¿Qué es un motor síncrono de reluctancia?
Principio de funcionamiento
El motor síncrono de reluctancia (SynRM) tiene un rotor hecho solo de chapas de acero: sin imanes, sin jaula y sin devanados. Unas ranuras de aire curvas, las barreras de flujo, hacen que el rotor sea magnéticamente asimétrico: la inductancia es alta en el eje directo (Ld) y baja en el eje en cuadratura (Lq). El campo del estator atrae hacia sí el camino de flujo fácil, el eje d, y esa atracción es el par: T = 1,5·p·(Ld − Lq)·id·iq. Con Ld = Lq no habría par.
Saliencia y factor de potencia
La relación de saliencia ξ = Ld/Lq mide lo bien que funcionan las barreras. Un ξ mayor da más par por amperio y mejor factor de potencia, que nunca puede superar (ξ − 1)/(ξ + 1). Con ξ = 6 el techo es de unos 0,71, y las máquinas reales trabajan entre 0,6 y 0,8. Sin campo en el rotor, el estator debe aportar toda la corriente de magnetización, por eso el factor de potencia es menor que en un motor de imanes permanentes.
Control con variador y MTPA
Un SynRM no puede arrancar ni funcionar directamente desde la red: un variador debe crear el campo giratorio y orientar el vector de corriente. El variador divide la corriente en id (flujo) e iq (par). Con hierro lineal, el par por amperio es máximo con un ángulo de corriente de 45° respecto al eje d, el punto de máximo par por amperio (MTPA); la saturación lo desplaza hacia arriba. Otras estrategias, como el máximo factor de potencia, gastan más corriente para obtener mejor cos φ.
Velocidad, debilitamiento de campo y usos
El rotor gira exactamente a la velocidad síncrona, 120·f/p, sin deslizamiento. Por encima de la velocidad base el límite es la tensión del inversor, así que el variador reduce id (debilitamiento de campo) y aumenta iq para mantener el par, hasta que el par disponible cae. Sin pérdidas en el rotor ni imanes, los SynRM trabajan fríos, son baratos y fáciles de reciclar. Se usan en bombas, ventiladores y compresores como alternativa IE4 e IE5 a los motores de inducción.
Preguntas frecuentes
- ¿Cómo produce par un motor sin imanes ni devanados en el rotor?
- Por reluctancia. Las barreras de flujo hacen que el rotor se magnetice con facilidad en el eje d y con dificultad en el eje q. El campo del estator intenta alinear el eje fácil con él, y esa fuerza es el par, proporcional a (Ld − Lq)·id·iq. Ponga la relación de saliencia en 1 en el simulador y el par desaparece.
- ¿Por qué es bajo el factor de potencia de un SynRM?
- El rotor no aporta flujo propio, así que la corriente del estator debe suministrarlo todo y resulta en su mayor parte reactiva. En una máquina sin pérdidas el factor de potencia no supera (ξ − 1)/(ξ + 1), de modo que solo una saliencia alta da un buen valor. Cambie ξ y observe el límite en la gráfica.
- ¿Puede un motor síncrono de reluctancia funcionar directamente en la red?
- No. No tiene jaula para arrancar ni campo para mantener el sincronismo, por lo que necesita un variador que suba la frecuencia y fije el ángulo de corriente. El motor sigue entonces la velocidad ordenada con exactitud. Suba la velocidad por encima del 100 % y el simulador mostrará el debilitamiento de campo.