El motor de reluctancia conmutada ( SRM ) es un motor eléctrico que funciona mediante un par de reluctancia . A diferencia de los tipos de motores de CC con escobillas comunes , la energía se envía a los devanados del estator (carcasa) en lugar del rotor . Esto simplifica enormemente el diseño mecánico ya que la energía no tiene que entregarse a una parte móvil, pero complica el diseño eléctrico ya que es necesario utilizar algún tipo de sistema de conmutación para entregar energía a los diferentes devanados. Los dispositivos electrónicos pueden sincronizar con precisión la conmutación, lo que facilita las configuraciones de SRM. Su principal inconveniente es la ondulación del par . [1]Se ha demostrado la tecnología de controlador que limita la ondulación del par a bajas velocidades. [2] Las fuentes no están de acuerdo sobre si es un tipo de motor paso a paso o no. [3]
Un uso alternativo del mismo diseño mecánico es como generador. La carga se conmuta a las bobinas en secuencia para sincronizar el flujo de corriente con la rotación. Dichos generadores pueden funcionar a velocidades mucho más altas que los tipos convencionales, ya que la armadura se puede fabricar como una pieza de material magnetizable, como un cilindro ranurado. [4] En este caso, la abreviatura SRM se extiende para significar Máquina de reluctancia conmutada (junto con SRG, Generador de reluctancia conmutada). Una topología que sea tanto de motor como de generador es útil para arrancar el motor principal, ya que ahorra un motor de arranque dedicado.
Historia
La primera patente para el tipo de motor fue de WH Taylor en 1838 en los Estados Unidos. [5] [6]
Los principios de los impulsos SR se describieron alrededor de 1970, [7] y Peter Lawrenson y otros los mejoraron desde 1980 en adelante. [8] En ese momento, algunos expertos vieron la tecnología como inviable, [9] y la aplicación práctica ha sido limitada, en parte debido a problemas de control y aplicación inadecuada, y porque los números de producción bajos resultan en costos más altos . [10] [1] [11]
Principio de operación
El SRM tiene bobinas de campo enrolladas como en un motor de CC para los devanados del estator. Sin embargo, el rotor no tiene imanes ni bobinas conectados. Es un rotor sólido de polos salientes (con polos magnéticos salientes) hecho de material magnético blando (a menudo acero laminado). Cuando se aplica energía a los devanados del estator, la resistencia magnética del rotor crea una fuerza que intenta alinear el polo del rotor con el polo del estator más cercano. Para mantener la rotación, un sistema de control electrónico enciende los devanados de los sucesivos polos del estator en secuencia, de modo que el campo magnético del estator "conduce" al polo del rotor, tirando de él hacia adelante. En lugar de utilizar un conmutador mecánico para cambiar la corriente del devanado como en los motores tradicionales, el motor de reluctancia conmutada utiliza un sensor de posición electrónico para determinar el ángulo del eje del rotor y la electrónica de estado sólido para cambiar los devanados del estator, lo que permite el control dinámico del pulso. sincronización y forma. Esto difiere del motor de inducción aparentemente similar que también energiza los devanados en una secuencia rotativa por fases. En un SRM, la magnetización del rotor es estática (un polo 'Norte' saliente permanece mientras el motor gira) mientras que un motor de inducción tiene deslizamiento (gira a una velocidad ligeramente menor que la síncrona). La ausencia de deslizamiento de SRM hace posible conocer la posición del rotor con exactitud, lo que permite que el motor se acelere arbitrariamente lentamente.
Conmutación simple
Si los polos A0 y A1 están energizados, el rotor se alineará con estos polos. Una vez que esto ha ocurrido, es posible que los polos del estator se desenergicen antes de que se energicen los polos del estator de B0 y B1. El rotor ahora está posicionado en los polos del estator b. Esta secuencia continúa a través de c antes de volver al inicio. Esta secuencia también se puede invertir para lograr un movimiento en la dirección opuesta. Las cargas altas y / o la desaceleración alta pueden desestabilizar esta secuencia, provocando que se pierda un paso, de modo que el rotor salte al ángulo incorrecto, quizás retrocediendo un paso en lugar de tres hacia adelante.
