miniatura|Secció transversal d'una màquina de reluctància commutada amb 6 pols d'estator i 4 pols de rotor, que mostra quins estators estan activats i les línies de camp magnètic. Un motor de reluctància és un tipus de motor elèctric que indueix pols magnètics no permanents al rotor ferromagnètic. El rotor no té cap bobinatge. Genera parell motor a través de la reluctància magnètica. miniatura|Secció transversal d'una màquina de reluctància commutada amb 6 pols de l'estator i 4 pols del rotor. Observeu els debanaments concentrats als pols de l'estator. Els subtipus de motors de reluctància inclouen síncrons, variables, commutats i passos variables.

Els motors de reluctància poden oferir una alta densitat de potència a baix cost, cosa que els fa atractius per a moltes aplicacions. Els desavantatges inclouen una alta ondulació de parell (la diferència entre el parell màxim i el mínim durant una revolució) quan funcionen a baixa velocitat i el soroll a causa de l'ondulació de parell.

Fins a principis del segle XXI, el seu ús estava limitat per la complexitat de dissenyar-los i controlar-los. Els avenços en la teoria, les eines de disseny informàtic i els sistemes integrats de baix cost per al control van superar aquests obstacles. Els microcontroladors utilitzen algoritmes de control de computació en temps real per adaptar les formes d'ona d'accionament segons la posició del rotor i la retroalimentació de corrent/tensió. Abans del desenvolupament de circuits integrats a gran escala, l'electrònica de control era prohibitivament costosa.

Fonaments de disseny i funcionament L'estator consta de múltiples pols electromagnètics sortints (projectius), similars a un motor de corrent continu amb escombretes de camp bobinat. El rotor està fet d'un material magnètic tou, com ara l'acer laminat al silici, que té múltiples projeccions que actuen com a pols magnètics sortints mitjançant la reluctància magnètica. Per als motors de reluctància commutada, el nombre de pols del rotor sol ser inferior al nombre de pols de l'estator, cosa que minimitza l'ondulació del parell i impedeix que tots els pols s'alineïn simultàniament, una posició que no pot generar parell.

Quan un pol del rotor és equidistant de dos pols adjacents de l'estator, es diu que el pol del rotor es troba en la "posició totalment desalineada". Aquesta és la posició de màxima reluctància magnètica per al pol del rotor. En la "posició alineada", dos (o més) pols del rotor estan completament alineats amb dos (o més) pols de l'estator (la qual cosa significa que els pols del rotor estan completament mirant cap als pols de l'estator) i és una posició de mínima reluctància.

Quan un pol de l'estator s'energitza, el parell motor del rotor va en la direcció que redueix la reluctància. Així, el pol del rotor més proper s'estira des de la posició no alineada fins a l'alineació amb el camp de l'estator (una posició de menys reluctància). (Aquest és el mateix efecte que utilitza un solenoide o quan es recull metall ferromagnètic amb un imant). Per mantenir la rotació, el camp de l'estator ha de girar per davant dels pols del rotor, "estirant" així constantment el rotor. Algunes variants de motor funcionen amb alimentació de CA trifàsica (vegeu la variant de reluctància síncrona a continuació). La majoria dels dissenys moderns són del tipus de reluctància commutada, perquè la commutació electrònica ofereix avantatges de control significatius per a l'arrencada del motor, el control de velocitat i un funcionament suau (baixa ondulació de parell motor).

La inductància de cada fase de bobinatge del motor varia amb la posició, perquè la reluctància també varia amb la posició. Això presenta un repte per als sistemes de control.

Tipus Reluctància síncrona Els motors síncrons de reluctància (SynRM) tenen el mateix nombre de pols de l'estator i del rotor. Les projeccions del rotor estan disposades per introduir "barreres" de flux intern, forats que dirigeixen el flux magnètic al llarg de l'anomenat eix directe. El nombre de pols ha de ser parell, normalment 4 o 6.

El rotor funciona a velocitats síncrones sense parts conductores de corrent. Les pèrdues del rotor són mínimes en comparació amb les d'un motor d'inducció, però normalment té menys parell motor.

Un cop arrencat a velocitat síncrona, el motor pot funcionar amb tensió sinusoidal. El control de velocitat requereix un variador de freqüència.

Els SynRM d'alta potència solen requerir elements de terres rares com el neodimi i el disprosi. Tanmateix, un estudi del 2023 va informar de l'ús d'un laminat magnètic de doble fase per substituir-los. La magnetització d'aquest material crea regions altament magnetitzades, que serveixen com a pols del rotor, mentre que deixa altres regions no magnètiques (no permeables). En un experiment que utilitzava nitruració a alta temperatura per augmentar la resistència, un rotor de doble fase va generar una potència de 23 kW a 14.000 RPM amb una densitat de potència d'1,4 kW i una eficiència màxima del 94%, mentre que un rotor convencional comparable va produir 3,7 kW. L'ús de pals i ponts no permeables permet que siguin més grans i més forts, reduint la interferència entre les línies de flux del rotor i l'estator. Una limitació és que la magnetització està limitada a 1,5 T, en comparació amb els motors convencionals de 2 T.

Reluctància commutada o reluctància variable Motor de reluctància commutada amb línies de flux magnètic. El motor de reluctància commutada (SRM) és un tipus de motor de reluctància. A diferència dels motors de corrent continu amb raspalls, la potència es subministra als debanaments de l'estator (carcassa) en lloc del rotor. Això simplifica el disseny mecànic perquè la potència no s'ha de subministrar al rotor en moviment, cosa que elimina la necessitat d'un commutador. Tanmateix, complica el disseny elèctric, perquè un sistema de commutació ha de subministrar potència als diferents debanaments i limitar l'ondulació del parell. Les fonts discrepen sobre si és un tipus de motor pas a pas.

L'SRM més simple té el cost de construcció més baix de qualsevol motor elèctric. Els motors industrials poden tenir una certa reducció de costos a causa de la manca de debanaments del rotor o imants permanents. Els usos comuns inclouen aplicacions on el rotor ha de romandre estacionari durant llargs períodes i en entorns potencialment explosius com la mineria, perquè no hi ha commutació.

Els debanaments d'un SRM estan aïllats elèctricament entre si, produint una major tolerància a fallades que els motors d'inducció. La forma d'ona d'accionament òptima no és una sinusoide pura, a causa del parell no lineal relatiu al desplaçament del rotor i a la inductància dels debanaments, que depèn en gran manera de la posició.

Aplicacions Comptadors elèctrics analògics rellotges elèctrics analògics Alguns dissenys de rentadores Mecanismes d'accionament de les barres de control dels reactors nuclears Motor de disc dur Vehicles elèctrics[17-Year-Old Boy's Electric Motor Design Could Revolutionize EVs Story by Dustin Wheelen • Aug 16, 2022, CNN.com https://www.msn.com/en-ca/autos/news/17-year-old-boy-s-electric-motor-design-could-revolutionize-evs/ar-AA10Ju0j] Eines elèctriques com ara torns, trepants i serres de cinta

Referències

Categoria:Motors Categoria:Electricitat