Motor eléctrico

Un motor eléctrico es una máquina eléctrica que transforma energía eléctrica en

energía mecánica por medio de campos magnéticos variables electromagnéticas.

Algunos de los motores eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica

en energía eléctrica funcionando como generadores. Los motores eléctricos de tracción

usados en locomotoras realizan a menudo ambas tareas, si se los equipa con frenos

regenerativos.

Son ampliamente utilizados en instalaciones industriales, comerciales y particulares.

Pueden funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o a baterías. Así, en

automóviles se están empezando a utilizar en vehículos híbridos para aprovechar las

ventajas de ambos.

Principio de funcionamiento

Los motores de corriente alterna y los de corriente continua se basan en el mismo

principio de funcionamiento, el cual establece que si un conductor por el que circula una

corriente eléctrica se encuentra dentro de la acción de un campo magnético, éste tiende

a desplazarse perpendicularmente a las líneas de acción del campo magnético.

El conductor tiende a funcionar como un electroimán debido a la corriente eléctrica que

circula por el mismo adquiriendo de esta manera propiedades magnéticas, que

provocan, debido a la interacción con los polos ubicados en el estator, el movimiento

circular que se observa en el rotor del motor. Aprovechando el estator y rotor ambos de

acero laminado al silicio se produce un campo magnético uniforme en el motor.

Partiendo del hecho de que cuando pasa corriente por un conductor produce un campo

magnético, además si lo ponemos dentro de la acción de un campo magnético potente,

el producto de la interacción de ambos campos magnéticos hace que el conductor tienda

a desplazarse produciendo así la energía mecánica. Dicha energía es comunicada al

exterior mediante un dispositivo llamado flecha.

Ventajas

En diversas circunstancias presenta muchas ventajas respecto a los motores de

combustión:

A igual potencia, su tamaño y peso son más reducidos.

Se pueden construir de cualquier tamaño.

Tiene un par de giro elevado y, según el tipo de motor, prácticamente constante.

Su rendimiento es muy elevado (típicamente en torno al 75%, aumentando el

mismo a medida que se incrementa la potencia de la máquina).

Este tipo de motores no emite contaminantes, aunque en la generación de

energía eléctrica de la mayoría de las redes de suministro sí emiten

contaminantes.

MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

Los motores de corriente continua se clasifican según la forma como estén conectados,

en:

*Motor serie.- El motor serie o motor de excitación en serie, es un tipo de motor

eléctrico de corriente continua en el cual el inducido y el devanado inductor o de

excitación van conectados en serie. Por lo tanto, la corriente de excitación o del inductor

es también la corriente del inducido absorbida por el motor.

Las principales características de este motor son:

- Se embala cuando funciona en vacío, debido a que la velocidad de un motor de

corriente continua aumenta al disminuir el flujo inductor y, en el motor serie, este

disminuye al aumentar la velocidad, puesto que la intensidad en el inductor es la misma

que en el inducido.

- La potencia es casi constante a cualquier velocidad.

- Le afectan poco la variaciones bruscas de la tensión de alimentación, ya que un

aumento de esta provoca un aumento de la intensidad y, por lo tanto, del flujo y de la

fuerza contraelectromotriz, estabilizándose la intensidad absorbida.

*Motor compound.- Un motor compound (o motor de excitación compuesta) es un

Motor eléctrico de corriente continua cuya excitación es originada por dos bobinados

inductores independientes; uno dispuesto en serie con el bobinado inducido y otro

conectado en derivación con el circuito formado por los bobinados: inducido, inductor

serie e inductor auxiliar.

Los motores compuestos tienen un campo serie sobre el tope del bobinado del campo

shunt. Este campo serie, el cual consiste de pocas vueltas de un alambre grueso, es

conectado en serie con la armadura y lleva la corriente de armadura.

El flujo del campo serie varia directamente a medida que la corriente de armadura varía,

y es directamente proporcional a la carga. El campo serie se conecta de manera tal que

su flujo se añade al flujo del campo principal shunt. Los motores compound se conectan

normalmente de esta manera y se denominan como compound acumulativo.

*Motor shunt.- El motor shunt o motor de excitación en paralelo es un motor

eléctrico de corriente continua cuyo bobinado inductor principal está conectado en

derivación o paralelo con el circuito formado por los bobinados inducido e inductor

auxiliar.

Al igual que en los dinamos shunt, las bobinas principales están constituidas por

muchas espiras y con hilo de poca sección, por lo que la resistencia del bobinado

inductor principal es muy grande.

