Tengo una experiencia bastante sólida en el control industrial de motores de CA (arrancadores suaves, variadores de frecuencia, etc.), pero algo que ciertamente NO conozco bien son los motores de CC sin escobillas ... el tipo que se encuentra en todos los discos duros del planeta.

Por lo que puedo decir, se ven idénticos a su motor de inducción de CA conectado en estrella típico, y los controladores de motor parecen ser muy, muy similares a los controladores de CA trifásicos típicos que he pasado la mayor parte de mi vida profesional diseñando.

No puedo encontrar mucho sobre las diferencias reales entre los dos, ni desde el punto de vista de la construcción mecánica ni desde el punto de vista del control. Lo más parecido que encuentro es "son similares".

¿Alguien tiene algún recurso o puede ofrecer una explicación bastante técnica de cuáles son las principales diferencias entre estos tipos de motores y sus métodos de control?

De todo sobre circuitos :

Los motores de CC sin escobillas son similares a los motores síncronos de CA. La principal diferencia es que los motores síncronos desarrollan un EMF posterior sinusoidal, en comparación con un EMF posterior rectangular o trapezoidal para motores de CC sin escobillas. Ambos tienen campos magnéticos giratorios creados por el estator que producen torque en un rotor magnético.

En cuanto a la construcción, esencialmente * no hay diferencia.

El motor en el diagrama anterior podría llamarse "Motor de inducción de CA" o "Motor de CC sin escobillas" y sería el mismo motor.

La principal diferencia está en el disco. Un motor de CA está controlado por un variador que consta de una forma de onda de corriente alterna sinusoidal. Su velocidad es sincrónica con la frecuencia de esa forma de onda. Y dado que es impulsado por una onda sinusoidal, su Back-EMF es una onda sinusoidal. Un motor de CA monofásico podría ser accionado desde el enchufe de la pared y giraría a 3000 RPM o 3600 RPM (dependiendo de que su país de origen tenga una red eléctrica de 50 / 60Hz).

Tenga en cuenta que dije que podría allí. Con el fin de accionar un motor de una fuente DC, un controlador, que es esencialmente sólo un inversor de CC a CA, se requiere . Tiene razón al afirmar que los motores de CA también pueden ser controlados por controladores. Por ejemplo, un variador de frecuencia (VFD) que son, como usted dijo, inversores DC a AC. Aunque generalmente tienen un extremo frontal de rectificador de CA a CC.

PWM VFD http://www.inverter-china.com/forum/newfile/img/PWM-VFD-Diagram.gif

Los VFD usan PWM para aproximar una onda sinusoidal y pueden acercarse bastante variando los anchos de pulso continuamente como se ve a continuación:

Si bien el uso de PWM para aproximar una onda sinusoidal produciría una forma de onda Back-EMF casi sinusoidal ("difusa" es la palabra que usó), también es un poco más complicado de hacer. Una técnica de conmutación más simple se llama conmutación de seis pasos en la que la forma de onda Back-EMF es más trapezoidal que sinusoidal.

unidad de seis pasos http://www.controlengeurope.com/global/showimage/Article/18087/

EMF de seis pasos http://www.emeraldinsight.com/content_images/fig/1740300310012.png

Y si bien este "PWM es realmente pobre", como dijiste, también es mucho más simple de implementar y, por lo tanto, más barato.

Existen otros métodos de conmutación además de seis pasos y sinusoidales. El único otro que es realmente popular (en mi opinión) es la unidad de vector espacial. Esto tiene aproximadamente la misma complejidad que la unidad sinusoidal, pero hace un mejor uso del voltaje de bus de CC disponible. No voy a entrar en detalles sobre el vector espacial, ya que creo que solo enturbiará las aguas de esta discusión.

Esas son las diferencias en las técnicas de manejo. La forma de onda utilizada para conducir motores de CA suele ser sinusoidal y podría provenir directamente de una fuente de CA o podría aproximarse utilizando PWM. La forma de onda utilizada para conducir motores de CC es típicamente trapezoidal y proviene de una fuente de CC. No hay ninguna razón por la cual no se puedan cambiar las unidades, aunque la eficiencia tendría un impacto menor.

* esencialmente

Arriba dije que la construcción de los dos tipos de motores es esencialmente la misma. En ambos casos, motor de inducción de CA y motor de CC sin escobillas, estamos hablando de motores que tienen estatores enrollados en lugar de imanes permanentes. Eso los convierte en "motores universales" :

Una ventaja de tener estatores de herida en un motor es que uno puede hacer un motor que funcione con CA o CC, un llamado motor universal.

Sin embargo, hay una ligera diferencia en el devanado. Los motores diseñados para usar con CA están enrollados sinusoidalmente, mientras que los motores destinados a usarse con CC están enrollados trapazoidalmente . Algo que me ha molestado durante años es que no puedo encontrar un diagrama simplificado que muestre la diferencia. Si me dieran el estator de un motor, no sabría si estaba enrollado sinusoidalmente o trapazoidalmente. La única forma en que sé distinguir es hacer retroceder el motor conectando un taladro al eje y mirando el EMF posterior. Verá una onda sinusoidal agradable o más de un trapecio como se muestra en la imagen de arriba. Como dije anteriormente, el uso del tipo incorrecto de unidad daría como resultado un pequeño impacto en el rendimiento, pero de otra manera funcionaría.

La mayoría de las veces, los motores de CC sin escobillas están construidos con imanes permanentes en el rotor. Si bien eso sería una diferencia de un motor de jaula de ardilla, siempre que el estator sea un estator enrollado y no un estator de imán permanente (como se ve en los motores de corriente continua cepillados), ambos diseños son esencialmente "motores universales":

El lado del imán permanente del diagrama anterior muestra un motor de dos polos. El número de polos controla la ondulación del par. Cuantos más polos, más suave es la curva de par. Pero el número de polos no hace ninguna diferencia desde una perspectiva AC versus DC.

La conexión de los devanados del estator, delta versus estrella, tampoco afecta el método de conducción. Y, de hecho, puede cambiar entre los dos mientras se está ejecutando :

La diferencia es que el delta atraerá más corriente y, por lo tanto, producirá más torque. Para obtener más información sobre la relación o la corriente con el par o el voltaje con la velocidad, consulte mi respuesta a esta pregunta de EEEE .

Estoy un poco tarde en responder esta pregunta y todavía no puedo responder directamente a embedded.kyle arriba, pero quería corregir un poco de información errónea dada anteriormente. Mi experiencia es motores, no controles, por cierto.

1) Los "motores universales" son completamente diferentes a los motores BLDC o de inducción. Los motores universales tienen estatores y armaduras enrollados y tienen cepillos. El hecho de que el estator esté enrollado no lo convierte en un motor universal ... el enlace incrustado.

2) Los motores BLDC siempre tienen imanes en el rotor. Como dije anteriormente, nunca se los conoce como motores universales. Los motores universales son bestias completamente diferentes.

3) Con respecto a los versos trapezoidales sinusoidales, no hay una forma estándar de enrollar motores de inducción y motores sin escobillas (no me gustan los términos "herida sinusoidal" y "herida trapezoidal" por las razones que explicaré a continuación). En general, los diseñadores de motores de inducción intentan producir un espacio de aire MMF y un flujo que sea sinusoidal. Esto generalmente se hace con lo que se llama un devanado "distribuido". Todo esto significa que, en lugar de una bobina con un número T de vueltas, tiene varias bobinas con un número variable de vueltas para aproximar una sinusoide.

Los motores sin escobillas pueden tener una fem posterior que se ve más sinusoidal o más trapezoidal, como se menciona en el caso de Embedded. Sin embargo, nunca obtendrá una fem de respaldo puramente sinusoidal o trapezoidal ... cómo los motores están diseñados y fabricados para evitar que eso suceda. Siempre está en algún punto intermedio. La forma de la fem posterior está determinada por muchas cosas: cómo se enrolla, la relación de los dientes del estator a los imanes del rotor, la forma de los dientes de laminación, la forma de los imanes del rotor, etc. Por eso no me gustan los términos "herida sinusoidal" y "herida trapezoidal": la fem de la espalda depende de otras cosas además de cómo está herida. Puede conducir cualquier motor sin escobillas con una unidad "trapezoidal" o una unidad "sinusoidal". En general (pero esto no es universal), Si tiene un motor con más o menos trampa de retroceso de fem que está destinado a ser emparejado con una transmisión de trampa, los fabricantes de motores se referirán a esto como un motor BLDC. Del mismo modo, si tiene un motor con una fem de retorno más o menos sinusoidal que debe ser emparejado con un variador senoidal, los fabricantes de motores se referirán a esto como un motor BLAC. Pero cualquiera de estos tipos de motores se puede ejecutar con cualquier tipo de unidad.

4) El enlace embedded.kyle apuntado el 23 de octubre a las 19:06 no muestra la diferencia entre los devanados sinusoidales y trampa. Probablemente dejaré un comentario allí también, pero la diferencia entre esos dos es que uno es un devanado de vuelta y uno es un devanado concéntrico.

Según Wikipedia, los motores de CC sin escobillas son motores de CA síncronos de imanes permanentes con inversor integrado y rectificador, sensor y electrónica de control del inversor. No estoy muy familiarizado con los motores de CA, pero creo que los motores de CC sin escobillas se clasificarían mejor como un subconjunto de motores de CA desde un punto de vista funcional.

También puede haber otras diferencias relacionadas con la aplicación. Por ejemplo, la diferencia entre los motores paso a paso y los motores de CC sin escobillas suele ser la aplicación prevista y los servomotores se refieren a un motor (generalmente pero no siempre un motor de CC cepillado) con sensores de posición de rotación integrados.