Qué es un motor de repulsión : Construcción y su funcionamiento

A el motor es un dispositivo eléctrico que convierte la entrada eléctrica en salida mecánica, donde la entrada eléctrica puede ser en forma de corriente o tensión y la salida mecánica puede ser en forma de par o fuerza. El motor consta de dos partes principales: el estator y el rotor, donde el estator es una parte fija del motor y el rotor es una parte giratoria del motor. Un motor que funciona según el principio de repulsión se conoce como motor de repulsión, donde la repulsión tiene lugar entre dos campos magnéticos del estator o del rotor. El motor de repulsión es un motor monofásico.


¿Qué es el motor de repulsión?

Definición: Un motor de repulsión es un motor eléctrico monofásico que funciona mediante la entrada de CA (corriente alterna). La principal aplicación del motor de repulsión son los trenes eléctricos. Arranca como un motor de repulsión y funciona como un motor de inducción, donde el par de arranque debe ser alto para el motor de repulsión y muy buenas características de funcionamiento para el motor de inducción.

Construcción del motor de repulsión

Es un motor de corriente alterna monofásico, que consta de un núcleo de polos que es el polo norte y el polo sur de un imán. La construcción de este motor es similar a la del motor de inducción de fase dividida y a la del motor de corriente continua en serie. El rotor y el estator son los dos componentes principales de los motores que están acoplados inductivamente. El devanado de campo (o un devanado de tipo distribuido o el estator) es similar al devanado principal del motor de inducción de fase dividida. Por tanto, el flujo se distribuye uniformemente y la separación entre el estator y el rotor disminuye y la reluctancia también, lo que a su vez mejora el factor de potencia.

El rotor o inducido es similar al del motor de corriente continua en serie, que está provisto de un devanado tipo tambor conectado al conmutador, donde éste está a su vez conectado a escobillas de carbón que están cortocircuitadas. Un mecanismo portaescobillas proporciona un cigüeñal variable para cambiar la dirección o la alineación de las escobillas a lo largo del eje. Así, el par producido durante este proceso ayuda a controlar la velocidad. La energía en el motor de repulsión se transfiere mediante la acción del transformador o por la acción de la inducción (donde la emf se transfiere entre el estator y el rotor).

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Principio de funcionamiento

El motor de repulsión funciona según el principio de repulsión en el que dos polos de un imán se repelen. El principio de funcionamiento del motor de repulsión puede explicarse a partir de 3 casos de α, según la posición del imán, como sigue

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Caso (i) Cuando α = 90

Supongamos que las escobillas «C y D» están alineadas verticalmente a 90 grados y el rotor alineado horizontalmente a lo largo del eje d (eje de campo), que es la dirección del flujo de corriente. Por el principio de la ley de Lenz, sabemos que la emf inducida depende principalmente del flujo del estator y del sentido de la corriente (que se basa en la alineación de las escobillas). Por lo tanto, la emf neta de la escobilla de ‘C a D’ es ‘0’, como se muestra en el diagrama, que se representa como ‘x’ y ‘.’ no hay flujo de corriente en el rotor, por lo que Ir = 0. Cuando no pasa corriente en el rotor, éste actúa como un transformador en circuito abierto. Por tanto, la corriente del estator Is = menos. La dirección del campo magnético está en la dirección del eje de la escobilla, donde el eje del campo del estator y del rotor están desfasados 180 grados, el par generado es ‘0’ y la inducción mutua inducida en el motor es ‘0’.

posición de 90 grados
posición de 90 grados

Caso (ii) Cuando α = 0

Ahora las escobillas «C y D» están orientadas a lo largo del eje d y están cortocircuitadas. Por tanto, la emf neta inducida en el motor es muy alta, lo que genera el flujo entre los devanados. La emf neta puede representarse como ‘x’ y ‘.’ como se muestra en la figura. Es similar a un transformador en cortocircuito. Donde la corriente del estator y la inducción mutua son máximas, lo que significa que Ir = Is = máximo. A partir de la figura, podemos observar que los campos del estator y del rotor están en fase opuesta de 180 grados, lo que significa que el par generado se opondrá, por lo que el rotor no puede girar.

α = 0 Ángulo
ángulo α = 0

Caso (iii) : Cuando α = 450

Cuando las escobillas «C y D» están inclinadas en cierto ángulo (45 grados) y las escobillas están en cortocircuito. Supongamos que el rotor (eje de las escobillas) está fijo y el estator gira. El devanado del estator se representa con un número «Ns» de vueltas efectivas y la corriente que pasa es «Is», el campo producido por el estator está en la dirección «Is Ns», que es la FMM del estator, como se muestra en la figura. La FMM (fuerza magnetomotriz) se divide en dos componentes (FMM1 y FMM2), donde la FMM1 está en la dirección de las escobillas (Is Nf) y la FMM2 es perpendicular a la dirección de las escobillas (Is Nt), que es la dirección del transformador, y «α» es el ángulo entre «Is Nt» e «Is Nf». Por tanto, el flujo producido por este campo en dos componentes es «Is Nf» e «Is Nt». La emf inducida en el rotor produce un flujo a lo largo del eje q.

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Posición angular inclinada
posición de ángulo inclinado

El campo producido por el rotor a lo largo del eje de la escobilla se representa matemáticamente como sigue

Is Nt = Is Ns cos α ……….. 1

Nt = Ns Cos α …………2

Nf = Ns Sin α ………..

