Motor de repulsión: construcción, principio de funcionamiento y usos

Índice de contenidos

¿Qué es el motor de repulsión?
Construcción del Motor de Repulsión:
Principio de funcionamiento del motor de repulsión:
Ecuación de Torque del Motor de Repulsión:
Usos:

¿Qué es el motor de repulsión?

El motor de repulsión es un tipo especial de motor de CA monofásico que funciona debido a la repulsión de polos similares. El estator de este motor se suministra con alimentación de CA monofásica y el circuito del rotor está cortocircuitado a través de una escobilla de carbón.

Construcción del Motor de Repulsión:

Los componentes principales del motor de repulsión son el estator, el rotor y el conjunto de escobillas del conmutador. El estator lleva un devanado de excitación monofásico similar al devanado principal del motor de inducción monofásico. El rotor tiene un devanado de CC distribuido conectado al conmutador en un extremo, como en un motor de CC. Las escobillas de carbón tienen un cortocircuito en sí mismas.

En la figura anterior, el devanado del estator tiene un devanado de CA monofásico que produce el mmf de trabajo en el entrehierro. Se muestra que las escobillas del rotor están en cortocircuito. Como el circuito del rotor está en cortocircuito, el rotor recibe energía del estator por la acción del transformador.

Principio de funcionamiento del motor de repulsión:

El principio básico detrás del funcionamiento del motor de repulsión es que “los polos similares se repelen entre sí”. Esto significa que dos polos norte se repelerán entre sí. De manera similar, dos polos sur se repelerán entre sí.

Cuando el devanado del estator del motor de repulsión se alimenta con CA monofásica, produce un flujo magnético a lo largo del eje directo como se muestra en la figura anterior con una flecha. Este flujo magnético, cuando se vincula con el devanado del rotor, crea una fem. Debido a esta fem, se produce una corriente de rotor. Esta corriente del rotor, a su vez, produce un flujo magnético que se dirige a lo largo del eje de la escobilla debido al conjunto del conmutador. Debido a la interacción de los flujos producidos por el estator y el rotor, se produce un par electromagnético. Vamos a discutir este aspecto en detalle.

En la figura anterior, el ángulo α entre el campo producido por el estator y el eje del cepillo es de 90°. Esto significa que el eje del cepillo está en cuadratura con el directo. Bajo esta condición, no habrá ninguna inducción mutua entre los devanados del estator y del rotor. Por lo tanto, no se produce fem y, por lo tanto, no se produce corriente en el rotor. Por lo tanto, no se desarrolla ningún par electromagnético.

Esto significa que el motor no funcionará cuando α = 90°. Como el flujo producido por el estator no se ve afectado por la mmf cero del rotor, esta condición es similar al transformador de circuito abierto. Esta es la razón por la que la posición de la escobilla de α = 90° se denomina posición de circuito abierto, sin carga, de alta impedancia o neutra.

Consideremos ahora el caso cuando α = 0° como se muestra en la figura siguiente.

En esta condición, se induce una fem máxima a través de las escobillas. Esto se debe a que el flujo magnético del rotor y el estator coinciden y, por lo tanto, existe un acoplamiento mutuo perfecto entre ellos. Dado que el par electromagnético T se da como

Te = k (Fuerza de campo del estator) (Fuerza de campo del rotor) Sinα

donde k es una constante.

No se desarrolla par electromagnético cuando α = 0°. Por lo tanto, en el motor de repulsión, no se desarrolla un par electromagnético cuando el ángulo entre el eje de flujo magnético del estator y el rotor es de 0 o 90 °.

Pero, en realidad, el eje del cepillo ocupa una posición entre α = 0° y α = 90°, como se muestra en la figura a continuación.

Si se supone que el flujo producido por el estator se dirige de A a B, entonces el flujo producido por el rotor también debe tener un componente en una dirección opuesta al flujo producido por el estator. Esto es solo por la Ley de Lenz. Por lo tanto, el flujo del rotor se dirigirá de C a D. Tenga en cuenta que no se puede dirigir de D a C, de lo contrario, tendrá un componente de flujo dirigido hacia A a B, lo que viola la Ley de Lenz.

Dado que el flujo del estator va de A a B, el polo sur (S1) se genera en A. De manera similar, el polo sur (S2) se genera en el rotor en C. Dado que los polos similares se repelen entre sí, S1 repelerá a S2. Debido a esta repulsión entre los polos iguales, el motor girará en el sentido de las agujas del reloj. Esta es la razón; este motor se llama motor de repulsión. Está claro a partir de la figura anterior y la discusión que la dirección de rotación del motor de repulsión se puede invertir simplemente cambiando el eje del cepillo al otro lado del devanado archivado (devanado del estator).

Ecuación de Torque del Motor de Repulsión:

De la discusión anterior, es bastante claro que para la producción de par electromagnético en el motor de repulsión, la posición del cepillo no debe estar a lo largo del eje directo o del eje de cuadratura. En general, el cepillo ocupa alguna posición intermedia. Pero en aras de la simplicidad, asumiremos que el eje del casquillo es vertical y cambiaremos el eje del campo del estator en alguna posición intermedia, como se muestra en la figura a continuación. Esto no tiene ningún efecto sobre el funcionamiento y el cálculo del motor, pero reduce en gran medida el esfuerzo de cálculo.

En la figura anterior, el eje del campo forma un ángulo de α con el eje del cepillo. Si Is y Ns son la corriente del estator y el número efectivo de vueltas del estator, entonces el estator mmf IsNs se dirige a lo largo de su eje como se muestra en la figura anterior. Este campo de estator ahora se reemplaza por dos bobinas de estator ficticias F y T, de modo que los IsN de mmf de estator permanecen sin cambios en magnitud y dirección.

El número de vueltas Nt de la bobina T se puede encontrar a continuación.

Mmf de la bobina T = IsNt

Componente del estator mmf a lo largo del eje del cepillo = IsNsCosα

esNt = esNsCosα

Nt = NsCosα

De manera similar, el número de vueltas de la bobina F se da como

Nf = NsSinα

Dado que el eje magnético del devanado del rotor y la bobina T coinciden, todo el flujo producido por la bobina T se unirá al devanado del rotor. Esto significa que la mmf del rotor será igual a la mmf de la bobina T según la ley de Lenz. Por lo tanto,

Rotor mmf = mmf de la bobina T

= no es

= esNsCosα

Ahora, el par electromagnético

Te = k (Fuerza de campo del estator) (Fuerza de campo del rotor) Sinα

donde k es una constante.

= k (EsNs)(EsNsCosα)Sinα

= (k/2)(EsNs)2(2CosαSinα)

= (k/2)(IsNs)2Sin2α …. [Sin2α = 2CosαSinα]

Por lo tanto, el par en el motor de repulsión se da como

Te = (k/2)(IsNs)2Sin2α

A partir de la ecuación de par del motor de repulsión, está claro que el par máximo se alcanza cuando el eje magnético del estator y del rotor se desplazan entre sí 45°.

A continuación se muestra la variación de corriente y par con respecto a las diferentes posiciones de la escobilla.

Deben tenerse en cuenta los siguientes puntos con respecto a la curva anterior:

La corriente del rotor es máxima cuando el eje del cepillo y el eje directo coinciden.
La corriente del rotor es cero cuando la escobilla ocupa una posición en cuadratura con el eje directo.
El par máximo en el motor de repulsión se logra cuando el eje del campo del rotor y el estator están separados 45°.