¿Por qué se utilizan rectificadores-inversores para conducir motores de CA en lugar de usar la corriente rectificada para conducir motores de CC?

Entiendo las ventajas de usar un sistema rectificador-inversor para conducir un motor de CA en lugar de simplemente enchufarlo a la red eléctrica, ya que permite un control mucho mejor de su velocidad y rendimiento; pero lo que no entiendo es: dado que la alimentación de CA original debe convertirse a CC para alimentar el circuito inversor, ¿por qué esta CC no se envía directamente a un motor de CC, en lugar de convertirla nuevamente a CA y luego enviarla? a un motor de corriente alterna?

Los motores de CC tienen efectivamente una variable: ¿cuánta potencia está alimentando el motor? Los motores de CA tienen dos variables: potencia y frecuencia. No soy un experto en motores, pero esperaría que los motores de CA permitieran un control independiente de la velocidad y el par, mientras que los motores de CC no. El control direccional también es una preocupación. La dirección de un motor de CA puede controlarse mediante la dirección de rotación de la potencia que se le está alimentando. La dirección de un motor de CC no se controla tan fácilmente.

En términos más generales, todos los motores funcionan porque hay un campo magnético giratorio en alguna parte. Esa rotación se genera dentro del motor (autoconmutación) o porque la alimentación de energía al motor está rotando (conmutada externamente). Los motores de CC deben ser de conmutación automática; DC definitivamente no gira.

¿Cómo se logra la conmutación dentro del motor? Por lo general, hay escobillas o hay un inversor integrado en el motor . Los pinceles se desgastan y sospecho que tienen otras desventajas. Y si va a construir un inversor en el motor, ¿por qué no colocarlo fuera del motor y obtener un mejor control?

Debido a que los motores de CA son generalmente mucho más eficientes que los motores de CC, y dado que no requieren contactos eléctricos para el rotor, también son más confiables.

Recuerde, un motor BLDC es realmente un motor de CA con el circuito de accionamiento incorporado. A niveles de potencia más altos, tiene sentido separar los circuitos de control y accionamiento del propio motor.

Además, los motores con rotores de imán permanente (PM) tienen una capacidad limitada de manejo de potencia. A niveles de potencia más altos, se utilizan motores de inducción de CA, incluso en vehículos eléctricos.

Con muchos tipos de motores de CA, la velocidad de rotación estará fuertemente correlacionada con la frecuencia de la corriente de conducción. En muchos casos, la velocidad de rotación en revoluciones por segundo será una fracción exacta de la frecuencia del variador en ciclos por segundo (por ejemplo, 1/3), o bien una fracción exacta menos una cierta cantidad de "deslizamiento" que depende del variador voltaje. Si bien es posible controlar la velocidad de algunos motores de CA variando el voltaje del variador y permitiendo así cantidades variables de deslizamiento, es más eficiente variar la frecuencia del variador e intentar minimizar el deslizamiento.

Tenga en cuenta también que casi todos los motores que son capaces de realizar una cantidad de trabajo no trivial requieren que la polaridad de la corriente en algunas de las bobinas se cambie periódicamente. Esto es tan cierto para los motores de CC como los de CA. La mayoría de los motores de CC utilizan un conmutador mecánico y cepillos para realizar dicha conmutación; estos tienden a tener una vida útil limitada antes de requerir servicio o reemplazo. Algunos usan electrónica para cambiar la corriente real del motor, pero eso esencialmente los convierte en una combinación de "inversor más motor de CA".

Podría haber muchas razones. Lo más obvio es que las escobillas en los motores PMDC se desgastan y deben reemplazarse después de 2000-5000 horas, dependiendo del entorno. Mientras que los motores de CA (motores de inducción y PMSM, también conocidos como motores sin escobillas, también conocidos como motores BLDC) pueden durar 20,000 horas. Entonces, si la operación sin mantenimiento es importante, es posible que desee un motor de CA.

En segundo lugar, si está haciendo algún tipo de control de velocidad o par, no solo tendrá CC para un motor de CC. Vas a tener PWM DC. Y una vez que tenga la electrónica para hacer eso, no es que muy diferente a ir a PWM AC.

Tercero, muchos controles modernos de motores de inducción y PMSM operan usando una técnica llamada control orientado al campo. Este tipo de control le permite controlar tanto el funcionamiento de su motor sin problemas a baja velocidad como a alta velocidad y le brinda un control independiente sobre su par y su campo de magnetización. No puede hacer esto con un control PMDC porque sus cepillos / conmutador alinean mecánicamente el campo. Entonces, si eso es importante para usted, puede elegir un motor de CA en lugar de un motor de CC.

Otra ventaja de los motores de CA es que no usan escobillas y conmutadores, como lo hacen los motores de CC. Estos generan mucho chispas y ruido EM de banda ancha.

Hay entornos donde tales acciones son realmente indeseables :)

Los motores de CA son más confiables que los motores de CC. Los motores de CC producen potencia de salida a partir de la corriente que fluye en la armadura. El motor de CC transfiere la corriente a la armadura con conmutador y cepillos. La inductancia eléctrica de la armadura provoca un arco eléctrico a medida que cada cepillo rompe la conexión de cada barra de contacto sucesiva de la armadura. Esto hace que la armadura y los cepillos se vuelvan ásperos. La aspereza usa armadura y cepillos. Cuando los motores de CA usan rotores de electroimán, la corriente se conecta al rotor con anillos colectores y cepillos. No hay cambio en los cepillos en los anillos colectores. Esto evita las picaduras de los arcos sufridos por los motores de CC. Los anillos colectores y las escobillas duran muchas veces más que las escobillas y los conmutadores de motor de CC. La mayoría de los motores de CA funcionan sin escobillas y anillos colectores mediante acoplamiento inductivo, histéresis, o imanes permanentes en los rotores. La vida útil de los motores sin escobillas puede estar limitada solo por la vida útil del rodamiento.

Los motores de CA pueden ser más controlables que los motores de CC. Los controladores de motor de CC pueden cambiar el campo magnético del estator o el voltaje o la corriente aplicados a la armadura. Los controladores de motor de CA pueden cambiar el voltaje, la corriente, la frecuencia o la fase del estator o la corriente del rotor. Algunos motores de CA pueden cambiar la cantidad de polos magnéticos en el estator. Esto hace que los motores de CA puedan convertir eficientemente la electricidad en potencia motriz en un rango más amplio de velocidades de operación que los motores de CC de niveles de potencia equivalentes.

Otro aspecto que no veo mencionado es que un motor de CA trifásico alimentado con entrada de onda sinusoidal pura produce un par uniforme a través de los 360 grados de rotación. Un motor de CC simple experimentará variación de par a medida que cada polo del rotor gira más allá de su polo del estator homólogo. Esto puede ser una consideración importante en, por ejemplo, el mecanizado de precisión.