¿Qué son los Motores de Corriente Alterna?

Un motor de corriente alterna (CA) es un tipo de motor eléctrico que funciona con alimentación de corriente alterna. Estos motores son esenciales en una variedad de aplicaciones, desde electrodomésticos hasta maquinaria industrial. Su funcionamiento se basa en la creación de un campo magnético giratorio que impulsa un rotor, convirtiendo la energía eléctrica en energía mecánica.

Funcionamiento de los Motores Asíncronos

El motor asíncrono funciona con corriente alterna. Cuando esta corriente fluye por las bobinas del estator, se crea un campo magnético rotatorio. Este campo magnético induce una corriente en las bobinas del rotor, lo que a su vez genera un campo magnético en el rotor. La interacción entre estos dos campos magnéticos produce un par de torsión que hace girar al rotor.

Asincronía y Deslizamiento

El nombre «asíncrono» se debe a que la velocidad del rotor (velocidad de rotación) es siempre menor que la velocidad del campo magnético rotatorio generado por el estator. Esta diferencia de velocidad se denomina «deslizamiento».

Ventajas de los Motores Asíncronos

• Son más simples y robustos que los motores síncronos, lo que los hace más económicos y fáciles de mantener.

Tipos de Motores de Corriente Alterna

• Motor de Inducción: Este es el tipo más utilizado debido a su simplicidad y eficiencia. Funciona mediante la inducción electromagnética, donde el rotor gira a una velocidad ligeramente menor que el campo magnético rotatorio del estator.
• Motor Síncrono: A diferencia del motor de inducción, el motor síncrono gira a la misma velocidad que el campo magnético rotatorio. Utiliza imanes permanentes o devanados excitados para generar su par.
• Motor Universal: Este motor puede funcionar tanto con corriente alterna como con corriente continua. Se utiliza comúnmente en electrodomésticos como licuadoras y aspiradoras.
• Motor Monofásico y Trifásico: Los motores monofásicos son más comunes en aplicaciones domésticas y tienen menor potencia, mientras que los motores trifásicos son más potentes y se utilizan en aplicaciones industriales.

Aplicaciones de los Motores de CA

Los motores de corriente alterna se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, incluyendo:

• Electrodomésticos: Ventiladores, refrigeradores, lavadoras.
• Maquinaria Industrial: Bombas, compresores, transportadores.
• Herramientas Eléctricas: Taladros, sierras eléctricas.

Ventajas Generales de los Motores de CA

• Eficiencia: Los motores de CA son generalmente más eficientes que los de corriente continua.
• Mantenimiento: Requieren menos mantenimiento debido a la ausencia de conmutadores y escobillas en muchos diseños.
• Costo: Suelen ser más económicos de fabricar y operar.

Desventajas de los Motores Asíncronos y Monofásicos

• Aunque son más económicos, los motores asíncronos pueden ser menos eficientes y tener menos control sobre la velocidad que los motores síncronos.
• Los motores monofásicos de corriente alterna tienen una gran limitación: solo poseen una fase en el devanado del estator. Por lo tanto, el campo magnético en estos motores monofásicos no gira, sino que únicamente oscila, haciéndose primero más grande y luego más pequeño, pero manteniéndose siempre en la misma dirección.
• A diferencia de los motores trifásicos, los motores monofásicos dependen de un bobinado auxiliar para iniciar el movimiento del rotor, un aspecto que marca una diferencia importante en su estructura interna.
• El funcionamiento de un motor monofásico es esencialmente el mismo que el del motor trifásico. Generan energía mecánica a través de la energía eléctrica basándose en el principio de atracción y repulsión entre un imán y un núcleo magnético al que se le aplica una corriente eléctrica.

Partes de un Motor Monofásico

• Estator: Es la parte fija del motor que contiene los bobinados primarios de operación y, en muchos casos, un bobinado auxiliar de arranque. Estos bobinados crean el campo magnético que induce el movimiento en el rotor.
• Rotor: Ubicado dentro del estator, el rotor es la parte giratoria del motor. Está diseñado para interactuar con el campo magnético del estator y generar movimiento.
• Bobinado de Arranque y Condensador: En muchos motores monofásicos se utiliza un bobinado de arranque adicional junto con un condensador para proporcionar el par necesario para iniciar el movimiento del rotor.
• Caja de Conexiones o Borne: Este componente alberga las terminales eléctricas del motor, permitiendo su conexión a la fuente de alimentación. La caja también protege las conexiones internas.
• Cojinetes y Eje: Los cojinetes soportan el eje, permitiendo que el rotor gire libremente dentro del estator.
• Escudos de Rodamiento: Forman parte de la carcasa, están situados en ambos extremos del motor y albergan los cojinetes o rodamientos que permiten el giro libre y suave del eje del rotor.
• Carcasa: La carcasa del motor no solo protege todas las partes de un motor monofásico de cualquier daño o perturbación que provenga del exterior, sino que también soporta los cojinetes que permiten el giro suave del rotor.

Tipos de Motores Monofásicos

• Motor de Fase Partida: Este tipo utiliza dos bobinados en el estator, uno principal y uno auxiliar o de arranque.
• Motor de Condensador (Arranque por Condensador o Condensador de División Permanente): Similar al de fase partida, pero el bobinado auxiliar está en serie con un condensador.
• Motor de Polos Sombreados: Un motor de polos sombreados, o motor de polos de sombra, es un tipo de motor de inducción monofásico que utiliza una bobina de sombreado (un anillo de cobre) para crear un campo magnético giratorio y generar el par necesario para el movimiento.
• Motores Universales: Son diseñados para funcionar con corriente alterna y corriente continua, y son ampliamente utilizados en herramientas eléctricas y electrodomésticos.

