Skip to content

Reusar motores eléctricos

Ver:

Motor de inducción de dos fases (ventilador Liliana)

El ventilador que me dieron para reparar no tiene carbones.

Hay dos opciones para "brushless": imanes permanentes y motores de inducción.

Sin embargo, el rotor no parece tener imanes, y se parece más al de un motor de inducción de 3 fases (que saqué de un lavarropas).

Lo interesante es un capacitor conectado a algún lado del motor: ¿que papel cumple?

En circuitos AC, un capacitor introduce un "lag" de voltaje.

Buscando "fan two phase capacitor induction motor" en google me encuentro con un circuito para un motor de inducción de una fase (o sea, de lo que hay en los enchufes típicos de la pared).

20220504-115605.png

En el segundo link explican algo:

Hay varios tipos de motores de 1 fase con "capacitores":

  • Capacitor Start IM
  • Capacitor Start Capacitor Run IM
  • y otros...

La clave en general es esta:

We already know that a single-phase induction motor is not self-starting because the magnetic field produced is not a rotating type. To produce a rotating magnetic field, there must be some phase difference.

Motor Universal (de lavarropas)

Es un motor "universal": https://en.wikipedia.org/wiki/Universal_motor

Cableado:

El mio es así, pero tiene dos cables negros más, que quizás sean un termostato de protección.

Son bastante informativos:

Conexiones del motor

Del motor salen 9 cables, y se enganchan en un enchufe de 10 ranuras (una queda vacía).

Del enchufe salen cables con otros colores.

Enchufe (motor) Color cable (motor) Parte Nota Enchufe (de salida)

10 Rojo Field A ? R1 = 1 Ω; R7 = 2 Ω; Marrón 9 Gris Brush A R8 = 4 Ω; Naranja 8 Gris Brush B R9 = 4 Ω; Azul 7 Negro Field B ? R1 = 1 Ω; R10 = 2 Ω; Blanco 6 Negro ? Conectado con #5 - 5 Marrón ? Conectado con #6 - 4 Blanco Tacometro A - Azul 3 Blanco Tacometro B - Naranja 2 - - - - 1 Azul Field C ? R7 = 1 Ω; R10 = 1 Ω; Rojo

Adivinanzas en base al video:

  • Los cables de los enchufes 6 y 5 están conectados, quizás sea un termostato. No es necesario usar estos cables para que ande.
  • Las resistencias entre los cables 1, 10 y 7 (o 5) son compatibles con los field coils. Es posible que el cable 1 sea un punto medio entre las dos bobinas (o algo así), ya que tiene la mitad de la resistencia.

conexiones_cables_motor.png

Shunt VS Series winding: Torque y Velocidad

Hay una diferencia importante entre conectar los electroimanes en serie y en paralelo. Ver:

Cableado, torque y velocidad: Series vs Shunt wound motor

Prueba: alimentación independiente

En este caso, probé alimentar el rotor y el estator con dos fuentes diferentes. De esta manera podría ir viendo qué forma de conectarlo conviene para regular la velocidad frente a cambios de carga (o sea, mayor o menor torque).

Entre las 3 terminales del estator (field winding) use el par de mayor resistencia.

draft.png

Probé alimentar el estator con 5V y 12V. Obtuve más torque con 12 V.

El rotor (armature winding) lo allimenté con voltaje variable, y andaba bien a 12V y 24V también.

En resumen: velocidad baja, torque alto.

Tacómetro

Parece que manda 8 pulsos por vuelta; dedujimos eso usando el medidor de frecuencia del tester y la app de android Strobily como estroboscopio.

20200611-222520.png

Series winding: Circuito Diac-Triac discreto

Una forma de controlar el motor es con este circuito, en configuración "series" (el rotor en serie con el estator).

Recurso para circuitos analogicos: http://educypedia.karadimov.info/library/CD00003856.pdf

Buena explicación acá:

Armé uno básico con lo que tenía, para ver si podía prender un LED.

