Para agilizar su proyecto, puede etiquetar las pilas de laminación con detalles como tolerancia, material, acabado superficial, si se requiere o no aislamiento oxidado, cantidady mucho más.
En el corazón de muchos de los gigantescos equipos de las fábricas se encuentra un potente y fiable caballo de batalla: el motor de inducción. Se trata de un tipo de motor de corriente alterna famoso por ser sencillo, resistente y barato de construir. Funciona mediante un ingenioso truco de la física llamado inducción electromagnética. Este artículo es para usted si alguna vez se ha preguntado cómo funcionan estos motores o cuáles son los diferentes tipos de motores de inducción. Aprenderá los principales tipos y verá dónde se utilizan a diario.
Un motor de inducción es un motor eléctrico que funciona con corriente alterna (CA). Su función principal es convertir la energía eléctrica en energía mecánica, es decir, transformar la electricidad en movimiento. La idea de este tipo de motor se le ocurrió al genial inventor Nikola Tesla. Consta de dos partes principales: una parte fija llamada estator y una parte giratoria llamada rotor. No hay conexión eléctrica directa entre el estator y el rotor.
La magia se produce gracias a un principio llamado inducción electromagnética. Al hacer pasar una corriente alterna por las bobinas del estator, se crea un campo magnético que gira. Es como un imán que gira. Este campo giratorio atraviesa el rotor y, a su vez, induce una corriente en su interior. Esta corriente inducida crea su propio campo magnético. Los dos campos magnéticos se empujan y tiran el uno del otro, lo que hace que el rotor gire y genere energía mecánica. Así es como funciona un motor de inducción sin escobillas ni contactos físicos con el rotor.
Cuando hablamos de los tipos de inducción, solemos dividirlos en dos grandes grupos. La agrupación depende del tipo de corriente alterna que utilizan. Los dos tipos principales son motores de inducción monofásicos y motores de inducción trifásicos.
La gran diferencia es la fuente de alimentación. Un motor monofásico funciona con una fuente de alimentación monofásica, que es la que tiene en su casa. Un motor de inducción trifásico necesita una fuente de alimentación trifásica, que es común en entornos comerciales e industriales. Esta diferencia en la alimentación cambia la forma en que se construye el motor de inducción y su rendimiento. Los motores trifásicos suelen ser más potentes y eficientes.
Veamos ahora el primer tipo. Los motores de inducción monofásicos están por todas partes. Si tiene un ventilador, un frigorífico, una lavadora o una pequeña bomba en casa, es probable que tenga uno de estos motores. Son populares porque pueden funcionar con el voltaje doméstico estándar. Esto los hace perfectos para los electrodomésticos de uso cotidiano.
Un motor de inducción monofásico básico no es autoarrancable. Esto significa que si lo conectas a una fuente de CA monofásica, el rotor zumbará y vibrará, pero no girará. No tiene suficiente par de arranque, que es la fuerza de torsión necesaria para ponerlo en movimiento. Para solucionarlo, los ingenieros han ideado formas ingeniosas de dar un "empujón" al motor para que arranque. Un motor de CA de este tipo siempre necesita un circuito de arranque especial.
Entonces, ¿por qué un motor monofásico no es autoarrancable? Es porque el campo magnético producido por su estator no es un campo magnético giratorio. En cambio, el campo del estator sólo pulsa. Se intensifica, luego se debilita y vuelve a intensificarse, pero no gira alrededor del estator. Este campo pulsante puede mantener un rotor girando una vez que ya está en movimiento, pero no puede ponerlo en marcha desde parado.
Para solucionarlo, el motor necesita una forma de producir un campo giratorio, al menos durante un momento. Esto se consigue añadiendo un segundo devanado al estator, denominado devanado de arranque. El devanado principal proporciona la potencia de funcionamiento. El devanado de arranque sólo se utiliza para crear un segundo campo magnético desfasado con respecto al primero. Esta diferencia es lo que crea un campo giratorio débil, dando al motor el par inicial que necesita para empezar a girar.
Dado que necesitan ayuda para arrancar, existen varios tipos de motores monofásicos. Cada tipo utiliza un método diferente para crear el par de arranque. Los motores de inducción más comunes son los motores de fase dividida, los motores de arranque por condensador y los motores de polos sombreados.
Los motores bifásicos son sencillos y baratos. Utilizan un devanado de arranque con propiedades diferentes al principal para crear el cambio de fase. Una vez que el motor adquiere velocidad, un interruptor desconecta el devanado de arranque. Los motores de arranque por condensador son un paso adelante. Utilizan un condensador en el circuito de arranque. Este condensador crea un cambio de fase mucho mejor, lo que proporciona al motor un par de arranque muy elevado. Son ideales para máquinas que, como un compresor, necesitan mucha potencia para arrancar. Por último, los motores de polos sombreados son muy sencillos y tienen un par bajo. Utilizan un pequeño anillo de cobre en el estator para crear el segundo campo. Se utilizan en ventiladores pequeños que no necesitan mucha potencia.