En el instante del arranque, el par motor que se desarrolla es menor que el motor serie,

(también uno de los componentes del motor de corriente continua). Al disminuir la

intensidad absorbida, el régimen de giro apenas sufre variación.

Además de los anteriores, existen otros tipos que son utilizados en electrónica:

*Motor paso a paso.- El motor paso a paso es un dispositivo electromecánico que

convierte una serie de impulsos eléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo

que significa es que es capaz de avanzar una serie de grados (paso) dependiendo de sus

entradas de control. El motor paso a paso se comporta de la misma manera que un

conversión digital-analógica y puede ser gobernado por impulsos procedentes de

sistemas lógicos.

Este motor presenta las ventajas de tener alta precisión y repetitividad en cuanto al

posicionamiento. Entre sus principales aplicaciones destacan como motor de frecuencia

variable, motor de corriente continua sin escobillas, servomotores y motores

controlados digitalmente.

*Servomotor.- Un servomotor (también llamado servo) es un dispositivo similar a un

motor de corriente continua que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición

dentro de su rango de operación, y mantenerse estable en dicha posición.1

Un servomotor es un motor eléctrico que consta con la capacidad de ser controlado,

tanto en velocidad como en posición.

Los servos se utilizan frecuentemente en sistemas de radio control y en robótica, pero su

uso no está limitado a estos. Es posible modificar un servomotor para obtener un motor

de corriente continua que, si bien ya no tiene la capacidad de control del servo, conserva

la fuerza, velocidad y baja inercia que caracteriza a estos dispositivos.

*Motor sin núcleo.- Cuando se necesita un motor eléctrico de baja inercia (arranque y

parada muy cortos), se elimina el núcleo de hierro del rotor, lo que aligera su masa y

permite fuertes aceleraciones, se suele usar en motores de posicionamiento (p.e. en

máquinas y automática).

Para optimizar el campo magnético que baña el rotor, para motores que requieren cierta

potencia, se puede construir el rotor plano en forma de disco, similar a un circuito

impreso en el que las escobillas rozan ortogonalmente sobre un bobinado imbricado que

gira entre imanes permanentes colocados a ambos lados del disco.

MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA

Los motores de C.A. se clasifican de la siguiente manera:

Asíncrono o de inducción

Los motores asíncronos o de inducción son aquellos motores eléctricos en los que el

rotor nunca llega a girar en la misma frecuencia con la que lo hace el campo magnético

del estator. Cuanto mayor es el par motor mayor es esta diferencia de frecuencias.

Jaula de ardilla

Un rotor de jaula de ardilla es la parte que rota usada comúnmente en un motor de

inducción de corriente alterna. Un motor eléctrico con un rotor de jaula de ardilla

también se llama "motor de jaula de ardilla". En su forma instalada, es un cilindro

montado en un eje. Internamente contiene barras conductoras longitudinales de

aluminio o de cobre con surcos y conectados juntos en ambos extremos poniendo en

cortocircuito los anillos que forman la jaula. El nombre se deriva de la semejanza entre

esta jaula de anillos y barras y la rueda de un hámster (ruedas probablemente similares

existen para las ardillas domésticas)

Anteriormente se usaban rotores con barras conectadas entre si con tuercas lo que da

problemas cuando perdían presión y provocan mal contacto. Eso se mejoro usando

jaulas de ardilla sin tuercas, son de material fundido, en el futuro se pretende utilizar

cobre en la jaula para mejorar la eficiencia, actualmente se utiliza aluminio.

Monofásicos

Motor de arranque a resistencia. Posee dos bobinas una de arranque y una bobina de trabajo.

Motor de arranque a condensador. Posee un condensador electrolítico en serie con la bobina de arranque la cual proporciona más fuerza al momento de la marcha y se puede colocar otra en paralelo la cual mejora la reactancia del motor permitiendo que entregue toda la potencia.

Motor de marcha. Motor de doble condensador. Motor de polos sombreados o polo sombra.

Trifásicos

Motor de Inducción.

A tres fases.

La mayoría de los motores trifásicos tienen una carga equilibrada, es decir, consumen lo

mismo en las tres fases, ya estén conectados en estrella o en triángulo. Las tensiones en

cada fase en este caso son iguales al resultado de dividir la tensión de línea por raíz de

tres. Por ejemplo, si la tensión de línea es 380 V, entonces la tensión de cada fase es

220 V.

Rotor Devanado

El rotor devanado o bobinado, como su nombre lo indica, lleva unas bobinas que se

conectan a unos anillos deslizantes colocados en el eje; por medio de unas escobillas se

conecta el rotor a unas resistencias que se pueden variar hasta poner el rotor en corto

circuito al igual que el eje de jaula de ardilla.