20200603-010206.png

El triac no es simétrico, es importante que el voltaje de gate corresponda (de alguna manera) al de la terminal MT1 (o A1). Por lo que si se "da vuelta" el circuito (poniendo el motor en MT1, por ejemplo) no va a funcionar. Lo probé y lo que pasó fue que apenas le ponía algo de carga (el LED por ejemplo) el voltaje bajaba muchísimo.

20200617-234059.png

20200617-234158.png

Como controlar Triacs

Triac-diac con resistencia variable

Lo que cambié respecto de los diseños a continuación es que puse el "snubber" en paralelo a las terminales MT1 y MT2 del triac, en vez de lo que dicen las fotos. Según internet el snubber en paralelo con el triac funciona bien, pero la verdad es que no sé por qué es mejor (o sería mejor) poner el snubber como se muestra en las figuras a continuación.

{{:proyectos:3d:20200529-073531.png?400x0}}

{{:proyectos:3d:20200529-074513.png?400x0}}

{{:proyectos:3d:20200602-170927.png?400x0}}

Series winding: Circuito de control digital I

El de abajo depende de un opto-triac y de un zero-cross detection circuit.

Este se parece más al analógico de arriba, que en vez de usar un potenciometro, usa un LDR. La resistencia de ese LDR es controlada por un LED, que es controlado por un Arduino. Una buena solución.

Video: https://www.youtube.com/watch?v=7yEABsNyRfo

Series winding: Circuito de control digital II

Triac-diac con optocoplador para Arduino

En realidad, este circuito esta hecho para un light dimmer, pero quizás sirva.

http://www.bristolwatch.com/arduino/arduino1.htm

Es un poco raro que use un diac y el optocoupler 3011, porque este ultimo ya tiene un triac adentro. Y de hecho es así, ese diac puede omitirse: https://youtu.be/oPiG3Qj_wWo?t=564

En ese caso, el circuito es equivalente al siguiente...

Triac con optoacoplador para Arduino

Este es un diseño que serviría para controlar el motor con un Arduino.

{{:proyectos:3d:20200602-172227.png?400x0}}

Necesitaba un optocoplador MOC 3020/3021 y compré el equivocado (un 3041). La diferencia entre ellos es que el 3041 tiene "zero-crossing detection", o sea que solamente deja pasar corriente si el optocoplador esta activo durante la inversión del voltaje AC.

Info:

Nota: en otro video del canal "post-apocalyptic inventor" el tipo muestra que su circuito con el tristor no es óptimo, es solo "half-wave" y no logró armar uno "full-wave" que anduviera bien. Así que me quedaría con el circuito que muestra FloweringElbow en su video.

Nota: el capacitor C4 y la resistencia R14 son un "snubber circuit", pero no es el único. Aparentemente hay otro snubber que viene de este instructables formado por el capacitor C3. Según ese instructables, son dos "tipos" de circuito snubber.

Control con Arduino

Además del circuito que controla el motor, es importante armar dos circuitos más, para:

  • Detectar el "zero crossing" de la corriente alterna de la pared.
  • Medir la velocidad de rotación del motor usando el tacómetro con el que viene.

20201228-170415.png

Para detectar el "zero-crossing", usa un optocoplador de manera similar a este proyecto de light dimmer.

Para medir los pulsos del tacómetro, usa un circuito comparador.

{{:proyectos:3d:upcycle:20200611-115246.png?0x300}}

Componentes clave:

  • Optocoupler 3021/3023 (opto-triac) para disparar el triac del motor.
  • Optocoupler PC817 (opto-transistor) para detectar el zero-crossing del voltaje AC.
  • Comparador LM393 (dual differential comparator) para leer el tacómetro del motor.
  • Una resistencia de 100 Ohm y 5W.
  • Capacitores de 47 nF, 100 nF (x2), 220 nF (x1)

Además Muchas resistencias, capacitores y diodos.

