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.
¿Se ha preguntado alguna vez qué hace girar el pequeño ventilador de su escritorio? ¿O cómo funciona el motor de un tren de juguete? La respuesta suele ser un pequeño dispositivo inteligente. Se trata de un motor de inducción de polos sombreados.
Este artículo es para ti. Le ayudará a comprender cómo funcionan las cosas cotidianas. Explicaremos el motor de inducción de polos sombreados en partes sencillas. Conocerás su sencilla construcción. Aprenderá cómo la "sombra" de sus polos lo hace girar. También aprenderá para qué tipo de aplicaciones se utiliza. Después de leer, verá la gran idea que hay detrás de este pequeño pero importante motor.
Un motor de inducción de polos sombreados es un tipo muy sencillo de motor de inducción monofásico. Otros motores necesitan piezas especiales para arrancar, pero éste no. Puede arrancar por sí solo. Esto lo convierte en un motor de arranque automático. Por ello, es perfecto para cosas pequeñas que no cuestan mucho dinero. El secreto para que arranque es algo especial en sus polos.
El nombre dice mucho al respecto. Es un "motor de inducción". Esto significa que utiliza un campo magnético para hacer girar el rotor. El rotor es la parte que gira. No hay ningún cable eléctrico directo que los conecte. La parte más importante es el "polo sombreado". Cada polo del motor tiene una pequeña sección cubierta. Esta cubierta, o "sombra", es un anillo de cobre. Esta simple sombra es lo que hace que todo funcione. El motor de inducción de polos sombreados muestra una forma muy inteligente y sencilla de hacer las cosas.
Este tipo de motor se denomina motor de inducción de polos sombreados debido a esta parte especial en sus polos. La sombra no es una sombra real de la luz. Es un tipo de sombra eléctrica. Hace que el campo magnético se retrase en esa parte del polo. Este retraso es la clave para que el motor se mueva. Vamos a ver más de cerca cómo esta simple sombra en los polos hace una fuerza de giro. El motor de inducción de polos sombreados es muy interesante.
La forma en que está construido un motor de inducción de polos sombreados es una de sus mejores características. Tiene muy pocas piezas. Esto hace que su fabricación sea barata. Además, funciona durante mucho tiempo. Las piezas principales son el estator y el rotor. Por su sencillez, se utiliza en muchas máquinas pequeñas.
El estator es la parte del motor que no se mueve. El estator del motor de polos sombreados está formado por finas láminas de hierro prensadas entre sí. Es el núcleo. El núcleo tiene polos que sobresalen. Se denominan polos salientes. Alrededor de estos polos se enrolla una bobina principal de alambre. Es el bobinado. Cuando se conecta esta bobina a una fuente de alimentación de CA, se produce un flujo magnético que cambia. La parte más importante del estator es la "sombra". Una ranura atraviesa una parte de cada uno de los polos. En esta ranura se coloca un anillo de cobre, también llamado bobina de sombreado. Este anillo da sombra al polo.
El rotor es la parte que gira. En un motor de polos sombreados, el rotor suele ser de tipo jaula de ardilla. Esto significa que es un cilindro hecho de láminas de hierro con barras de cobre o aluminio que lo atraviesan. Estas barras están unidas por anillos en ambos extremos. El rotor no tiene bobinados ni escobillas. Es una pieza muy sencilla y resistente. El rotor gira debido a la forma en que el campo magnético de los polos trabaja con la corriente que crea en las barras del rotor.
Cuando decimos "sombra" en los postes, no nos referimos a una sombra del sol. La "sombra" es un pequeño anillo de alambre de cobre. También puede ser un anillo de cobre macizo. Este anillo envuelve una pequeña parte de cada uno de los polos del motor. Esta parte del polo se denomina parte sombreada. La otra parte del polo es la parte no sombreada.
Esta pantalla es una bobina de alambre conectada a sí misma. Debido al funcionamiento de la electricidad y los imanes, cuando cambia el flujo magnético de la bobina principal, se crea una corriente eléctrica en la pantalla de cobre. Esta nueva corriente crea su propio flujo magnético. Este nuevo flujo empujará contra el cambio en el flujo principal. La presencia de la bobina de sombreado crea un segundo campo magnético. Este segundo campo está desfasado con respecto al primero.