Cuadratura
Se puede encontrar un sistema mucho más estable usando una secuencia de "cuadratura". Como en cualquier momento se energizan dos bobinas, primero se energizan los polos del estator A0 y A1. Luego, los polos del estator de B0 y B1 se energizan, lo que tira del rotor de modo que se alinee entre A y B. Después de esto, los polos del estator de A se desactivan y el rotor continúa alineado con B. La secuencia continúa a través de BC, C y CA para completar una rotación completa. Esta secuencia se puede invertir para lograr un movimiento en la dirección opuesta. Más pasos entre posiciones con magnetización idéntica, por lo que el inicio de pasos perdidos ocurre a velocidades o cargas más altas.
Además de un funcionamiento más estable, este enfoque conduce a un ciclo de trabajo de cada fase de 1/2, en lugar de 1/3 como en la secuencia más simple.
Control
El sistema de control es responsable de dar los pulsos secuenciales requeridos a los circuitos de potencia. Es posible hacer esto usando medios electromecánicos como conmutadores o circuitos de temporización analógicos o digitales simples.
Muchos controladores incorporan controladores lógicos programables (PLC) en lugar de componentes electromecánicos. Se puede utilizar un microcontrolador para permitir una sincronización precisa de las activaciones de fase. También habilita una función de arranque suave en forma de software, con el fin de reducir la cantidad de hardware requerido. Un circuito de retroalimentación mejora el sistema de control. [1]
Circuito de potencia
El enfoque más común para alimentar un motor de reluctancia conmutada es utilizar un convertidor de puente asimétrico. La frecuencia de conmutación puede ser 10 veces menor que la de los motores de CA. [3]
Las fases en un convertidor de puente asimétrico corresponden a las fases del motor de reluctancia conmutado. Si ambos interruptores de alimentación a cada lado de la fase están encendidos, entonces se activará la fase correspondiente. Una vez que la corriente ha aumentado por encima del valor establecido, el interruptor se apaga. La energía ahora almacenada dentro del devanado del motor mantiene la corriente en la misma dirección, la denominada EMF trasera (BEMF). Este BEMF se retroalimenta a través de los diodos al condensador para su reutilización, mejorando así la eficiencia. [12]
Este circuito básico puede modificarse para que se requieran menos componentes aunque el circuito realice la misma acción. Este circuito eficiente se conoce como configuración de diodos y conmutadores (n + 1).
Se utiliza un condensador , en cualquier configuración, para almacenar BEMF para su reutilización y para suprimir el ruido eléctrico y acústico al limitar las fluctuaciones en el voltaje de suministro.
Si se desconecta una fase, un motor SR puede continuar funcionando a un par menor, a diferencia de un motor de inducción de CA que se apaga. [7] [13]
Aplicaciones
Los SRM se utilizan en algunos electrodomésticos [14] y vehículos. [15]
Referencias
- ↑ a b c Bartos, Frank (1 de febrero de 2003). "¿Primavera para motores de reluctancia conmutada?" . Ingeniería de control . Archivado desde el original el 19 de mayo de 2020.
Los procesadores de señales digitales y los algoritmos especiales en los controles SR son vitales para cronometrar con precisión los pulsos de corriente alimentados a los devanados del motor en relación con la posición del rotor y el estator. La tecnología SR no ha experimentado avances reales. interés reducido en la tecnología SR
- ^ Stankovic, AM "Departamento de Electr. E Informática Ing.". doi : 10.1109 / IAS.1996.557001 . Cite journal requiere
|journal=
( ayuda ) - ^ a b Bartos, Frank (1 de marzo de 2010). "¿Resurgimiento de motores SR, Drives?" . Ingeniería de control . Archivado desde el original el 19 de mayo de 2020. Los
variadores SR funcionan a frecuencias de conmutación típicamente 10 veces más bajas que los variadores de CA comparables. Algunas otras fuentes parecen colocar ambos motores en la misma categoría). Emotron coincide en que el motor SR actual no es un motor paso a paso, ya que la corriente se monitorea y controla continuamente en relación con la posición angular del rotor.
