Encienda un ventilador de escritorio y las aspas girarán suavemente, sin cepillos ni conmutadores visibles. En el interior hay un pequeño motor de CA, probablemente un motor de inducción. En lugar de alimentar corriente directamente al rotor, el motor crea corriente del rotor mediante inducción magnética desde el estator. Ese es el núcleo del principio de funcionamiento del motor de inducción: un campo magnético giratorio induce corriente en el rotor y la interacción entre esos dos campos produce un par.
¿Qué es un motor de inducción?
Un motor de inducción es un motor eléctrico de CA en el que el par se produce mediante una corriente del rotor inducida electromagnéticamente. El estator está conectado al suministro de CA y establece un campo magnético giratorio. El rotor, normalmente de jaula de ardilla, tiene circuitos cerrados en los que el campo cambiante induce una tensión. Debido a que la corriente fluye en el rotor sin ningún contacto eléctrico directo, el motor no necesita escobillas, anillos colectores ni imanes permanentes.
Dado que la corriente inducida depende del movimiento relativo entre el rotor y el campo del estator, el rotor no puede girar a una velocidad exactamente sincrónica. La diferencia de velocidad se llama deslizamiento. Por eso el motor de inducción también se describe como motor asíncrono. Para obtener una descripción más amplia de las familias de motores, revise la principales categorías de motores .
Estator y rotor: las dos partes básicas
Todo motor de inducción tiene dos componentes activos. El estator es un núcleo estacionario hecho de finas láminas de acero laminado, con devanados de cobre o aluminio colocados en ranuras. Los motores monofásicos suelen utilizar un devanado principal más un devanado auxiliar. Los motores trifásicos utilizan tres devanados espaciados 120 grados. Cuando se aplica alimentación de CA, los devanados crean un campo magnético giratorio que cruza el entrehierro.
El rotor es la parte giratoria. La construcción más común es el rotor de jaula de ardilla, donde se incrustan barras de aluminio o cobre en un núcleo laminado y se cortocircuitan mediante anillos terminales. Esto le da al motor un cuerpo simple y robusto sin nada que se desgaste en el circuito del rotor. Para los electrodomésticos pequeños, la simplicidad del rotor de jaula de ardilla es una de las principales razones por las que los motores de inducción duran mucho tiempo.
Cómo el principio de funcionamiento del motor de inducción produce par
La ley de Faraday dice que un campo magnético cambiante induce un voltaje en un conductor. En el motor de inducción, el campo giratorio del estator barre las barras del rotor. Los conductores ven un flujo cambiante, por lo que se induce un voltaje. Dado que las barras están en cortocircuito a través de los anillos terminales, la corriente fluye por el rotor.
Según la ley de Lenz, la corriente inducida crea un campo magnético que se opone al cambio que la provocó. Esa oposición da como resultado una fuerza mecánica sobre las barras del rotor. La fuerza se aplica tangencialmente y el motor comienza a girar. En términos simples, el rotor persigue continuamente el campo del estator.
Por qué el rotor nunca alcanza el campo
Si el rotor alcanzara una velocidad sincrónica, el campo del estator y el rotor se moverían juntos. No habría movimiento relativo, voltaje inducido, corriente del rotor ni torque. Por lo tanto, el rotor siempre gira un poco más lento que el campo giratorio. Esta pequeña diferencia de velocidad es lo que permite que el motor de inducción siga produciendo par.
Velocidad y deslizamiento sincrónicos
La velocidad del campo giratorio del estator se llama velocidad síncrona. Para una frecuencia de CA y un número de polos determinados, se calcula como Ns = 120f / P, donde f es la frecuencia de línea en hercios y P es el número de polos. A 50Hz, un campo de 2 polos gira a 3000 rpm y un campo de 4 polos gira a 1500 rpm. A 60Hz, las velocidades son 3600 rpm y 1800 rpm respectivamente.
| Número de polos | 50 Hz | 60 Hz |
|---|---|---|
| 2 | 3000 rpm | 3600 rpm |
| 4 | 1500 rpm | 1800 rpm |
| 6 | 1000 rpm | 1200 rpm |
El deslizamiento se define como s = (Ns - Nr) / Ns, donde Nr es la velocidad real del rotor. Sin carga, el deslizamiento es muy pequeño. A plena carga, un motor pequeño típico puede tener un deslizamiento del 3 al 6 por ciento. Si el deslizamiento fuera cero, el rotor no tendría motivo para girar porque no se induciría corriente. Por eso, un motor de inducción, por definición, siempre funciona más lento que el campo giratorio.
