Motor universal

Un motor universal es un motor eléctrico bobinado en serie que puede funcionar tanto con corriente alterna como con corriente continua. Es mucho comparado con los motores en serie de CC, pero el motor en serie desarrolla menos par cuando trabaja con una alimentación de CA que cuando trabaja con una alimentación de CC equivalente. El sentido de giro puede cambiarse intercambiando las conexiones del campo respecto al inducido, como en el motor de CC en serie.

El funcionamiento de un motor universal es similar al de un motor de corriente continua en serie. En cambio, el motor universal está diseñado para funcionar con corriente alterna. Es competente para trabajar tanto en CA como en CC. De esta manera, su desarrollo es un poco distinto. El devanado de campo y el devanado de inducido están conectados en serie; ambos devanados se activan cuando se aplica tensión al motor. Los devanados de campo y de inducido producen un campo magnético que hace girar al inducido. Los motores universales más modestos no suelen tener devanados de remuneración y sustitución; tienen dos polos salientes con devanado de excitación. La respuesta entre los campos magnéticos la provoca la corriente alterna o la corriente continua.

El motor universal produce un par eléctrico proporcional al cuadrado de la corriente de alimentación. Dado que la misma corriente circula por el devanado de campo y por el inducido, se deduce que las inversiones de CA de positivo a negativo, o de negativo a positivo, afectarán simultáneamente a la polaridad del flujo de campo y al sentido de la corriente a través del inducido. Esto significa que el sentido del par desarrollado seguirá siendo positivo, y la rotación continuará en el mismo sentido. Por tanto, un motor universal puede funcionar tanto en corriente continua como en corriente alterna. Así que el par eléctrico tiene el mismo sentido de par en cualquier polaridad de corriente y también en corriente alterna. El par de arranque de un motor universal viene determinado por la corriente que circula por los devanados del inducido y del campo. Debido a la reactancia inductiva de estos devanados, la corriente de arranque en CA siempre será menor que la corriente de arranque en CC En consecuencia, el par de arranque con alimentación de CA será menor que el par de arranque con alimentación de CC. Las características del motor universal son muy similares a las de los motores en serie de corriente continua, pero el motor en serie desarrolla menos par cuando funciona con una alimentación de corriente alterna que cuando trabaja con una alimentación de corriente continua equivalente.

Hay varias aplicaciones en las que se utilizan motores universales, como taladros eléctricos, lavadoras, sopladores y aparatos de cocina, etc. Y también se utilizan para numerosos fines diferentes en los que es necesario el control de la velocidad y una alta calidad de la misma. También podemos encontrar motores universales de menos de 1000 vatios. Los motores universales de una potencia determinada son significativamente más pequeños que otros tipos de motores de CA que funcionan a la misma frecuencia.

El control de la velocidad de los motores universales puede realizarse de las siguientes maneras

1. Control del ángulo de fase
2. Control del chopper PWM

En el método de control del ángulo de fase, el control de la velocidad se consigue variando el ángulo de disparo del TRIAC. El control del ángulo de fase es una solución muy rentable pero poco eficaz. En el método PWM, la tensión de línea de CA rectificada se conmuta a alta frecuencia mediante un dispositivo MOSFET de potencia o IGBT para generar una tensión variable en el tiempo para el motor. En este método, para controlar los motores proporcionando un control de velocidad estable, se requiere evitar grandes corrientes y extraer la mínima corriente armónica de la red de CA. Para cumplir estos requisitos es preferible utilizar un chopper de CA con retroalimentación de corriente y velocidad.

El accionamiento del motor universal de CA controla la velocidad de rotación mediante la parcialización del ángulo de fase. Este método consiste en modificar la tensión RMS aplicada al motor. En este caso, la tensión es una función del ángulo de disparo del triac. El control continuo de la velocidad de un motor universal que funciona con corriente continua se consigue muy fácilmente mediante un circuito de tiristores. Un tiristor alimenta el motor durante el semiciclo positivo de la red. Tanto el tiristor como su control están conectados de forma que la FEM del motor compensa las variaciones de carga del motor para ajustar la velocidad. Para ajustar la tensión aplicada al motor se utiliza la técnica de modulación de anchura de impulsos (PWM), también conocida como accionamiento chopper. Con la variación del ciclo de trabajo PWM, se puede modificar la tensión efectiva que ve el motor. La ventaja de la modulación PWM respecto a la parcialización del ángulo de fase es una mayor eficiencia, un menor ruido acústico y un mejor comportamiento en cuanto a la compatibilidad electromagnética, pero puede repercutir en la duración de las escobillas.

En la siguiente aplicación, los devanados de campo y de inducido del motor están conectados en serie a través del conmutador de inducido. Por tanto, el motor universal también se conoce como motor de CA en serie o motor de CA con conmutador. El motor universal puede controlarse como accionamiento de ángulo de fase. En esta aplicación, utilizamos la técnica de control de ángulo de fase para controlar la tensión suministrada al motor. Un desplazamiento de fase de los impulsos de las puertas permite variar la tensión efectiva que ve el motor. El control de ángulo de fase sólo requiere un TRIAC. Estos forman parte de la familia de los tiristores y están estrechamente relacionados con los rectificadores controlados por silicio. Sin embargo, a diferencia de los SCR, que son dispositivos unidireccionales que sólo pueden conducir la corriente en una dirección, los TRIAC son bidireccionales y, por tanto, la corriente puede fluir en cualquier dirección, por lo que son más habituales en circuitos como los accionamientos de motores. Los TRIAC se suelen ver en aplicaciones sencillas y de baja potencia, como los interruptores de los reguladores de luz domésticos.

El MOC3021 es un optoacoplador. Un optoacoplador conecta los lados de entrada y salida con un haz de luz modulado por la corriente de entrada. Transforma la señal de entrada útil en luz, la envía a través del canal dieléctrico, capta la luz en el lado de salida y la vuelve a transformar en señal eléctrica Suelen venir en un pequeño paquete de CI de 6 u 8 pines, pero son esencialmente una combinación de dos dispositivos distintos: un transmisor óptico, normalmente un LED de arseniuro de galio, y un receptor óptico, como un fototransistor o un diac activado por luz. Ambos están separados por una barrera transparente que bloquea cualquier flujo de corriente eléctrica entre los dos, pero permite el paso de la luz. La serie MOC3020 está formada por diodos emisores de infrarrojos de arseniuro de galio, acoplados ópticamente a un interruptor bilateral de silicio. Están diseñados para aplicaciones que requieren un disparo aislado de triacs.

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