Motores de inducción de rotor bobinado: El secreto del par elevado y la velocidad ajustable

Llevo mucho tiempo trabajando con motores eléctricos. He visto motores grandes, motores pequeños y motores que realizan tareas muy especiales. Uno de los motores más interesantes que he visto es el motor de inducción de rotor bobinado. Es muy trabajador. Si alguna vez te has preguntado cómo una gran grúa puede levantar cosas pesadas con tanta suavidad, puede que estés viendo lo que puede hacer este motor especial.

Este artículo es para usted si desea conocer este potente tipo de motor. Veremos qué es un motor de rotor bobinado y cómo funciona. También veremos por qué es tan diferente del motor de jaula de ardilla común. Te lo explicaré con palabras sencillas. Cuando termine de leer, sabrá exactamente por qué este motor es la elección adecuada para algunos de los trabajos más duros.

¿Qué es un motor de rotor bobinado?

Empecemos por los hechos. Un motor de rotor bobinado es un tipo especial de motor de inducción. También se le conoce como motor de anillos colectores. Al igual que otros motores eléctricos, utiliza imanes y electricidad para hacer que las cosas se muevan. La tarea principal de cualquier motor es transformar la energía eléctrica en energía en movimiento. Este motor realiza esta tarea muy bien, especialmente cuando el trabajo es duro.

El nombre "rotor bobinado" indica lo más importante. El rotor es la parte del motor que gira. En este motor, el rotor está rodeado de bobinas de alambre. Estos alambres se llaman bobinados. No son simples barras de metal. Son bobinas aisladas. Son muy parecidos a los bobinados de la parte del motor que no se mueve, llamada estator.

Este bobinado especial en el rotor es la clave de su potencia. Se trata de un tipo de motor de inducción en el que los devanados del rotor están conectados a elementos externos al motor. Este enlace nos permite cambiar el funcionamiento del motor mientras está en marcha. Este control externo es lo que hace que el motor de inducción de rotor bobinado sea una máquina tan única y potente. Veremos cómo esta simple pieza puede marcar una gran diferencia.

¿En qué se diferencia este motor de inducción de un motor de jaula de ardilla?

Cuando hablo de motores, la mayoría de la gente piensa en el motor de inducción de jaula de ardilla normal. Es el tipo de motor de CA más utilizado en el mundo. Es sencillo, no cuesta mucho y se puede contar con él. El nombre "jaula de ardilla" proviene de su rotor. El rotor parece la jaula de un animal pequeño. Está formado por un conjunto de barras metálicas unidas por los extremos.

El motor de inducción de rotor bobinado no es lo mismo. No tiene un simple rotor de jaula de ardilla. En cambio, su rotor es más detallado y tiene bobinados. Esta diferencia es muy importante si se compara con los motores de jaula de ardilla. El motor de jaula de ardilla simple es una máquina del tipo "configúralo y olvídate". Cuando se enciende, su velocidad y fuerza de giro están prácticamente fijadas. Realiza muy bien una tarea a una velocidad.

El motor de rotor bobinado, en cambio, es capaz de cambiar. Podemos conectarnos a los devanados de su rotor. Esto significa que podemos cambiar su rendimiento en cualquier momento. Esto hace que el motor sea más detallado y suele costar más dinero. Pero para algunos trabajos, poder cambiar es justo lo que se necesita. Un motor de jaula de ardilla es como un coche con una sola marcha. Un motor de rotor bobinado es como un coche en el que se pueden cambiar todas las marchas.

¿Qué hacen los anillos colectores en un motor de inducción de rotor bobinado?

Entonces, ¿cómo hacemos una conexión con el rotor que gira? Para ello se utilizan anillos colectores y escobillas. Piensa en intentar conectar cables a algo que gira a mil por hora. Sería un lío enorme. El anillo colector es una respuesta inteligente a este problema. Un anillo colector es un anillo de metal. Está en la varilla giratoria del motor, pero la electricidad no puede pasar entre el anillo y la varilla.

