Motor eléctrico

Motores de corriente alterna

Motores de corriente alterna

Los motores de corriente alterna son los motores eléctricos que se alimentan mediante corriente alterna. Los motores eléctricos convierten la energía eléctrica en energía mecánica de rotación mediante la acción mutua de los campos magnéticos.

Existe una gran variedad de motores de corriente alterna, entre ellos tres tipos básicos:

  • Motor universal.
  • Motor síncrono.
  • Motor de jaula de ardilla.

En algunos de los casos, tales como barcos, donde la fuente principal de energía es de corriente continua, o donde se desea un gran margen de velocidades de giro, pueden emplearse motores eléctricos de corriente continua. Sin embargo, la mayoría de los motores modernos trabajan con fuentes de corriente alterna

 

Motores universales

El motor universal es un tipo de motor eléctrico que puede funcionar tanto con corriente continua como con corriente alterna monofásica.

Su constitución es semejante a la de un motor serie de corriente continua, aunque con algunas modificaciones:

  • Los Núcleos polares, y todo el circuito magnético, están construidos con chapas de hierro al silicio aisladas y apiladas para reducir la pérdidas de energía por corrientes parásitas. Estas corrientes se producen a causa de las variaciones del flujo magnético cuando se conecta a una red de corriente alterna.
  • Menor número de espiras en el inductor para no saturar magnéticamente el núcleo y disminuir así las pérdidas por corrientes de Foucault y por histéresis, aumentar la intensidad de corriente y, por tanto, el par motor y mejorar el factor de potencia.
  • Mayor Número de espiras en el inducido para compensar la disminución del flujo debido al menor número de espiras del inductor.

El uso de estos motores en corriente alterna está muy extendido por el mayor par de arranque con respecto al de los motores de inducción y por su elevada velocidad de rotación, lo que permite reducir su tamaño y su precio. Así, se emplea en máquinas herramientas portátiles de todo tipo, electrodomésticos pequeños, etc.

Características de funcionamiento de los motores universales

  • En corriente continua es un motor serie normal con sus mismas características.
  • En corriente alterna se comporta de manera similar a un motor serie de corriente continua. Como cada vez que se invierte el sentido de la corriente, lo hace tanto en el inductor como en el inducido, por lo que el par motor conserva su sentido.
  • Menor potencia en corriente alterna en continua, debido a que en alterna el par es Pulsator.
  • Mayor chisporrotea en las escobillas cuando funciona en corriente alterna, ya que las bobinas del inducido están atravesadas por un flujo alterno cuando se ponen en cortocircuito por las escobillas, lo que obliga a poner un devanado compensador en los motores medios para contrarrestar la fuerza electromotriz inducida por este motivo.

Los motores universales trabajan con voltajes de corriente continua o corriente alterna. Tal motor, llamado universal, se utiliza en sierras eléctricas, taladros, utensilios de cocina, ventiladores, sopladores, batidoras y otras aplicaciones donde se requiere gran velocidad de giro con cargas débiles o fuerzas resistentes pequeñas. Estos motores para corriente alterna y directa, incluyendo los universales, se distinguen por su conmutador devanado y las escobillas.

El circuito eléctrico es muy simple, tiene solamente una vía para el paso de la corriente, porque el circuito está conectado en serie. Su potencial es mayor por tener mayor flexibilidad en vencer la inercia cuando está en reposo, o sea, tiene un par de arranque excelente, pero tiene una dificultad, y es que no está construido para su uso continuo o permanente (durante largos períodos de tiempo).

Otra dificultad de los motores universales son las emisiones electromagnéticas. Las chispas del colector ("chisporroteos") junto con su propio campo magnético generan interferencias o ruido en el espacio radioeléctrico. Esto se puede reducir por medio de los condensadores de paso, de 0,001 μF a 0,01 μF, conectados de las escobillas a la carcasa del motor y conectando ésta a masa. Estos motores tienen la ventaja de que alcanzan grandes velocidades de giro, pero con poca fuerza. Existen también motores de corriente alterna trifásica que funcionan a 380 V y a otras tensiones.

Componentes de los motores universales

Los componentes de este motor son:

  • Los campos (estator)
  • La masa (rotor)L
  • Las escobillas (los excitadores)
  • Las tapas (las cubiertas laterales del motor).

