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La potencia de autoarranque de un motor de inducción trifásico
¿Ha pensado alguna vez qué hace funcionar las grandes máquinas de fábricas y talleres? Muchas de ellas utilizan un tipo especial de motor. Este motor se llama motor trifásico de inducción. Lo mejor de todo es que puede arrancar por sí solo. Basta con darle potencia y empieza a girar. Esto es muy importante, y es la razón por la que estos motores se utilizan tan a menudo.
En este artículo, descubrirá la sencilla razón de esta magia de arranque automático. Le explicaremos paso a paso cómo una fuente de alimentación trifásica genera una fuerza especial. Esta fuerza hace que el motor gire sin ayuda externa. No es necesario ser ingeniero para entenderlo. Utilizaremos palabras fáciles y ejemplos sencillos para explicar cómo funciona este potente motor de inducción.
Índice
¿Qué es un motor de inducción trifásico?
Un motor trifásico de inducción es un tipo de motor eléctrico. Se puede considerar como el motor principal para grandes trabajos en el mundo. Es potente, sencillo y fiable. El nombre del motor dice mucho. "Trifásico" significa que utiliza un tipo especial de electricidad. Esta energía tiene tres flujos separados de corriente. "Inducción" significa que utiliza la fuerza de los imanes para hacer girar su parte móvil sin que ningún cable entre en contacto con ella.
Este motor consta de dos partes principales. La primera parte es el estator. El estator es la parte exterior del motor que permanece inmóvil. No se mueve. La segunda parte es el rotor. El rotor es la parte del interior del motor que puede girar. La magia del motor de inducción se debe a la interacción de estas dos piezas. Utilizan la electricidad y los imanes para crear un fuerte movimiento y hacer girar objetos pesados.
¿Por qué es tan importante ser "autónomo"?
La capacidad de autoarranque de un motor de inducción trifásico es su truco más conocido. Pero, ¿por qué es tan importante? Piense en tener que empujar un enorme ventilador cada vez que quiere que arranque. O piense en tener que hacer girar con las manos una pesada bomba de agua para ponerla en marcha. Eso sería muy duro y poco útil. Un motor de arranque automático soluciona este problema.
Cuando decimos que un motor es autoarrancable, significa que basta con darle potencia. Entonces empezará a girar y hará su propia fuerza de giro. No necesita un empujón exterior. Tampoco necesita una sofisticada herramienta de arranque externa para ponerse en marcha. Esta característica de autoarranque hace que el motor de inducción sea muy, muy fácil de usar. Basta con pulsar un interruptor para que empiece a funcionar. Esta facilidad es una de las principales razones por las que este tipo de motor se utiliza en tantas máquinas.
¿Qué es el estator y cuál es su función en un motor de inducción?
El estator es la base de la fuerza del motor de inducción. Es la carcasa exterior del motor, grande, redonda y pesada. Permanece perfectamente inmóvil cuando el motor está encendido. En el interior del estator hay pequeñas ranuras que contienen bobinas de alambre. Son los bobinados del estator. Hay tres juegos diferentes de bobinados. Uno para cada fase de la alimentación trifásica.
Al conectar el suministro eléctrico trifásico al motor, la corriente pasa por los bobinados del estator. La función del estator es transformar esta electricidad en un campo magnético intenso. Pero no se trata de un campo magnético normal. Debido a la alimentación trifásica, el estator puede producir un tipo de campo muy especial. Se trata de un campo magnético giratorio. Este campo es el secreto que da al motor la potencia para arrancar y girar. El estator es la parte que hace el "empuje" sin tocar nunca el rotor.
¿Cómo crea un campo magnético giratorio una fuente de alimentación trifásica?
Aquí es donde empieza la verdadera diversión. Una fuente de alimentación trifásica no es sólo un flujo de electricidad. Son tres flujos o fases de corriente independientes. Estos tres flujos de corriente están perfectamente sincronizados. Se intensifican y debilitan uno tras otro. Esto sucede en un patrón suave que se repite. Es como si tres amigos empujaran un tiovivo. El primero empuja. Luego empuja el segundo. Luego empuja el tercero, y todo vuelve a empezar. Sus empujones están bien repartidos. Esto hace que el tiovivo gire suavemente todo el tiempo.
