Un motor de repulsión es un tipo de motor eléctrico que funciona con corriente alterna (CA). Anteriormente se utilizaba como motor de tracción para trenes eléctricos (por ejemplo, unidades eléctricas múltiples SR Clase CP y SR Clase SL ), pero ha sido reemplazado por otros tipos de motores. [ cita requerida ] Los motores de repulsión se clasifican como motores monofásicos .
En los motores de repulsión, los devanados del estator están conectados directamente a la fuente de alimentación de CA y el rotor está conectado a un conmutador y un conjunto de escobillas , similar al de un motor de corriente continua (CC). [1]
El motor tiene un estator y un rotor , pero no hay conexión eléctrica entre ambos y la corriente del rotor se genera por inducción . El devanado del rotor está conectado a un conmutador que está en contacto con un par de escobillas en cortocircuito que se pueden mover para cambiar su posición angular con respecto a una línea imaginaria trazada a través del eje del estator. El motor se puede poner en marcha, detener y revertir, y se puede variar la velocidad, simplemente cambiando la posición angular de las escobillas.
La mayoría de los motores de conmutador están limitados a unos 1500 voltios , ya que los voltajes más altos generan un riesgo de arco eléctrico en el conmutador. Los motores de repulsión se pueden utilizar a voltajes más altos porque el circuito del rotor no está conectado eléctricamente a la fuente de alimentación.
Los motores de repulsión se basan en el principio de repulsión entre dos campos magnéticos . Considere un motor de polos salientes de 2 polos con un eje magnético vertical. La armadura está conectada a un conmutador y escobillas. Las escobillas están cortocircuitadas utilizando un puente de baja resistencia. Cuando se suministra corriente alterna al devanado de campo (estator), induce una fuerza electromotriz (fem) en la armadura. La dirección de la corriente alterna es tal que crea un polo norte en la parte superior y un polo sur en la parte inferior. La dirección de la fem inducida viene dada por la ley de Lenz , según la cual la dirección de la fem inducida se opone a la causa que la produce. La fem inducida induce corriente en los conductores de la armadura y la dirección de la corriente inducida depende de la posición de las escobillas.
Si el eje de la escobilla se encuentra en la dirección del campo magnético, la armadura se comporta como un electroimán y se forma un polo N directamente debajo del polo N del estator y un polo S directamente encima del polo S del estator. El par neto en esta condición es cero. Ambos polos N se repelen entre sí y ambos polos S se repelen entre sí. Las dos fuerzas de repulsión están en oposición directa entre sí y, por lo tanto, no se desarrollará ningún par. Este es un proceso muy rápido en este motor de repulsión.
Si las escobillas se desplazan 90 grados, de modo que el eje magnético quede perpendicular al eje de las escobillas, las bobinas que sufren cortocircuito cambian. Aparte de las bobinas que sufren cortocircuito, el voltaje inducido en las otras bobinas entre los terminales de las escobillas se neutraliza y el voltaje neto es cero. Como no hay fem inducida, no hay corriente en el circuito y el par neto desarrollado es, nuevamente, cero.
Si el eje de la escobilla se desplaza en un ángulo con respecto al eje magnético, se induce un voltaje neto en los terminales de la escobilla que producirá corriente en la armadura. La corriente en el circuito de la armadura producirá su propio campo magnético, con polos norte y sur, pero en esta condición, el polo norte no está directamente debajo del polo norte del eje magnético y el polo sur no está directamente sobre el polo sur del eje magnético. Los polos de la armadura están ligeramente desplazados con respecto a los del estator. En esta condición, el polo N del campo del estator repelerá el polo N del campo del rotor y el polo S del campo del estator repelerá el polo S del campo del rotor, por lo que el rotor comienza a girar.
La dirección de rotación está determinada por la posición de las escobillas con respecto al campo magnético del estator. Si las escobillas se desplazan en el sentido de las agujas del reloj respecto del eje magnético principal, el motor girará en el sentido de las agujas del reloj. Si las escobillas se desplazan en el sentido contrario a las agujas del reloj respecto del eje magnético principal, el motor girará en el sentido contrario a las agujas del reloj.
El par de arranque de un motor de repulsión está determinado por el ángulo de desplazamiento de las escobillas respecto del eje magnético principal. El par máximo se obtiene a partir de un desplazamiento de las escobillas de 45 grados. El desplazamiento de las escobillas también se puede utilizar para controlar la velocidad de un motor de repulsión.
A continuación se enumeran los tipos de motores de repulsión. Es probable que los diferentes tipos se hayan desarrollado para que las características de par /velocidad del motor coincidan lo más posible con el servicio que debía proporcionar.
El motor Elihu Thomson es el motor de repulsión original y se describe en "Construcción" más arriba.
El motor Deri es similar al tipo Elihu Thomson, pero tiene dos pares de escobillas cortocircuitadas: una fija y otra móvil. Esto permite un control muy preciso de la velocidad.
Este es el motor de repulsión "compensado" ideado independientemente por Latour y por Winter-Eichberg . Hay, nuevamente, dos pares de escobillas pero están fijadas en ángulos rectos entre sí. Un par está en cortocircuito mientras que el otro par se alimenta con corriente alterna de voltaje variable desde tomas en el devanado secundario de un pequeño transformador . El devanado primario del transformador está en serie con el devanado del estator del motor. Este motor tiene las mismas características de par/velocidad que un motor de bobinado en serie común.
El motor Atkinson tiene dos bobinas de estator en ángulo recto entre sí. El control de velocidad (mediante el cambio de escobillas) es posible desde un 75 % por debajo de la velocidad sincrónica hasta un 10 % por encima. El par de arranque es aproximadamente 2,5 veces el par de plena carga con el doble de corriente de plena carga.
Se utilizaban cuando se necesitaba un par de arranque elevado. Empezaron como motores de repulsión, pero una vez que funcionaban a una fracción considerable de la velocidad máxima, las escobillas se levantaban mecánicamente y todas las barras del conmutador se ponían en cortocircuito para crear el equivalente a un motor de inducción de jaula de ardilla .
Las aplicaciones del motor de repulsión incluyeron: