Qué es el motor de reluctancia síncrona y su funcionamiento

Un tipo de motor eléctrico como el motor de reluctancia incluye un rotor ferromagnético que no incluye ningún devanado pero que inducirá polos magnéticos no permanentes. Este rotor genera un par motor mediante la reluctancia magnética. Este tipo de motor es de excitación individual y el rotor utilizado en este motor es un rotor no simétrico. El motor de reluctancia está disponible en diferentes tipos, como el motor de reluctancia síncrono, el motor de reluctancia variable, el motor de reluctancia conmutado y el motor de reluctancia de paso variable. A principios del siglo XXI, este motor se utilizaba de forma limitada debido a la dificultad de su diseño y control. Esto puede superarse mejorando las herramientas de diseño, la teoría y los sistemas integrados. En este artículo se presenta una visión general del motor síncrono de reluctancia.

¿Qué es el motor de reluctancia síncrona?

El motor síncrono de reluctancia es un tipo de motor eléctrico síncrono, en el que el par de este motor se debe a la disparidad de conductividades magnéticas a través de los ejes directos y de cuadratura del rotor, que no tiene imanes permanentes ni bobinas de campo. En la actualidad, este tipo de motor se está haciendo muy popular convirtiéndose en una opción para los vehículos eléctricos e híbridos debido a su fácil y sólida construcción. La principal ventaja de este motor depende principalmente de la inexistencia de las pérdidas de la jaula del rotor, permitiendo un par permanente más elevado en comparación con el par de un IM (motor de inducción) del mismo tamaño.

El principal características del motor de reluctancia síncrono incluyen principalmente las siguientes.

• En comparación con los accionamientos de motores de inducción, el algoritmo de control basado en el campo es sencillo
• El par exacto puede ser adecuado y no afecta a la temperatura del rotor.
• El rotor de este motor es de bajo coste en comparación con otros motores como el de inducción y el de imanes permanentes.

Construcción del motor de reluctancia síncrona

La construcción de este motor es similar a la del motor síncrono de polos salientes. El rotor de este motor no incluye ningún devanado de campo, pero el estator incluye un devanado simétrico de 3 fases. Este devanado creará el campo magnético giratorio sinusoidal dentro del entrehierro y el par de reluctancia puede desarrollarse cuando el campo magnético inducido dentro del rotor. Este rotor comprende una tendencia a hacer que el rotor se conecte a través del campo del estator en el lugar de menor reluctancia.

En el motor de reluctancia de corriente, el diseño del rotor puede realizarse utilizando láminas de hierro dentro del camino axial que se dividen a través de material no magnético. El rendimiento de este motor es similar al de una máquina de inducción, pero su eficiencia puede ser alta en comparación con un motor de inducción, ya que no hay pérdidas de cobre dentro del rotor, es sencillo, menos costoso y de construcción sólida.

Este motor está diseñado principalmente para su uso en aplicaciones de alta potencia. La clasificación de éste puede hacerse como la siguiente.

• Laminado axialmente
• Laminado radialmente

Los motores de reluctancia se utilizan principalmente para proporcionar una densidad de potencia extremadamente alta a un coste menor, lo que los hace perfectos para varias aplicaciones. Los principales inconvenientes son la elevada ondulación del par cuando funcionan a menos velocidad y el ruido que provocan las ondulaciones del par. El estator de este motor incluye principalmente polos de electroimanes salientes que son iguales a los de un motor BLDC.

El rotor incluye un material magnético blando como el acero Si laminado. Este material incluye varios salientes que funcionan como polos magnéticos salientes con reluctancia magnética. En comparación con los polos del estator del motor, los polos del rotor son menos, lo que reduce la ondulación del par y evita que los polos se conecten entre sí.

Una vez que un polo del rotor está en medio de los dos polos contiguos del estator, entonces el polo del rotor está completamente en posición de desalineado. Para el polo del rotor, ésta es la máxima posición de reluctancia magnética. En la posición de alineado, muchos polos del rotor están completamente conectados con varios polos del estator y se encuentran en una posición de menor reluctancia.

Una vez que se activa un polo del estator, el par del rotor estará en una posición de menor reluctancia. Por lo tanto, el polo adyacente del rotor puede salir de la posición de no conectado para conectarse a través del campo del estator. Para mantener la revolución, el campo del estator debe girar antes que los polos del rotor tirando continuamente de él.