Los devanados del estator se colocan en círculo. Cada conjunto de bobinados está conectado a una de las tres fases.
En Fase 1 tiene la mayor potencia, crea un campo magnético en una dirección.
Un poco más tarde, Fase 2 tiene el mayor poder. Hace un campo en una nueva dirección.
Un poco después de eso, Fase 3 tiene más poder. Hace un campo en otra nueva dirección.
Como estos picos de potencia se producen en el orden correcto, el campo magnético total no aparece y desaparece. Por el contrario, parece que gira alrededor del interior del estator a una velocidad constante. Este es el campo magnético giratorio. El estator utiliza la alimentación trifásica para producir este campo de fuerza giratorio, y ninguna pieza del estator tiene que moverse. La velocidad de este campo tiene un nombre especial: velocidad síncrona.
Fase
Nivel de potencia
Dirección del campo magnético
1
Alta
Arriba
2
Subiendo
Derecha y arriba
3
Bajo
Derecha
(Este es un simple gráfico para mostrar cómo se mueve el campo)
¿Qué papel desempeña el rotor en un motor de inducción?
Hablemos ahora de la segunda parte principal: el rotor. El rotor es la parte del motor de inducción que realmente gira y realiza el trabajo. El tipo más común de rotor se llama rotor de "jaula de ardilla". Se parece un poco a la jaula de un hámster. Tiene barras sólidas en los lados que están unidas por anillos en cada extremo. Estas barras suelen ser de aluminio o cobre.
Lo más importante que hay que saber sobre el rotor de un motor de inducción es que no está conectado a ninguna fuente de alimentación externa. No tiene cables. Simplemente está dentro del estator y puede girar libremente. Su función es responder al campo magnético creado por el estator. El rotor es la parte que es "engañada" para girar por el campo magnético giratorio. El diseño sencillo del rotor, sin piezas que rocen o necesiten conexiones directas de cables, es lo que hace que el motor de inducción sea tan fuerte y pueda durar tanto tiempo.
¿Cómo mueve el rotor el campo magnético giratorio?
El estator y el rotor trabajan juntos. El estator produce un fuerte campo magnético giratorio. Este campo gira dentro del motor y atraviesa el rotor. A medida que el campo magnético se desplaza por las barras metálicas del rotor, empieza a funcionar una regla de la ciencia llamada "inducción electromagnética". El campo magnético en movimiento crea una tensión. Esta tensión hace que fluya una fuerte corriente eléctrica por el interior de las barras del rotor.
Ahora, el rotor tiene su propia corriente fluyendo en él. Cuando la corriente fluye por un alambre o una barra, crea su propio campo magnético. Esto significa que ahora tenemos dos campos magnéticos. Uno es el gran campo giratorio del estator. El otro es un nuevo campo alrededor del rotor, creado por la nueva corriente. Estos dos campos magnéticos se influyen mutuamente. El campo del estator empuja y tira del campo del rotor. Este empuje y tracción es lo que hace que el rotor empiece a girar.
¿Qué es el par y cómo ayuda al arranque del motor de inducción?
El par es simplemente una fuerza de giro o torsión. Cuando utilizas una herramienta para apretar un tornillo, estás utilizando par. En un motor de inducción, la forma en que el campo del estator y el campo del rotor trabajan juntos genera una gran fuerza de giro, o par, en el rotor. El campo magnético giratorio del estator está siempre en movimiento. Arrastra al rotor con él. Es como sujetar una zanahoria en un palo para hacer andar a un burro.
Este par es lo que confiere al motor de inducción su capacidad de autoarranque. En cuanto se conecta la alimentación trifásica, aparece el campo magnético giratorio. Este campo crea inmediatamente una corriente en el rotor. Esta corriente crea un segundo campo magnético, y los dos campos trabajando juntos producen par. Este par es lo suficientemente fuerte como para hacer que el rotor se mueva, aunque quiera quedarse quieto. El par producido hace que el rotor empiece a girar. Intenta alcanzar el campo giratorio del estator. Por eso el motor es autoarrancable.
