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Página 1Motor BrushlessGuillem Rafols de Urquia Alex Quintero BusigoUniversitat Politècnica de Catalunya – Escola d’Enginyeria de Barcelona-Est Sistemes Electrònics, Grup M22B [email protected] [email protected] en día tenemos a nuestra disposición una gran variedad de informaci...

Description

Motor Brushless Guillem Rafols de Urquia

Alex Quintero Busigo

Universitat Politècnica de Catalunya – Escola d’Enginyeria de Barcelona-Est Sistemes Electrònics, Grup M22B [email protected] [email protected]

Resumen Hoy en día tenemos a nuestra disposición una gran variedad de información de cualquier tópico al que queramos acceder. Esta información la podemos encontrar en diversas fuentes de información como son revistas, libros de texto, enciclopedias, internet, etc. Toda la información encontrada en estas fuentes no tiene por qué ser verídica y sean fuentes fiables. Es por esta razón que es imprescindible saber contrastar, valorar y utilizar esta gran cantidad de información. Para valorar todas estas informaciones se necesitará seguir una serie de indicadores que nos ayudarán a seleccionar esa información que nos sea más útil. La finalidad de este artículo consiste en la explicación de los motores Brushless (motores sin escobillas), su funcionamiento y sus aplicaciones. Para su realización, previamente se ha elaborado una minuciosa búsqueda de información. Esta información ha sido verificada y contrastada con otras fuentes consideradas como fuentes fiables y correctas.

La principal diferencia respecto los motores convencionales es la ausencia de escobillas conectadas a un colector para realizar el cambio de polaridad en el rotor. La conmutación de estos motores se realiza electrónicamente mediante un controlador de motor. Como consecuencia de la pérdida de calor que se produce en el motor con escobillas, se genera mayor desperdicio de potencia, lo que repercute en su eficiencia. Por el contrario, esto no ocurre con el motor brushless, que es mucho más eficiente. La ausencia de escobillas favorece la vida útil del motor debido a que no hay desgaste causado por el rozamiento de las escobillas. También provoca un menor mantenimiento y una buena relación entre la velocidad y el par motor. Los motores BLDC son especialmente útiles para todas aquellas aplicaciones industriales que necesitan una regulación estándar de velocidad permitiendo:

Palabras clave: Motor, Brushless, Funcionamiento.

1. Introducción Los motores de corriente continua sin escobillas (BLDC) están ganando mucha popularidad rápidamente. Actualmente son utilizados en diversas industrias como por ejemplo: la automotriz, la aeroespacial, la de consumo, la de electrodomésticos, la de equipos de automatización industrial, la de instrumentación y la médica. Estos motores, como su nombre indica, no utilizan escobillas para conmutación. Su manera de conmutar es electrónicamente.

o o

Regulación de velocidad Control par

o

Control de desplazamiento

Los motores brushless están compuestos por una parte móvil llamada rotor, donde se encuentran los imanes permanentes, y una parte fija, denominada estator o carcasa, sobre la cual van dispuestos los bobinados de hilo conductor. La imagen refleja una sección de uno de estos motores en donde puede verse la disposición de los bobinados y los imanes permanentes.

Figura 2: Estructura interna del motor BLDC

Figura 1: Motor Brushless

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2. Funcionalidad del sistema. En general, los motores convierten la energía eléctrica en energía mecánica suministrada. Los BLDC proporcionan una alta eficiencia y una excelente calidad de control. Además proporcionan una excelente alta capacidad de control y una excelente eficiencia. Son ampliamente utilizados en muchas aplicaciones.

Communication (ICOSEC), Trichy, India, 2020, pp. 12271233, doi: 10.1109/ICOSEC49089.2020.9215313. URL: https://ieeexplore-ieeeorg.recursos.biblioteca.upc.edu/document/9215313

Cuando los polos magnéticos del rotor, pasan por los sensores de efector Hall, se genera un señal más alta (para un polo) o más baja (para el polo opuesto). Tal como se analiza en detalle a continuación, la secuencia exacta de conmutación se puede determinar al combinar las señales de tres sensores.

Este artículo escrito S. Acharya y V. Sharma, escrito en inglés nos explica como controlar la velocidad que lleva el motor BLDC mediante un convertidor llamado Z. Con este sistema se quiere reducir el coste y el tamaño del motor.