Las alternativas de algunos tipos de motor funcionarán con corriente alterna trifásica. La mayoría de los diseños actuales disponibles son del tipo de reluctancia conmutada, ya que la conmutación electrónica proporciona importantes ventajas de control para el arranque del motor, el control de la velocidad del motor y un funcionamiento suave.

Las principales características del motor de reluctancia síncrono son su alto rendimiento a velocidad síncrona sin utilizar imanes permanentes de tierras raras. Estos motores permiten principalmente los devanados sinusoidales distribuidos del estator que se conectan a través de un diseño particular de laminación del rotor. Estos motores proporcionan un funcionamiento a velocidad sincrónica a través de un diseño de montaje giratorio fácil y con menos inercia. El motor síncrono de reluctancia es aplicable para aplicaciones de menor par que requieren un funcionamiento eficiente.

Principio de funcionamiento del motor de reluctancia síncrono

El estator de este motor incluye un único devanado que se conoce como devanado principal. Sin embargo, este devanado no puede generar un campo magnético giratorio. Por lo tanto, para producir un campo magnético rotativo, debe haber un mínimo de dos devanados que se dividan a través del ángulo de fase específico. Por ello, el estator del motor incluye un devanado adicional conocido como devanado auxiliar. Este devanado incluye un condensador que se conecta con él en serie.

Por tanto, existe una disparidad de fase entre los devanados portadores de corriente y los flujos equivalentes. Estos dos flujos responden para generar el campo magnético giratorio que se conoce como método de fase dividida para la producción del campo magnético giratorio.

La velocidad del campo magnético no es otra cosa que la velocidad sincrónica. Esta velocidad puede decidirse mediante el número de polos en los que se enrolla el devanado del estator. El rotor contiene las barras de cobre o de aluminio que están cortocircuitadas y funciona como el rotor de jaula de ardilla de un motor de inducción.

Si una pieza de hierro se dispone dentro de un campo magnético, entonces se conecta dentro del lugar de menor reluctancia para bloquearse magnéticamente. Del mismo modo, el rotor dentro del motor de reluctancia intenta conectarse a través del eje del campo magnético giratorio dentro del lugar de menor reluctancia. Sin embargo, debido a la inactividad del rotor, no se puede conseguir una vez que el rotor está parado.

Así que el rotor del motor comienza a girar cerca de la velocidad sincrónica como un motor de inducción de jaula de ardilla. Una vez que la velocidad del rotor es sincrónica, entonces el campo magnético del estator tirará del rotor hacia el lugar de menor reluctancia para mantenerlo bloqueado magnéticamente. Después, el rotor gira continuamente y su velocidad es equivalente a la velocidad sincrónica.

El par de reluctancia no es más que un par ejercido. Por tanto, el motor de reluctancia funciona finalmente como un motor síncrono. La resistencia del rotor debe ser menor; su inercia combinada, así como la carga, debe ser baja para que el motor funcione de forma similar a un motor síncrono.

Ecuación de par del motor síncrono de reluctancia

El funcionamiento del motor síncrono de imanes permanentes y de los motores síncronos de reluctancia es similar si los imanes están desmagnetizados o, de lo contrario, se dejan. A continuación se muestra la ecuación del par del motor síncrono de reluctancia. Esta ecuación incluye dos componentes; el primer componente se debe al campo. Por tanto, este componente debe dejarse fuera para obtener la ecuación del par. En la siguiente ecuación, el siguiente componente puede definirse como par de reluctancia.

Así, el par desarrollado del motor de reluctancia puede expresarse como sigue

En la ecuación anterior, donde

'Te' es el par desarrollado

p' es el número de polos

'Ψ' es el enlace de flujo inducido a través de la corriente de campo

'Lds' es la inductancia del eje directo

lqs' es la inductancia del eje de cuadratura.

δ' es el ángulo de torsión.

Los motores síncronos de reluctancia son robustos, menos costosos y tienen un alto rendimiento. Estos motores funcionan a velocidades extremadamente altas. Los motores convencionales tienen un bajo rendimiento, un bajo factor de potencia y una baja densidad de par debido a la baja saliencia, es decir, a la baja relación Ldm/Lqm.

