Qué es un motor de reluctancia conmutada y su funcionamiento

El SRM o motor de reluctancia conmutada no es una tecnología nueva; sin embargo, sus versiones comerciales han aparecido simplemente desde los últimos años. Los diseñadores de este motor declararon que proporcionan una alta eficiencia, mayor fiabilidad, menor precio y mayor rendimiento en comparación con otros tipos de motores. El concepto de SRM fue reconocido en el año 1838. Las principales ventajas del motor de reluctancia conmutada son, principalmente, la fiabilidad, el aumento del rendimiento, la alta eficiencia del accionamiento del motor, el coste global del sistema es menor, etc. Este artículo presenta una visión general del motor de reluctancia conmutada.

¿Qué es un motor de reluctancia conmutada?

Un motor eléctrico como el SRM (motor de reluctancia conmutada) funciona mediante un par de reluctancia. A diferencia de los tipos de motor de corriente continua con escobillas comunes, la potencia puede transmitirse a los devanados del estator en lugar de al rotor. Un nombre alternativo de este motor es VRM (motor de reluctancia variable). Para un mejor funcionamiento de este motor, utiliza un inversor de conmutación. Las características de control de este motor son las mismas que las de los motores de corriente continua que se conmutan electrónicamente. Estos motores son aplicables cuando el tamaño, así como la relación entre los caballos de fuerza (CV) y el peso, son críticos.

Este motor simplifica su diseño mecánico para restringir el flujo de corriente hacia una pieza giratoria; sin embargo, complica el diseño porque hay que emplear algún tipo de sistema de conmutación para transmitir la potencia hacia los distintos devanados. Este diseño mecánico también puede utilizarse para un generador. La carga puede conmutarse hacia las bobinas dentro de la secuencia para coordinar el flujo de corriente a través de la rotación. Así, estos generadores también pueden funcionar a alta velocidad en comparación con los tipos convencionales de motores, porque el inducido está hecho como una sola pieza de material magnetizable, como un cilindro ranurado.

Principio de funcionamiento

El principio de funcionamiento del motor de reluctancia conmutada es que funciona según el principio de la reluctancia variable, es decir, el rotor de este motor intenta alinearse constantemente por el carril de menor reluctancia.

La formación del campo magnético giratorio puede realizarse mediante el circuito de conmutación de la electrónica de potencia. En éste, la reluctancia del circuito magnético puede depender principalmente del entrehierro. Por tanto, modificando el entrehierro entre el rotor y el estator, también podemos modificar la reluctancia de este motor.
Aquí, la reluctancia puede definirse como la resistencia al flujo magnético. En los circuitos eléctricos, la reluctancia es la combinación de la resistencia y el circuito magnético.

Construcción de motores de reluctancia conmutada

A continuación se muestra la construcción del motor de reluctancia conmutada. Este motor incluye 6 polos del estator y 4 polos del rotor. El diseño del estator se puede realizar mediante estampados de acero al silicio dentro de los polos proyectados. Los polos del estator pueden ser impares o pares. La mayoría de los motores eléctricos tienen un número par de polos dentro del estator que tienen bobinas de campo.

Cuando los polos son opuestos, las bobinas de campo se conectan en serie. Por tanto, sus fuerzas magnetomotrices son aditivas y se denominan bobinas de fase. Un conjunto de bobinas o una sola bobina pueden comprender devanados de fase. Cada devanado puede conectarse al terminal del motor y éstos se conectan adecuadamente hacia los terminales o/p de un circuito de conmutación de semiconductores de potencia. La entrada de éste es una alimentación de corriente continua.

El diseño del rotor se puede realizar con estampados de acero Si mediante polos proyectados externamente. Los polos del rotor son distintos a los del estator. En la mayoría de los motores existentes, los polos del rotor son 4 o 6 en función del número de polos del estator, como 6 8. El eje del rotor alberga un sensor de posición. Así que el funcionamiento de varios dispositivos en el circuito de semiconductores de potencia se controla principalmente a través de las señales obtenidas de este sensor.