BOM completa: universal_ac_motor_pid_control_clgotsovlr.zip

Mejoras al circuito

{{:proyectos:3d:20200529-073916.png?0x300}}

Links sacados del video y del instructable de FloweringElbow:

Half-wave control del "PAI"

{{:proyectos:3d:20200529-075838.png?0x300}}

Motor Universal (de licuadora)

Probablemente sea de 600 W, conectado a 220 V AC con un potenciómetro de por medio. También tenía un interruptor que seguramente cerraba el circuito solamente cuando se colocaba una herramienta sobre la base de la licuadora (para nunca girar libre).

El diámetro del eje es 6 mm. Viene con una rosca, arandela y tuerca, que servían para ajustar la base de la licuadora.

Originalmente el engranaje se conectaba a una caja reductora "planetaria". Creo entonces que tenia dos tipos de herramientas: una con más RPM (conectada directamente al eje) y otra con menos, conectada a la caja reductora.

No estoy seguro pero creo que la potencia se regulaba con un selector de resistencias de algunos MegaOhm (Entre 20 MΩ y 0.5 MΩ aprox).

Como se ve en el video (hacia el final) el motor está bastante "trabado" y no gira debajo de 12 V. Ofrece bastante resistencia a la rotación. Le puse WD-40 y pareció ayudar, pero muy poco. Quizás sea así por diseño, quizás esté sucio.

Video: https://www.youtube.com/watch?v=MCdyuEkksUE

Circuitos de control

En principio se usa un pedal. Lo más probable es que en las máquinas "pro" eso controle la velocidad (y no la potencia) con PID o algo asi.

Intenté usar un motor NEMA 17 y un Arduino, pero el torque de ese motor es muy pequeño. En cambio, el motor de licuadora debería tener suficiente punch!

Para controlarlo con PID debería armar un circuito similar al del motor de lavarropas, que es del mismo tipo. Por ahora (01/2021) no logré hacerlo andar :/ asi que me quedo con el analógico que solo tiene control de potencia.

Nota: podría usar un stepper o algo asi para hacer control closed-loop moviendo el potenciometro, pero lo dejo como alternativa.

El circuito analógico es el mismo que hice para el motor de lavarropas:

Respecto al circuito original, hay varias desviaciones:

  • No está el varistor.
  • La resistencia entre el Diac y el potenciometro es 225 kOhm (en vez de 22 kOhm).
  • La resistencia entre el motor y el potenciómetro no está.
  • C1 es de 47 nF (en vez de 100 nF) y C2 es de 100 nF (en vez de 33 nF).
  • No tiene el snubber!

20210106-114316.png20210106-120641.png

Correccion: el diac es "DB3" (no DB2).

En mis pruebas, funciona, pero no es ideal. A veces salta.

Circuito #4

En el application note de STM dice que lo mejor es hacer el "circuito #4" que menciona FloweringElbow en su video:

20210106-122814.png

TRIAC analog control circuits for inductive loads.

Motor de lavarropas de induccion de tres fases

Es interesante! el rotor no tiene conexiones ni imanes permanentes.

Para moverlo hay que generar corriente alterna de 3 fases, y necesitaria armar un "3 phase inverter". Un "inverter" invierte corriente contínua en conrriente alterna de una fase. Hay inverters comerciales como el "VFD" que se conectan a 220 VAC de una fase (la pared) y sacan 220 VAC de tres fases.

Buena explicación acá:

Ejemplos de circuito inverter:

Hay inverters cuadrados (como el anterior) y "pure sinewave". Se supone los de onda sinoidal son menos ruidosos, la onda es igual a la que sale de la pared. Ver este circuito:

Más info:

Varios Circuitos para inverters de tres fases

Circuito 1 - Ilusys Systems

Muy buena explicación.

