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 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 . [1] [2] Las fuentes no están de acuerdo sobre si se trata de un tipo de motor paso a paso . [3]
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.
La primera patente fue de WH Taylor en 1838 en los Estados Unidos. [4]
Los principios de los accionamientos SR se describieron alrededor de 1970 [5] y fueron mejorados por Peter Lawrenson y otros a partir de 1980. [6] En ese momento, algunos expertos consideraron que la tecnología era inviable, [7] y su aplicación práctica ha sido limitada, en parte debido a problemas de control y aplicaciones inadecuadas, y porque los bajos números de producción resultan en costos más altos . [8] [1] [9]
El SRM tiene bobinas de campo enrolladas como en un motor de CC para los devanados del estator. Sin embargo, el rotor no tiene imanes ni bobinas adheridas. Es un rotor sólido de polos salientes (con polos magnéticos salientes) hecho de material magnético blando (a menudo acero laminado). Cuando se aplica energía a los devanados del estator, la reluctancia magnética del rotor crea una fuerza que intenta alinear el polo del rotor con el polo del estator más cercano. Para mantener la rotación, un sistema de control electrónico enciende los devanados de los sucesivos polos del estator en secuencia para que el campo magnético del estator "conduzca" el polo del rotor, empujándolo hacia adelante. En lugar de utilizar un conmutador mecánico para conmutar la corriente del devanado como en los motores tradicionales, el motor de reluctancia conmutada utiliza un sensor de posición electrónico para determinar el ángulo del eje del rotor y una electrónica de estado sólido para conmutar los devanados del estator, lo que permite el control dinámico del pulso. sincronización y configuración. Esto difiere del motor de inducción aparentemente similar que también energiza los devanados en una secuencia de fases giratoria. En un SRM, la magnetización del rotor es estática (un polo 'Norte' saliente permanece así mientras el motor gira), mientras que un motor de inducción tiene deslizamiento (gira a una velocidad ligeramente menor que la sincrónica). La ausencia de deslizamiento del SRM permite conocer exactamente la posición del rotor, lo que permite que el motor avance con una lentitud arbitraria.
Si los polos A0 y A1 están energizados, el rotor se alineará con estos polos. Una vez que esto ha ocurrido, es posible desenergizar los polos del estator antes de que se energicen los polos del estator de B0 y B1. El rotor ahora está colocado en los polos del estator b. Esta secuencia continúa hasta c antes de regresar al inicio. Esta secuencia también se puede invertir para lograr un movimiento en la dirección opuesta. Las cargas elevadas y/o la desaceleración elevada pueden desestabilizar esta secuencia, provocando que se pierda un paso, de modo que el rotor salte en un ángulo incorrecto, tal vez retrocediendo un paso en lugar de avanzar tres.
Se puede encontrar un sistema mucho más estable utilizando una secuencia de "cuadratura" en la que se energizan hasta dos bobinas en cualquier momento. Primero, se energizan los polos del estator A0 y A1. Luego, se energizan los polos del estator B0 y B1, lo que tira del rotor para que quede alineado entre A y B. Después de esto, los polos del estator de A se desenergizan y el rotor continúa alineándose con B. La secuencia continúa hasta BC, C y CA para completar una rotación completa. Esta secuencia se puede invertir para lograr un movimiento en la dirección opuesta. Más pasos entre posiciones con idéntica magnetización, por lo que el inicio de los pasos perdidos se produce a velocidades o cargas más altas.
Además de una operación más estable, este enfoque conduce a un ciclo de trabajo de cada fase de 1/2, en lugar de 1/3 como en la secuencia más simple.
El sistema de control es responsable de dar los pulsos secuenciales requeridos al circuito de potencia. Es posible hacerlo utilizando medios electromecánicos como conmutadores o circuitos de temporización analógicos o digitales.
Muchos controladores incorporan controladores lógicos programables (PLC) en lugar de componentes electromecánicos. Un microcontrolador puede permitir una sincronización precisa de la activación de fases. También permite una función de inicio suave en forma de software, para reducir la cantidad de hardware requerido. Un circuito de retroalimentación mejora el sistema de control. [1]
El método más común para alimentar un SRM es utilizar un convertidor puente asimétrico. La frecuencia de conmutación puede ser 10 veces menor que la de los motores de CA. [3]
Las fases de un convertidor puente asimétrico corresponden a las fases del motor. Si ambos interruptores de alimentación a cada lado de la fase están encendidos, entonces se activa la fase correspondiente. Una vez que la corriente ha aumentado por encima del valor establecido, el interruptor se apaga. La energía ahora almacenada dentro del devanado mantiene la corriente en la misma dirección, la llamada EMF inversa (BEMF). Este BEMF se devuelve a través de los diodos al condensador para su reutilización, mejorando así la eficiencia. [10]
Este circuito básico puede modificarse para que se requieran menos componentes aunque el circuito realice la misma acción. Este circuito eficiente se conoce como configuración de interruptor y diodo (n+1).
Se utiliza un condensador , en cualquier configuración, para almacenar BEMF para su reutilización y para suprimir el ruido eléctrico y acústico limitando las fluctuaciones en la tensión de alimentación.
Si se desconecta una fase, un motor SR puede continuar funcionando con un par más bajo, a diferencia de un motor de inducción de CA que se apaga. [5] [11]
Los SRM se utilizan en algunos aparatos, [12] especialmente en su forma lineal para la conversión de energía de las olas , [13] trenes de levitación magnética [14] o máquinas de coser industriales. [15]
El mismo diseño electromecánico se puede utilizar en un generador. La carga se cambia a las bobinas en secuencia para sincronizar el flujo de corriente con la rotación. Estos generadores pueden funcionar a velocidades mucho más altas que los tipos convencionales, ya que la armadura puede fabricarse como una sola pieza de material magnetizable, como un cilindro ranurado. [16] En este caso la abreviatura SRM se amplía para significar Máquina de Reluctancia Conmutada (junto con SRG, Generador de Reluctancia Conmutada). Una topología que sea a la vez motor y generador es útil para arrancar el motor primario, ya que ahorra un motor de arranque dedicado.
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.
Debido a sus cifras de producción relativamente menores, los costos de fabricación de la tecnología SR tienden a ser más altos.
Cuando se desea desconectar el devanado de fase de la alimentación (este instante también depende de la posición del eje) se apagan los dispositivos T1 y T2. La energía almacenada en el devanado de fase A tiende a mantener la corriente en la misma dirección. . Esta corriente pasa desde el devanado a través de D1 y D2 hasta el suministro. De este modo, la energía almacenada se devuelve a la red eléctrica.
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