En este motor, tanto el estator como el rotor incluyen un polo proyectado que está diseñado con un hierro blando, así como con estampados de silicio que se utilizan para reducir las pérdidas por histéresis. El estator del motor incluye un devanado de campo, mientras que el rotor no. En el estator, cada devanado puede conectarse en serie a través de los polos opuestos para aumentar la fuerza magnetomotriz del circuito.

Tipos de motores de reluctancia conmutada

La categorización del motor de reluctancia conmutada puede hacerse en función de la construcción como SRM lineal y SRM rotativo.

SRM lineal

Los SRM lineales o motores de reluctancia conmutada lineales se conocen como servos en el mercado. Incluyen un estator de un solo paso, así como el rotor.

SRM rotativo

Los SRM rotativos o motores de reluctancia conmutada rotativos están disponibles en dos tipos: de campo radial y de campo axial. Los SRM de campo axial se clasifican en dos tipos: de pila simple y de pila múltiple. Estos SRM rotativos incluyen más de un rotor y estator.

Funcionamiento del motor de reluctancia conmutada

El funcionamiento del SRM (motor de reluctancia conmutada) puede realizarse mediante la conmutación de corrientes dentro de los devanados del estator del motor, realizando cambios dentro del circuito magnético. Este circuito puede formarse tanto en el estator como en el rotor del motor.

El estator de este motor incluye devanados que están relacionados con un motor BLDC; sin embargo, el diseño del rotor puede hacerse con acero que se convierte en polos salientes sin imanes ni devanados. Una vez que los polos del estator y del rotor están fuera de posición, el circuito magnético entre ellos incluye una alta reluctancia.

Cuando se conmutan los pares de polos del estator, el rotor cambia para conectarse a través de los polos del estator activados para reducir la reluctancia del circuito. Cuando los polos del estator se conmutan, deben estar exactamente sincronizados para asegurarse de que ocurre porque el polo del rotor se mueve hacia la conexión con el polo del estator activado.

Al contrario que los motores paso a paso, estos motores necesitan una retroalimentación de posición mediante sensores de efecto Hall, o bien un codificador, para gestionar la conmutación de las corrientes del estator en función de la posición exacta del rotor.

En comparación con los motores paso a paso, estos motores incluyen menos polos, así como un mayor ángulo de paso. Los motores paso a paso se utilizan principalmente para aplicaciones de colocación, donde la alta resolución, así como la integridad del paso, son importantes. Pero los SRM son aplicables cuando la principal preocupación es la densidad de potencia.
Estos motores incluyen rotores sin bobinas, imanes y menor inercia. Por tanto, pueden alcanzar mayores velocidades y aceleraciones en comparación con los motores paso a paso, ya que tienen rotores de imanes permanentes.

La principal diferencia entre los SRM (motores de reluctancia conmutada) y los motores paso a paso es la construcción del estator. En un SRM, las fases son autónomas entre sí, lo que significa que si una o más fases dejan de funcionar, el motor seguirá funcionando aunque con un par menor.

Los motores de reluctancia conmutada generan un ruido más claro en comparación con los motores paso a paso. La principal fuente de ruido puede ser la distorsión del estator debido a las fuerzas radiales que se producen una vez que se activan los pares de polos del estator. Estos pares se atraen y provocan fuerzas radiales que alteran el estator.

Características del motor de reluctancia conmutada

Las características del motor de reluctancia conmutada son las siguientes

• Este tipo de motor de reluctancia es monofásico o trifásico
• El control de la velocidad de este motor es sencillo.
• El circuito de activación puede cambiarse para obtener una alta velocidad
• Funciona con una alimentación de corriente continua una vez que se utiliza con un inversor.
• Una vez que se puede cambiar el ángulo de disparo de cualquier dispositivo de conmutación, se pueden conseguir diferentes velocidades.
• El control de una fase es independiente de las otras dos.
• La energía no utilizada que se suministra al motor puede recuperarse utilizando los diodos de retroalimentación. Esto mejora la eficiencia.

