Calculadora de reducción térmica BLDC

Esta calculadora modela el aumento de temperatura del motor BLDCutilizando una red de resistencia térmicapara verificar que las temperaturas del bobinado se mantengan dentro de los límites de la clase de aislamiento. Los diseñadores de motores, los fabricantes de drones y los integradores industriales la utilizan para determinar los niveles de corriente continua y la refrigeración necesaria para su entorno operativo.

El modelo térmico de estado estacionario sigue una analogía eléctrica: el flujo de calor (vatios) a través de la resistencia térmica (C/W) produce una diferencia de temperatura (C). Según el modelo térmico de Mellor (IEE Proc. 1991), la ruta principal es bobinado -> plancha del estator -> carcasa -> ambiente, con $T_{winding} = T_{ambient} + P_{total} \times (R_{\theta,wc} + R_{\theta,ca})$, donde $R_{\theta,wc}$ es la resistencia térmica de la carcasa a la caja y $R_{\theta,ca}$ es la resistencia térmica de la carcasa al ambiente.

La clase de aislamiento define la temperatura máxima permitida de bobinado según la norma IEC 60085: clase B (130 °C), clase F (155 °C) y clase H (180 °C). La mayoría de los motores BLDC para aficionados utilizan alambre esmaltado de clase B o F. Superar la clasificación en 10 °C reduce a la mitad la vida útil del aislamiento según la regla de Arrhenius; el margen térmico no es opcional.

La resistencia del cobre aumenta con la temperatura: $R(T) = R_{25} \times (1 + \alpha (T - 25))$, donde $\alpha = 0.00393$ /C para el cobre. Esto genera una retroalimentación térmica positiva: los bobinados más calientes tienen una mayor resistencia, lo que provoca más pérdidas $I^2R$, lo que aumenta aún más la temperatura. La temperatura de equilibrio se debe resolver de forma iterativa o mediante la forma cerrada: $T_{eq} = T_{amb} + I^2 R(T_{amb}) \times R_{\theta,total} / (1 - \alpha \times I^2 R_{25} \times R_{\theta,total})$ (maxon). La calculadora usa esta forma cerrada con $I$ la corriente de alimentación y $R_{25}$ la resistencia en bornes entre dos cables a 25C, por la que circula esa corriente con conmutación por bloques. Donde $\alpha \times I^2 R_{25} \times R_{\theta,total} \geq 1$ no hay equilibrio (embalamiento térmico), y la calculadora no da ninguno.

La constante de tiempo térmica de primer orden $\tau = R_{\theta} \times C_{th}$ (donde $C_{th}$ es la capacitancia térmica en J/C) determina la rapidez con la que se calienta el motor. Los motores de drones pequeños ($\tau$ = 10-30 s) alcanzan el 63% de la temperatura final en menos de 30 segundos. Esto significa que los valores nominales de corriente de ráfaga solo son seguros para duraciones muy por debajo del $\tau$.