Monofásicos

Motor universal Motor de Inducción Motor de fase partida Motor por reluctancia Motor de polos sombreados

Trifásico

Motor de rotor devanado. Motor asíncrono Motor síncrono

Síncrono

En este tipo de motores y en condiciones normales, el rotor gira a las mismas

revoluciones que lo hace el campo magnético del estator.

Usos

Los motores eléctricos se utilizan en la gran mayoría de las máquinas modernas. Su

reducido tamaño permite introducir motores potentes en máquinas de pequeño tamaño,

por ejemplo taladros o batidoras.

Cambio de sentido de giro

Para efectuar el cambio de sentido de giro de los motores eléctricos de corriente alterna

se siguen unos simples pasos tales como:

Para motores monofásicos únicamente es necesario invertir las terminales del devanado de arranque, esto se puede realizar manualmente o con unos relevadores

Para motores trifásicos únicamente es necesario invertir dos de las conexiones de alimentación correspondientes a dos fases de acuerdo a la secuencia de trifases.

Para motores de a.c. es necesario invertir los contactos del par de arranque.

Regulación de velocidad

En los motores asíncronos trifásicos existen dos formas de poder variar la velocidad,

una es variando la frecuencia mediante un equipo electrónico especial y la otra es

variando la polaridad gracias al diseño del motor. Esto último es posible en los motores

de devanado separado, o los motores de conexión Dahlander pero solo es posible

tener un cambio de polaridad limitado ejem: 2 polos y 4.

Máquina eléctrica

Una máquina eléctrica es un dispositivo que transforma la energía cinética en otra

energía, o bien, en energía potencial pero con una presentación distinta, pasando esta

energía por una etapa de almacenamiento en un campo magnético. Se clasifican en tres

grandes grupos: generadores, motores y transformadores.

Los generadores transforman energía mecánica en eléctrica, mientras que los motores

transforman la energía eléctrica en mecánica haciendo girar un eje. El motor se puede

clasificar en motor de corriente continua o motor de corriente alterna. Los

transformadores y convertidores conservan la forma de la energía pero transforman sus

características.

Una máquina eléctrica tiene un circuito magnético y dos circuitos eléctricos.

Normalmente uno de los circuitos eléctricos se llama excitación, porque al ser recorrido

por una corriente eléctrica produce los amperivueltas necesarios para crear el flujo

establecido en el conjunto de la máquina.

Desde una visión mecánica, las máquinas eléctricas se pueden clasificar en rotativas y

estáticas. Las máquinas rotativas están provistas de partes giratorias, como las dinamos,

alternadores, motores. Las máquinas estáticas no disponen de partes móviles, como los

transformadores.

En las máquinas rotativas hay una parte fija llamada estátor y una parte móvil llamada

rotor. Normalmente el rotor gira en el interior del estátor. Al espacio de aire existente

entre ambos se le denomina entrehierro. Los motores y generadores eléctricos son el

ejemplo más simple de una máquina rotativa.

Potencia de las máquinas eléctricas

La potencia de una máquina eléctrica es la energía desarrollada en la unidad de tiempo.

La potencia de un motor es la que se suministra por su eje. Una dinamo absorbe energía

mecánica y suministra energía eléctrica, y un motor absorbe energía eléctrica y

suministra energía mecánica.

La potencia que da una máquina en un instante determinado depende de las condiciones

externas a ella; en un dinamo del circuito exterior de utilización y en un motor de la

resistencia mecánica de los mecanismos que mueve.

Entre todos los valores de potencia posibles hay uno que da las características de la

máquina, es la potencia nominal, que se define como la que puede suministrar sin que

la temperatura llegue a los límites admitidos por los materiales aislantes empleados.

Cuando la máquina trabaja en esta potencia se dice que está a plena carga. Cuando una

máquina trabaja durante breves instantes a una potencia superior a la nominal se dice

que está trabajando en sobrecarga.

Clasificación según el servicio

Es importante conocer la clase de servicio a la que estará sometida una máquina:

Servicio continuo: Corresponde a una carga constante durante un tiempo

suficientemente largo como para que la temperatura llegue a estabilizarse.