Ventajas

El ventajas de un motor de reluctancia conmutada incluyen las siguientes.

• Estos motores son muy sencillos y los rotores de este motor son extremadamente fuertes
• Estos motores son aplicables a aplicaciones de alta velocidad.
• Los VFD (accionamientos de frecuencia variable) de este motor son algo más sencillos que los VFD convencionales.
• Este motor no utiliza ningún sistema de ventilación adicional cuando se proyecta el estator, así como las ranuras del rotor. Así se puede mantener el flujo de aire entre las ranuras.
• Son menos costosos debido a la inexistencia de imanes permanentes.
• La tolerancia a los fallos es alta
• Este motor funciona con un simple generador de impulsos bifásico o trifásico.
• Las pérdidas de fase no modifican el funcionamiento del motor.
• Una vez que se cambie la secuencia de fases, se cambiará el sentido del motor.
• Relación de inercia o par elevado
• Autoarranque sin necesidad de utilizar arreglos adicionales

Desventajas

El desventajas de una moto de reluctancia conmutadar incluyen las siguientes.

• Los motores de reluctancia conmutada tienen menos capacidad de par y normalmente son ruidosos.
• Cuando este motor funciona a alta velocidad, crea una ondulación de par.
• Alto nivel de ruido
• Utiliza un sensor de posición del rotor externo
• Son aplicables para aplicaciones de media y alta velocidad y bajo coste, siempre que la capacidad de control y la ondulación del par en el eje o el ruido no sean peligrosos.
• Este motor genera armónicos cuando funciona a alta velocidad, por lo que para reducirlos es necesario instalar condensadores de gran tamaño.
• Al no existir un imán permanente, el SRM tiene que transportar una corriente i/p elevada que aumenta la necesidad de KVA del convertidor.

Aplicaciones

El aplicaciones de los motores de reluctancia conmutada incluyen las siguientes.

• Estos tipos de motores se utilizan como alternativa a los motores de inducción en diferentes aplicaciones en las que las condiciones de funcionamiento de este motor no son adecuadas.
• En la maquinaria textil, como los telares de toallas, los telares de pinzas, etc
• Utilizado en vehículos eléctricos
• Maquinaria para yacimientos petrolíferos como bombas de viga, bombas verticales, maquinaria para pruebas de pozos, etc.
• Maquinaria para la minería, como transportadores, cizallas, cabrestantes, molinos de bolas, perforadoras, trituradoras de carbón, etc.
• Se utiliza en todo tipo de prensas mecánicas, como prensas de tornillo.

Estos motores se utilizan en aplicaciones diversas que incluyen las siguientes.

• Máquinas herramienta como tornos verticales, cepilladoras, taladradoras, etc.
• Equipos de bobinado y desenrollado de bobinas
• Maquinaria general como bombas, ventiladores, compresores, etc.
• Equipos utilizados en las fábricas de papel
• Maquinaria utilizada para la mezcla de alimentos
• Tren de laminación de metales
• Máquinas de elevación como cabrestantes, elevadores, transportadores, etc
• Fabricación de dispositivos de extrusión y moldeo por inyección de plásticos
• Dispositivo de generación de energía como control de carga mediante pala de rotor de aerogenerador
• Utilizado en electrodomésticos como aspiradoras, lavadoras, ventiladores, etc.

Por tanto, se trata de una visión general de los motores de reluctancia conmutada (SRM). Estos motores tienen muchas ventajas en diferentes aplicaciones. En la actualidad, la versión lineal de este motor se ha implementado para procesar los mismos atributos así como las perspectivas debido a su diseño y alta densidad de fuerza. He aquí una pregunta para ti, ¿cuáles son los diferentes tipos de motor de reluctancia?