MOTOR CONVENCIONAL DE IMÁN PERMANENTE

TEMA 4

MOTOR CONVENCIONAL DE IMÁN PERMANENTE

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Figura 1 Motor convencional de imán permanente

Un motor convencional de imán permanente, es físicamente igual que un motor de corriente directa del tipo derivado. La construcción del rotor es idéntica al del motor derivado (con núcleo laminado de hierro, devanados de armadura colocados en las ranuras del rotor, un conmutador, escobillas, etc.), la única diferencia es que el campo magnético principal es establecido por imanes permanentes, en lugar de electroimanes.

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Figura 2 Estructura de un motor de imán permanente convencional

En su forma sencilla, el motor contiene imanes permanentes (PM) que están magnetizados radialmente, el flujo magnético emerge de las caras del polo norte, pasa a través del entre hierro, del núcleo convencional del rotor y vuelve a entrar por la cara sur del polo contrario. La trayectoria del flujo magnético se completa a través del armazón de acero del motor, igual que lo haría en una máquina de campo bobinado.

Para la misma potencia de salida, un motor de imanes permanentes es más eficiente y requiere menos material que un motor CD de campo bobinado, con las mismas especificaciones. No obstante, el diseño de un motor de imanes, debe ser tal que el efecto de desmagnetización dedido a la reacción de armadura (que es máximo en reposo) sea tan pequeño como lo permita la economía.

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Figura 3 Campo magnético principal del motor PM

El circuito eléctrico equivalente del motor se representa solo con el circuito de armadura, ya que es campo magnético principal se produce por imanes permanentes, como se muestra en la figura 3.

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Figura 4 Circuito equivalente del motor PM

En un motor PM, el flujo de campo es esencialmente constante y depende del punto de operación del imán. Es decir, como el flujo magnético es fijo, las curvas de comportamiento velocidad-corriente de armadura, par-corriente de armadura y velocidad-par, son líneas rectas y matemáticamente, estas relaciones se expresan como:

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Donde: K, VCD, RA y τ d son constante de la máquina, voltaje de alimentación, flujo polar, resistencia de armadura y par desarrollado, respectivamente.[pic 8]

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Figura 5 Curvas de comportamiento del motor convencional de imanes permanentes

La característica de velocidad-par puede controlarse con el voltaje de suministro a la resistencia efectiva del circuito de armadura. El cambio en el voltaje modifica la velocidad sin carga del motor sin afectar la pendiente de la línea.

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Figura 6 Diferentes tensiones de suministro (V3, V2, V1, etc.)

producen características paralelas de velocidad-par

Con el cambio de la resistencia efectiva de armadura. La pendiente de la curva se puede controlar y la ωSC (velocidad sin carga o en vacío) permanece sin cambio.

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Figura 7 Diferentes valores de resistencias de armadura

modifican la pendiente de la recta velocidad-par

Utilizando imanes con flujos diferentes (ΦP1, ΦP2, ΦP3, etc.) y de la misma área transversal, hay muchas posibilidades de diseño para un motor de este tipo, para condiciones de operación específica, como se observa en la figura 8. Se puede concluir que puede lograrse un incremento en el par con el mismo rotor, si una de las velocidades sin carga es más baja.

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Figura 8 Cambio de los imanes permanentes del estator

modifican la pendiente de la recta velocidad-par.

El punto de operación del imán depende de la permeancia del circuito magnético. El punto de intersección de la línea de operación y la curva de desmagnetización, determina la densidad de flujo del circuito magnético.

Es deseable que el material que se usa en los imanes permanentes de los motores de CD tenga las siguientes características:

1. Alta retentividad (flujo residual o remanente) de modo que el imán sea de un campo magnético intenso y del flujo magnético necesario para producir par en el rotor.

1. Alta coercitividad que no se desmagnetice fácilmente por campos magnéticos pasajeros, golpes o cambios de temperatura.

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Figura 9 Curva de magnetización (ciclo de histéresis)

Un material magnético permanente ideal debe tener una curva de histéresis amplia o aplanada para que el magnetismo residual igual cuando se elimina el campo aplicado de armadura.

Para conseguir la densidad de flujo deseada se utilizan materiales como:

• Tierras raras (neodimio)
• Cerámica
• Alnico

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Figura 10 Distintos tipos de imanes utilizados en motores de CD

IMANES

Un imán permanente es un material que, cuando se coloca dentro de un campo magnético suficientemente intenso, no sólo produce un campo magnético propio o inducido, sino que continúa produciendo campo inducido aún después de ser retirado del campo aplicado. Esta propiedad no se altera ni se debilita con el tiempo salvo cuando el imán se somete a cambios de temperatura, campos desmagnetizantes, tensiones mecánicas (golpes), etc. La habilidad del material para soportar sin cambios en sus propiedades magnéticos diversos tipos de ambientes y condiciones de trabajo define los tipos de aplicaciones en que se lo puede usar. De acuerdo a esto, existen dos tipos de materiales magnéticos:

1. Materiales magnéticos blandos: son los materiales que pierden su magnetización cuando se retira el campo exterior que la produjo, también conocidos como ferromagnéticos. Estos materiales son útiles para transportar, concentrar o conformar campos magnéticos.

1. Materiales magnéticos duros: son aquellos materiales que la magnetización se mantiene al quitar el campo aplicado. Se utilizan para la fabricación de imanes permanentes.

IMANES PERMANENTES:

Los tipos de imanes permanentes que actualmente se fabrican y se utilizan en el diseño de mÁquinas eléctricas son:

1. Imanes de acero al carbono:

Los aceros de medio y alto carbono poseen la propiedad de magnetizarse por medios mecánicos o físicos y de retener en cierta medida este magnetismo. Golpes, deformación plástica, tensiones mecánicas elevadas, etc. son ejemplos de acciones mecánicas que pueden inducir magnetización de aceros. La aplicación de campo magnético externo, la circulación de corriente, etc., son ejemplos de acciones físicas que pueden generar el mencionado efecto. Diversas máquinas eléctricas se diseñaron con este tipo de imanes, dispositivos que generaban la alta tensión para el encendido en los motores a explosión).

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