Los devanados del rotor están conectados a estos anillos rozantes. Cuando el rotor gira, los anillos giran con él. Unos bloques de carbono que no se mueven, llamados escobillas, tocan los anillos. La electricidad pasa de los devanados giratorios del rotor, a través de los anillos colectores, a las escobillas. Luego sale a una caja de control situada en el exterior. Esto nos permite añadir piezas al circuito del rotor.

Ésta es la clave del funcionamiento de un motor de inducción de rotor bobinado. Sin escobillas ni anillos rozantes, no podríamos conectarnos al rotor. No tendríamos forma de cambiar la resistencia en el circuito del rotor. Esta parte parece sencilla, pero es lo que hace que este tipo de motor sea tan especial. Nos da mucho control sobre su potencia. Este motor es un gran ejemplo de diseño inteligente.

¿Cómo se puede controlar la velocidad de un motor de rotor bobinado?

Lo mejor de este motor es que puedes controlar su velocidad. El control de velocidad está conectado a esos anillos colectores de los que acabamos de hablar. Podemos conectar un conjunto de resistencias en el exterior al circuito del rotor a través de las escobillas. Esto nos permite cambiar el funcionamiento del motor. Una resistencia es una pieza que dificulta el paso de la electricidad.

Cuando añadimos resistencia al circuito del rotor, cambiamos el funcionamiento del motor. Si añadimos más resistencia al rotor, el motor girará más despacio. Cuanta más resistencia añadamos, más despacio girará el motor. Esto nos da una forma de controlar la velocidad. Esta resistencia ayuda a que la velocidad del motor cambie suavemente. Esto es genial para trabajos que necesitan un movimiento muy cuidadoso.

Cambiar la resistencia del rotor es una forma sencilla y buena de gestionar la velocidad y el par del motor. El motor puede funcionar a una velocidad determinada, no sólo a su velocidad más rápida. Es perfecto para trabajos que necesitan una velocidad cambiante. El hecho de poder gestionar la velocidad de un motor de rotor bobinado es lo que lo hace tan útil para grandes trabajos en fábricas. Este motor es un verdadero trabajador.

¿Por qué este motor tiene un par de arranque tan alto?

El par es la fuerza de torsión que hace que algo gire. Cuando se arranca un motor, se necesita mucho par de arranque para que las cosas se muevan. Esto es especialmente cierto si hay una carga pesada. Un motor de inducción de jaula de ardilla normal extrae una gran cantidad de potencia del sistema eléctrico para generar su par de arranque. Puede llegar a consumir entre seis y ocho veces más potencia que cuando está en marcha.

El motor de inducción de rotor bobinado soluciona este problema de forma muy inteligente. Para obtener un par de arranque elevado, añadimos mucha resistencia al circuito del rotor. Para ello utilizamos las resistencias del exterior. Esto hace dos cosas maravillosas. En primer lugar, reduce en gran medida la cantidad de corriente de arranque que necesita el motor. Esto es mucho mejor para el sistema eléctrico. La cantidad de corriente de arranque es mucho menor que en los motores de jaula de ardilla. La corriente se reduce, lo que es de gran ayuda.

En segundo lugar, esta resistencia añadida al rotor modifica el motor de forma que proporciona la mayor fuerza de arranque. El par es mayor debido a una mejor conexión entre los campos magnéticos del motor. Así, obtenemos esta enorme fuerza de arranque sin un gran tirón de la potencia. Después de que el motor funcione más rápido, podemos ir quitando la resistencia poco a poco. Esto permite que el motor funcione bien a su velocidad máxima. Esto nos da lo mejor de ambas cosas: un arranque fuerte y una buena marcha.

¿Dónde se utilizan estos motores de rotor especial?

No encontrará motores de rotor bobinado en su casa. Son motores de gran potencia para grandes trabajos. Los motores de rotor bobinado se utilizan para trabajos que requieren un par de arranque elevado y la capacidad de controlar la velocidad. Son perfectos para mover cosas muy pesadas con suavidad y seguridad.

