Cómo funciona un motor de CA: aplicaciones, criterios de selección y orientación práctica

Cómo funciona un motor de CA y por qué el deslizamiento decide casi todo

El rotor nunca capta el campo magnético que lo impulsa. Ese déficit explica la velocidad nominal, el par, el calor, las fallas de los capacitores y la mayoría de los números estampados en una placa de identificación.

Un tacómetro en un motor de ventilador de 50 Hz con 1.300 rpm indica cerca de esa cifra si la aspa está limpia o cubierta de polvo, y se eleva solo ligeramente cuando el flujo de aire está bloqueado. Coloque el mismo motor detrás de un impulsor más pesado y la velocidad apenas se mueve mientras la corriente aumenta. Ambos comportamientos provienen de un mecanismo.

Un motor de CA funciona produciendo un campo magnético que viaja alrededor del estator a una velocidad determinada por la frecuencia de suministro y el número de polos, y luego arrastra el rotor un pequeño porcentaje detrás de él. El par existe sólo mientras el rotor se retrasa. Deje que el rotor coincida exactamente con el campo y no habrá movimiento relativo, corriente inducida ni torsión alguna.

Si nos aferramos a esa idea, varios argumentos cotidianos se acortarán: por qué las velocidades nominales son números impares, por qué un motor monofásico zumba en lugar de arrancar cuando un capacitor se seca y por qué el mismo marco se calienta más en un calentador que en un ventilador.

El campo giratorio, paso a paso

En un motor trifásico, tres devanados están separados por 120 grados eléctricos y transportan corrientes desplazadas en el mismo ángulo. Sus campos se suman en un solo campo de fuerza constante que gira una vez por ciclo eléctrico. Esa es la velocidad sincrónica: Ns = 120f ÷ P, con f en hercios y P el número de polos.

1. La corriente del estator crea un campo que pasa por las barras del rotor.
2. Debido a que las barras se mueven con respecto a ese campo, se induce voltaje en ellas, por lo que el rotor se comporta como un secundario en cortocircuito.
3. Las corrientes inducidas crean su propio campo, contra el cual empuja el campo del estator y el rotor acelera en la misma dirección.
4. Bajo carga, el rotor se acerca a la velocidad sincrónica pero nunca la alcanza. La brecha es deslizamiento: s = (Ns − Nr) ÷ Ns.
5. El par aumenta con el deslizamiento hasta alcanzar el par de ruptura y luego disminuye, razón por la cual un motor sobrecargado se detiene en lugar de simplemente disminuir la velocidad.

El deslizamiento a plena carga suele ser del 2 al 6% en motores pequeños de uso general. Los motores de los ventiladores funcionan deliberadamente a mayor velocidad, a menudo entre un 8% y un 15%, porque una curva de torsión más plana mantiene el flujo de aire constante a medida que los filtros se obstruyen y las aspas se cargan.

Dónde se asientan las piezas y de dónde proviene el calor

El estator es una pila de finas laminaciones de acero al silicio, aisladas unas de otras para limitar las corrientes parásitas, con devanados de cobre esmaltado introducidos en las ranuras. El rotor es una jaula de aluminio fundido a presión o barras de cobre en cortocircuito por anillos terminales. Los espacios de aire en motores pequeños miden entre 0,25 y 0,5 mm, y en ese espacio es donde se produce la transferencia de energía: cualquier excentricidad allí se manifiesta como vibración y ruido.

Un motor monofásico accionado por condensador agrega un segundo devanado y un condensador de película; un motor trifásico no tiene ningún condensador. Los rodamientos, normalmente rodamientos de bolas sellados en funcionamiento con ventilador, representan una gran parte de la vida útil.

El deslizamiento no es un defecto que deba eliminarse mediante ingeniería. Es el espacio libre de trabajo entre el campo y el eje; ciérrelo completamente y el motor no producirá nada.

Las pérdidas salen en forma de calor: resistencia en ambos devanados, pérdida del núcleo en las laminaciones, fricción y viento en los cojinetes. Los motores monofásicos pequeños a menudo tienen una eficiencia del 30 al 60%, razón por la cual una salida de eje de 45 W puede extraer cerca de 90 W de la pared, y por qué el material de la carcasa y el flujo de aire son tan importantes como el devanado mismo.

Por qué un motor monofásico no puede arrancar por sí solo

Un devanado alimentado con corriente monofásica produce un campo pulsante, no giratorio. Se resuelve en dos campos que giran en direcciones opuestas a la misma velocidad. En reposo se cancelan exactamente, por lo que el par neto es cero y el rotor sólo zumba.

• Poste sombreado: un anillo de cobre en parte de cada polo retrasa el flujo y produce un pequeño par de arranque: barato, silencioso, ineficiente, común en ventiladores pequeños.
• Fase dividida de resistencia: un devanado auxiliar de alta resistencia cambia de fase; un interruptor centrífugo o PTC lo elimina después del arranque.
• Arranque del condensador: Un condensador electrolítico de gran tamaño proporciona un alto par de arranque para bombas y compresores.
• Condensador de funcionamiento o condensador dividido permanente: un pequeño condensador de película permanece en el circuito, aumentando el factor de potencia y reduciendo el ruido, a costa de un modesto par de arranque.