¿Por qué un motor de inducción monofásico no arranca solo?
Es más fácil entender por qué un motor de inducción trifásico es autoarrancable si observamos un motor que no lo es. Se trata del motor de inducción monofásico. Puede encontrar este tipo de motores en su casa, como ventiladores y frigoríficos. Una fuente de alimentación monofásica sólo tiene un flujo de corriente que va y viene.
Cuando se suministra corriente monofásica al estator de un motor, no se produce un campo magnético giratorio. En su lugar, crea un campo que se intensifica y debilita en un punto. No gira. Este campo inestable no puede decidir en qué dirección empujar el rotor. Por lo tanto, el rotor se queda quieto y emite un zumbido. No tiene par de arranque. Para que un motor de inducción monofásico arranque, necesita una pieza adicional, como un condensador. Esta pieza ayuda a crear un segundo campo magnético que está un poco desfasado. Esto da al rotor el primer empujón que necesita para empezar a girar en una dirección.
¿La capacidad de autoarranque significa que no se necesita ayuda?
Cuando decimos que un motor de inducción trifásico tiene capacidad de autoarranque, queremos decir que no necesita ningún empujón o tirón externo para arrancar. No es necesario hacerlo girar con la mano. Tampoco necesita piezas eléctricas adicionales para crear el movimiento de arranque. El motor es autoarrancable porque su sencillo diseño, cuando se utiliza con una alimentación trifásica, genera su propia fuerza de arranque por sí solo.
Lo único que necesita el motor es la potencia adecuada. La alimentación trifásica es el secreto. El motor de inducción no necesita ninguna otra herramienta externa para ponerse en marcha. La forma en que las tres fases de corriente llegan en el orden correcto permite al estator producir un campo magnético giratorio. Este campo es toda la "ayuda" que necesita el rotor para empezar a girar. Todo el sistema funciona de inmediato.
¿Qué hace que este motor de arranque automático sea tan resistente y fiable?
El motor de inducción trifásico es la mejor elección para grandes trabajos porque su diseño de arranque automático es también muy sencillo y resistente. El rotor no tiene cables especiales que necesiten alimentación propia. Tampoco tiene escobillas que puedan desgastarse con el tiempo. Las piezas principales son el estator, que no se mueve, y un rotor simple y sólido. Hay muy pocas piezas que puedan romperse.
Este sencillo diseño, junto con su gran capacidad de autoarranque, hacen del motor trifásico de inducción una gran elección para trabajos duros. Puede arrancar incluso cuando tiene que mover cosas pesadas. Funciona a una velocidad que casi siempre es la misma. Además, puede funcionar durante muchos años y no necesita muchos cuidados. El poder de simplemente conectarlo a la electricidad y que arranque cada vez es lo que ha hecho de este maravilloso motor de inducción el motor más utilizado del mundo.
Puntos clave
A motor trifásico de inducción puede arrancar por sí solo porque su fuente de energía le ayuda a hacer fuerza de giro.
En estator es la parte que no se mueve. Tiene cables que se conectan a la fuente de alimentación trifásica.
A trifásico suministro hace un campo magnético giratorio dentro del estator.
En rotor es la parte que gira. No tiene cables conectados directamente.
El campo magnético giratorio del estator crea una corriente en el interior del rotor.
Esta corriente en el rotor crea su propio campo magnético, que trabaja con el campo del estator para hacer una fuerza de giro (torque).
Este inicio par de torsión es lo suficientemente fuerte como para hacer que el rotor girar sin ningún empujón exterior.
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Charlie
Cheney es un ingeniero de aplicaciones sénior de Sino con una gran pasión por la fabricación de precisión. Es Ingeniero Mecánico y posee una amplia experiencia práctica en fabricación. En Sino, Cheney se centra en optimizar los procesos de fabricación de pilas de laminación y en aplicar técnicas innovadoras para conseguir productos de pilas de laminación de alta calidad.
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