Los motores brushless DC (BLDC) son ampliamente utilizados en una variedad de aplicaciones debido a su alta eficiencia, bajo mantenimiento y alto par de torsión. Una de las características clave de los motores BLDC es la capacidad de controlar su velocidad, lo que permite una mayor flexibilidad y precisión en las aplicaciones. En este artículo, exploraremos los diferentes métodos para controlar la velocidad de un motor brushless, sus ventajas, desventajas y aplicaciones.
Métodos de control de velocidad para motores brushless
Existen varios métodos para regular la velocidad de los motores BLDC, cada uno con sus propias características y aplicaciones específicas. Los métodos más comunes incluyen:
- Control de señal analógica externa
- Control de frecuencia de pulsos
- Control PWM (Modulación de ancho de pulso)
- Control de potenciómetro externo
- Control de potenciómetro integrado
- Comunicación RS485
Control de señal analógica externa
Este método implica ajustar el voltaje o la corriente en el controlador del motor utilizando señales analógicas externas. Al modificar el voltaje o la corriente, se puede cambiar el estado de movimiento del motor, lo que permite controlar su velocidad y par. El controlador recibe comandos de un controlador o PLC, y luego genera la tensión y la corriente correspondientes para controlar el motor. El controlador convierte las señales analógicas externas (por ejemplo, voltaje, corriente) en señales digitales, genera señales de control mediante cálculos y control lógico, y las envía al controlador. Mientras que el PLC logra el control del motor a través de la programación. La siguiente tabla muestra la relación entre la tensión de la señal analógica y la velocidad del motor. El controlador es BLD-300B de la empresa ICAN en circuito cerrado sin carga.
| Tensión de la señal analógica (V) | Velocidad del motor (rpm) |
|---|---|
| 0 | 0 |
| 1 | 1000 |
| 2 | 2000 |
| 3 | 3000 |
| 4 | 4000 |
| 5 | 5000 |
El control de señal analógica puede controlar con mayor precisión la velocidad y el par del motor, asegurando la estabilidad a alta velocidad y alta carga, y respondiendo rápidamente a diferentes entornos. Este método de control se utiliza normalmente en aplicaciones que requieren una mayor precisión y una velocidad de respuesta más rápida, como la robótica, la industria aeroespacial y la automoción.
Control de frecuencia de pulsos
Ajustando la frecuencia de la señal de pulso que impulsa el motor BLDC, se cambiará la velocidad del motor. Este tipo de control de velocidad se suele conseguir mediante controladores electrónicos de velocidad o inversores específicos. Estos dispositivos se instalan en el sistema de control del motor y se conectan a los devanados del motor. A continuación, se ajusta la frecuencia de pulso mediante el panel de control del controlador electrónico de velocidad o inversor a la velocidad requerida. Una vez establecida la frecuencia de pulso, la velocidad del motor se puede cambiar mediante botones o mandos en el controlador.
Las ventajas del control de frecuencia de pulso BLDC incluyen una alta precisión de control, una rápida velocidad de respuesta y una velocidad estable. También puede alcanzar varios modos de funcionamiento, como avance, retroceso y velocidad constante. Debido a su eficiente utilización de la energía y su preciso control del motor, se ha utilizado ampliamente en muchas aplicaciones, como la generación de energía eólica, la industria aeroespacial y otros campos.
Control PWM (Modulación de ancho de pulso)
El control de velocidad PWM consiste en modular la tensión continua constante en una tensión de pulso con una frecuencia constante y un ancho de pulso variable. De este modo, se puede cambiar la tensión de salida media para ajustar la velocidad del motor. En realidad, se ajusta la relación de tiempo de servicio del nivel alto y el nivel bajo de la onda cuadrada. Por ejemplo, una relación de tiempo de servicio del 20% es el 20% del tiempo de nivel alto y el 80% del tiempo de nivel bajo.
