«Descubre la tecnología revolucionaria detrás de los motores de reluctancia conmutada. ¿Te has preguntado alguna vez cómo funcionan los motores eléctricos más avanzados? En este artículo, te explicaremos en detalle qué es un motor de reluctancia conmutada y cómo está cambiando el juego en la industria de la electromovilidad. ¡Prepárate para ser sorprendido por esta innovadora tecnología de propulsión!»
Los motores de reluctancia conmutada (SRM) son un tipo de motor eléctrico que ha ido ganando popularidad en los últimos años. Ofrecen muchas ventajas sobre los motores de inducción y de CC con escobillas tradicionales, que incluyen alta eficiencia, bajo nivel de ruido y larga vida útil. En este artículo, analizaremos qué es un motor de reluctancia conmutada, los beneficios que ofrece y cómo elegir el adecuado para su aplicación.
Definición de motor de reluctancia conmutada
No utiliza imanes permanentes ni devanados eléctricos en su rotor, sino que depende del electromagnetismo producido por el devanado del estator al cambiar las corrientes. El SRM tiene muchas ventajas en comparación con otros motores, incluido su bajo costo, construcción robusta y operación sin mantenimiento.
El diseño de un motor de reluctancia conmutada consta de 6 polos de estator y 4 polos de rotor. Los polos del rotor tienen cortes sobresalientes que se alinean con el devanado del estator. Cuando se aplica una corriente a la bobina del estator, induce un campo electromagnético en el polo del rotor que hace que gire en respuesta. Este proceso se conoce como reluctancia magnética y permite niveles de par muy altos a bajas velocidades con pérdidas mínimas debido a la fricción. [1], [2], [3]
Principio de funcionamiento de un motor de reluctancia conmutada
Se pueden usar en una variedad de aplicaciones, desde automatización industrial hasta electrodomésticos y sistemas automotrices.
El principio de funcionamiento de los SRM se basa en el concepto de reluctancia variable, lo que significa que el rotor en este tipo de motor busca continuamente su camino con la menor resistencia.
Al utilizar un circuito de conmutación de electrónica de potencia, se puede lograr la formación de un campo magnético giratorio. El entrehierro del rotor y el estator juega un papel integral en la reluctancia del circuito magnético; por lo tanto, ajustando este espacio podemos ajustar también la reluctancia del motor. [1], [2], [3]
Tipos de motores de reluctancia conmutada
Los motores de reluctancia conmutada vienen en una amplia variedad de tamaños y tipos, y se pueden adaptar para aplicaciones específicas. Hay dos tipos principales de SRM: lineales y rotativos.
SRM lineal
Un SRM lineal, o modelo de recuperación de superficie, es un tipo de algoritmo de aprendizaje automático que se puede utilizar para predecir el comportamiento de los procesos de superficie. Este poder predictivo significa que puede ser útil para predecir las respuestas de sistemas con dinámicas complejas, como las que se encuentran en los procesos físicos y químicos.
El sistema funciona entrenando un modelo de computadora para predecir con precisión el comportamiento de diferentes superficies en función de los datos de entrada. Estos datos pueden incluir mediciones de sensores colocados directamente en la superficie, imágenes visuales y otras fuentes. Al combinar estas entradas en un solo modelo, Linear SRM se puede usar para hacer predicciones sobre cómo reaccionará un sistema dado bajo diversas condiciones. Estas predicciones se pueden usar para ayudar a optimizar las operaciones y los procesos para mejorar la eficiencia y la productividad. SRM lineal también se puede usar para reducir costos al predecir cuándo pueden ser necesarios cambios en el proceso antes de que ocurran, lo que permite a las empresas reaccionar de manera rápida y eficiente a las condiciones cambiantes. Además, el modelo se puede utilizar para identificar áreas de mejora u optimización potencial, lo que permite mejoras adicionales en la eficiencia.
SRM rotatorio
Un SRM giratorio, o máquina de montaje en superficie de tipo giratorio, es un tipo de equipo de ensamblaje automatizado que se utiliza para ensamblar componentes o productos en la industria electrónica. Funciona posicionando y colocando componentes en una placa de circuito con precisión. Los componentes suelen ser pequeños y delicados, como circuitos integrados (CI), resistencias, condensadores, conectores e interruptores.