El conmutador electrónico del motor BLDC energiza de manera secuencial las bobinas del estator generando un campo eléctrico giratorio que "arrastra" al rotor a su alrededor. Las N «revoluciones eléctricas» equivalen a una revolución mecánica, donde N es el número de pares de imanes.

[2]: G. Baek, Y. Kim and S. Kim, "Fault diagnosis of identical brushless DC motors under patterns of state change," 2008 IEEE International Conference on Fuzzy Systems (IEEE World Congress on Computational Intelligence), Hong Kong, 2008, pp. 2083-2088, doi: 10.1109/FUZZY.2008.4630657.

Todos los motores eléctricos generan un potencial de voltaje debido al movimiento del bobinado a través del campo magnético asociado. Este potencial se conoce como fuerza electromotriz y conforme a la ley de Lenz, genera una corriente en el bobinado con un campo magnético opuesto al cambio original en el flujo magnético.

Artículo 2

URL: https://ieeexplore-ieeeorg.recursos.biblioteca.upc.edu/document/4630657

Este artículo escrito en Hong Kong, está hecho por G. Baek, Y. Kim y S. Kim. Hemos encontrado la versión en inglés, pero probablemente haya sido escrito en chino. Este artículo nos propone determinar a partir de dos motores BLDC idénticos, si alguno de los dos tiene algún fallo, defecto, diferencia y decir cuáles serían. Estos motores se analizan usando el modelo de cambio de estado.

Artículo 3

Figura 3: Esquema básico del sistema de funcionamiento de los motores BLDC.

3. Tres documentos donde se usa el motor “BLDC”. A continuación, se presentan tres artículos que hablan de distintos usos que podemos darle al motor BLDC. Hemos seleccionado estos artículos ya que son tres aplicaciones muy distintas entre sí: un medidor de velocidad, un sistema que compara el estado de dos motores BLDC y un exoesqueleto.

[3]: M. H. Rahman, M. Saad, J. P. Kenné and P. S. Archambault, "Exoskeleton robot for rehabilitation of elbow and forearm movements," 18th Mediterranean Conference on Control and Automation, MED'10, Marrakech, 2010, pp. 1567-1572, doi: 10.1109/MED.2010.5547826. URL: https://ieeexplore-ieeeorg.recursos.biblioteca.upc.edu/document/5547826 Este artículo escrito por M.H.Rahman, M. Saad, J.P. Kenné y P.S Archambault, expuesto en una conferencia en Marrakech. Nos habla del desarrollo de un exoesqueleto para rehabilitar y facilitar el movimiento de las extremidades superiores.

4. Indicadores para evaluar las referencias encontradas

Artículo 1 [1]: S. Acharya and V. Sharma, "Speed Control of Brushless DC Motor using Zeta Converter," 2020 International Conference on Smart Electronics and

Tabla 1: Criterios de valoración de los indicadores

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Indicador

Estructura

Comprensió n

Esquemas e Imágenes

Referencias

Repercusió n

ExcelenteNotable

BienSuficiente

Insuficiente -Malo

(5) Sigue exactament e la pauta de un informe técnico.

(3)

(1)

Falta algún aspecto o esta fuera lugar.

No sigue la pauta de un informe técnico.

La idea del informe es apta per a cualquier lector.

Es necesario un mínimo de conocimient os

No apto para lectores sin conocimient o en la materia.

Se ayuda de bastantes esquemas e imágenes para comprende r mejor el texto.

Encontramos algún esquema y/o imagen.

No hay ninguna imagen ni esquema.

través de un convertidor llamado “Zeta”. Este convertidor es el principal elemento de estudio. Presenta dos tipos de circuitos: con interruptor abierto y cerrado, que da paso a activar el “Zeta” o a desactivarlo. De los tres artículos presentados es el más reciente, octubre del 2020, por eso tiene una repercusión baja y solo se ha sido mencionado 9 veces. En cuanto al lenguaje, es un leguaje técnico y muy específico. Hay que tener conocimientos previos sobre motores y circuitos para poder entender lo que le artículo nos quiere decir. [2] En segundo lugar, tenemos un sistema que compara dos motores Brushless idénticos, lo que permite ver los fallos de cada motor o defectos de fabricación. El vocabulario del artículo es bastante comprensible. No tiene tantos tecnicismos cómo el artículo 1. Este artículo está acompañado con fotografías y gráficos obtenidos durante el experimento. Lo han mencionado y/o ha sido usado 197 veces desde 2011 (fecha desde que se tienen datos). En cuanto a referencias este tiene 15 referencias, cosa que da pie a entender que ha sido un artículo que se ha documento bien a la hora de ser redactado.

