Motor de renuencia

El motor de reticencia variable se basa en el principio de que una pieza de hierro desenfrenada se moverá para completar una trayectoria de flujo magnético con una reticencia mínima , el análogo magnético de la resistencia eléctrica.

Renuencia sincrónica

Si el campo giratorio de un gran motor síncrono con polos salientes está desenergizado, aún desarrollará un 10 o 15% del par síncrono. Esto se debe a la reticencia variable a lo largo de una revolución del rotor. No existe una aplicación práctica para un gran motor síncrono de reluctancia. Sin embargo, es práctico en tamaños pequeños.

Si se cortan ranuras en el rotor sin conductor de un motor de inducción, correspondientes a las ranuras del estator, un motor de reluctancia síncrono resultados.

Comienza como un motor de inducción, pero funciona con una pequeña cantidad de par síncrono. El par síncrono se debe a cambios en la desgana de la trayectoria magnética desde el estator a través del rotor a medida que se alinean las ranuras.

Este motor es un medio económico de desarrollar un par síncrono moderado. El factor de potencia bajo, el par de arranque bajo y la eficiencia baja son características del motor de reluctancia variable impulsado por línea de energía directa. Tal era el estado del motor de reluctancia variable durante un siglo antes del desarrollo del control de potencia de semiconductores.

Renuencia conmutada

Si se instala un rotor de hierro con polos, pero sin conductores, en un estator multifásico, un motor de reluctancia conmutado , capaz de sincronizarse con el campo del estator, resulta. Cuando se energiza un par de polos de la bobina del estator, el rotor se moverá a la ruta de reluctancia magnética más baja (figura siguiente).

Un motor de reluctancia conmutada también se conoce como motor de reluctancia variable. La renuencia del rotor a la trayectoria del flujo del estator varía con la posición del rotor.

La reluctancia es una función de la posición del rotor en un motor de reluctancia variable

La conmutación secuencial (Figura siguiente) de las fases del estator mueve el rotor de una posición a la siguiente. El flujo magnético busca el camino de menor desgana. A continuación se muestran un rotor simplificado y formas de onda que ilustran el funcionamiento.

Motor de reluctancia variable, operación demasiado simplificada

Si un extremo de cada devanado trifásico del motor de reluctancia conmutada se saca a través de un cable conductor común, podemos explicar el funcionamiento como si fuera un motor paso a paso (figura anterior). Las otras conexiones de la bobina se tiran sucesivamente a tierra, una a la vez, en un impulso de onda patrón. Esto atrae al rotor al campo magnético giratorio en el sentido de las agujas del reloj en 60 ° incrementos.

Varias formas de onda pueden impulsar motores de reluctancia variable (figura siguiente). Wave drive (a) es simple y requiere solo un interruptor unipolar de un solo extremo. Ese es uno que solo cambia en una dirección. El accionamiento bipolar (b) proporciona más torque, pero requiere un interruptor bipolar.

El conductor de potencia debe tirar alternativamente alto y bajo. Las formas de onda (ayb) son aplicables a la versión de motor paso a paso del motor de reluctancia variable. Para un funcionamiento suave y sin vibraciones, la aproximación de 6 pasos de una onda sinusoidal (c) es deseable y fácil de generar.

El impulso de onda sinusoidal (d) puede ser generado por un modulador de ancho de pulso (PWM) o extraído de la línea eléctrica.

Formas de onda de impulso de motor de reluctancia variable:(a) impulso de onda unipolar, (b) paso completo bipolar (c) onda sinusoidal (d) bipolar de 6 pasos

Duplicar el número de polos del estator disminuye la velocidad de rotación y aumenta el par. Esto podría eliminar una transmisión de reducción de engranajes. Un motor de reluctancia variable diseñado para moverse en pasos discretos, detenerse y arrancar es un motor paso a paso de reluctancia variable.

Si el objetivo es una rotación suave, existe una versión accionada electrónicamente del motor de reluctancia conmutado. Los motores paso a paso o de reluctancia variable en realidad usan rotores como los que se muestran en la Figura siguiente.

Motor de reluctancia variable accionado electrónicamente

Los motores de reluctancia variable funcionan mal cuando se acciona la línea eléctrica directa. Sin embargo, los microprocesadores y la unidad de potencia de estado sólido hacen de este motor una solución económica de alto rendimiento en algunas aplicaciones de alto volumen.

Aunque es difícil de controlar, este motor es fácil de girar. La conmutación secuencial de las bobinas de campo crea un campo magnético giratorio que arrastra consigo el rotor de forma irregular mientras busca la ruta de reluctancia magnética más baja.

La relación entre el par y la corriente del estator es muy no lineal, difícil de controlar.

Motor de reluctancia variable accionado electrónicamente

Un motor de reluctancia variable accionado electrónicamente (Figura siguiente) se asemeja a un motor de CC sin escobillas sin un rotor de imán permanente. Esto hace que el motor sea simple y económico. Sin embargo, esto se compensa con el costo del control electrónico, que no es tan simple como el de un motor de CC sin escobillas.

Si bien el motor de reluctancia variable es simple, incluso más que un motor de inducción, es difícil de controlar. El control electrónico resuelve este problema y hace que sea práctico conducir el motor muy por encima y por debajo de la frecuencia de la línea de alimentación. Un motor de reluctancia variable impulsado por un servo , un sistema de retroalimentación electrónica, controla el par y la velocidad, minimizando el par de ondulación.

Motor de reluctancia variable accionado electrónicamente

Esto es lo opuesto al alto par de ondulación deseado en los motores paso a paso. En lugar de un motor paso a paso, un motor de reluctancia variable está optimizado para una rotación continua de alta velocidad con un par de ondulación mínimo.

Es necesario medir la posición del rotor con un sensor de posición rotatorio como un codificador óptico o magnético, o derivar esto de monitorear la EMF trasera del estator. Un microprocesador realiza cálculos complejos para cambiar los devanados en el momento adecuado con dispositivos de estado sólido.

Esto debe hacerse con precisión para minimizar el ruido audible y el par de ondulación. Para obtener el par de ondulación más bajo, se debe monitorear y controlar la corriente del devanado.

Los estrictos requisitos de accionamiento hacen que este motor solo sea práctico para aplicaciones de gran volumen, como motores de aspiradoras de bajo consumo, motores de ventiladores o motores de bombas. Una de estas aspiradoras utiliza un motor de ventilador compacto de alta eficiencia de 100.000 rpm accionado electrónicamente.

La simplicidad del motor compensa el costo de la electrónica de accionamiento. Sin escobillas, sin conmutador, sin devanados de rotor, sin imanes permanentes, simplifica la fabricación del motor.

La eficiencia de este motor accionado electrónicamente puede ser alta. Pero requiere una optimización considerable, utilizando técnicas de diseño especializadas, que solo se justifica para grandes volúmenes de fabricación.

Ventajas

• Construcción simple:sin escobillas, conmutador o imanes permanentes, sin cobre ni aluminio en el rotor.
• Alta eficiencia y confiabilidad en comparación con los motores convencionales de CA o CC.
• Alto par de arranque.
• Rentable en comparación con el motor de CC sin escobillas en grandes volúmenes.
• Adaptable a temperaturas ambiente muy altas.
• Es posible un control de velocidad preciso a bajo costo si el volumen es lo suficientemente alto.

Desventajas

• La corriente frente a la torsión es muy no lineal
• La conmutación de fase debe ser precisa para minimizar el par de ondulación
• La corriente de fase debe controlarse para minimizar el par de ondulación
• Ruido acústico y eléctrico
• No se aplica a volúmenes bajos debido a problemas de control complejos