Estas máquinas utilizan un software avanzado para controlar sus movimientos mientras colocan los componentes con gran precisión en las placas de circuito que componen los dispositivos electrónicos. La velocidad y la precisión de colocación de estas máquinas garantizan la producción rápida y eficiente de productos de alta calidad. Los SRM rotatorios se pueden escalar para adaptarse a cualquier entorno de producción, desde prototipos de bajo volumen hasta aplicaciones de producción en masa. Además, hay muchos modelos disponibles que permiten soluciones personalizadas adaptadas a los requisitos específicos del cliente.
Los SRM giratorios están disponibles en dos tipos: radial y axial. Radial Las máquinas son el tipo más común y se utilizan para componentes más grandes que requieren una precisión de colocación más precisa. Axial Las máquinas, por otro lado, se pueden utilizar para componentes más pequeños con menos requisitos de precisión. [1]
Construcción de motor de reluctancia conmutada
Construido a partir de 6 polos del estator y 4 polos del rotor, el motor de reluctancia conmutada está diseñado con estampados de acero al silicio proyectados para un rendimiento óptimo. El número de polos en el estator puede ser un número impar o un número par. Aún así, la mayoría de los motores eléctricos tienen un número par de polos porque permite un patrón de bobinado electromagnético más fácil y eficiente.
Cuando se invierten las posiciones polares, las bobinas de campo deben conectarse en serie. Esto significa que sus fuerzas magnetomotrices (MMF) se suman; esto se conoce como devanados de fase. Un conjunto de bobinas o una sola bobina pueden formar devanados de fase. Al conectar cada devanado al terminal del motor, estos pueden conectarse correctamente a los terminales de salida de un circuito de conmutación de semiconductores de potencia con un suministro de CC de entrada.
Usando estampados de acero, el rotor puede diseñarse con polos proyectados externamente que son diferentes a los del estator. En términos generales, cuando se construyen motores existentes, se requiere una planificación integral del número de polos; por lo tanto, la mayoría de ellos poseen 4 o 6 polos de rotor en correspondencia con su cuenta particular de polos de estator (6 y 8).
El eje del rotor está equipado con un sensor de posición, que luego produce señales responsables de controlar múltiples componentes en el circuito de semiconductores de potencia.
Con frecuencia, el rotor y el estator están equipados con un polo proyectado fabricado con estampados de hierro dulce y silicio para minimizar las pérdidas por histéresis. El estator del motor tiene un devanado de campo pero el rotor no. Al conectar cada devanado en serie con su polo opuesto dentro del estator, aumentará sustancialmente la fuerza magnetomotriz del circuito. [1], [2], [3]
Historia del desarrollo del motor de reluctancia conmutada
Los motores de reluctancia conmutada (SRM) han existido desde 1838 cuando WH Taylor solicitó el primer motor eléctrico. Desde entonces, los SRM han sufrido varias modificaciones y mejoras para convertirse en motores más eficientes, fiables y rentables para su uso en aplicaciones industriales.
Inicialmente, los SRM se utilizaron para impulsar locomotoras y encontraron aplicación en la minería, la industria química y en general. Pero desde entonces, han mejorado y se han vuelto mucho más flexibles.
Por ejemplo, la década de 1990 vio una fusión de sistemas de fabricación flexibles controlados por computadora y almacenes principales con robots para ensamblaje. Esta combinación permitió desarrollar procesos de producción eficientes. Para garantizar la eficiencia, la calidad, la automatización y la armonía en el proceso de producción en toda la planta, se utilizó una computadora para regular con precisión la entrega de materiales y componentes. A través de la introducción de chips de control dedicados mejorados y dispositivos de potencia integrados, los avances en diseño y fabricación han permitido mejores niveles de rendimiento para los motores de reluctancia conmutados. Esto ha abierto un gran mercado potencial con una mayor aplicabilidad para esta tecnología de motor. [3]
Ventajas de los motores de reluctancia conmutados
Ahora que tiene una comprensión decente de los antecedentes y la tecnología central detrás del SRM, es hora de analizar las ventajas que brindan estos motores.
