Motores síncronos

Todos los capítulos anteriores han sido sobre motores asíncronos, ahora este capítulo explicará cómo funcionan los motores síncronos.La gran diferencia entre los dos tipos de motores es la diferencia en el principio de funcionamiento del rotor, ya que todos los motores tienen el mismo principio de funcionamiento del estator. En el motor asíncrono, el rotor gira un poco más lento que el campo magnético giratorio del estator, por eso se le llama motor asíncrono. En los motores síncronos, el rotor girará exactamente a la misma velocidad que el campo magnético giratorio del estator.

1.1 Motor síncrono de imán permanente

Un motor síncrono de imanes permanentes tiene prácticamente el mismo principio de funcionamiento del estator que el motor de inducción asíncrono trifásico, pero un principio de funcionamiento del rotor diferente. En lugar de utilizar un devanado de jaula de ardilla, utiliza imanes permanentes en el rotor.
Como el estator, al igual que en el motor de inducción, crea un campo magnético, los imanes quieren alinearse con el campo magnético. Cuando el campo magnético del estator gira, los imanes lo seguirán y harán que el rotor gire a la misma velocidad que el campo magnético giratorio.
Hacer que el rotor gire a la misma velocidad que el campo magnético del estator se llama síncrono. Por eso se le llama motor síncrono.

Al arrancar el motor, el campo magnético gira demasiado rápido para que los imanes permanentes se bloqueen con el campo magnético giratorio. Entonces, para arrancar el motor, necesitaría un variador de velocidad. Con un campo magnético giratorio más lento, los imanes pueden bloquearse fácilmente con el campo magnético giratorio del estator.
Para saber cómo debe funcionar el variador de velocidad, el motor utiliza un resolver que indica la posición del ángulo del rotor. Ahora, el variador de velocidad puede calcular y dirigir el campo magnético giratorio de acuerdo con la posición de los rotores.
También existe la posibilidad de poner en marcha un motor síncrono de imanes permanentes directamente en línea, pero además de los imanes, también sería necesario integrar una jaula de ardilla en el rotor. Estos tipos de motores se denominan generalmente motores híbridos de imanes permanentes.
Ahora el motor funcionará como un motor asíncrono trifásico hasta que adquiera la velocidad suficiente para que los imanes permanentes se bloqueen con el campo magnético y el motor comenzará a girar a la misma velocidad que el campo magnético giratorio.


There are many different types of permanent magnet motors with different rotor designs. As seen from the chart here the magnets position could either be on the rotor core surface or inside the rotor core. Each design has its pros and cons and one type could not really be compared to the other. 

Figura 18. Diferentes tipos de posiciones de los imanes en un rotor
 
También se puede elegir entre varios tipos de imanes que se utilizarán en el rotor al desarrollar el motor. Pueden estar hechos de materiales magnéticos de tierras raras como neodimio hierro boro o samario cobalto o ser de tipo ferromagnético, por ejemplo, Alnico, una aleación de aluminio, níquel y cobalto.

 
 
 
 

1.2  Motor de reluctancia síncrono 

Al igual que con el motor de imán permanente, el motor de reluctancia tiene el mismo diseño de estator que el motor de inducción pero un diseño de rotor diferente

La palabra desgana significa resistencia al flujo magnético. Un objeto que tiene una gran renuencia no conducirá un flujo magnético, mientras que un objeto que tiene poca renuencia conducirá un flujo magnético.

Ahora bien, esto se utiliza en motores de reluctancia síncronos para crear barreras de flujo magnético y para crear rutas de flujo magnético. Como el rotor consta de espacios de aire con alta reticencia y arcos de acero con baja reticencia. El flujo magnético creado por el estator quiere seguir el camino de menor desgana por lo que atraviesa las barreras de acero. Ahora, a medida que el campo magnético gira, las barreras de acero quieren mantener intacta la trayectoria del flujo magnético y obligan al rotor a girar con el campo magnético giratorio del estator.

Hay otros tipos de motores de reluctancia llamados motor de reluctancia conmutada, motor de reluctancia variable y motor paso a paso de reluctancia variable

Pero solo cubriremos el motor de reluctancia síncrona

Al arrancar el motor, el campo magnético gira demasiado rápido para que el rotor los bloquee con el campo magnético giratorio. Entonces, para arrancar el motor, necesitaría un variador de velocidad. Con un campo magnético giratorio más lento, el rotor puede bloquearse fácilmente con el campo magnético giratorio del estator.

Hay muchos diseños diferentes de rotor, como se puede ver en la imagen de abajo, pero la forma de rotor laminado transversal es la más común. También hay motores híbridos que utilizan imanes permanentes en el rotor para potenciar el efecto del motor. Esos motores se denominan motores de reluctancia sincrónica asistidos por imanes permanentes (PMaSynRM)

También existe la posibilidad de arrancar un motor de reluctancia síncrona directamente en línea, pero luego sería necesario integrar una jaula de ardilla con el rotor. Ahora el motor funcionará como un motor asíncrono trifásico hasta que adquiera la velocidad suficiente para que las rutas del rotor se bloqueen con el campo magnético y el motor comenzará a girar a la misma velocidad que el campo magnético giratorio.