Éstos son algunos de los lugares más comunes donde verá estos motores de rotor fuerte:

• Grúas y polipastos: Para levantar cajas enormes o vigas de acero se necesita un motor que pueda arrancar con una carga muy pesada. Una grúa necesita un control suave, y un motor de rotor bobinado se lo proporciona. El polipasto de la grúa utiliza este tipo de motor.
• Ascensores: Un ascensor necesita un arranque y una parada muy suaves. Este motor le da ese arranque suave.
• Trituradoras, molinos y trituradoras: Estas máquinas necesitan mucha potencia para arrancar cuando están llenas de material. Un motor de inducción de rotor bobinado puede generar el par necesario para ponerlas en marcha.
• Bombas y ventiladores: Algunos sistemas de bombas grandes necesitan poder cambiar su velocidad para controlar la cantidad de líquido que fluye. Este tipo de motor funciona bien para ello.
• Punzonadoras y cizallas: Estas máquinas necesitan un par elevado para su ciclo de trabajo.

Cualquier trabajo en el que necesite arrancar un motor con una carga pesada es un buen lugar para un motor de rotor bobinado. Además, si necesita controlar la velocidad de un motor bajo carga, este motor es una buena elección. Son motores resistentes para trabajos duros.

Echemos un vistazo al interior: ¿Cuáles son las partes principales?

Si desmontáramos un motor de rotor bobinado, veríamos unas cuantas piezas principales. Es un tipo de motor de inducción. Por lo tanto, algunas partes son como su primo de jaula de ardilla, pero el rotor es muy diferente.

1. Estator: Es la parte exterior del motor que no se mueve. Tiene sus propios devanados. Cuando se envía corriente alterna al estator, éste genera un campo magnético giratorio. Esto es lo mismo para casi todos los motores de inducción.
2. Rotor bobinado: Este es el centro del motor. Es la parte que gira. No es como un simple rotor de jaula de ardilla. Este tiene un conjunto de bobinados aislados, al igual que el estator.
3. Anillos deslizantes y cepillos: Como ya hemos dicho, estas piezas constituyen el enlace eléctrico con el rotor giratorio. Los extremos de los bobinados del rotor se unen a los anillos rozantes. Las escobillas no se mueven y tocan los anillos para mover la potencia del rotor.
4. Banco de resistencias externas: No está dentro del propio motor, pero es muy importante para que éste funcione. Se trata de una caja de grandes resistencias. Se conectan al rotor a través de las escobillas. Así es como el motor puede controlar la velocidad y la fuerza. Esta resistencia variable es la clave.

Todas estas piezas juntas forman el sistema de inducción de rotor bobinado completo. El motor es una simple máquina de inducción. Pero el rotor especial y los anillos rozantes le confieren unas capacidades asombrosas.

¿Puedo utilizar un motor de jaula de ardilla?

Esta pregunta me la hacen a menudo. Un motor de jaula de ardilla es más sencillo y cuesta menos. También necesita menos mantenimiento. Entonces, ¿por qué no utilizar siempre uno? La respuesta es que cada trabajo es diferente. Para muchas tareas, un motor de inducción de jaula de ardilla es la herramienta perfecta. Si necesita un motor para hacer funcionar un ventilador a la misma velocidad todo el tiempo, un motor de jaula de ardilla es la mejor elección.

Pero, ¿y si necesita levantar algo que pesa diez toneladas? Un motor normal de jaula de ardilla trataría de arrancar con una potencia enorme. Esto podría cortar la corriente o dañar el sistema eléctrico. Incluso podría no ser capaz de generar suficiente par de arranque para levantar el peso. El motor podría no ser capaz de hacer el trabajo.

Aquí es donde el motor de rotor bobinado funciona mejor. Está diseñado para este tipo de tareas. Puede crear un par muy alto cuando no está en movimiento, y utiliza una baja cantidad de corriente. Esto significa que puede empezar a mover cargas pesadas sin poner a prueba el sistema eléctrico. Así que no, no siempre se puede utilizar uno en lugar del otro. Debes elegir el motor adecuado para cada tarea. Si necesita un par de arranque elevado y arranques suaves, el motor de rotor bobinado suele ser la única opción.