 

Motores asíncronos

El motor asíncrono trifásico está formado por un rotor, que puede ser de dos tipos: de jaula de ardilla o bobinado; y un estátor, en el que se encuentran las bobinas inductoras. Estas bobinas son trifásicas y están desfasadas entre sí 120º en el espacio. Según el Teorema de Ferraris, cuando por estas bobinas circula un sistema de corrientes trifásicas equilibradas, cuyo desfase en el tiempo es también de 120º, se induce un campo magnético giratorio que envuelve al rotor. Este campo magnético variable va a inducir una tensión en el rotor según la Ley de inducción de Faraday:

Entonces se da el efecto Laplace (o efecto motor): todo conductor por el que circula una corriente eléctrica, inmerso en un campo magnético experimenta una fuerza que lo tiende a poner en movimiento. Simultáneamente se da el efecto Faraday (ó efecto generador): en todo conductor que se mueva en el seno de un campo magnético se induce una tensión. El campo magnético giratorio, a velocidad de sincronismo, creado por el bobinado del estátor, corta los conductores del rotor, por lo que se genera una fuerza electromotriz de inducción. La acción mutua del campo giratorio y las corrientes existentes en los conductores del rotor, originan una fuerza electrodinámica sobre dichos conductores del rotor, las cuales hacen girar el rotor del motor. La diferencia entre las velocidades del rotor y del campo magnético se denomina deslizamiento.

 

Motores síncronos

Un motor síncrono es un tipo de motor de corriente alterna. Su velocidad de giro es constante y depende de la frecuencia de la tensión de la red eléctrica a la que está conectado y del número de pares de polos del motor; esta velocidad se conoce como "velocidad de sincronismo".

Los motores síncronos funcionan de forma muy similar a un alternador. Dentro de la familia de los motores síncronos se distinguen:

  • Los motores síncronos
  • Los motores asíncronos sincronizados
  • Los motores de imán permanente

Los motores síncronos son llamados así porque la velocidad del rotor y la velocidad del campo magnético del estator son iguales. Se utilizan en máquinas grandes que tienen una carga variable y necesitan una velocidad constante.

Motores de jaula de ardilla

La mayor parte de los motores que funcionan con corriente alterna de una sola fase tienen el rotor de tipo jaula de ardilla. Los rotores de jaula de ardilla reales son mucho más compactos y tienen un núcleo de hierro laminado.

Un rotor de jaula de ardilla es la parte que rota usada comúnmente en un motor de inducción de corriente alterna. Una vez instalado, el motor es un cilindro montado en un eje. Internamente contiene barras conductoras longitudinales de aluminio o de cobre con surcos. Las barras van conectadas juntas en ambos extremos poniendo en cortocircuito los anillos que forman la jaula. El nombre se deriva de la semejanza entre esta jaula de anillos, las barras y la rueda de un hámster.

La base del rotor se construye con láminas de hierro apiladas.

A menudo, los conductores se inclinan levemente a lo largo de la longitud del rotor para reducir ruido y para reducir las fluctuaciones del esfuerzo de torsión que pudieron resultar, a algunas velocidades, y debido a las interacciones con las barras del estátor. El número de barras en la jaula de la ardilla se determina según las corrientes inducidas en las bobinas del estátor y por lo tanto según la corriente a través de ellas. Las construcciones que ofrecen menos problemas de regeneración emplean números primos de barras.

Los devanados inductores en el estátor de un motor de inducción incitan al campo magnético a rotar alrededor del rotor. El movimiento relativo entre este campo y la rotación del rotor induce corriente eléctrica, un flujo en las barras conductoras. Alternadamente estas corrientes que fluyen longitudinalmente en los conductores reaccionan con el campo magnético del motor produciendo una fuerza que actúa tangente al rotor, dando por resultado un esfuerzo de torsión para dar vuelta al eje. En efecto, el rotor se lleva alrededor el campo magnético, pero en un índice levemente más lento de la rotación. La diferencia en velocidad se llama "deslizamiento" y aumenta con la carga.

El núcleo de hierro sirve para llevar el campo magnético a través del motor. En estructura y material se diseña para reducir al mínimo las pérdidas. Las laminas finas, separadas por el aislamiento de barniz, reducen las corrientes parásitas que circulan resultantes de las corrientes de Foucault (en inglés, 'eddy current').

El material, un acero bajo en carbono pero alto en silicio (llamado por ello acero al silicio), con varias veces la resistencia del hierro puro, en la reductora adicional. El contenido bajo de carbono le hace un material magnético suave con pérdida bajas por histéresis.

El mismo diseño básico se utiliza para los motores monofásicos y trifásicos sobre una amplia gama de tamaños. Los rotores para trifásica tienen variaciones en la profundidad y la forma de las barras para satisfacer los requerimientos del diseño. Este motor es de gran utilidad en variadores de velocidad.

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Última revisión: 17 de noviembre de 2016