Como el eje magnético «T» y el eje de la escobilla coinciden con el rotor, el FMM que se encuentra a lo largo del eje de la escobilla es igual al flujo generado por el estator.

Derivación del par de torsión
par-derivación

La ecuación del par motor viene dada por

Ґ α (FMM del eje d del estator) * ( FMM del eje q del rotor) ……….4

Ґ α ( Is Ns Sin α) ( Is Ns cos α ) ………..5

Ґ α I 2s N 2s Sin α cos α [we know that Sin2 α = 2 Sin α cos α] ……….6

Ґ α ½( I 2s N 2s Sin2 α) 20077

Ґ α K I 2s N 2s Sin2 α[Cuandoα=0Par=0[Whenα=0Torque=0……….8

K = valor constante α = π/4 Par = máximo

Representación gráfica

Prácticamente es un problema que puede mostrarse en formato gráfico, donde el eje x se representa como ‘α’ y el eje y se representa como ‘corriente’.

Representación gráfica
representación-gráfica
  • A partir del gráfico, podemos observar que la corriente es directamente proporcional a α
  • El valor de la corriente es 0 cuando α =900 que es similar al transformador de circuito abierto
  • La corriente es máxima cuando α = que es similar al transformador de cortocircuito como se muestra en el gráfico.
  • Donde Is es la corriente del estator.
  • La ecuación del par puede darse como Ґ α K I 2s N 2s Sin2 α.
  • En la práctica se observa que el par es máximo si α oscila entre 150 y 300.

Clasificación del motor de repulsión

Hay tres tipos de motor de repulsión que son,

Tipo compensado

Consta de un devanado adicional, el devanado de compensación, y un par de escobillas adicionales que se colocan entre las escobillas (cortocircuitadas). Tanto el devanado compensador como el par de escobillas se conectan en serie para mejorar los factores de potencia y velocidad. Un motor de tipo compensado se utiliza cuando se requiere una gran potencia a la misma velocidad.

Motor de repulsión compensado
motor de repulsión de tipo compensado

Tipo de inducción de arranque por repulsión

Arranca con la repulsión de las bobinas y funciona con el principio de inducción, donde la velocidad se mantiene constante. Tiene un estator y un rotor simples similares al inducido de CC y un conmutador en el que un mecanismo centrífugo cortocircuita las barras del conmutador y tiene un par mayor (6 veces) que la corriente en la carga. El funcionamiento de la repulsión puede entenderse a partir del gráfico, es decir, cuando la frecuencia de la velocidad sincrónica aumenta, el porcentaje de carga de par completo comienza a disminuir, donde en un punto los polos del imán experimentan una fuerza de repulsión y cambia al modo de inducción. Aquí podemos observar que la carga es inversamente proporcional a la velocidad.

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Gráfico del motor de inducción con fuerza de repulsión
gráfico de motor de repulsión-arranque-inducción

Tipo de repulsión

Funciona según el principio de repulsión e inducción, que consiste en un devanado del estator, 2 devanados del rotor (donde uno es de jaula de ardilla y el otro de corriente continua). Estos devanados están en cortocircuito con el conmutador y dos escobillas. Funciona en una condición en la que la carga puede ser ajustable y cuyo par de arranque es de 2,5-3.

Tipo de repulsión
tipo de repulsión

Ventajas

Las ventajas son

  • El alto valor del par de arranque
  • La velocidad no está limitada
  • Ajustando el valor de ‘α’ podemos ajustar el par, donde podemos aumentar la velocidad en función del ajuste del par.
  • Ajustando las escobillas de posición, podemos controlar el par y la velocidad fácilmente.

Desventajas

Las desventajas son

  • La velocidad varía con la variación de la carga
  • El factor de potencia es menor, excepto para las velocidades altas
  • El coste es elevado
  • El mantenimiento es alto.

Aplicaciones

Las aplicaciones son

  • Se utilizan cuando se necesita un par de arranque con equipos de alta velocidad
  • Enrolladores de bobinas: En los que podemos ajustar la velocidad de forma flexible y sencilla y también se puede cambiar la dirección invirtiendo el sentido del eje de las escobillas.
  • Juguetes
  • Ascensores, etc.

Preguntas frecuentes

1). ¿Cuál es el ángulo que experimenta el motor de repulsión?

Con un ángulo de 45 grados, experimenta repulsión.

2). ¿En qué principio se basa el motor de repulsión?

Se basa en el principio de repulsión

3). ¿Cuáles son los dos componentes principales del motor de repulsión?

El estator y el rotor son los dos componentes principales del motor.

4). ¿Cómo se puede controlar el par en un motor de repulsión?

El par se puede controlar ajustando las escobillas primarias del motor

5). Clasificación del motor de repulsión

Se clasifican en 3 tipos

  • Tipo de repulsión
  • Motor de inducción de arranque por repulsión
  • Tipo compensado

Por lo tanto, se trata de una visión general del motor de repulsión que funciona según el principio de repulsión. Tiene dos componentes importantes: el estator y el rotor. El principio de funcionamiento del motor puede entenderse en tres casos de ángulos (0, 90,45 grados) que se basan en la posición de las escobillas y los campos generados. El motor experimenta un efecto de repulsión sólo a 45 grados. Estos motores se utilizan cuando el par de arranque es muy necesario. La principal ventaja es que el par se puede controlar ajustando las escobillas.

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