Un motor de reluctancia es un tipo de motor eléctrico que induce polos magnéticos no permanentes en el rotor ferromagnético . El rotor no tiene bobinados. Genera par a través de la 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 de par (la diferencia entre el par máximo y mínimo durante una revolución) cuando funcionan a baja velocidad y ruido debido a la ondulación de par. [1]
Hasta principios del siglo XXI, su uso estaba limitado por la complejidad de su diseño y control. [ disputado – discutir ] Los avances en la teoría, las herramientas de diseño informático y los sistemas integrados de bajo coste para el control superaron estos obstáculos. Los microcontroladores utilizan algoritmos de control informáticos en tiempo real para adaptar las formas de onda de accionamiento 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, similares a un motor de corriente continua con escobillas de campo bobinado . El rotor consta de material magnético blando, como acero al silicio laminado , que tiene múltiples proyecciones que actúan como polos magnéticos salientes a través de la reluctancia magnética . En el caso de los motores de reluctancia conmutada, la cantidad de polos del rotor suele ser menor que la cantidad 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 adyacentes del estator, 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 activa un polo del estator, el par del rotor se produce en la dirección que reduce la reluctancia. Por lo tanto, el polo del rotor más cercano se desplaza desde la posición no alineada hasta la alineación con el campo del estator (una posición de menor reluctancia). (Este es el mismo efecto que se utiliza con un solenoide o cuando se recoge un metal ferromagnético con un imán ). Para mantener la rotación, el campo del estator debe girar por delante de 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 proporciona importantes ventajas de control para el arranque del motor, el control de velocidad y el funcionamiento suave (baja ondulación del par).
La inductancia de cada devanado de fase del motor varía con la posición, ya que 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 en el estator y en el rotor. Las proyecciones del rotor están dispuestas de forma que se introduzcan "barreras" de flujo interno, unos orificios que dirigen el flujo magnético a lo largo del denominado eje directo. El número de polos debe ser par, normalmente 4 o 6.
El rotor funciona a velocidades síncronas sin partes conductoras de corriente. Las pérdidas del rotor son mínimas en comparación con las de un motor de inducción , sin embargo, normalmente tiene menos par . [2] [3]
Una vez que se pone en marcha a velocidad sincrónica, el motor puede funcionar con tensión sinusoidal. El control de velocidad requiere un variador de frecuencia .
Los SynRM de alta potencia generalmente 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 un material de este tipo crea regiones altamente magnetizadas, que sirven como polos del rotor, mientras que otras regiones quedan no magnéticas (no permeables). En un experimento en el que se utilizó nitruración a alta temperatura para aumentar la resistencia, un rotor de doble fase generó 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 no permeables les permite ser más grandes y resistentes, lo que reduce 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 2 T de los motores convencionales. [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 potencia se entrega a los devanados del estator (carcasa) en lugar de al rotor . Esto simplifica el diseño mecánico porque no es necesario entregar potencia 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 potencia a los diferentes devanados y limitar la ondulación del par . [7] [8] Las fuentes no están de acuerdo sobre si es un tipo de motor paso a paso . [9]
El SRM más simple tiene el costo de construcción más bajo de todos los motores eléctricos. Los motores industriales pueden tener cierta reducción de costos debido a la falta de bobinados de rotor o imanes permanentes. Los usos comunes incluyen aplicaciones donde el rotor debe permanecer estacionario durante largos períodos y en entornos potencialmente explosivos como la minería, porque no hay conmutación involucrada.
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 de los devanados, que depende en gran medida de la posición.Los procesadores de señales digitales y los algoritmos especiales en los controles SR son vitales para cronometrar con precisión los pulsos de corriente que se alimentan a los devanados del motor en relación con la posición del rotor y el estator. La tecnología SR no ha experimentado avances reales. Interés reducido en la tecnología SR
Los variadores SR funcionan a frecuencias de conmutación que normalmente son 10 veces más bajas que los variadores de CA comparables. Algunas otras fuentes parecen poner a ambos motores en la misma categoría. Emotron coincide en que el motor SR actual no es un motor paso a paso, ya que la corriente se supervisa y controla continuamente en relación con la posición angular del rotor.