- ^ "Generadores de reluctancia conmutados y su control" . Archivado desde el original el 29 de noviembre de 2014 . Consultado el 18 de noviembre de 2016 .CS1 maint: bot: estado de URL original desconocido ( enlace )
- ^ "HISTORIA DE LA MÁQUINA DE RELUCCIÓN CONMUTADA (Motor Eléctrico)" . what-when-how.com . Consultado el 25 de julio de 2020 .
- ^ "Vehículos eléctricos cargados | Una mirada más cercana a los motores de reluctancia conmutados" . chargedevs.com . Consultado el 25 de julio de 2020 .
- ^ a b Bartos, Frank (10 de marzo de 2010). "Anatomía del motor SR: ver el interior de los motores de reluctancia conmutados" . Ingeniería de control . Archivado desde el original el 27 de octubre de 2018.
- ^ "Motores de reluctancia conmutados de velocidad variable", PJ Lawrenson, JM Stephenson, PT Blenkinsop, J. Corda y NN Fulton, IEE Proceedings B - Electric Power Applications, volumen 127, número 4, 1980. pp. 253-265
- ^ "Destinatarios de la medalla IEEE Edison" . www.ieee.org . Archivado desde el original el 19 de mayo de 2020.
- ^ Bartos, Frank (1 de noviembre de 1999). " ' Adelante al pasado' con tecnología SR" . Ingeniería de control . Archivado desde el original el 19 de mayo de 2020.
- ^ Bartos, Frank (30 de mayo de 2003). "Controles y motores de reluctancia conmutada ofrecen una solución alternativa" . Ingeniería de control . Archivado desde el original el 19 de mayo de 2020.
Debido a sus números de producción relativamente más pequeños, los costos de fabricación de la tecnología SR tienden a ser más altos.
- ^ "Circuitos de conmutación de semiconductores de potencia para SRM (controladores de potencia)" .
Cuando el devanado de fase se va a desconectar de la alimentación (este instante también depende de la posición del eje) los dispositivos T1 y T2 se apagan. La energía almacenada en el devanado de fase A tiende a mantener la corriente en la misma dirección. . Esta corriente pasa del devanado a través de D1 y D2 al suministro. Por lo tanto, la energía almacenada se realimenta a la red.
- ^ "Análisis comparativo de la máquina de reluctancia conmutada tolerante a fallas | Tolerancia a fallas | Ingeniería de confiabilidad" . Scribd .
- ^ Bush, Steve (2009). "Dyson aspira 104.000 rpm con tecnología de CC sin escobillas" . Revista Semanal de Electrónica. Archivado desde el original el 11 de abril de 2012.
- ^ "Motor Tesla Model 3 - Todo lo que he podido aprender sobre él (Bienvenido a la máquina)" . CleanTechnica . 11 de marzo de 2018 . Consultado el 18 de junio de 2018 .
enlaces externos
- Accionamientos de motor de reluctancia conmutados
- Simulación y control en tiempo real de accionamientos de motor de reluctancia para funcionamiento a alta velocidad con ondulación de par reducida
- Torrey - Generadores de reluctancia conmutados y su control DOI: 10.1109 / 41.982243
- Asadi: desarrollo y aplicación de un accionamiento de generador de reluctancia conmutado avanzado
- Archivo de base de datos SR
- Adam Biernat: Máquinas eléctricas en la ingeniería energética y la automatización (Politécnica de Varsovia)
- Conceptos de intubación del motor de reluctancia síncrona