Sin embargo, el desarrollo actual de estos motores mediante un diseño anisotrópico tiene una elevada relación Ldm/Lqm, que ha mejorado considerablemente el factor de potencia, la eficiencia y la densidad de par.

Diagrama de fasores

El diagrama fasorial del motor de reluctancia síncrono incluye lo siguiente. La característica más importante de este motor es su velocidad constante. En un principio, si el rotor no se conecta a través del campo magnético del estator, en esa situación aparece el devanado amortiguador. También se utilizan en los motores síncronos. La disposición de estos devanados puede hacerse dentro de zapatas de polos que generan un par de amortiguación debido a la disparidad de la velocidad relativa entre el rotor y el campo magnético del estator.

Esto ocurre una vez que el rotor no funciona para conectarse a través del estator. El par de amortiguación se genera en función de la Ley de Lenz, que busca resistir la razón de su construcción, que es la disparidad de velocidades entre el campo magnético del rotor y el del estator. Por lo tanto, el par de amortiguación mueve el bobinado del rotor de tal manera que se bloquea magnéticamente a través del campo magnético del estator. Después, el rotor trabaja a velocidad sincrónica durante el resto del tiempo.

El diagrama de fasores del motor de reluctancia síncrono se ilustra arriba. Los dos ejes del diagrama anterior, como el eje d y el eje q, se definen en función de la teoría de los dos ejes del motor. Asimismo, podemos definir Vd y Vq, que son la tensión a través de los ejes d y q. Aquí, gamma es el ángulo entre "Is" (corriente del estator) y el eje d. Al igual que el ángulo del rotor, también puede definirse y una vez que se genera el par síncrono, es una función del ángulo del rotor.

Ventajas

El ventajas del motor de reluctancia síncrono incluyen las siguientes.

• Tiene menos ondulación del par motor
• La construcción de los rotores de este motor puede realizarse utilizando materiales de bajo coste y alta resistencia.
• El funcionamiento de este motor puede realizarse con inversores de CA PWM estándar
• Este motor puede sobrevivir a temperaturas extremadamente altas.
• La construcción de este motor es tan robusta como sencilla
• Este motor tiene una capacidad de alta velocidad
• En este motor, no es necesaria la excitación del campo en el par cero, por lo que se eliminan las pérdidas del giro electromagnético.
• No hay preocupación por la desmagnetización, por lo que estos motores son más fiables que los de imanes permanentes.
• Debido a la simplicidad de este motor, se puede utilizar dentro del accionamiento multimotor para hacer funcionar varios motores de forma sincronizada a través de una potencia común

Desventajas

El desventajas del motor de reluctancia síncronoo incluyen las siguientes.

• Estos motores son caros en comparación con los de inducción.
• Requiere la sincronización de la velocidad hacia la frecuencia o/p de un inversor mediante el sensor de posición del rotor, así como el control sin sensor.
• Este motor tiene un factor de potencia menor y es más pesado que el motor de inducción
• Funciona mediante un accionamiento de frecuencia variable.

Aplicaciones

El aplicaciones del motor de reluctancia síncrono incluyen las siguientes.

• Es aplicable en aplicaciones de baja potencia, como las hilanderías de fibra, debido a su bajo coste, su construcción robusta, su simplicidad inherente, etc.
• Se utiliza en aplicaciones en las que se requiere una velocidad constante, como dispositivos de cronometraje, fonógrafo, dispositivos de control, instrumentos de grabación, etc.
• Se utiliza como dispositivos de dosificación dentro de transportadores o bombas.
• Estos motores se utilizan en mesas giratorias, reguladores, transportadores sincronizados, bombas dosificadoras, dispositivos de fabricación de fibra sintética.
• Se utilizan en el proceso de material de la película de otra manera hoja continua.
• Utilizado en máquinas plegadoras, envolvedoras y auxiliares de tiempo

Por lo tanto, se trata de una visión general del motor de reluctancia síncrono. Este motor da garantías al proporcionar una solución medioambiental sostenible para reducir todo el impacto medioambiental debido a la inexistencia de imanes, así como una mayor eficiencia. Sus reducidos costes de funcionamiento permitirán un rápido retorno. Este producto se beneficia de la fiabilidad y la sencillez de los motores de inducción y del alto rendimiento del motor síncrono. He aquí una pregunta para ti, ¿cuáles son los diferentes tipos de motores síncronos disponibles en el mercado?