Funcionamiento del Motor Trifásico

En un motor trifásico, el campo magnético giratorio se genera por la acción conjunta de las tres corrientes alternas desfasadas 120° entre sí, que circulan por los tres devanados del estator distribuidos espacialmente también a 120°.

Principio de Funcionamiento

1. Suministro Trifásico: Se conecta un sistema de corriente alterna trifásica al estator del motor, compuesto por tres bobinas o devanados separados 120° eléctricos.
2. Corrientes Desfasadas: Cada fase (A, B y C) recibe una corriente alterna senoidal con un desfase de 120° eléctricos respecto a las otras dos.
3. Producción de Campos Magnéticos Individuales: Cada corriente genera un campo magnético alterno en su respectiva bobina.
4. Suma Vectorial de Campos: La combinación de los tres campos magnéticos alternos da lugar a un campo magnético resultante que rota uniformemente dentro del estator.
5. Velocidad de Rotación: Este campo giratorio tiene una velocidad llamada velocidad síncrona, calculada con la fórmula: [Fórmula no proporcionada en el texto original, se mantiene la frase].

El motor de inducción, también conocido como motor asíncrono, es ampliamente utilizado en la industria por su robustez, bajo costo de mantenimiento y facilidad de operación.

Características Clave de los Motores de Inducción

Deslizamiento (s)

El deslizamiento representa la diferencia entre la velocidad del campo magnético giratorio (sincrónica) y la velocidad real del rotor.

Tipos de Motores de Inducción

• Monofásicos: Uso doméstico, potencia limitada.
• Trifásicos: Uso industrial, más eficientes, par más estable.

Influencia de la Carga

El comportamiento del motor cambia según la carga:

• A mayor carga, aumenta el deslizamiento.
• A plena carga se alcanza el punto óptimo de eficiencia.
• Cargas excesivas pueden llevar a sobrecalentamiento y daño del motor.

Aplicaciones Típicas

• Bombas, ventiladores, compresores.
• Maquinaria industrial.
• Electrodomésticos (en versión monofásica).

Motores de Inducción Tipo Jaula de Ardilla

En un motor de inducción tipo jaula de ardilla, cuando se le suministra tensión al devanado del estator, se induce un voltaje en el rotor de la máquina. Por lo general, a mayor movimiento relativo entre los campos magnéticos del inductor y del inducido, mayor será el voltaje resultante del rotor y la frecuencia del mismo.

La Ley de Inducción de Faraday explica cómo este campo magnético variable induce una tensión en el rotor. Una diferencia clave entre el motor de inducción y el motor universal es que en el motor de inducción el devanado del rotor no está conectado al circuito de excitación del motor, sino que está eléctricamente aislado.

Motores de Inducción de Rotor Devanado

En un motor de inducción, cuando se aplica voltaje a las bobinas del estator, se induce un voltaje en los devanados del rotor de la máquina. En general, cuanto mayor sea el movimiento relativo entre los campos magnéticos del rotor y del estator, mayor será el voltaje resultante en el rotor y la frecuencia del rotor.

Al modificar las características de arranque de un motor de inducción de rotor devanado, se pueden obtener diferentes resultados, como la capacidad de controlar la velocidad del motor y reducir la corriente de arranque.

Características de Arranque Modificadas

• Control de Velocidad: Al conectar resistencias en serie con los devanados del rotor, se puede variar el valor de la resistencia y, por lo tanto, la corriente inducida en el rotor, lo que afecta la velocidad del motor.
• Reducción de la Corriente de Arranque: La resistencia añadida en el circuito del rotor reduce la corriente de arranque, lo que evita sobrecargas en la red eléctrica y protege el motor.
• Aumento del Par de Arranque: La resistencia en serie con los devanados del rotor también aumenta el par de arranque, permitiendo que el motor arranque con mayor facilidad en condiciones de alta carga.

Aplicaciones de Motores de Inducción Polifásicos

Los motores de inducción polifásicos, especialmente los trifásicos, son ampliamente utilizados en aplicaciones industriales y comerciales debido a su robustez, eficiencia y economía.

Industria

• Maquinaria de Producción Industrial: Bombas, compresores, ventiladores, montacargas, grúas, ascensores.
• Maquinaria de Proceso de Alimentos: Cintas transportadoras, trituradoras, molinos.
• Maquinaria de Tornos y Fresadoras: Máquinas herramienta.

Comercio

• Aire Acondicionado y Ventilación: Ventiladores, sistemas de refrigeración.

Otros Sectores

• Medios de Transporte Eléctricos: Vehículos eléctricos.
• Electrodomésticos: Algunos electrodomésticos más potentes.
• Herramientas Eléctricas: Taladros, sierras circulares.
• Dispositivos de Control Industrial: Controladores de velocidad, robótica.

Conexiones de Motores Trifásicos según el Número de Terminales

Motores con 12 Terminales

Pueden trabajar a 220V si los devanados se conectan en doble triángulo, a 380V si los devanados se conectan en doble estrella o a 440V si los devanados se conectan en triángulo.

Motores con 9 Terminales

Pueden trabajar a 220V si los devanados se conectan en doble estrella (Y-Y) o a 440V si los devanados se conectan en estrella.

Motores con 6 Terminales

Pueden trabajar a 220V si los devanados se conectan en triángulo o delta, o a 380V si los devanados se conectan en estrella.