Ahora llegamos al hermano mayor: el motor trifásico de inducción. Son los caballos de batalla de la industria. En mi experiencia, cuando se necesita una potencia fiable y eficiente para grandes máquinas, éste es el motor de inducción que se utiliza. Se utilizan para todo, desde grandes bombas y cintas transportadoras hasta la automatización de fábricas.
El secreto de su potencia reside en la alimentación trifásica. Este tipo de corriente alterna tiene tres corrientes separadas perfectamente sincronizadas. Cuando se introduce esta corriente en el estator de un motor trifásico, ocurre algo asombroso. Los devanados están distribuidos de tal manera que crean de forma natural un verdadero campo magnético giratorio. No hay necesidad de un condensador o un devanado de arranque. Esto hace que el motor de inducción trifásico sea autoarrancable, muy eficiente y capaz de producir un par suave y constante. El campo del estator es fuerte y gira desde el momento en que se aplica la potencia.
Incluso dentro del mundo de los motores trifásicos, existen dos diseños principales para el rotor. Se trata del rotor de jaula de ardilla y el motor de anillo colector (también llamado motor de rotor bobinado). La gran mayoría de los motores de inducción se utilizan con el diseño de jaula de ardilla porque es muy sencillo y resistente.
Un rotor de jaula de ardilla está formado por un cilindro de acero con barras pesadas de cobre o aluminio, llamadas barras del rotor, que lo atraviesan. Las barras están unidas por los extremos. Se parece a la jaula de un hámster o una ardilla, de ahí su nombre. Un motor de anillos colectores es diferente. Su rotor tiene bobinados de alambre, similares a los del estator. Estos devanados están conectados a resistencias externas a través de un anillo colector y escobillas. Esta configuración permite controlar la velocidad y el par del motor, lo que le confiere un par de arranque muy elevado para trabajos especiales. Un diseño de motor de inducción polifásico como éste es menos común, pero muy útil para ciertas cargas pesadas. Este diseño polifásico de CA es complejo.
La elección del motor de inducción adecuado depende del trabajo que deba realizar. Para la mayoría de los usos domésticos y comerciales ligeros, un motor monofásico es la elección correcta. Los motores de inducción monofásicos se utilizan en electrodomésticos porque pueden funcionar con la tensión doméstica normal. Si necesita alimentar un taladro, un pequeño compresor de aire o una bomba de agua en una casa, se utilizan estos motores.
Para trabajos pesados en fábricas, casi siempre verá un motor de inducción trifásico. Los motores de inducción trifásicos se utilizan porque son más eficientes, tienen un factor de potencia más alto y pueden suministrar mucha más potencia. La elección entre un modelo de jaula de ardilla y uno de anillos colectores depende del par necesario. Para la mayoría de las aplicaciones con necesidades normales de par de arranque, la máquina de inducción de jaula de ardilla es perfecta. Para algo como una grúa grande que necesita arrancar con una carga muy pesada, el motor asíncrono de anillos rozantes es una mejor elección. La conexión eléctrica de un motor trifásico también es más compleja. Este motor de inducción de CA es una verdadera herramienta industrial.
Los polos de un motor de inducción son los polos magnéticos creados por los bobinados del estator. Siempre vienen en pares (2 polos, 4 polos, 6 polos, etc.). El número de polos está directamente relacionado con la velocidad del motor. La velocidad del campo magnético del estator se denomina velocidad síncrona.
He aquí una regla sencilla: cuantos más polos tenga un motor de inducción, más lenta será su velocidad síncrona. Un motor de 2 polos que funcione a 60 Hz tendrá una velocidad sincrónica de 3.600 revoluciones por minuto (RPM). Un motor de 4 polos con la misma potencia funcionará a 1800 RPM. La velocidad real del rotor es siempre ligeramente inferior a la velocidad síncrona. Esta diferencia se denomina "deslizamiento" y es lo que permite al motor inducir corriente en el rotor y producir par. El campo producido por el estator fija la velocidad máxima.
Por último, hablemos del factor de potencia. En términos sencillos, el factor de potencia es una medida de la eficacia con la que un motor eléctrico utiliza la electricidad que consume. Un factor de potencia perfecto es 1,0. Los motores de inducción, especialmente cuando no funcionan a plena carga, pueden tener un factor de potencia bajo. Esto significa que consumen más corriente de la que realmente utilizan para funcionar.
Para un propietario, esto no es un gran problema. Pero en aplicaciones comerciales e industriales con cientos de motores, un factor de potencia bajo puede desperdiciar mucha energía y aumentar las facturas de electricidad. Los motores de inducción trifásicos suelen tener un factor de potencia mejor que los motores monofásicos. La tecnología moderna, como los variadores de frecuencia que utilizan electrónica de potencia, puede ayudar a controlar la velocidad del motor y mejorar en gran medida su factor de potencia, haciendo que este potente motor de inducción sea aún más eficiente. El par de carga del motor influye mucho en su factor de potencia.
Para agilizar su proyecto, puede etiquetar las pilas de laminación con detalles como tolerancia, material, acabado superficial, si se requiere o no aislamiento oxidado, cantidady mucho más.
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