¿Qué es un motor de inducción lineal?
Principio de funcionamiento
Un motor de inducción lineal (LIM) es un motor de inducción trifásico cortado a lo largo de su eje y desenrollado. El devanado del estator ya no crea un campo giratorio, sino uno que viaja a lo largo de la máquina a la velocidad síncrona v_s = 2·τ·f, donde τ es el paso polar y f la frecuencia de alimentación. Frente a él, a través de un entrehierro pequeño, hay una placa conductora, normalmente de aluminio o cobre sobre una chapa de hierro de respaldo. El campo viajero induce corrientes en la placa y estas la arrastran con el campo.
Deslizamiento, empuje y factor de mérito
La placa siempre va por detrás del campo: el deslizamiento es s = (v_s − v)/v_s. El empuje es la potencia del entrehierro dividida por la velocidad del campo, F = P_entrehierro / v_s; es cero a velocidad síncrona y grande en reposo. Lo bien que la placa convierte el campo en empuje lo mide el factor de mérito G = μ0·ω·τ²·σ·d/(π²·g). Un buen conductor, una frecuencia alta, un paso polar largo y un entrehierro pequeño elevan G, y un G alto implica menos corriente magnetizante, mejor factor de potencia y mejor rendimiento.
Entrehierro grande y efecto de extremo
A diferencia de una máquina rotativa, un LIM tiene un entrehierro de centímetros, porque la placa y la holgura están entre el estator y el hierro de respaldo. La reactancia de magnetización cae como 1/g, así que la corriente magnetizante es alta y el factor de potencia y el rendimiento son bajos, a menudo por debajo de 0,5. Además, un estator corto tiene un borde de entrada y otro de salida: las corrientes parásitas de la placa no se extinguen mientras cruza el estator, lo que resta flujo y empuje a alta velocidad. Es el efecto de extremo, y crece con la velocidad.
Fuerza normal y aplicaciones
El estator también atrae el hierro de respaldo con una fuerza normal que puede ser varias veces el empuje, de modo que ruedas o guías deben soportarla. Un LIM no necesita engranajes, tracción por ruedas ni piezas giratorias, y por eso mueve trenes de levitación magnética y metros, cintas transportadoras, puertas correderas, lanzamientos de montañas rusas y catapultas de aviones. Un convertidor de frecuencia fija v_s y con ello la velocidad; invertir la secuencia de fases invierte el movimiento y frena el vehículo.
Preguntas frecuentes
- ¿Por qué es tan bajo el factor de potencia de un motor de inducción lineal?
- El entrehierro es grande porque la placa y su holgura están entre el estator y el hierro de respaldo, así que la reactancia de magnetización es pequeña y casi toda la corriente solo crea el campo. Reduzca el entrehierro en el simulador: baja la corriente y suben el factor de potencia y el rendimiento. El efecto de extremo añade pérdidas.
- ¿Qué es el efecto de extremo en un motor de inducción lineal?
- El estator tiene longitud finita, de modo que la placa entra y sale del campo. Las corrientes parásitas inducidas en el borde de entrada se extinguen despacio y siguen circulando cuando la placa sale; debilitan el flujo del entrehierro y gastan potencia. Alterne entre ideal y con efecto de extremo en el simulador y compare las curvas de empuje: la pérdida crece con la velocidad.
- ¿Cómo se cambia la velocidad o el sentido de un LIM?
- La velocidad síncrona es v_s = 2·τ·f, así que un convertidor de frecuencia cambia la velocidad del campo y el vehículo lo sigue con un deslizamiento. Intercambiar dos fases invierte el campo viajero y el empuje, lo que también frena un vehículo en marcha. Suba la frecuencia en el simulador y vea cómo se desplazan la velocidad síncrona y la curva de empuje.