Motores síncronos de imanes permanentes (PMSM) se adoptan ampliamente en las industrias modernas debido a su alta eficiencia, densidad de potencia, tamaño compacto y confiabilidad. Sin embargo, seleccionar la estrategia de control óptima, basada en sensores (con retroalimentación de posición) o sin sensores (estimación de posición), afecta de manera crítica el rendimiento, el costo, la confiabilidad y el alcance de la aplicación del motor.
El objetivo principal es un control preciso de la velocidad/par, lo que requiere una detección precisa de la posición del rotor:
Control basado en sensores:
Utiliza sensores de posición física (p. ej., codificadores, resolutores, sensores Hall) para la medición directa de la posición del rotor, lo que permite el control de circuito cerrado.
Control sin sensores:
Estima la posición/velocidad del rotor algorítmicamente mediante métodos como la observación back-EMF, MRAS, Sliding Mode Observer (SMO) o inyección de señal de alta frecuencia.
Ventajas:
✅ Alta precisión: la medición directa garantiza una precisión superior, especialmente a bajas velocidades.
✅ Respuesta dinámica rápida: la retroalimentación en tiempo real permite una rápida adaptación de la carga.
✅ Facilidad de implementación: Algoritmos más simples, puesta en marcha más corta.
✅ Robustez: Menos susceptible a perturbaciones externas.
Desventajas:
❌ Mayor costo: Los sensores agregan gastos de hardware e instalación.
❌ Confiabilidad reducida: los sensores mecánicos son propensos a fallar debido a vibraciones, temperatura o contaminación.
❌ Huella más grande: la integración del sensor aumenta el tamaño del motor.
❌ Complejidad del mantenimiento: el reemplazo del sensor puede requerir mucha mano de obra.
❌Sensibilidad ambiental: Mal desempeño en condiciones extremas (polvo, humedad, aceite).
Ventajas:
✅ Rentable: Elimina el hardware del sensor.
✅ Mayor confiabilidad: Menos puntos de falla mecánica.
✅ Diseño compacto: No requiere espacio para el sensor.
✅ Bajo Mantenimiento: Reducido desgaste mecánico.
✅ Resiliencia ambiental: Adecuado para condiciones adversas (alta temperatura, polvo).
Desventajas:
❌ Menor precisión: la posición estimada se retrasa a bajas velocidades/cargas altas.
❌ Dinámica más lenta: la latencia de estimación afecta la capacidad de respuesta.
❌ Complejidad del algoritmo: requiere controles adaptativos avanzados (p. ej., EKF, SMO).
❌ Sensibilidad de los parámetros: el rendimiento depende de los parámetros precisos del motor (inductancia, flujo).
❌ Desafíos de baja velocidad: los débiles backEMF requieren técnicas como la inyección de HF para el arranque.
La elección entre los dos depende de:
Necesidades de aplicación:
• Basado en sensores: tareas de alta precisión (p. ej., servoaccionamientos, robótica).
• Sin sensores: entornos hostiles o sensibles a los costos (por ejemplo, bombas, HVAC).
Clasificación de potencia:
• motores pequeños favorecer los sistemas sin sensores por su costo; Los motores grandes pueden justificar sensores de precisión.
Entorno operativo:
• Las condiciones extremas (polvo, humedad) favorecen la ausencia de sensores.
Requisitos de desempeño:
• El control estricto de velocidad/par requiere sensores.
Costos de presupuesto y ciclo de vida:
• Sin sensores reduce los costos iniciales y de mantenimiento.
Cronograma de desarrollo:
• La tecnología basada en sensores ofrece una implementación más rápida.
Ejemplos de la industria:
Maquinaria de Precisión/Robótica: Basado en sensores (alta precisión).
Turbinas eólicas/compresores: Sin sensores (fiabilidad/coste).
vehículos eléctricos: Enfoques híbridos (sensores para modelos premium).
Electrodomésticos: Sin sensores (optimización de costes).
Avances recientes en control sin sensores:
♦ Observadores avanzados: EKF, los observadores adaptativos mejoran la solidez de las estimaciones.
♦ Identificación de parámetros en línea: ajuste automático para diferentes condiciones de funcionamiento.
♦ Sensor Fusion: Combina algoritmos sin sensores con retroalimentación auxiliar.
♦ Plataformas digitales: los DSP/FPGA de alto rendimiento permiten algoritmos complejos.
Estas innovaciones amplían la aplicabilidad sin sensores y al mismo tiempo cierran las brechas de rendimiento.
La elección depende de un análisis de compensaciones entre precisión, costo y necesidades ambientales. Si bien el control basado en sensores sigue siendo irremplazable para aplicaciones de alto rendimiento, la tecnología sin sensores está ganando terreno con algoritmos mejorados y beneficios de costos. Los ingenieros deben evaluar casos de uso específicos para lograr el equilibrio óptimo.
A medida que las técnicas sin sensores maduren, su adopción crecerá, impulsada por la demanda de la Industria 4.0 de sistemas de motores más inteligentes y resistentes.
