Motor de histéresis (página 2)

2. MOTORES DE
HISTÉRESIS:

Es un motor que usa el
fenómeno de la histéresis para la producción de un par mecánico. El
rotor del motor es un cilindro de material magnético sin
dientes, protuberancias ni devanados. El estator del motor puede
ser monofásico o trifásico: pero si es
monofásico, se debe usar un condensador permanente con un
devanado auxiliar para suministrar un campo tan uniforme como sea
posible, puesto que esto reduce la gran pérdida del motor
en gran escala.

Cuando se le aplica una corriente trifásica o
monofásica con el devanado auxiliar al estator del motor,
aparece un campo
magnético giratorio dentro de la maquina. Este campo
magnético giratorio magnetiza el metal del rotor e induce
polos dentro de él.

Cuando el motor opera por debajo de la velocidad
sincrónica, hay dos fuentes de par
dentro de él. La mayoría del par lo produce la
histéresis. Cuando el campo magnético del estator
barrera (alrededor de la superficie del rotor), el flujo
no lo puede seguir exactamente puesto que el metal del rotor
tienen una gran pérdida por histéresis. Mientras
más grande sea la perdida intrínseca (Valor por
si a diferencia del convencional) por histéresis del
material del rotor, mayor será el ángulo por el
campo magnético del rotor, estará en retraso con el
campo magnético del estator. Puesto que los campos
magnéticos del estator y el rotor tienen diferentes
ángulos, se producirá un par finito en el motor.
Además, el campo magnético del estator
producirá corrientes parasitas en el rotor, las cuales
producen su propio campo magnético incrementando aun
más el par del motor. Mientras más grande sea el
movimiento
relativo entre el campo magnético del estator y el rotor,
mayores serán las corrientes parasitas y el par de
corrientes parasitas.

Cuando el motor llega a la velocidad sincrónica, el
flujo del estator deja de barrer a través del rotor y este
actúa como imán permanente entonces el par inducido
en el motor es proporcional al ángulo entre el campo
magnético y el rotor y el estator, hasta un ángulo
máximo delimitado por la histéresis en el
rotor.

Se puede apreciar las características
par-velocidad de un motor de histéresis en la figura
2 puesto que la cantidad de la histéresis dentro del
rotor es particular está en función
sólo de la densidad de flujo
en el estator y del material del que esta hecho, el par de
histéresis del motor es aproximadamente constante a
cualquier velocidad entre cero y nsincronica El par de
corriente parasita es aproximadamente proporcional al
desplazamiento del motor. Estos dos hechos juntos son los
culpables de la forma de la característica par- velocidad
del motor de histéresis.

Figura 2: Características
par-velocidad de un motor de histéresis.

Puesto que el par de un motor de histéresis a
cualquier velocidad subsíncrona es mayor que su par
síncrono máximo, el motor de histéresis
puede acelera con cualquier carga que pueda soportar en su
operación normal.

Se puede crear un motor síncrono de baja potencia y de
auto arranque pequeño con estator de polos sombreados se
puede observar en la figura 3 es un motor de uso
común en aparatos de el hogar.

Figura 3: Motor de
histéresis con polos sombreados

El motor esta accionado por la frecuencia que toma del
sistema
eléctrico a su velocidad máxima por ende trabaja a
velocidad síncrono.

Por otro lado si se bloquea en presencia
del flujo del estator φ de intensidad constante rotando a
velocidad sincrónica los dominios tienden a
alinearse con este flujo, sin embargo se realiza trabajo en el
realimentamiento continuo y los vectores de
dominio se
retrasan con respecto al flujo del estator en el ángulo
histérico δ si se libera
el rotor seguirá al flujo acelerando hasta la velocidad
sincrónica. A la velocidad sincrónica el
ángulo de retraso disminuye a medida que los vectores de
dominio se alinean más con φ
pero no así confidencia completa, puesto que no
existiría entonces un ángulo de torque para
mantener la rotación.

A velocidad sincronía el rotor esta permanente
magnetizado a lo largo de su eje retrasado con
respecto de φ. Este motor no puede girar a velocidades
inferiores a la sincrónica si la carga
aumenta el motor reajustara su torque para proporcionar el
equilibrio.

3. PRINCIPIO DE
FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE HISTÉRESIS:

El estator de un motor de histéresis es del mismo
tipo que el de un motor de inducción. El rotor es un cilindro compacto
hecho de una aleación muy dura que equivale a un
imán o magneto permanente, soportado en estructuras no
magnéticas.

El funcionamiento, se basa donde los imanes representan
la fuente del flujo estatórico, que sirve para inducir
polaridades magnéticas opuestas en la dura estructura
aleada del rotor. Con los imanes estacionarios (en vacío)
observado en la figura 4, el eje magnético de los
polos del rotor coinciden totalmente con el eje magnético
de los polos del estator. Rotando los imanes estatóricos
con el rotor bloqueado, se genera un flujo magnético
giratorio que provoca un torque en los polos magnéticos
inducidos del rotor. Al igual que rotan los polos del estator,
los polos del rotor están yendo constantemente hacia
nuevas posiciones, siguiendo la dirección del flujo rotativo. Dado el
fenómeno de la histéresis, siempre los polos del
rotor atrasarán a los polos del estator en un
ángulo φ.

Figura 4: Rotación de los
imanes estatóricos.

La energía transferible por el flujo rotativo del
estator hacia el rotor, es en forma de energía de
histéresis y a rotor bloqueado se libera como
pérdida de calor, que
viene dada por:

P = K f B, en donde;

f – frecuencia del flujo reversado en el rotor
(Hz),

B – valor
máximo de la densidad de flujo en el entrehierro
(T/m2),

P – pérdidas de potencia por
histéresis (W),

K – constante que incluye aspectos
constructivos.

