro del motor, se puede considerar como su "fuerza". Cuando el motor de CC está realizando un trabajo duro (lo que significa que el par de carga es alto), necesita más corriente. Esta corriente extra le ayuda a crear más par para realizar ese trabajo.
Cuando el motor de CC recibe una determinada tensión, quiere girar a una velocidad determinada (la velocidad en vacío). Cuando haces que el motor trabaje, se ralentiza un poco. También consume más electricidad para generar el par que necesita para realizar el trabajo. Si el trabajo es demasiado duro, el motor puede dejar de girar. Si esto ocurre, puede absorber una gran cantidad de corriente, lo que podría romperlo. Un buen sistema de control de velocidad, especialmente uno que utilice un sensor de velocidad para comprobar su velocidad, puede cambiar la tensión o el ciclo de trabajo PWM. Esto ayuda a mantener la misma velocidad, incluso cuando cambia la cantidad de par. Saber cómo la velocidad y el par se afectan mutuamente es muy importante para cualquier proyecto que utilice un motor de CC.
Para agilizar su proyecto, puede etiquetar las pilas de laminación con detalles como tolerancia, material, acabado superficial, si se requiere o no aislamiento oxidado, cantidady mucho más.
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