¿Qué ocurre con los variadores de frecuencia (VFD)? ¿Son una mejor opción?

En el mundo del control de motores, las cosas cambian constantemente. Hoy en día, disponemos de una nueva herramienta llamada variador de frecuencia o VFD. Un VFD es una caja electrónica que puede cambiar la velocidad de un motor de jaula de ardilla normal. Lo hace cambiando la frecuencia de la electricidad que llega al motor.

Los variadores de frecuencia se utilizan mucho ahora. Permiten que un motor de jaula de ardilla barato y sencillo realice tareas que antes requerían un motor de rotor bobinado detallado. Con un VFD, un motor de inducción normal puede tener un gran control de velocidad. Incluso puede ofrecer un par de arranque superior. Para muchos proyectos nuevos, una persona puede elegir un VFD y un motor de jaula de ardilla en lugar de un motor de rotor bobinado.

Pero los motores de rotor bobinado siguen siendo necesarios. Son muy resistentes y pueden funcionar en lugares muy difíciles. En algunos trabajos de muy alta potencia, un motor de rotor bobinado puede seguir siendo más económico o más fiable que un sistema VFD grande y detallado. Además, si va a sustituir un motor antiguo en un sistema ya existente, a menudo lo más fácil es utilizar otro motor de rotor bobinado. Los nuevos variadores de frecuencia han cambiado las cosas, pero no han hecho que el viejo y resistente motor de rotor bobinado deje de ser necesario.

¿Cuáles son los principales pros y contras que debo conocer?

Para terminar, veamos las cosas buenas y las cosas malas. Como cualquier herramienta, el motor de inducción de rotor bobinado tiene sus cosas buenas y sus cosas malas. Es importante conocer ambos antes de decidir si es el motor adecuado para lo que necesitas.

Ventajas (Pros):

• Alto par de arranque: Puede arrancar con cargas muy pesadas. Esta es su mejor característica.
• Baja corriente de arranque: No supone un gran esfuerzo para el sistema eléctrico cuando arranca.
• Arranque suave: La velocidad puede aumentarse lenta y suavemente. Esto es ideal para cargas que necesitan cuidado.
• Velocidad variable: La velocidad de funcionamiento puede controlarse modificando la resistencia del rotor.

Desventajas (Contras):

• Cuesta más: Estos motores son más detallados y su fabricación es más costosa que la de los motores de jaula de ardilla.
• Necesita más mantenimiento: Los anillos colectores y las escobillas se desgastan. Hay que revisarlos y cambiarlos.
• Desperdicia más energía: Parte de la potencia se convierte en calor y se pierde en las resistencias exteriores. Esto ocurre sobre todo cuando funciona a baja velocidad.
• Mayor tamaño: Suelen ser más grandes y pesados que un motor de jaula de ardilla con la misma potencia.

Conocer estos puntos le ayudará a ver por qué este motor es una herramienta especial para trabajos especiales. No sirve para todas las tareas, pero cuando necesite sus puntos fuertes especiales, ningún otro motor funcionará tan bien.

Cosas para recordar

Espero que esto le haya ayudado a conocer el motor de inducción de rotor bobinado. Es una máquina muy interesante en el mundo de los motores eléctricos. Aquí tienes lo más importante que debes recordar:

• Un motor de rotor bobinado es un motor de inducción especial con bobinados de alambre en su rotor.
• Utiliza anillos colectores y escobillas para conectar su rotor a un circuito exterior.
• Añadiendo resistencia al rotor, se puede controlar la velocidad del motor. También puedes obtener un par de arranque muy alto con una corriente de arranque baja.
• Estos motores de rotor son perfectos para trabajos pesados como grúas, polipastos y molinos.
• Son más detallados, cuestan más y necesitan más mantenimiento que los motores de jaula de ardilla comunes.
• Los nuevos variadores de frecuencia pueden ofrecer ahora prestaciones similares a las de los motores normales, pero el motor de rotor bobinado se sigue utilizando para trabajos duros.