La potencia mecánica desarrollada en el rotor durante
la aceleración, se puede expresar como función de P
y del deslizamiento (s), así:

Pmec = Ph (( 1-s) /
s) (similar al motor de inducción).

T es constante a todas las velocidades,
excepto a ns, a la que el rotor se magnetiza sólo en
algunos ejes aleatorios, siendo empujado por la simple
atracción magnética. La P es nula y el T es
también nulo, de tal forma que a ns, el motor funciona
como un motor sincrónico de imanes permanentes,
desarrollando únicamente el par magnético (Tmag).
Bajo condiciones de vacío y despreciando las
pérdidas rotacionales, existirá una plena
coincidencia entre las líneas centrales de los magnetos
inducidos en el rotor y los polos rotantes producidos en el
estator, tal y como se muestra en la
figura 5. Conforme se aumenta la carga en el eje, el rotor
se retrasa momentáneamente y hace que los imanes inducidos
en el rotor atrasen a los polos rotantes del estator en un
ángulo máx. Después de
este ajuste angular, el rotor regresa a ns con un
nuevo ángulo de par, de tal forma que, el aumento en
Tmáx causado por el aumento en
máx compensa el aumento en el par de
carga.

Figura 5: Atraso del rotor al
aumento de la carga

Nótese que T también se desarrolla durante
el periodo transitorio de aumento de carga en el eje, pues el T
máx ocurre a ns y es proporcional al
sen máx, siendo su valor
máximo cuando máx =
90º. Cuando máx > 90º, el
rotor se sale de sincronismo, el Tmáx =0 y el
motor desarrolla sólo el T, que no es suficiente para
llevar el par de la carga que causó la pérdida de
sincronismo.

4.
POLOS SOMBREADOS EN UN MOTOR DE
HISTÉRESIS:

El flujo en el motor varia con el tiempo cuando
varia con el tiempo produce corrientes parasitas en el material
del motor y esto produce un desequilibrio en los campos del rotor
y estator este tipo de polos producen un menor par de arranque y
un mejor desplazamiento Se utilizan en general en ventiladores y
sopladores de baja potencia. Las ventajas son su simplicidad,
robustez y bajo costo, este motor
no necesita partes auxiliares como condensadores,
escobillas, centrífugos. La desventajas de este motor es,
bajo par de arranque, eficiencia baja
menor del 35 %, factor de potencia pobre. Una explicación
simple de su funcionamiento es que al recibir el campo
magnético el estator se genera una tensión en la
espira en cortocircuito que reduce el campo en esa zona iniciando
el giro.

5. MOTOR DE
HISTÉRESIS CON MATERIALES
SUPERCONDUCTORES

En los motores convencionales el par mecánico
resulta de la repulsión entre el campo rotatorio y el
estator y los polos magnéticos.

En la figura 6 se muestra la simulación
de un motor de histéresis realizado por la Universidad de
Oxford el par se puede considerar debido a la interacción entre intragranulares
producidas por el súper conductor y el campo rotatorio es
linealmente proporcional a las perdidas totales por
histéresis en el rotor e independiente de la velocidad
angular de giro.

Figura 6: Representación
simulada del motor de histéresis (Universidad de
Oxford)

A la temperatura
del nitrógeno líquido los parámetros del
motor son de 3 a 5 veces superiores a los motores de
histéresis convencionales el par producido por un material
superconductor de radio exterior D
y diámetro interior D1 viene dado por la
ecuación

Los factores δ y α
dependen de las propiedades del material superconductor y
del diámetro del rotor.

6. MOTOR SÍNCRONO DE PRECISIÓN
(motor de histéresis)

Se denomina motor síncrono a un a un motor de
histéresis a velocidad máxima

Cuando su rotor girando está magnetizado de
manera permanente en dirección transversal se encuentra
dentro del estator, será arrastrado por atracción
magnética a la velocidad a la que está girando el
campo.

Esta velocidad se llama velocidad de sincronía, o
velocidad de sincronismo, y el resultado de la disposición
descrita es un motor síncrono.

Su velocidad está exactamente sincronizada con la
frecuencia de línea.

Pequeños motores síncrono se encuentran en
relojes eléctricos para asegurar una medición de tiempo precisa, pero
también se utilizan en la industria.

En grandes motores síncrono industriales el rotor
es un electroimán y está excitado por la corriente
directa.

Una característica del motor síncrono es
que si el rotor es "sobreexcitado", esto es, si el campo
magnético es superior a un cierto valor, el motor se
comporta como un condensador a través de la línea
de poder
útil para la corrección del factor de
potencia.

RESUMEN

Se basa el estudio de los tipos de motores en este caso
un motor de baja potencia de uso común o funciones
específicas. Que a velocidad máxima se comporta
como un motor síncrono, el par de un motor de
histéresis a cualquier velocidad subsíncrona es
mayor que su par síncrono máximo, el motor de
histéresis puede acelera con cualquier carga que pueda
soportar en su operación normal.

Se tiene un pantallaso sobre la ventaja del tipo del
metal utilizado al fabricar el motor para poder tener un mejor
aprovechamiento de la histéresis en el metal.

El funcionamiento, se basa donde los imanes representan
la fuente del flujo estatórico, que sirve para inducir
polaridades magnéticas opuestas en la dura estructura
aleada del rotor.

La forma en que el motor de histéresis puede
corregir su factor de potencia con un campo magnético
sobre excitado en el rotor, acción
que convierte su rotor en un gran condensador. Este tipo de motor
es el más suave y silencioso y solo se fabrica en
tamaños pequeños.

Anibal Montilla

Estudiante UTP (Panamá)
septiembre del 2007