Se puede pensar de esta manera. El devanado principal crea un campo magnético en todo el polo. Pero la sombra empuja hacia atrás en este campo en su propia área pequeña. Este "empuje" no es siempre el mismo. Hace que el flujo magnético en la parte sombreada llegue más tarde que el flujo en la parte no sombreada. Así, la sombra hace que el campo magnético se retrase en un lado del polo. Este pequeño retraso es lo más importante. La sombra es lo que hace funcionar el motor. La sombra en los polos es la herramienta de arranque del motor.
El truco especial del motor de inducción de polos sombreados es cómo crea un campo magnético móvil con una sola fase de corriente alterna. El sombreado de los polos es la clave. Hace que el flujo magnético "se mueva" de un lado del polo al otro. Este flujo en movimiento actúa como un campo magnético giratorio débil.
He aquí cómo funciona el flujo en movimiento para arrancar el motor. Cuando aumenta la corriente alterna en el devanado principal, también aumenta el flujo magnético en los polos. Este cambio inducirá una corriente en la bobina de sombreado. La corriente en la bobina de sombreado crea otro flujo que empuja contra el flujo principal. Esto significa que el flujo magnético es mayor en la parte no sombreada del polo. Es más débil en la parte sombreada del polo.
Cuando el flujo principal está en su punto más alto, deja de cambiar por un momento. En este momento, la bobina de sombra hace muy poco. El flujo se reparte por todos los polos. A continuación, cuando el flujo principal empieza a debilitarse, la bobina de sombra vuelve a generar corriente para contrarrestar este cambio. Intenta mantener el flujo fuerte. Esto hace que el flujo sea más fuerte en la parte sombreada del polo. El resultado final es que el centro del campo magnético se desplaza. Se desplaza de la parte no sombreada a la parte sombreada del polo. Este movimiento se produce una y otra vez con cada ciclo de alimentación de CA. Esto produce una fuerza de giro débil en el rotor, y esta fuerza hace que empiece a girar.
Veamos el funcionamiento completo de un motor de polos sombreados durante un ciclo de la corriente alterna. La forma en que el flujo magnético se mueve a través de los polos es lo que da la fuerza para hacer girar el rotor.
Este ciclo se repite una y otra vez. Ocurre 60 veces por segundo si se dispone de una fuente de alimentación de 60 Hz. El campo magnético siempre se mueve a través de la cara del polo. Se desplaza del lado no sombreado al lado sombreado. Este campo en movimiento arrastra consigo las barras del rotor de jaula de ardilla. Esta acción de arrastre hace que el rotor gire. Así es como el motor puede arrancar y seguir funcionando.
Una de las principales características de los motores de inducción de polos sombreados es que tienen un par de arranque muy bajo. El par de arranque es la potencia de giro que tiene un motor cuando arranca por primera vez. Esta debilidad se debe a la forma en que está construido.
El campo magnético giratorio creado por la sombra en los polos no es un campo giratorio real y liso. Es más bien un flujo oscilante o en movimiento. La diferencia de tiempo, o ángulo, entre el flujo en la parte sombreada y la parte no sombreada de los polos es pequeña. Como este campo es débil y no es liso, la fuerza que ejerce sobre el rotor al arrancar también es muy débil.
Esto significa que un motor de inducción de polos sombreados no puede arrancar si se conecta a un trabajo pesado. Sólo es adecuado para tareas en las que el trabajo es muy ligero al principio. Un pequeño aspa de ventilador o una pequeña bomba de agua son buenos ejemplos. A medida que el motor acelera, la potencia de giro se produce más por la acción principal del motor de inducción monofásico. Pero el primer empuje siempre es suave. El bajo par de arranque es un gran inconveniente que se obtiene por su sencillo diseño.
Puede encontrar el motor de inducción de polos sombreados en muchas pequeñas cosas que utiliza a diario. Es una elección popular para cualquier aplicación que necesite una pequeña cantidad de potencia y no necesite un arranque potente. Esto se debe a que cuesta poco dinero, está construido de forma sencilla y funciona durante mucho tiempo.
