El motor universal es un tipo de motor eléctrico que puede funcionar tanto con corriente continua como con corriente alterna monofásica por esta razón se les denomina universales.
Estos dispositivos electromecánicos se utilizan en una variedad de aplicaciones, desde electrodomésticos hasta herramientas eléctricas. Su versatilidad y eficiencia los hacen una opción popular en muchas industrias.
En general son motores muy sencillos y económicos que ofrecen un excelente par de arranque y pueden llegar a velocidades de rotación muy elevadas.
¿Qué es un motor universal?
Un motor universal es un tipo de motor eléctrico diseñado para funcionar tanto con corriente continua (CC) como con corriente alterna (CA). Su construcción y principio de funcionamiento son similares a los de un motor de corriente continua con excitación en serie, lo que le permite adaptarse a ambos tipos de corriente sin necesidad de modificaciones.
El motor universal se compone de un estator con devanados de campo y un rotor con un conmutador y escobillas. Cuando se aplica corriente, se genera un campo magnético en el estator que interactúa con el rotor, produciendo el movimiento de giro.
Su diseño le permite alcanzar altas velocidades, incluso superiores a las de otros tipos de motores eléctricos de tamaño similar.
Partes de un motor universal
- Rotor: El rotor es la parte giratoria del motor y también se conoce como inducido. Está compuesto por un eje y un conjunto de bobinas o devanados de alambre enrollados alrededor del eje. El rotor es la parte móvil del motor que gira cuando se aplica energía eléctrica.
- Estator: El estator (o inductor) es la parte fija del motor y rodea al rotor. Contiene imanes permanentes o devanados de alambre que generan un campo magnético cuando se aplica energía eléctrica. Este campo magnético interactúa con el campo magnético del rotor, lo que causa que el rotor gire.
- Conmutador: El conmutador es un interruptor rotativo montado en el rotor que invierte la dirección de la corriente eléctrica en las bobinas del rotor a medida que gira. Esto asegura que el rotor siempre esté orientado en la dirección correcta y siga girando.
- Cepillos: Los cepillos son pequeñas piezas de material conductor, generalmente carbón, que están en contacto con el conmutador. Los cepillos permiten que la corriente fluya desde la fuente de alimentación al rotor a través del conmutador, lo que genera el movimiento giratorio.
- Carcasa: La carcasa se utiliza para sujetar las piezas que configuran el estator. Normalmente se utiliza aluminio o acero para su fabricación.
¿Cómo funciona un motor universal?
Cuando se aplica una fuente de alimentación eléctrica, la corriente fluye a través de las escobillas (o cepillos), que hacen contacto con el conmutador. Desde allí, la corriente se distribuye a las bobinas del rotor, generando un campo magnético a su alrededor.
Este campo magnético interactúa con el campo magnético del estator, lo que provoca una fuerza sobre el rotor, de acuerdo con la ley de Lorentz, que describe cómo un conductor con corriente dentro de un campo magnético experimenta una fuerza que lo impulsa a moverse.
Para mantener la rotación, el conmutador invierte constantemente la dirección de la corriente en las bobinas del rotor a medida que gira. Esto asegura que la atracción y repulsión magnética entre el rotor y el estator se mantengan en la misma dirección, lo que permite un movimiento continuo.
Gracias a este mecanismo, el motor universal puede funcionar con corriente alterna o continua sin necesidad de cambios en su estructura, logrando altas velocidades de operación y un rendimiento versátil en diversas aplicaciones.
Diagrama del motor universal
El diagrama del motor universal es el siguiente:
Características principales
Los motores universales tienen varias características que los hacen destacar en diversas aplicaciones:
Alta velocidad
Los motores universales son conocidos por su alta velocidad de rotación, lo que los hace adecuados para aplicaciones que requieren velocidades rápidas, como herramientas eléctricas y electrodomésticos.
La velocidad es directamente proporcional a la corriente, si se invierte el sentido de la corriente, se invierte el sentido de giro.
A diferencia de los motores asíncronos, el rotor del motor universal gira a la misma velocidad de la del campo magnético del estator.
Alto torque
Estos motores también pueden generar un par de arranque muy elevado, lo que los hace ideales para arrancar cargas pesadas, como las encontradas en aspiradoras o taladros.
Eficiencia variable
La eficiencia de un motor universal puede variar según la carga y la velocidad. A cargas ligeras, pueden ser bastante eficientes, pero su eficiencia puede disminuir a cargas pesadas.
Este tipo de motor no está construido para su uso durante largos períodos de tiempo.
Compatibilidad con corriente alterna (CA) y corriente continua (CC)
La capacidad de funcionar con ambos tipos de corriente eléctrica los hace versátiles y adecuados para una variedad de aplicaciones y entornos.
En corriente alterna se comporta de manera similar a un motor serie de corriente continua y la potencia es menor que cuando lo hace en corriente continua.
Simplicidad
El circuito eléctrico es muy simple, tiene solamente una vía para el paso de la corriente, porque el circuito está conectado en serie.
Tipos de motores universales
Si bien todos los motores universales comparten características fundamentales, existen diferentes tipos según su diseño y aplicaciones específicas.
Algunos de los tipos más comunes incluyen:
Motores universales serie
Estos motores tienen un diseño en serie en el que el rotor y el estator están conectados en serie. Son adecuados para aplicaciones que requieren alto torque y velocidades variables, como herramientas eléctricas.
Motores Universales compuestos
Los motores compuestos combinan elementos de motores en serie y motores en derivación (shunt). Tienen un buen equilibrio entre velocidad y torque y se utilizan en aplicaciones como ventiladores y máquinas de coser.
Motores universales de derivación (Shunt)
Estos motores tienen el rotor y el estator conectados en paralelo (en derivación). Son ideales para aplicaciones que requieren velocidades constantes, como ventiladores de techo y licuadoras.
Motores universales de conmutador electrónico
Algunos motores universales modernos utilizan conmutadores electrónicos en lugar de mecánicos para invertir la dirección de la corriente. Esto mejora la eficiencia y reduce el desgaste de las partes mecánicas.
Ejemplos de aplicaciones
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.
El motor universal es, sin duda, el motor eléctrico más utilizado en la industria de electrodomésticos y herramientas portátiles. También se utiliza en otras aplicaciones donde se requiere gran velocidad de giro con cargas débiles o fuerzas resistentes pequeñas.
Ejemplos cotidianos
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Electrodomésticos: Se utilizan en aspiradoras, licuadoras, secadoras de cabello y ventiladores de techo debido a su capacidad para ofrecer velocidades variables y alto torque.
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Herramientas eléctricas: Taladros, sierras circulares y amoladoras angulares son ejemplos de herramientas que a menudo incorporan motores universales debido a su capacidad para manejar cargas variables.
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Aparatos de cocina: Batidoras de mano y licuadoras utilizan motores universales para mezclar y triturar alimentos con facilidad.
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Ventiladores de techo: Los motores universales de derivación son ideales para estos dispositivos, ya que pueden mantener una velocidad constante.
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Máquinas de coser: Las máquinas de coser eléctricas a menudo utilizan motores universales debido a su capacidad para proporcionar velocidad y control precisos.
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Herramientas portátiles: Algunas herramientas portátiles como sierras de sable y lijadoras también utilizan motores universales.