VFD simples
Los VFD, también conocidos como unidades de frecuencia variable, son sistemas eléctricos diseñados para ajustar la velocidad a la que funcionan los motores y otros equipos conectados. Mediante el uso de un VFD, los motores eléctricos pueden acelerarse o ralentizarse según las necesidades específicas de una aplicación. Los VFD requieren energía de una fuente de CA trifásica que luego se convierte en voltaje de CC antes de volver a convertirse en una salida de CA de frecuencia variable para el control del motor. Esto permite una mayor precisión y flexibilidad al controlar las velocidades del motor que lo que se puede lograr con los controles mecánicos tradicionales, como correas o poleas.
Uno de los principales beneficios de la tecnología SRM es que los VFD de este motor son mucho más simples que los de los motores de CA tradicionales. Esto lo convierte en una solución rentable para muchas aplicaciones. Los VFD SRM también son más fiables y eficientes que otros tipos de tecnología de accionamiento, ya que no requieren un conmutador electrónico ni escobillas para cambiar las corrientes de fase.
Operación muy simple
Una de las principales ventajas de los SRM es que son muy simples de operar. Como los SRM no poseen imanes permanentes, se depende menos de circuitos de control complejos y el motor se puede conectar directamente a la fuente de alimentación. Esto simplifica el proceso de diseño y reduce significativamente los costos ya que no es necesario comprar componentes adicionales para la operación.
Aplicable para aplicaciones de alta velocidad
Este motor puede alcanzar velocidades de hasta 100k RPM sin carga, y su potencia de salida aumenta en un factor de tres o cuatro en comparación con un motor de inducción que funciona a la misma velocidad. También es capaz de alcanzar el par máximo con un consumo mínimo de corriente debido a la ausencia de bobinados dentro del estator.
No utiliza ningún sistema de ventilación adicional.
A diferencia de otros tipos de motores, No es necesario combinar los SRM con un sistema de ventilación independiente. Esto se debe a que se basan en el principio de inducción electromagnética, que tiende a generar su propio enfriamiento mientras está en funcionamiento.
Más asequible
El beneficio más obvio para los SRM es su costo más bajo en comparación con otros tipos de motores. Esto los hace particularmente atractivos para su uso en proyectos con presupuesto limitado o aplicaciones donde se necesitan múltiples motores. En general, el precio más económico se debe al hecho de que el motor no requiere imanes permanentes ni cepillos costosos. Además, como se discutió anteriormente, uno de los componentes principales de estos motores, la bobina, también es relativamente económico.
Alta tolerancia a fallas
Otro de los principales beneficios de los SRM es su alto grado de tolerancia a fallos. Esto significa que es mucho más difícil dañarlos si algo sale mal durante el funcionamiento. Esto es especialmente útil en aplicaciones donde una sobrecarga inesperada o un golpe repentino podrían ser extremadamente destructivos para los tipos de motores normales, como la robótica y la automatización industrial.
Funciona con generador de pulsos simple de dos o tres fases
Otro de los beneficios más notables de los SRM es que pueden trabajar tanto con generadores de impulsos simples bifásicos como trifásicos. Esto los hace mucho más flexibles que otros tipos de motores, ya que estos controladores generalmente son más fáciles de construir y mantener. Además, no necesitan componentes de conmutación de alto voltaje como los tiristores (SCR), lo que los hace muy adecuados para su uso en aplicaciones sensibles donde la seguridad es primordial.
Las pérdidas de fase no modifican el funcionamiento del motor
Una de las características únicas de un SRM es que puede operar de forma lineal. Esto significa que cuando se aplica corriente, no hay cambios en el rendimiento del motor debido a pérdidas por la inductancia de la resistencia del devanado. La relación par-velocidad permanecerá sin cambios mientras no haya perturbaciones externas presentes. Esto hace que controlar y mantener la consistencia de estos motores sea mucho más fácil que otros tipos de motores, como los motores de inducción de CC o CA con escobillas.