La aplicación más común son los ventiladores pequeños. Piense, por ejemplo, en los ventiladores de escritorio, los ventiladores que extraen el aire de los cuartos de baño o los pequeños ventiladores que enfrían aparatos electrónicos como proyectores u ordenadores. Todas estas son aplicaciones perfectas para un motor de polos sombreados. Las aspas de un ventilador necesitan muy poca potencia para empezar a girar. Otros usos son:
Estos motores son un tipo de motor de baja potencia. No se utilizan para grandes trabajos. Por ejemplo, no los encontrará en lavadoras o herramientas eléctricas. Estas máquinas necesitan un par de arranque mucho mayor y una mayor eficiencia. Pero para cualquier aparato pequeño que sólo necesite girar, el motor de inducción de polos sombreados suele ser la mejor elección.
Es muy difícil hacer que un motor de inducción de polos sombreados sea mucho más potente. La forma en que está diseñado es lo que limita su potencia y eficacia. El método utilizado para arrancar el motor, con la sombra en los polos, desperdicia mucha energía.
Mucha energía se convierte en calor y se pierde. Esto ocurre mucho en la bobina de sombreado. Esta pérdida hace que el motor tenga un rendimiento muy bajo. El rendimiento suele estar entre 5% y 35%. El factor de potencia de este tipo de motor también es muy bajo. El factor de potencia indica cómo utiliza el motor la energía eléctrica que recibe. Un factor de potencia bajo significa que se desperdicia más energía.
Puedes hacer pequeños cambios en el motor. Puedes utilizar mejores materiales o cambiar la forma de los polos o el sombreado. Pero no puedes convertir un motor de polos sombreados en un motor muy potente. Su función es ser un motor sencillo y de bajo coste para necesidades de baja potencia. Si necesita más potencia o mayor rendimiento, utilice otro tipo de motor, como un motor de arranque por condensador. El motor de polos sombreados es el mejor para el trabajo para el que se creó: tareas sencillas con poca potencia de arranque.
Como cualquier herramienta, el motor de inducción de polos sombreados tiene cosas buenas y cosas malas. Por eso es tan común. Sus defectos limitan las tareas que puede realizar.
| Ventajas | Desventajas |
|---|---|
| Fácil de construir: Tiene muy pocas piezas. Sin escobillas ni piezas de arranque especiales. | Potencia de arranque débil: No puede comenzar con un trabajo pesado. |
| Bajo coste: El diseño y las piezas sencillas hacen que su fabricación sea muy barata. | Desperdicia mucha energía: Mucha energía eléctrica se convierte en calor. |
| Funciona durante mucho tiempo: No tiene cepillos que puedan desgastarse, por lo que puede durar mucho tiempo. | Factor de potencia bajo: No aprovecha muy bien la energía de la toma de corriente. |
| Arranca sola: No necesita ninguna pieza especial para arrancar. | Baja potencia: Sólo sirve para trabajos pequeños que no necesiten mucha potencia. |
| Resistente: El rotor de jaula de ardilla es muy resistente y difícil de romper. | La velocidad es difícil de cambiar: Su velocidad está determinada principalmente por la potencia de la pared. |
Consigues una cosa buena, pero también una mala. Consigues un diseño muy simple y un precio bajo. Pero a cambio, obtienes un motor que no rinde muy bien. Para un ventilador pequeño, es un buen trato. Para otros trabajos, la escasa eficiencia y el bajo par de arranque son grandes problemas.
El número de polos de cualquier motor de CA modifica su velocidad. Lo mismo ocurre con un motor de inducción de polos sombreados. La velocidad de giro del campo magnético se denomina velocidad síncrona. Esta velocidad depende de dos factores: la frecuencia de la corriente alterna y el número de polos.
La relación es sencilla. Cuantos más polos tenga, más lento será el motor. La velocidad del motor está inversamente relacionada con el número de polos. Por ejemplo, un motor de dos polos funcionará más rápido que uno de cuatro, aunque utilicen la misma potencia de 60 Hz. La velocidad real de funcionamiento será algo inferior a la velocidad síncrona.
La mayoría de los motores de inducción de polos sombreados tienen un diseño de dos o cuatro polos. El uso de más polos a veces puede hacer que el motor funcione con más suavidad. Pero también hace que la construcción sea un poco más difícil. La elección del número de polos depende de la velocidad necesaria para el trabajo. El número de polos es una parte clave del diseño del motor. Los polos y la sombra de los polos son los que hacen que el motor funcione como lo hace.
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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