[3] El tercer documento que se presenta es un

Menciona muchas referencias de diferentes autores.

Hay pocas referencias.

No menciona ninguna referencia

Han mencionad o el artículo en muchos documento s.

Artículo mencionado en algún documento.

No se ha mencióname el artículo en ningún documento

exoesqueleto de las extremidades superiores. Es un sistema que trata de memorizar los recorridos que haría, por ejemplo, un brazo, e intenta imitarlo. El motor BLDC, es el que da la transmisión para poder mover la articulación. Es el artículo que más veces se ha usado casi unas 1000, y no es el más antiguo. Esto nos da pie a ver que es un muy buen artículo y que ha tenido mucha repercusión incluso 10 años después. Es el que más imágenes y dibujos tiene y de los tres es el que más claro son estos dibujos. También tiene muchas ecuaciones para demostrar los cálculos realizados.

6. Conclusiones

5. Evaluación de las referencias encontradas En este apartado evaluaremos las referencias buscadas según los criterios de evaluación que hemos descrito en la tabla 1 del apartado 4. Tabla 2: Valoración de las referencias encontradas. [1]

[2]

[3]

Estructura

5

5

5

Comprensión

4 2

3 5

4 5

Referencias

3

3

5

Repercusión

1

2

5

Esquemas e Imágenes

[1] El primer artículo es un estudio donde explica como controlar la velocidad que proporciona el motor BLDC a Sistemas Electrónicos. Curso 2020-2021

Con la información proporcionada en estos tres artículos, hemos podido comprender tanto el mecanismo, como las aplicaciones y el funcionamiento de los motores sin escobillas (brushless motors). Además hemos aprendido como funciona la redacción de un artículo y las técnicas de rastreo de información por los diversos artículos que podemos obtener hoy en día; así como también la distinción entre información fiable e información no fiable. La obtención de los artículos escogidos no ha sido un trabajo muy ameno. Nos hemos encontrado con contradicciones entre artículos que hemos tenido que corroborar mediante una búsqueda minuciosa. Además muchos de los artículos que nos han proporcionado el tema de BLCD era secundario y hemos tenido que realizar un buen filtro para encontrar esos artículos cuyo tema principal eran los BLCD. El lenguaje encontrado en los artículos también ha sido complejo de entender debido a la gran cantidad de Página 3

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tecnicismos en inglés usado por los autores de dichos artículos. En relación a los indicadores que hemos usado, podemos afirmar que los tres artículos son estructuralmente perfectos, siguen a la perfección las pautas de un artículo técnico. El mejor valorado ha sido el tercer artículo al que le hemos considerado como un artículo ejemplar. Los otros dos artículos los hemos considerado como artículos bien ejecutados pero con ciertas mejoras a realizar. En estas mejoras destacan la repercusión en ambos y la falta de imágenes y esquema en el primer artículo. Nos ha sorprendido mucho la alta puntuación que han obtenido los tres en cuanto a comprensión debido a la complejidad del tema. Consideramos que para ser un tema bastante técnico se ha entendido a la perfección. En pocos apartados nos ha costado más de la cuenta entender los tecnicismos del artículo.

7. Agradecimientos Agradecer al profesorado de la asignatura de Sistemas Electrónicos i a la Biblioteca de la EEBE por los recursos y la sesión informativa que nos facilitó hacer esta actividad.

8. Referencias [1]: S. Acharya and V. Sharma, "Speed Control of Brushless DC Motor using Zeta Converter," 2020 International Conference on Smart Electronics and Communication (ICOSEC), Trichy, India, 2020, pp. 12271233, doi: 10.1109/ICOSEC49089.2020.9215313. [2]: G. Baek, Y. Kim and S. Kim, "Fault diagnosis of identical brushless DC motors under patterns of state change," 2008 IEEE International Conference on Fuzzy Systems (IEEE World Congress on Computational Intelligence), Hong Kong, 2008, pp. 2083-2088, doi: 10.1109/FUZZY.2008.4630657 [3]: M. H. Rahman, M. Saad, J. P. Kenné and P. S. Archambault, "Exoskeleton robot for rehabilitation of elbow and forearm movements," 18th Mediterranean Conference on Control and Automation, MED'10, Marrakech, 2010, pp. 1567-1572, doi: 10.1109/MED.2010.5547826.

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