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Motores con imanes permanentes




  1. ¿Qué son los motores de imanes permanentes?
  2. Imanes Permanentes
  3. Motores Paso a Paso
  4. Motores de Imanes Permanentes Síncronos AC
  5. Referencias bibliográficas

Los motores IP son motores eléctricos que utilizan la combinación de campos magnéticos de naturaleza permanente (Imanes) y campos magnéticos inducidos producidos por la corriente de excitación externa que fluye a través de los devanados del estator.

Los motores IP pueden ser excitados tanto con señales eléctricas continua o alterna, sin embargo es importante notar que las aplicaciones de motores de excitación alterna son los más empleados y eficientes en términos de conversión de energía disponibilidad, y mantenimiento. A su vez dentro de los motores de excitación alterna se puede hacer una nueva división donde se encuentra a los motores Sincrónicos de imanes permanentes y

los motores llamados Brushless DC o motores de excitación alterna "sin escobillas" debido a su equivalencia con los motores de corriente continua.

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Los imanes permanentes son materiales que poseen una gran capacidad de almacenamiento de energía magnética, que perdura en el tiempo y que su degradación no es significativa. Un aspecto importante es la curva característica de magnetización o curva de histéresis, curva que es particular para cada tipo de material magnético.

Los imanes permanentes no son algo nuevo. Es en el presente siglo que su estudio y conocimiento fue avanzando hasta llegar hoy en día a la conformación de tierras raras, las que en conjunto con el Samario, Neodimio y otros materiales han constituido imanes de alto rendimiento.

Clases de Motores de Imanes Permanentes

Motor eléctrico sin escobillas

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Un motor eléctrico sin escobillas o motor Brushless es un motor eléctrico que no emplea escobillas para realizar el cambio de polaridad en el rotor.

Los motores eléctricos solían tener un colector de delgas o un par de anillos rozantes. Estos sistemas, que producen rozamiento, disminuyen el rendimiento, desprenden calor y ruido, requieren mucho mantenimiento y pueden producir partículas de carbón que manchan el motor de un polvo que, además, puede ser conductor.

Los primeros motores sin escobillas fueron los motores de corriente alterna asíncronos. Hoy en día, gracias a la electrónica, se muestran muy ventajosos, ya que son más baratos de fabricar, pesan menos y requieren menos mantenimiento, pero su control era mucho más complejo. Esta complejidad prácticamente se ha eliminado con los controles electrónicos.

El inversor debe convertir la corriente alterna en corriente continua, y otra vez en alterna de otra frecuencia. Otras veces se puede alimentar directamente con corriente continua, eliminado el primer paso. Por este motivo, estos motores de corriente alterna se pueden usar en aplicaciones de corriente continua, con un rendimiento mucho mayor que un motor de corriente continua con escobillas.

Funcionamiento:

Su mecanismo se basa en sustituir la conmutación (cambio de polaridad) mecánica por otra electrónica sin contacto. En este caso, la espira sólo es impulsada cuando el polo es el correcto, y cuando no lo es, el sistema electrónico corta el suministro de corriente. Para detectar la posición de la espira del rotor se utiliza la detección de un campo magnético. Este sistema electrónico, además, puede informar de la velocidad de giro, o si está parado, e incluso cortar la corriente si se detiene para que no se queme. Tienen la desventaja de que no giran al revés al cambiarles la polaridad (+ y -). Para hacer el cambio se deberían cruzar dos conductores del sistema electrónico.

Un sistema algo parecido, para evitar este rozamiento en los anillos, se usa en los alternadores. En este caso no se evita el uso de anillos rozantes, sino que se evita usar uno más robusto y que frenaría mucho el motor. Actualmente, los alternadores tienen el campo magnético inductor en el rotor, que induce el campo magnético al estator, que a la vez es inducido. Como el campo magnético del inductor necesita mucha menos corriente que la que se va generar en el inducido, se necesitan unos anillos con un rozamiento menor. Esta configuración la usan desde pequeños

Aplicaciones:

  • Coches y aviones con radiocontrol.

  • Ventiladores de ordenador, casetes, etc.

  • Alternadores de Autos.

  • Generadores de centrales con potencias del orden del megavatio, etc.

