Un motor de reluctancia es un tipo de motor eléctrico que induce polos magnéticos no permanentes en el rotor ferromagnético . El rotor no tiene devanados. Genera torque a través de reluctancia magnética .
Los subtipos de motores de reluctancia incluyen síncronos, variables, conmutados y de pasos variables.
Los motores de reluctancia pueden ofrecer una alta densidad de potencia a bajo costo, lo que los hace atractivos para muchas aplicaciones. Las desventajas incluyen una alta ondulación del par (la diferencia entre el par máximo y mínimo durante una revolución) cuando se opera a baja velocidad y el ruido debido a la ondulación del par. [1]
Hasta principios del siglo XXI, su uso estaba limitado por la complejidad de diseñarlos y controlarlos. [ disputado – discutir ] Los avances en la teoría, las herramientas de diseño informático y los sistemas integrados de control de bajo costo superaron estos obstáculos. Los microcontroladores utilizan algoritmos de control informático en tiempo real para adaptar las formas de onda del variador según la posición del rotor y la retroalimentación de corriente/voltaje. Antes del desarrollo de los circuitos integrados a gran escala , la electrónica de control era prohibitivamente costosa.
El estator consta de múltiples polos electromagnéticos salientes (salientes) , similar a un motor de CC con escobillas de campo bobinado . El rotor consta de un material magnético blando, como acero al silicio laminado , que tiene múltiples proyecciones que actúan como polos magnéticos salientes a través de la reluctancia magnética . Para los motores de reluctancia conmutada, el número de polos del rotor suele ser menor que el número de polos del estator, lo que minimiza la ondulación del par y evita que todos los polos se alineen simultáneamente, una posición que no puede generar par.
Cuando un polo del rotor está equidistante de dos polos del estator adyacentes, se dice que el polo del rotor está en la "posición completamente desalineada". Esta es la posición de máxima reluctancia magnética para el polo del rotor. En la "posición alineada", dos (o más) polos del rotor están completamente alineados con dos (o más) polos del estator (lo que significa que los polos del rotor están completamente orientados hacia los polos del estator) y es una posición de mínima reluctancia.
Cuando se energiza un polo del estator, el par del rotor está en la dirección que reduce la reluctancia. Por lo tanto, el polo del rotor más cercano se tira desde la posición no alineada hasta alinearlo con el campo del estator (una posición de menor reluctancia). (Este es el mismo efecto que utiliza un solenoide o cuando se recoge metal ferromagnético con un imán ). Para mantener la rotación, el campo del estator debe girar antes que los polos del rotor, "tirando" constantemente del rotor. Algunas variantes de motor funcionan con alimentación de CA trifásica (consulte la variante de reluctancia síncrona a continuación). La mayoría de los diseños modernos son del tipo de reluctancia conmutada, porque la conmutación electrónica ofrece importantes ventajas de control para el arranque del motor, control de velocidad y funcionamiento suave (baja ondulación del par).
La inductancia de cada devanado de fase en el motor varía con la posición, porque la reluctancia también varía con la posición. Esto presenta un desafío para los sistemas de control .
Los motores síncronos de reluctancia (SynRM) tienen el mismo número de polos del estator y del rotor. Los salientes del rotor están dispuestos para introducir “barreras” internas de flujo, orificios que dirigen el flujo magnético a lo largo del llamado eje directo. El número de polos debe ser par, normalmente 4 o 6.
El rotor funciona a velocidades síncronas sin piezas conductoras de corriente. Las pérdidas del rotor son mínimas en comparación con las de un motor de inducción , sin embargo normalmente tiene menos torque . [2] [3]
Una vez arrancado a velocidad síncrona, el motor puede funcionar con tensión sinusoidal. El control de velocidad requiere un variador de frecuencia .
Los SynRM de alta potencia normalmente requieren elementos de tierras raras como el neodimio y el disprosio . Sin embargo, un estudio de 2023 informó el uso de un laminado magnético de doble fase para reemplazarlos. La magnetización de dicho material crea regiones altamente magnetizadas, que sirven como polos del rotor, mientras que otras regiones quedan no magnéticas (impermeables). En un experimento que utilizó nitruración a alta temperatura para aumentar la resistencia, un rotor de doble fase produjo 23 kW a 14.000 RPM con una densidad de potencia de 1,4 kW y una eficiencia máxima del 94%, mientras que un rotor convencional comparable produjo 3,7 kW. El uso de postes y puentes impermeables les permite ser más grandes y más fuertes, reduciendo la interferencia entre las líneas de flujo del rotor y el estator. Una limitación es que la magnetización está limitada a 1,5 T , en comparación con los motores convencionales de 2 T. [4] [5] [6]
El motor de reluctancia conmutada (SRM) es un tipo de motor de reluctancia. A diferencia de los motores de CC con escobillas , la energía se entrega a los devanados del estator (carcasa) en lugar del rotor . Esto simplifica el diseño mecánico porque no es necesario entregar energía al rotor en movimiento, lo que elimina la necesidad de un conmutador . Sin embargo, complica el diseño eléctrico, porque un sistema de conmutación debe entregar energía a los diferentes devanados y limitar la ondulación del par . [7] [8] Las fuentes no están de acuerdo sobre si se trata de un tipo de motor paso a paso . [9]
El SRM más simple tiene el costo de construcción más bajo de cualquier motor eléctrico. Los motores industriales pueden tener cierta reducción de costos debido a la falta de devanados del rotor o imanes permanentes. Los usos comunes incluyen aplicaciones en las que el rotor debe permanecer estacionario durante largos períodos y en entornos potencialmente explosivos como la minería, porque no implica conmutación.
Los devanados de un SRM están aislados eléctricamente entre sí, lo que produce una mayor tolerancia a fallas que los motores de inducción . La forma de onda de accionamiento óptima no es una sinusoide pura , debido al par no lineal en relación con el desplazamiento del rotor y a la inductancia altamente dependiente de la posición de los devanados.Los procesadores de señales digitales y los algoritmos especiales en los controles SR son vitales para cronometrar con precisión los pulsos de corriente alimentados a los devanados del motor en relación con la posición del rotor y el estator. La tecnología SR no ha experimentado avances reales. Reducido interés en la tecnología SR.
Las unidades SR funcionan a frecuencias de conmutación típicamente 10 veces más bajas que las unidades de CA comparables. Algunas otras fuentes parecen poner ambos motores en la misma categoría. Emotron está de acuerdo en que el motor SR actual no es un motor paso a paso, ya que la corriente se monitorea y controla continuamente en relación con la posición angular del rotor.
