Motor de Tracción vs Motor de Inducción: La guía clara y práctica

Si está comparando "motor de tracción" con "motor de inducción", no es el único. La frase confunde incluso a los ingenieros más experimentados. Uno es una aplicación. La otra es un tipo de motor. Esta distinción lo cambia todo. Analicémosla en el contexto del mundo real, no sólo con términos de manual.

• TL;DR: "Motor de tracción" significa un motor construido y puesto a punto para la propulsión (VE, ferrocarril, todoterreno). Puede ser de inducción, síncrono de imán permanente (PMSM) u otros tipos. "Motor de inducción" es un tipo específico de motor de CA. Muchos motores de tracción son máquinas de inducción, pero no todos, y no todos los motores de inducción son de tracción.

1) Primeros principios: qué es un motor de inducción

Un motor de inducción (también conocido como motor asíncrono) genera par a partir de un campo magnético giratorio en el estator que induce corriente en el rotor. El rotor debe retardar la velocidad síncrona para crear deslizamiento, corriente y par. Es robusto, no tiene escobillas y se presenta principalmente en forma de jaula de ardilla y rotor bobinado. 

• Principales conclusiones:
  • Siempre funciona por debajo de la velocidad síncrona (deslizamiento).
  • Los tipos de rotor más comunes son los de jaula de ardilla y los de anillos rozantes.
  • Popular porque es sencillo, robusto y económico. 

2) Qué significa realmente un motor de tracción

Un "motor de tracción" es un motor diseñado específicamente para la propulsión. Debe ofrecer un par de arranque elevado, una amplia gama de velocidades con una potente región de potencia constante, un control preciso y un frenado regenerativo eficiente. Los motores de tracción se utilizan en vehículos eléctricos, locomotoras, tranvías y maquinaria pesada. Se construyen como motores de inducción de CA, PMSM y otros, el que mejor se adapte al rendimiento, el coste y el embalaje. 

• Qué hace que un motor sea "apto para la tracción":
  • Alto par a baja velocidad, par controlable a alta velocidad.
  • Eficiente a lo largo de un ciclo de accionamiento, no sólo en un punto de la placa de características.
  • Resistencia térmica a los arranques y paradas frecuentes y a las subidas.
  • Resistencia mecánica a golpes, vibraciones, polvo y salpicaduras.
  • Estrecha integración con un inversor para el debilitamiento del campo y la regeneración. 

3) De igual a igual: motor de inducción industrial frente a motor de inducción de tracción

La mayor parte de la confusión proviene de esto: un motor de inducción industrial no es lo mismo que un motor de inducción de tracción. Comparten la física. No comparten prioridades.

• Notarás diferencias prácticas:
  • Gama de velocidades: las máquinas de tracción están diseñadas para un amplio funcionamiento a potencia constante mediante el debilitamiento del campo; los motores industriales suelen vivir cerca de un punto de funcionamiento.
  • Sobrecarga: la tracción suele tolerar picos elevados a corto plazo; los motores industriales se construyen en torno al factor de servicio y las cargas constantes.
  • Refrigeración y estanqueidad: la tracción favorece las camisas de líquido, el aceite del transeje o la refrigeración integrada del eje electrónico; los motores industriales suelen utilizar TEFC o diseños abiertos.
  • Controles: la tracción requiere un control avanzado del inversor (FOC/DTC) y funciones de seguridad; el industrial puede ser a través de la línea o un simple VFD.
  • Entorno: la tracción se centra en los golpes, las salpicaduras y el embalaje hermético; la industria se centra en la robustez estacionaria y los montajes estandarizados. 

Tabla comparativa: MI industrial frente a MI de tracción

4) Dónde brilla cada uno

La elección entre un motor de inducción de tracción y otros tipos de motores de tracción depende del trabajo, no de la etiqueta.

• Considere un motor de inducción de tracción cuando:
  • Quiere un diseño sin imanes y resistencia en la cadena de suministro.
  • El ciclo de trabajo incluye altas temperaturas y picos repetidos, donde el riesgo de desmagnetización del rotor no es deseable.
  • El coste y la facilidad de fabricación favorecen al cobre y al acero frente a las tierras raras.

Ahora, considere otros tipos de tracción (como PMSM) cuando necesite la mayor densidad de par y eficiencia a carga parcial en un paquete ajustado. Las máquinas PM suelen ser más pequeñas para la misma potencia, a veces del orden de decenas de puntos porcentuales, gracias a los imanes del rotor. 