Motores de Inducción Monofásicos y Trifásicos
Los motores de inducción trifásicos arrancan automáticamente porque los tres conjuntos de devanados generan naturalmente un campo magnético giratorio. Se utilizan ampliamente en bombas industriales, compresores y accionamientos de cintas transportadoras. La eficiencia y densidad de potencia de estos motores son altas y se puede agregar control de velocidad con un variador de frecuencia.
Los motores de inducción monofásicos son diferentes. Con un solo devanado, el campo del estator pulsa a lo largo de un eje en lugar de girar, por lo que el rotor no puede arrancar por sí solo. La solución estándar es agregar un devanado auxiliar y un capacitor para crear un cambio de fase. En un motor monofásico accionado por condensador, el condensador permanece en el circuito durante el arranque y el funcionamiento, lo que mejora el par y la eficiencia.
Este diseño es común en ventiladores de refrigeración y aparatos de circulación de aire. Un ejemplo típico es un Motor de CA de aire frío con carcasa de aluminio de escritorio que utiliza un devanado accionado por un capacitor para brindar una rotación constante en un conjunto de ventilador.
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Las aplicaciones típicas son ventiladores de refrigeración, enfriadores de aire, ventiladores calefactores, campanas extractoras y deshumidificadores. El principio de funcionamiento del motor de inducción brinda a estos productos una forma confiable y de bajo costo de encender un ventilador o soplador con alimentación de CA estándar. Debido a que el rotor es simple y no tiene escobillas, los principales elementos de desgaste son los cojinetes y el aislamiento, no el circuito eléctrico.
Ventiladores calefactores
Las aplicaciones de ventiladores calefactores imponen una mayor demanda de flujo de aire continuo. Un motor de calentador debe manejar una corriente de aire caliente y una carga térmica constante del intercambiador de calor. Por esta razón, muchos productos calentadores utilizan un motor calentador operado por capacitor para mantener estable la velocidad del ventilador durante ciclos de funcionamiento prolongados.
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Las campanas extractoras de cocina se enfrentan a grasa, humedad y productos químicos de limpieza. un Motor de CA de humos de aceite encapsulado en plástico A menudo se prefiere en ese entorno porque la carcasa de plástico sellada mantiene el aceite y la humedad alejados de los devanados del motor. Es un ejemplo práctico de cómo el diseño básico de un motor de inducción se puede adaptar a un servicio exigente.
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Al elegir un motor para un electrodoméstico nuevo, comience con la aplicación y luego verifique los detalles eléctricos y mecánicos. El principio de funcionamiento explica los conceptos básicos, pero el producto final depende de la calidad de fabricación y la selección de componentes.
- Tensión y frecuencia nominales: confirme si el motor está diseñado para 110 V/60 Hz, 230 V/50 Hz o una clasificación dual.
- Velocidad del rotor y recuento de polos: verifique la velocidad sin carga y la velocidad nominal bajo carga, y compare el deslizamiento con el objetivo de su aplicación.
- Tipo y tamaño de condensador: el condensador afecta el par de arranque, la eficiencia de funcionamiento y el aumento de calor. Utilice el valor especificado por el diseñador del motor.
- Rodamiento y aislamiento: elija la calidad del rodamiento y la clase de aislamiento según la temperatura de funcionamiento y la vida útil esperada.
- Certificaciones y pruebas: confirme que el motor cumple con los estándares de rendimiento y seguridad eléctrica requeridos en su mercado objetivo.
Pruebe el motor en el aparato completo. Mida el aumento de temperatura durante algunas horas, escuche si hay ruidos anormales y verifique que la velocidad se mantenga estable bajo carga. Si está comparando opciones de un proveedor de motores , solicite medidas y dibujos dimensionales en lugar de confiar únicamente en los datos del catálogo.
El principio de funcionamiento del motor de inducción es sencillo: un campo de estator giratorio crea una corriente inducida en el rotor y el deslizamiento mantiene viva esa corriente. El resultado es un motor simple y sin escobillas que puede funcionar de manera confiable en ventiladores, sopladores y electrodomésticos durante años. Comprender estos conceptos básicos lo ayudará a seleccionar el motor correcto y hacer las preguntas correctas durante la evaluación del proveedor.
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