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Motores eléctricos de alta frecuencia

Cuando se rectifican agujeros de pequeño diámetro, se requieren husos de rectificación muy altos para asegurar las velocidades de rotación adecuadas. Por ejemplo, cuando se rectifican agujeros de 5 mm de diámetro con un diámetro de círculo de 3 mm y una velocidad de sólo 30 m/seg, el husillo debe tener una velocidad de rotación de 200,000 rpm.

El uso de transmisiones por correa para aumentar la velocidad de la correa está limitado por las velocidades máximas permitidas de la correa. La velocidad de los husos accionados por correa no suele superar las 10.000 rpm, con correas que se deslizan.

Estas se rompen rápidamente después de un par de cientos de horas y crean vibraciones durante su funcionamiento.

Las turbinas neumáticas de alta velocidad tampoco son siempre adecuadas debido a sus características mecánicas muy suaves.

El problema de la creación de husillos de alta velocidad es especialmente importante en la producción de rodamientos de bolas, donde se requiere un rectificado interno y de ranuras de alta calidad. En la industria de las máquinas herramientas y de los rodamientos de bolas se utilizan, por lo tanto, numerosos los llamados electromandriles con velocidades de 12,000  a 50,000 rpm o más.

El electromandril (Fig. 1) es un husillo de rectificado con tres soportes y un motor de alta frecuencia con jaula de ardilla integrado. El rotor del motor se coloca entre dos esporas en el extremo del husillo opuesto a la muela abrasiva.

Los diseños menos frecuentes son los de dos o cuatro soportes. En este último caso, el eje del motor está conectado al husillo por un acoplamiento.

El estator del motor del husillo eléctrico está ensamblado con chapa de acero eléctrico. Está equipado con un bobinado de dos polos. El rotor del motor a velocidades de 30 hasta 50,000 rpm, también está hecho de chapa de acero y se suministra por un bobinado convencional en cortocircuito. El diámetro del rotor se mantiene lo más pequeño posible.

A velocidades superiores como 50,000 rpm, el estator está provisto de una camisa enfriada con agua corriente debido a pérdidas significativas. Los rotores de los motores diseñados para estas velocidades están diseñados como un cilindro de acero sólido.

 

De particular importancia para el funcionamiento de los husillos eléctricos es la elección del tipo de rodamiento. A velocidades de hasta 50,000 rpm, se emplean rodamientos de bolas de mayor precisión. Estos rodamientos deben tener una holgura máxima de 30 µm (micrones), que se puede conseguir con el montaje correcto.

 

Los rodamientos funcionan bajo una precarga creada por resortes calibrados. Hay que tener mucho cuidado en la calibración de los muelles de precarga de los rodamientos de bolas y en la selección de su tensión de asiento.

A velocidades superiores a 50,000 rpm, los rodamientos funcionan satisfactoriamente cuando se enfrían intensamente con el flujo de aceite suministrado por una bomba especial. A veces la grasa se suministra en estado de pulverización.

También se construyen husillos eléctricos de alta frecuencia a 100,000 rpm en rodamientos aerodinámicos (cojinetes lubricados por aire).

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En la producción de motores eléctricos de alta frecuencia se requiere una fabricación muy precisa de las piezas individuales, un equilibrado dinámico del rotor, un montaje preciso y un juego uniforme estricto entre el estator y el rotor.

En relación con lo anterior, la fabricación de husillos eléctricos se lleva a cabo de acuerdo con especificaciones especiales.

La eficiencia de los motores de alta frecuencia es relativamente poca. Esto es debido al aumento de las pérdidas de acero y a las pérdidas por fricción en los cojinetes.

El tamaño y el peso de los motores de alta frecuencia son relativamente pequeños.

El uso de husillos eléctricos en lugar de accionamientos por correa en las condiciones de producción de los rodamientos de bolas aumenta la productividad cuando se trabaja en máquinas de rectificado interno no menos del 15-20%. También reduce drásticamente los defectos de conicidad, ovalidad y limpieza de la superficie.

La durabilidad de los husillos de rectificado aumenta de 5 a 10 veces y más.

También es de gran interés el uso de husillos de alta velocidad para la perforación de agujeros con un diámetro inferior a 1 mm.

La frecuencia de la corriente que alimenta el motor eléctrico de alta frecuencia se selecciona dependiendo de la velocidad requerida n motor eléctrico por la siguiente fórmula.

Por ejemplo, a 12.000 y 120.000 rpm los husos eléctricos requieren de 200 y 2.000 Hz, respectivamente.

En el pasado, se utilizaban generadores especiales de alta frecuencia para alimentar motores de alta frecuencia. Los convertidores de frecuencia estáticos con transistores rápidos de efecto de campo se utilizan ahora para este propósito.

En la imagen inferior, se muestra un generador de inducción síncrona de corriente trifásica de producción nacional (tipo GIS-1). Como se puede ver en el dibujo, el estator de dicho generador tiene ranuras anchas y estrechas. El devanado de excitación, cuyas bobinas se colocan en ranuras anchas del estator, se alimenta con corriente continua.

El campo magnético de estas bobinas se cierra por medio de los dientes del estator y las proyecciones del rotor como se muestra en la figura. Línea de 2 puntos.

A medida que el rotor gira, el campo magnético, que se mueve junto con las protuberancias del rotor, atraviesa las bobinas de corriente alterna situadas en las estrechas ranuras del estator e induce la corriente alterna. La frecuencia de esta depende de la velocidad del rotor y del número de protuberancias del mismo. Las fuerzas electromotrices inducidas por el mismo flujo en las bobinas de campo se compensan mutuamente por la activación recíproca de las bobinas.

El devanado de campo es alimentado por un rectificador de selenio conectado a la red eléctrica. Tanto el estator como el rotor tienen núcleos magnéticos hechos de chapa de acero.

Los generadores del diseño descritos se fabrican con capacidades nominales de 1.5, 3 y 6 kW y a 400, 600, 800 y 1200 Hz. La velocidad nominal de los generadores síncronos es de alrededor 3000 rpm.

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