Los motores paso a paso son ideales para la construcción de mecanismos en donde se requieren movimientos muy precisos.

La característica principal de estos motores es el hecho de poder moverlos un paso a la vez por cada pulso que se le aplique. Este paso puede variar desde 90° hasta pequeños movimientos de tan solo 1.8°, es decir, que se necesitarán 4 pasos en el primer caso (90°) y 200 para el segundo caso (1.8°), para completar un giro completo de 360°.

Estos motores poseen la habilidad de poder quedar enclavados en una posición o bien totalmente libres. Si una o más de sus bobinas está energizada, el motor estará enclavado en la posición correspondiente y por el contrario quedará completamente libre si no circula corriente por ninguna de sus bobinas.

Principio de funcionamiento:

Básicamente estos motores están constituidos normalmente por un rotor sobre el que van aplicados distintos imanes permanentes y por un cierto número de bobinas excitadoras bobinadas en su estator.

Las bobinas son parte del estator y el rotor es un imán permanente. Toda la conmutación (o excitación de las bobinas) deber ser externamente manejada por un controlador.

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Tipos:

Bipolar: Estos tiene generalmente cuatro cables de salida. Necesitan ciertos trucos para ser controlados, debido a que requieren del cambio de dirección del flujo de corriente a través de las bobinas en la secuencia apropiada para realizar un movimiento. En figura podemos apreciar un ejemplo de control de estos motores mediante el uso de un puente en H (H-Bridge). Como se aprecia, será necesario un H-Bridge por cada bobina del motor, es decir que para controlar un motor Paso a Paso de 4 cables, necesitaremos usar dos H-Bridges iguales al de la figura .En general es recomendable el uso de H-Bridge integrados como son los casos del L293

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Unipolar: Estos motores suelen tener 6 o 5 cables de salida, dependiendo de su conexionado interno. Este tipo se caracteriza por ser más simple de controlar. En la figura podemos apreciar un ejemplo de conexionado para controlar un motor paso a paso unipolar mediante el uso de un ULN2803, el cual es una array de 8 transistores tipo Darlington capaces de manejar cargas de hasta 500mA. Las entradas de activación (Activa A, B , C y D) pueden ser directamente activadas por un microcontrolador.

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Aplicaciones:

  • Impresoras, Fotocopiadoras y Ploteadoras.

  • Máquinas de control numèrico.

  • Lectoras de CD.

  • Robótica y servomecanismos.

Los motores de AC que utilizan imanes más utilizados son:

  • Síncronos (PMSM):

Poseen un campo magnético giratorio y uniforme

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  • Motores de Imán Permanente Conmutados o trapezoidales (BLDC_Motors):

El campo del estator es aplicado en pasos discretos

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El rotor tiene dos imanes que cubren cada uno aprox.180º del perímetro del rotor y producen una densidad de flujo quasi-rectangular en el hierro.

El estator tiene un bobinado trifásico, donde los conductores de cada fase están distribuidos uniformemente en porciones de arcos de 60º.

El sistema de potencia conectara una fuente controlada de corriente a los bobinados del estator, de manera que en cada momento conectemos 2 fases del bobinado. Cada imán del rotor interactúa con 2 arcos de 60º por los que circule corriente.

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Cuando los bordes del imán del rotor alcanzan el límite entre las fases del estator, un detector, tal como un sensor de efecto Hall montado en el estator, detectará la inversión del campo magnético del entrehierro y causa una apropiada secuencia de conmutación de los transistores.

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  • http://www.uv.es/emaset/iep00/descargas/motores-Sincronos-0809.pdf

  • http://es.m.wikipedia.org/wiki/Motor_de_imanes_permanentes

  • http://es.scribd.com/doc/50089575/11/EL-MOTOR-DE-IMAN-PERMANENTE

  • http://www.esacademic.com/dic.nsf/eswiki/827787

  • http://www.zonatecno.net/Electronica/Recursos/Motores-Paso-a-Paso-Conocimientos-Fundamentales.html

  • http://www.ecured.cu/index.php/Motor_im%C3%A1n_permanente

  • http://prezi.com/9mvmxqxxuxfz/motores-de-imanes-permanentes/

 

 

Autor:

Gerard Moisés García

 


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