Designing 3-phase motor driver: https://www.youtube.com/watch?v=TAFDX301Qrk

BOM:

Circuito 2 - Blogthor

https://electronics-project-hub.com/three-phase-inverter-circuit-diagram/

  • IRF9540
  • IRF540
  • BC 577
  • BC 548
  • Transformadores 0-9V/220V/5A

Circuito 3 - Pantech

https://www.youtube.com/watch?v=M8Ae5n2A3RY

Circuito 4 - Kash Patel

Hay dos codigos, el más simple parece ser el del arduino UNO, que repite el sketch de LED brightness tres veces, y los hace loopear con contadores "fuera de fase" (uno arranca en -170, otro en 0, y el último en 170). Imagino que eso tiene algo que ver con el desfasaje de 120º.

El del arduino mega tiene más cosas: botones, perilla, display, etc. Además parece que tiene un "dead time" agregado, para evitar que los dos IGBTs de una fase se activen a la vez por error.

Reusar un ESC

El ESC es el driver de los motores BLDC, típicos de avioncitos y drones.

Esos tienen un feature en el firmware, que hay que deshabilitar, para que anden con un motor de tres fases: https://electronics.stackexchange.com/a/251099

Hay un repo con firmwares modificables para varios drivers: https://github.com/sim-/tgy

Tendría que ver bien en qué consiste esa modificiación.

Aplicaciones

Torno para cerámica

Video ilustrativo: https://www.instagram.com/p/CIBUBnYjyUs

Video explicativo: https://www.youtube.com/watch?v=LqlGoTwVD4g

Más videos:

Características importantes:

  • Hasta 1 Kg de arcilla.
  • Velocidad máxima: 240 RPM
  • Control de velocidad (con pedal).
  • Mecanismos y electrónica protegida del agua y de la arcilla.
  • Diámetro aproximado: 30 cm
  • El plato y la velocidad deben ser estables (no temblar, ni frenarse).

Diseño

Normalmente se diseñan como exprimidores de naranja (con un balde que tiene un agujero en el medio para el eje del motor, que está abajo).

Pero ese diseño neceita partes demasiado específicas, es más fácil conseguir una palangana, así que pensé en esto:

20201202-060355.png

En gris el motor, en rojo la polea, en negro la mesa que gira. En azul rulemanes, para que el plato gire sobre la base como si fuera el plato del microondas (que esta en amarillito).

El problema que tiene es que hay que proteger el motor del agua. Pensé que con una bolsa de aspiradora de esas que no dejan pasar el agua (pero si el aire) iría bien.

Probé con un NEMA 17 pero el torque es demasiado pequeño, se traba apenas con algo de resistencia :(

Intenté acoplar el motor de licuadora con poleas GT2 y poleas impresas en 3D. "Funcionó", pero vibraba un montón.

Dada mi experiencia con el shunt winding de un motor universal, creo que va a ser mejor tener un motor grandote al costado y listo.

Motor de inducción VS universal

El universal en "series winding" sería más simple de controlar en cuanto a electrónica (aunque no fácil), pero el de inducción no puede pasarse de revoluciones.

Por eso creo que es más seguro usar uno de inducción, y aprender a armar un cricuito trifásico (dado que no pude hacer andar el circuito PID para el motor universal, además) quizás sea divertido.

Por otro lado el "shunt winding" de un motor universal anda bastante bien, a bajo voltaje, y parece fácil de regular. Así que no sería una mala idea, y probablemente me quede con esto.

Algunas cuentitas de plata:

Una torneta nueva está 5.000 pesos y un torno chico está 120.000 pesos (2021-2022). Un motor de inducción (usado) sale entre 5 y 10 lucas, así que cualquier adaptación funcional de uno de esos deja un margen de al menos 100.000 pesos.

Algunos motores de inducción (también llamados "trifásicos") usados en venta:

Poleas y correas para lavarropas:

Circuito de control DC

Ver:

Sistema de transmisión

Venden correas acá: https://g.page/Servibaires

Compré una cualquiera pero no tuve suerte (oh sorpresa), porque los dientitos no coinciden.

Asi que fui con el motor a este local y me dieron una que funcionó mejor:

20220530-043907.png

Para los rodamientos usé un par de estos: