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Acerca de la eficiencia de componentes motores

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A menudo se plantea la pregunta de qué motor ofrece la máxima eficiencia, en particular cuando se habla de aplicaciones con suministro eléctrico limitado, como herramientas con baterías o un satélite alimentado con paneles solares. Creo que merece la pena extender la pregunta al sistema motor completo, compuesto por controlador, motor, reductor y otros elementos mecánicos. La tabla 1 ofrece una estimación aproximada de las eficiencias típicas de diferentes dispositivos de conversión de energía.

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Como vemos, una gran parte depende de la forma del sistema mecánico. Una fricción elevada en el sistema mecánico cuesta mucha energía. Por ello, la optimización de la eficiencia de un tren de transmisión siempre debería empezar por el sistema mecánico.

Observe que los sistemas motores DC están muy a menudo alimentados por una tensión fija. Por ello, no es realmente la eficiencia total lo que debe maximizarse. La eficiencia es un parámetro relativo que indica las pérdidas por potencia de entrada. Sin embargo, con una tensión fija, lo que realmente se necesita minimizar es el consumo de corriente (como parámetro absoluto). Un uso correcto de toda la tensión de alimentación reduce el consumo de corriente y alarga la vida útil de la batería.

A continuación se ofrecen algunas reglas para obtener una alta eficiencia y un bajo consumo de corriente.

Reglas para la transformación mecánica

  • Use sistemas mecánicos con baja fricción o evite la fricción completamente.
  • Use fricción por rodadura (coeficiente de fricción <0,01) en lugar de fricción por deslizamiento (coeficientes de fricción típicos: 0,1 … 0,4). Un sistema de husillo de bolas, p. ej., tiene una fricción considerablemente menor que un husillo con tuerca. Sin embargo, una solución con husillo de bolas no es normalmente autobloqueante, sino que necesita alimentación para permanecer en una posición de detención. Si consideramos el ciclo de trabajo completo, hay situaciones en las que un husillo con rosca ACME consume menos energía en total.

Reglas para reductores planetarios y de engranajes rectos

  • Use un número reducido de etapas.
  • Utilice reductores pequeños con un par nominal solo ligeramente superior al requerido. No sobredimensione el reductor. La eficiencia de un reductor a baja carga es muy mala.
  • En términos de eficiencia, un motor grande con transmisión directa y sin reductor es a menudo mejor que una combinación de motor y reductor. Sin embargo, es posible que la transmisión directa sea más grande, pesada y cara.
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Eficiencia del reductor en relación con el par de salida nominal (de forma esquemática). La eficiencia es prácticamente constante y elevada en cuanto el reductor se carga lo suficiente.

Reglas para motores

  • Haga funcionar los motores a velocidades de varios miles de rpm.
  • No elija un motor demasiado grande. No lo haga funcionar con poca carga.
  • Tenga cuidado a la hora de elegir el bobinado. Utilice uno que aproveche al máximo la tensión para alcanzar la velocidad bajo carga; este es el que requiere la corriente más baja.

Reglas para controladores

En este caso, la regla es similar a la de los reductores. Cárguelos bien y no los haga funcionar con una corriente demasiado baja. No seleccione controladores con una corriente nominal demasiado alta. Adapte el tamaño de la etapa de potencia a la corriente requerida para el motor.

Para terminar

Haga un buen uso de la tensión de alimentación completa. Esto reduce el consumo de corriente y ahorra dinero, ya que se necesita una fuente de alimentación más pequeña, un controlador más pequeño, menos apantallamiento de cables, … O como un compañero de trabajo dice: La tensión es gratis, la corriente cuesta.

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Eficiencia del motor como una función del par con diferentes tensiones de alimentación. Un incremento de la tensión no tiene ningún efecto importante en la eficiencia máxima, sino más bien en el rango de par en el que la eficiencia es alta. En términos generales, la eficiencia es mayor en el rango de funcionamiento continuo. Sin embargo, nótese la caída de eficiencia con valores de par muy bajos.

Author: Urs Kafader

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