Los ventiladores utilizan diseños con capacitores porque la carga al inicio es liviana. Un condensador de funcionamiento típico consta de unos pocos microfaradios de película metalizada. A medida que pierde capacitancia (el calor es la causa habitual), el par de arranque cae, el motor consume más corriente para la misma salida y el devanado se calienta más. Si un motor zumba y el protector térmico sigue disparándose, mida primero el condensador; El efecto del condensador de funcionamiento sobre el par de arranque y la eficiencia de funcionamiento. suele ser toda la historia.

Velocidad de lectura y deslizamiento de una placa de identificación

Las rpm de la placa de identificación son la velocidad a plena carga a voltaje nominal, no la velocidad de funcionamiento libre. Configúrelo en velocidad sincrónica y podrá leer la intención del diseñador.

Entonces, 1300 rpm a 50 Hz significa un motor de cuatro polos que funciona con un deslizamiento de alrededor del 13%, alto a propósito, para que una aspa polvorienta no haga oscilar el flujo de aire. Un motor calefactor de 2800 rpm es bipolar con aproximadamente un deslizamiento del 7%; 920 rpm apuntan a seis polos.

Información Dos motores pueden compartir una estructura, un diámetro de eje y un valor de capacitor y aun así estar separados por 200 rpm. Confirme la corriente medida con la carga nominal en lugar de confiar únicamente en el sello.

Cómo hacer coincidir el motor con el electrodoméstico

Los ciclos de trabajo de los electrodomésticos deciden la clase del motor de manera más confiable que la potencia nominal.

En el caso de los ventiladores de aire frío, la elección de la carcasa es una decisión real más que cosmética: una carcasa de aluminio arroja calor más rápido y resiste mejor la corrosión en ambientes húmedos que el acero pintado a un costo similar. la propagación de motores de CA de aire frío monofásicos en unidades de escritorio y de piso muestra qué parte de la especificación realmente tiene que ver con el montaje y la geometría del eje.

Los calentadores de ventilador cambian a motores de dos polos para hacer girar rápidamente un ventilador más pequeño, y la restricción vinculante se convierte en temperatura en lugar de velocidad. La clase de aislamiento, la posición del fusible térmico y la propia ruta de refrigeración del motor deciden si sobrevivirá a una rejilla bloqueada en una mañana fría.

Las campanas extractoras se ubican entre motores de CA accionados por capacitores en carcasas de plástico y alternativas de CC. La grasa, el vapor y los productos químicos de limpieza castigan los marcos abiertos, por lo que la encapsulación genera su costo en años de servicio en lugar de decibelios.

Fallos, comprobaciones y qué preguntarle a un proveedor

• Rodamientos son los artículos habituales al final de su vida útil; El ruido llega mucho antes de la convulsión.
• Ejecutar condensadores deriva en capacitancia en lugar de fallar limpiamente, por lo que el motor aún gira mientras está caliente.
• Aislamiento del devanado falla después de un exceso de temperatura sostenido; cada 10 °C por encima del valor nominal reduce aproximadamente la mitad de su vida útil.
• Humedad y grasa menor resistencia de aislamiento; Los motores de plástico encapsulados toleran el lavado mucho mejor que los de marco abierto.

Peligro Nunca sustituya un condensador de arranque por un condensador de funcionamiento. La clasificación de voltaje y el funcionamiento difieren, y el devanado puede sobrecalentarse en cuestión de minutos en un ventilador que anteriormente funcionó durante años.

Advertencia En los calentadores, una rejilla restringida eleva la temperatura del aire y corta el flujo másico que enfría el motor. El protector térmico puede dispararse repetidamente sin ningún fallo en el devanado.

Éxito Aprobar una muestra sobre evidencia, no sobre un catálogo. Solicite velocidad y corriente medidas con la cuchilla real, aumento de temperatura a 1,1 veces el voltaje nominal, corriente de rotor bloqueado, valor del capacitor con tolerancia, ruido en la toma de velocidad más baja y números de certificado que coincidan con el mercado de destino.

Cada decisión práctica sobre un motor de CA vuelve a la misma imagen: un campo que gira a velocidad sincrónica, un rotor retrasado un pequeño porcentaje y un par viviendo en ese espacio. La velocidad nominal le indica el número de polos, el deslizamiento le indica el funcionamiento y el condensador le indica cómo arranca el motor.

Especifique la velocidad, el deslizamiento, el aumento de temperatura y el método de arranque juntos. Juzgados uno por uno, cada número parece inofensivo; Al juzgarlos en conjunto, predicen si el aparato seguirá estando silencioso después de dos veranos de uso diario.