Servicio continuo variable: Se da en máquinas que trabajan constantemente pero

en las que el régimen de carga varía de un momento a otro.

Servicio intermitente: Los tiempos de trabajo están separados por tiempos de

reposo. Factor de marcha es la relación entre el tiempo de trabajo y la duración

total del ciclo de trabajo.

Servicio unihorario: La máquina está una hora en marcha a un régimen constante

superior al continuo, pero no llega a alcanzar la temperatura que ponga en

peligro los materiales aislantes. La temperatura no llega a estabilizarse.

TIPOS DE MAQUINAS ELÉCTRICAS

Generador eléctrico.-Un generador eléctrico es todo dispositivo capaz de mantener

una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales

o bornes) transformando la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se

consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos

dispuestos sobre una armadura (denominada también estátor). Si se produce

mecánicamente un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará

una fuerza electromotriz (F.E.M.). Este sistema está basado en la ley de Faraday.

Aunque la corriente generada es corriente alterna, puede ser rectificada para obtener una

corriente continua. En el diagrama adjunto se observa la corriente inducida en un

generador simple de una sola fase. La mayoría de los generadores de corriente alterna

son de tres fases.

El proceso inverso sería el realizado por un motor eléctrico, que transforma energía

eléctrica en mecánica.

Transformador.- Se denomina transformador a un dispositivo eléctrico que permite

aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna,

manteniendo la potencia. La potencia que ingresa al equipo, en el caso de un

transformador ideal (esto es, sin pérdidas), es igual a la que se obtiene a la salida. Las

máquinas reales presentan un pequeño porcentaje de pérdidas, dependiendo de su

diseño, tamaño, etc.

El transformador es un dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto

nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, por medio de interacción

electromagnética. Está constituido por dos o más bobinas de material conductor,

aisladas entre sí eléctricamente y por lo general enrolladas alrededor de un mismo

núcleo de material ferromagnético. La única conexión entre las bobinas la constituye el

flujo magnético común que se establece en el núcleo.

Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción

electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas

devanadas sobre un núcleo cerrado, fabricado bien sea de hierro dulce o de láminas

apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las

bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la

entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente. También existen

transformadores con más devanados; en este caso, puede existir un devanado

"terciario", de menor tensión que el secundario.

Tipos de transformadores

*Según sus aplicaciones

-Transformador elevador/reductor de tensión

Un transformador con PCB, como refrigerante en plena calle.

Son empleados por empresas transportadoras eléctricas en las subestaciones de la red de

transporte de energía eléctrica, con el fin de disminuir las pérdidas por efecto Joule.

Debido a la resistencia de los conductores, conviene transportar la energía eléctrica a

tensiones elevadas, lo que origina la necesidad de reducir nuevamente dichas tensiones

para adaptarlas a las de utilización.

-Transformadores elevadores

Este tipo de transformadores nos permiten, como su nombre lo dice elevar la tensión de

salida con respecto a la tensión de entrada. Esto quiere decir que la relación de

transformación de estos transformadores es menor a uno.

-Transformadores variables

También llamados "Variacs", toman una línea de tensión fija (en la entrada) y proveen

de tensión de salida variable ajustable, dentro de dos valores.

-Transformador de aislamiento

Proporciona aislamiento galvánico entre el primario y el secundario, de manera que

consigue una alimentación o señal "flotante". Suele tener una relación 1:1. Se utiliza

principalmente como medida de protección, en equipos que trabajan directamente con la

tensión de red. También para acoplar señales procedentes de sensores lejanos, en

resistencias inesianas, en equipos de electromedicina y allí donde se necesitan tensiones

flotantes entre sí.

-Transformador de alimentación

Pueden tener una o varias bobinas secundarias y proporcionan las tensiones necesarias

para el funcionamiento del equipo. A veces incorpora un fusible que corta su circuito

primario cuando el transformador alcanza una temperatura excesiva, evitando que éste

se queme, con la emisión de humos y gases que conlleva el riesgo de incendio. Estos

fusibles no suelen ser reemplazables, de modo que hay que sustituir todo el

transformador.

*Según su construcción

-Autotransformador

El primario y el secundario del transformador están conectados en serie, constituyendo

un bobinado único. Pesa menos y es más barato que un transformador y por ello se

emplea habitualmente para convertir 220 V a 125 V y viceversa y en otras aplicaciones

similares. Tiene el inconveniente de no proporcionar aislamiento galvánico entre el

primario y el secundario.