Es completamente de arranque automático
Una gran ventaja del SRM es que no requiere ningún dispositivo de arranque externo, como un capacitor o devanado secundario. Esto lo convierte en una excelente opción para aplicaciones en entornos no supervisados.
La falta de este requisito también reduce el costo y la complejidad, particularmente en comparación con los motores de inducción que requieren condensadores, lo que agrega un costo considerable a su operación. [1], [3]
Desventajas de los motores de reluctancia conmutada
Tan buenos como son, los motores de reluctancia conmutados tienen algunos inconvenientes. En esta sección, exploraremos algunas de las principales desventajas asociadas con este tipo de motor. Es importante comprender las limitaciones para tomar una decisión informada al considerar si usar o no un motor de reluctancia conmutado.
Menos capacidad de par
Una de las principales desventajas de usar un motor de reluctancia conmutada es que no pueden producir tanto par como otros tipos de motores. La capacidad de par es un parámetro importante cuando se trata de medir y evaluar el rendimiento de un motor. Representa la cantidad máxima de par que puede transmitir un motor, expresado en pulgadas-libras o newton metros. En términos simples, es la medida de cuánta fuerza puede aplicar un motor contra otro objeto en un momento dado.
son bastante ruidosos
Otra de las principales desventajas de un motor de reluctancia conmutada es que puede ser bastante ruidoso. Este ruido proviene de la constante conmutación y pulsación asociada con su funcionamiento. Dependiendo de la aplicación, este sonido puede no ser el ideal y podría requerir medidas adicionales como aislamiento acústico para reducir su impacto.
Puede crear una ondulación de par durante el funcionamiento a alta velocidad
Otra cosa que debe tener en cuenta al usar un motor de reluctancia conmutada es que puede generar una ondulación de par durante el funcionamiento a alta velocidad. La ondulación del par es la variación del par motor que se produce debido a imperfecciones en el diseño del motor o cuando la salida del par varía significativamente de su valor medio. Por lo general, es causado por espacios de aire desiguales entre los devanados del rotor y el estator, desalineación de los campos magnéticos, condiciones de carga fluctuantes o ruido eléctrico. La ondulación del par puede tener un efecto adverso en el rendimiento del sistema, ya que puede causar vibraciones innecesarias y reducir la eficiencia.
Utiliza un sensor de posición del rotor externo.
Uno de los principales inconvenientes de un motor de reluctancia conmutada es que requiere un sensor de posición del rotor externo. Esto significa más componentes y costos asociados con el motor, así como una complejidad adicional para la instalación. También significa una mayor posibilidad de error en el sistema, ya que cualquier desalineación o mal funcionamiento de estos sensores puede reducir la eficiencia y el rendimiento del motor.
Requiere capacitores de gran tamaño
Otra cosa que algunos usuarios deben tener en cuenta es el tamaño de los condensadores necesarios para un motor de reluctancia conmutada. Cuanto más grandes son, más caros y difíciles de instalar se vuelven. En algunos casos, esto puede ser prohibitivamente costoso para muchas personas.
La razón de esto es que SRM genera armónicos a altas velocidades y los condensadores se utilizan para reducir esto. Entonces, si bien al principio pueden parecer un costo adicional, pueden ser esenciales para lograr un rendimiento óptimo. [1], [3]
Preguntas más frecuentes
¿Para qué se utiliza un motor de reluctancia conmutada?
Los SRM se utilizan en una variedad de aplicaciones, como bombas, ventiladores, compresores y motores para robótica. Los SRM también se utilizan en maquinaria industrial para el control de movimiento, como en los sistemas de transporte. Para estas aplicaciones, la capacidad de control de un SRM es una gran ventaja sobre otros tipos de motores.
Vale la pena mencionar que los SRM tienen una salida de par baja pero una alta eficiencia. Como resultado, a menudo se usan en aplicaciones que no requieren grandes cantidades de fuerza, como motores de aire acondicionado y refrigeradores.
¿Cuál es la diferencia entre motores de reluctancia y de reluctancia conmutada?