Como se puede ver en la imagen anterior, cuanto mayor es la relación de tiempo de servicio, mayor es la tensión, mayor es la velocidad, y viceversa, la velocidad disminuye. A continuación, se muestra la relación entre la relación de tiempo de servicio y la velocidad del motor cuando se utiliza el controlador BLDC BLD-300B de la empresa ICAN en circuito cerrado sin carga.
| Relación de tiempo de servicio (%) | Velocidad del motor (rpm) |
|---|---|
| 0 | 0 |
| 25 | 1250 |
| 50 | 2500 |
| 75 | 3750 |
| 100 | 5000 |
El control de velocidad PWM utiliza señales digitales, por lo que tiene las ventajas de una fuerte capacidad antirruido y una mayor distancia de comunicación.
Control de potenciómetro externo
El potenciómetro externo es un dispositivo manual que permite a los usuarios controlar la velocidad del motor girando manualmente el potenciómetro y cambiando la tensión de la señal de salida. Normalmente, el potenciómetro externo se instala en el panel frontal del controlador del motor, lo que facilita a los usuarios ajustar la velocidad del motor manualmente. Si bien el rango de ajuste del potenciómetro es relativamente limitado, ofrece un control cómodo e intuitivo.
Control de potenciómetro integrado
Típicamente, los motores BLDC tienen potenciómetros integrados para la regulación de la velocidad. Este método no requiere el uso de un potenciómetro externo, sino que cambia la velocidad del motor utilizando un potenciómetro integrado en el motor. En comparación con la regulación de la velocidad del potenciómetro externo, la regulación de la velocidad del potenciómetro integrado tiene una mayor precisión y rango de control.
Como puede proporcionar un control más preciso de la salida del potenciómetro a través de la circuitería interna del controlador del motor, es adecuado para aplicaciones que requieren un control más avanzado. Sin embargo, para algunas aplicaciones simples, la regulación de la velocidad del potenciómetro externo también puede proporcionar una solución cómoda y económica.
Comunicación RS485
RS485 es un protocolo de comunicación que se puede utilizar para la comunicación de datos entre varios dispositivos. La combinación de RS485 con un controlador BLDC permite lograr el control de velocidad BLDC. Normalmente, hay una interfaz RS485 en el controlador BLDC, que se puede conectar al controlador maestro. A través de la interfaz RS485, el controlador maestro puede enviar comandos al controlador BLDC, y así controlar el movimiento del motor BLDC.
Aplicaciones de los métodos de control de velocidad
Los diferentes métodos de control de velocidad de los motores brushless tienen aplicaciones específicas, según las necesidades de precisión, velocidad de respuesta y rango de control.
- Control de señal analógica externa: Se utiliza en aplicaciones que requieren alta precisión, velocidad de respuesta rápida y control preciso, como la robótica, la industria aeroespacial y la automoción.
- Control de frecuencia de pulsos: Ideal para aplicaciones con requisitos de velocidad constante, como la generación de energía eólica y la industria aeroespacial.
- Control PWM: Se utiliza en aplicaciones que requieren inmunidad al ruido y mayor distancia de comunicación, como sistemas de control industrial y equipos de automatización.
- Control de potenciómetro externo: Se utiliza en aplicaciones simples que requieren un control manual y económico, como equipos de hobby y dispositivos domésticos.
- Control de potenciómetro integrado: Se utiliza en aplicaciones que requieren un control preciso y un rango de ajuste más amplio, como equipos médicos y dispositivos industriales.
- Comunicación RS485: Se utiliza en aplicaciones que requieren comunicación entre varios dispositivos, como sistemas de control complejos, robots y sistemas de automatización industrial.
Conclusión
La elección del método de control de velocidad dependerá de los requisitos específicos de la aplicación, como la precisión, la velocidad de respuesta y el rango de control. Al comprender estos diferentes métodos, los usuarios pueden elegir la forma más adecuada para sus necesidades y lograr un rendimiento óptimo de sus sistemas de motor BLDC.
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