Motores de inducción
Definición:
Los motores de inducción, también llamados asíncronos son un tipo de motor de corriente alterna en el que la corriente eléctrica del rotor necesaria para producir torsión es inducida por inducción electromagnética del campo magnético de la bobina del estator. Por lo tanto un motor de inducción no requiere una conmutación mecánica aparte de su misma excitación o para todo o parte de la energía transferida del estator al rotor, como en los de DC y motores grandes síncronos. El primer prototipo de motor eléctrico capaz de funcionar con corriente alterna fue desarrollado y construido por el ingeniero Nikola Tesla y presentado en el American Institute of Electrical Engineers(en español, Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos, actualmente IEEE) en 1888.
Funcionamiento
El motor asíncrono está formado por un rotor, que puede ser de dos tipos: a) de jaula de ardilla; b) bobinado, y un estator, en el que se encuentran las bobinas inductoras. Estas bobinas son trifásicas y están desfasadas entre sí 120º en el espacio. Según el Teorema de Ferraris, cuando por estas bobinas circula un sistema de corrientes trifásicas equilibradas, cuyo desfase en el tiempo es también de 120º, se induce un campo magnético giratorio que envuelve al rotor. Este campo magnético variable va a inducir una tensiónen el rotor según la Ley de inducción de Faraday.
La diferencia entre el motor a inducción y el motor universal es que en el motor a inducción el devanado del rotor no está conectado al circuito de excitación del motor sino que está eléctricamente aislado. Tiene barras de conducción en todo su largo, incrustadas en ranuras a distancias uniformes alrededor de la periferia. Las barras están conectadas con anillos en cortocircuito a cada extremidad del rotor. Están soldadas a las extremidades de las barras. Este ensamblado se parece a las pequeñas jaulas rotativas para ejercitar a mascotas como hámsters y por eso a veces se llama "jaula de ardillas", y los motores de inducción se llaman motores de jaula de ardilla.
El campo magnético giratorio, a velocidad de sincronismo, creado por el bobinado del estator, corta los conductores del rotor, por lo que se genera una fuerza electromotriz de inducción.
La acción mutua del campo giratorio y las corrientes existentes en los conductores del rotor, originan una fuerza electrodinámica sobre dichos conductores del rotor, las cuales hacen girar el rotor del motor.
La diferencia entre las velocidades del rotor y el campo magnético se denomina deslizamiento.
Partes del motor
Circuitos eléctricos: Los dos circuitos eléctricos van situados uno en las ranuras del estator (primario) y otro en las del rotor (secundario), que está cortocircuitado. El rotor en cortocircuito puede estar formado por bobinas que se cortocircuitan en el exterior de la máquina directamente; o bien, puede estar formado por barras de cobre colocadas en las ranuras, que han de ser cuidadosamente soldadas a dos anillos del mismo material, llamados anillos de cortocircuito. Este conjunto de barras y anillos forma el motor jaula de ardilla.
También existen motores asíncronos monofásicos, en los cuales el estator tiene un devanado monofásico y el rotor es de jaula de ardilla. Son motores de pequeña potencia y en ellos, el campo magnético es igual a la suma de dos campos giratorios iguales que rotan en sentidos opuestos. Estos motores monofásicos no arrancan por si solos, por lo cual se debe disponer algún medio auxiliar para el arranque.
Clases de motores
- DISEÑO CLASE A
Es un motor de jaula de ardilla para usarse a velocidad constante. Sus principales características son:
Buena capacidad de disipación de calor.
Alta resistencia y baja reactancia al arranque.
El par máximo está entre 200% y 300% del par de plena carga y ocurre a un bajo deslizamiento.
Aceleración bastante rápida hacia la velocidad nominal.
Presenta la mejor regulación de velocidad, entre el 2 y 4%.
Desafortunadamente su corriente de arranque varía entre 5 y 7 veces la corriente nominal.
Han sido reemplazados por los motores de diseño clase B en los últimos años.
Se utilizan en ventiladores, sopladores, bombas, tornos, etc. 12
- DISEÑO CLASE B
Se les llama motores de propósito general y a este tipo pertenecen la mayoría de los motores con rotor de jaula de ardilla.
Par de arranque normal, baja corriente de arranque y bajo deslizamiento.
Produce casi el mismo par de arranque que el diseño anterior.
El par máximo es mayor o igual al 200% el par de carga nominal
Deslizamiento bajo (menor del 5%).
Se prefieren sobre los diseños de clase A por requerir poca corriente de arranque.
- DISEÑO CLASE C
Se utilizan para cargas con alto par de arranque, como bombas, compresores y transportadores.
Alto par de arranque (entre 2 y 2.5 veces el nominal) con bajas corrientes de arranque (de 3.5 a 5 veces la nominal).
Son construidos con un rotor de doble jaula (más costosos).
Bajo deslizamiento (menos del 5%) a plena carga.
Debido a su alto par de arranque, acelera rápidamente.
Cuando se emplea con cargas pesadas, se limita la disipación térmica del motor, ya que la mayor parte de la corriente se concentra en el devanado superior.
Tiende a sobrecalentarse con arranques frecuentes.
- DISEÑO CLASE D
También conocidos como de alto par y alta resistencia.
Alto par de arranque (275% o más del nominal) y baja corriente de arranque.
Alto deslizamiento a plena carga.
La alta resistencia del rotor desplaza el par máximo hacia una velocidad muy baja.
Diseñado para servicio pesado de arranque, en especial grandes volantes utilizados en troqueladoras o cortadoras.
También existen las clases E y F, llamados motores de inducción de arranque suave, pero obsoletos hoy en día.