La principal diferencia entre un motor de reluctancia y un motor de reluctancia conmutado es la forma en que se controlan. Un motor de reluctancia se basa en el magnetismo natural de su núcleo para inducir corriente en sus bobinas, mientras que un motor de reluctancia conmutada requiere una fuente externa para controlar la corriente que fluye a través de sus bobinas. Esto permite un control mucho más preciso sobre la salida de par del motor.
Los motores de reluctancia conmutada también tienen una construcción más simple que sus contrapartes tradicionales, ya que no requieren imanes permanentes ni controladores electrónicos complejos. Además, son altamente eficientes y rentables, lo que los hace ideales para aplicaciones donde el bajo consumo de energía es fundamental.
¿Cuál es la ventaja y la desventaja de los motores de reluctancia conmutados?
La principal ventaja de un motor de reluctancia conmutada es su simplicidad. Tiene solo un devanado de estator y no tiene imanes permanentes, lo que lo hace más asequible que otros tipos de motores. Además, dado que hay menos componentes en el motor, requieren menos mantenimiento y pueden soportar temperaturas más altas con mayor eficiencia.
La principal desventaja de un motor de reluctancia conmutada es el ruido generado debido a la interacción del rotor y el estator. Este ruido puede provocar una reducción de la eficiencia y dificultar el funcionamiento de las máquinas sin medidas adicionales de amortiguación del sonido. Además, los motores de reluctancia conmutada suelen tener una salida de par más pequeña que otros tipos de motores, lo que los hace menos adecuados para ciertas aplicaciones en las que se necesita un par alto.
¿Qué es un motor de reluctancia conmutada Mcq?
A diferencia de otros motores eléctricos, los SRM no dependen de una fuente de campo externa, como bobinados o electroimanes; en su lugar, utilizan el fenómeno natural de la renuencia magnética para hacer girar el rotor cuando se aplica una corriente. El resultado es un motor altamente eficiente y confiable sin necesidad de escobillas, conmutadores o contactores.
Los SRM se componen de dos partes básicas: un estator y un rotor. El estator consta de una serie de electroimanes que producen campos magnéticos alternos. A medida que la corriente pasa a través de estos electroimanes, crean polos opuestos que interactúan con el material magnéticamente permeable del rotor creando un par que lo hace girar. El rotor generalmente está hecho de láminas de acero que permiten la transferencia eficiente de energía del estator al rotor.
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Conclusión
Los motores de reluctancia conmutada (SRM) son una forma única e interesante de motor eléctrico que ofrece muchas ventajas sobre otros tipos de motores. Son más pequeños, más eficientes y requieren menos mantenimiento que los motores de CC sin escobillas o de inducción tradicionales. Los SRM se pueden usar en una variedad de aplicaciones, desde automóviles hasta maquinaria industrial, con el potencial de revolucionar la forma en que usamos la electricidad en nuestra vida cotidiana.
En este artículo hemos cubierto los conceptos básicos de los SRM, sus ventajas y desventajas y su historia. Hemos discutido cómo se construyen y cómo elegir un SRM para una aplicación específica. También analizamos algunos de los desafíos asociados con el uso de estos motores, como el ruido.
En última instancia, si decide utilizar o no un SRM en su proyecto dependerá de sus especificaciones exactas, la cantidad de energía requerida, el propósito para el que se utiliza y otros factores. Sin embargo, al considerar la información presentada aquí, estará en una mejor posición para tomar una decisión informada que mejor se adapte a sus necesidades.
El uso de motores de reluctancia conmutados puede abrir nuevas posibilidades para ingenieros y diseñadores por igual. Pueden ayudar a que los proyectos de alta potencia sean más eficientes, tanto en términos de costo como de uso de energía. Con el potencial de revolucionar nuestro uso de la electricidad, definitivamente vale la pena considerar los SRM para cualquier proyecto que requiera soluciones de energía eléctrica confiables y potentes. ¡Gracias por leer!
Referencias
- https://www.elprocus.com/motor-de-reluctancia-conmutada-trabajando/
- https://www.linquip.com/blog/switched-reluctance-motor/
- https://www.utmel.com/blog/categories/motors/que-es-un-motor-de-reluctancia-conmutada