5) Unas palabras rápidas y sinceras sobre las compensaciones por rendimiento

Los motores de tracción de inducción evitan los imanes. Esto simplifica el abastecimiento y el reciclaje al final de su vida útil. Pero las pérdidas I²R del rotor aumentan con el deslizamiento, por lo que la eficiencia con carga ligera puede ser inferior a la de un buen PMSM. En general, los PMSM ganan en densidad de par y eficiencia máxima, razón por la que muchos vehículos eléctricos los utilizan. Aun así, muchos vehículos eléctricos y sistemas ferroviarios modernos utilizan diseños tanto de inducción de CA como de PM cuando cada uno se adapta mejor. 

• Lo que la tracción exige realmente a cualquier motor:
  • Fuerte par a baja velocidad para el despegue.
  • Amplio debilitamiento del campo para velocidades de autopista.
  • Diseño electromagnético compatible con el inversor.
  • Altura libre térmica para colinas, remolque y climas cálidos. 

6) Funcionamiento de los motores de inducción en condiciones de debilidad de campo (por qué es importante para la tracción)

Los motores de inducción no se bloquean a la velocidad síncrona. El deslizamiento crea corriente y par en el rotor. Por encima de la velocidad base, el inversor reduce el flujo (debilitamiento del campo) para aumentar la velocidad manteniendo la potencia aproximadamente constante. Esto es fundamental para combinar la conducción en ciudad, carretera y montaña con una sola máquina. 

• Lo esencial para su selección:
  • Si su ciclo de accionamiento pasa largos periodos a par ligero, el PMSM suele ahorrar más energía.
  • Si sus patrones de uso castigan térmicamente a los rotores o desea una resistencia sin imanes, un motor de inducción ajustado a la tracción es convincente. 

7) Lista de comprobación de ingeniería: qué preguntar a los proveedores (o a su equipo)

Antes de decidirse por un conjunto motor-inversor, asegúrese de lo siguiente. La claridad es mejor que las marcas y las palabras de moda.

• Curva de par-velocidad con envolventes continua y de pico, además de comportamiento de absorción térmica.
• Mapa de eficiencia (no un único número) sobre el ciclo de conducción que te interesa.
• Trayectoria, caudal y caída de presión del refrigerante; límites de altitud/ambiente.
• Potencia nominal del inversor, tecnología de conmutación y características de control (debilitamiento del campo, límites de regeneración, seguridad).
• Firmas NVH y limitaciones de la interfaz rodamiento/engranaje.
• Sellado ambiental y protección contra la corrosión.
• Convenciones de capacidad de sobrecarga (continua, 10 seg, 60 seg) y constantes de tiempo térmico.
• Intervalos de mantenimiento y modos de avería (sensores, aislamiento, rodamientos).
• Conformidad y pruebas: CEM, seguridad funcional, entrada y choque/vibración.
• Definiciones claras de potencia continua frente a potencia horaria cuando proceda (el ferrocarril las utiliza mucho). 

8) Mitos comunes que hay que evitar

La gente a menudo se queda atascada en el nombre en lugar de en la necesidad. No lo hagas.

• "Motor de tracción = un diseño específico". No es cierto. Es una clase de aplicación que incluye motores de inducción, PMSM y otros. 
• "Cualquier motor de inducción industrial puede hacer tracción". No de forma segura ni eficiente. Los ciclos de trabajo de propulsión, el sellado, los picos y los controles son diferentes.
• "PMSM siempre es mejor". A menudo más eficiente y pequeño, sí. Pero los imanes añaden costes y riesgos; la inducción puede ganar en robustez y cadena de suministro. 

9) Definiciones rápidas en las que puede confiar

• Motor de inducción: Motor de CA en el que la corriente del rotor es inducida por el campo giratorio del estator; necesita deslizamiento para generar par. Los hay de jaula de ardilla y de rotor bobinado. 
• Motor de tracción: Cualquier motor optimizado para la propulsión, normalmente con alto par de lanzamiento, amplio rango de velocidades y regeneración; comúnmente implementado como inducción de CA o PMSM en la actualidad. 

10) Una regla de decisión simple y humana

Si su aplicación es la propulsión, empiece por definir el ciclo de propulsión y el entorno. A continuación, elija la tecnología de motor que mejor se adapte.

• ¿Cruceros largos con poca carga y embalajes pequeños? Probablemente PMSM.
• Ciclos térmicos duros, cadena de suministro sin imanes, robustez probada... Motor de inducción de tracción.
• ¿Servicio mixto o sensibilidad a los costes? Realice una simulación energética y térmica del ciclo de accionamiento para ambos y compare el coste de propiedad del sistema.

¿Quiere que adapte una lista de motores/inversores a su ciclo de trabajo y presupuesto exactos? Indíqueme sus objetivos de par-velocidad, sus limitaciones de refrigeración y el rango ambiental previsto. Haré una comparación específica, comprobable e independiente del proveedor.