Qué es un motor de inducción : Tipos y su funcionamiento

Sabemos que la función principal de un motor es cambiar la energía de una forma a otra, como la eléctrica a la mecánica. La clasificación de los motores puede hacerse en función del tipo de alimentación, como motores de CA y motores de CC. Dentro de estos motores de CA y CC, hay diferentes tipos de motores, como el motor de inducción, el motor de reluctancia, el de derivación de CC, el PMDC, el paso a paso, el síncrono, etc. Este artículo trata de una visión general de los diferentes tipos de motores de inducción y su funcionamiento. Este motor es el motor de corriente alterna más utilizado, que también se llama motor asíncrono porque funciona a menos velocidad que el motor síncrono. En este caso, la velocidad sincrónica no es más que la velocidad del campo magnético giratorio dentro del estator.

¿Qué es un motor de inducción?

Un motor que sólo tiene bobinas de amortiguación se llama motor de inducción. Un motor de inducción es la máquina eléctrica más modesta desde el punto de vista constructivo, en la mayoría de los casos. El motor de inducción funciona según el principio de inducción, en el que se induce un campo electromagnético en el rotor cuando el campo magnético giratorio del estator corta el rotor estacionario. Las máquinas de inducción son, con mucho, el tipo de motor más utilizado en entornos industriales, comerciales o residenciales. Es un motor de corriente alterna trifásica. Sus rasgos característicos son:

• Construcción sencilla y robusta
• Bajo coste y mínimo mantenimiento
• Alta fiabilidad y capacidad suficiente
• No necesita un motor de arranque adicional y no es necesario sincronizarlo

¿Cuáles son las partes básicas de un motor de inducción?

Un motor de inducción tiene básicamente dos partes: El estator y el rotor.

Estator

El estator está formado por varias piezas estampadas con ranuras para llevar los devanados trifásicos. Está bobinado para un número distinto de polos. Los devanados están divididos geométricamente con una separación de 120 grados. En los motores de inducción se utilizan dos tipos de rotores: El rotor de jaula de ardilla y el rotor bobinado. Para que la máquina funcione no se necesita corriente continua de campo. La tensión del rotor se induce en los devanados del rotor en lugar de estar conectados físicamente por cables.

Rotor

El rotor es la parte giratoria del circuito electromagnético. El tipo más común de rotor es el rotor de jaula de ardilla. El rotor consta de un núcleo laminado cilíndrico con ranuras paralelas colocadas axialmente para llevar los conductores. Cada ranura lleva una barra de cobre, aluminio o aleación. El rotor de los motores de inducción trifásicos suele denominarse también ancla. El motivo de este nombre es la forma de ancla de los rotores utilizados en los primeros aparatos eléctricos. En los aparatos eléctricos, el devanado del ancla sería inducido por el campo magnético, aunque el rotor asume este papel en los motores de inducción trifásicos.

Un motor de inducción tiene el mismo estator físico que una máquina síncrona con un desarrollo alternativo del rotor. Los motores de inducción pueden funcionar como motores o como generadores. Por otro lado, se utilizan fundamentalmente como motores de inducción.

Principio de funcionamiento

El principio de funcionamiento del motor de inducción es que la corriente alterna del rotor del motor es necesaria para generar un par motor que se obtiene a través de la inducción electromagnética que resulta del campo magnético giratorio del bobinado del estator.

Tipos de motores de inducción

Los motores de inducción se clasifican en dos tipos: motor de inducción monofásico y motor de inducción trifásico. Como su nombre indica, un motor de inducción monofásico se conecta a una fuente de alimentación de CA monofásica, mientras que el motor de inducción trifásico puede conectarse a una fuente de alimentación de CA trifásica. También estos tipos de motores de inducción se clasifican en algunas subcategorías. Los monofásicos se clasifican en cuatro tipos, mientras que los trifásicos se clasifican en dos tipos.

Motor de inducción monofásico

El motor de inducción monofásico no es autoarrancable. Cuando el motor se conecta a una fuente de alimentación monofásica, el devanado principal transporta una corriente alterna. Es lógico que el motor de tipo menos costoso y de mantenimiento más reducido sea el que se utilice con más frecuencia. Son de diferentes tipos en función de su forma de arranque, ya que no son autoarrancables. Son los motores de fase dividida, de polos sombreados y de condensadores. También los motores de condensador son de arranque de condensador, de funcionamiento de condensador y de condensador permanente. El motor de condensador permanente se muestra a continuación.

En este tipo de motores, el devanado de arranque puede tener un condensador en serie y/o un interruptor centrífugo. Cuando se aplica la tensión de alimentación, la corriente en el devanado principal va por detrás de la tensión de alimentación debido a la impedancia del devanado principal. Y la corriente en el devanado de arranque adelanta/retrasa la tensión de alimentación en función de la impedancia del mecanismo de arranque.

El ángulo entre los dos devanados es suficiente para que la diferencia de fase proporcione un campo de magnitud giratoria que produzca un par de arranque. En el momento en que el motor alcanza entre el 70% y el 80% de la velocidad sincrónica, un interruptor centrífugo en el eje del motor se abre y desconecta el devanado de arranque.

Tipos de motores de inducción monofásicos

El motor de inducción monofásico se clasifica en cuatro tipos de motores de inducción: de fase dividida, de arranque con condensador, de arranque con condensador y de funcionamiento con condensador, y de polos sombreados.

Motor de inducción monofásico

Un nombre alternativo de un motor de inducción de fase dividida es motor de arranque por resistencia. Este tipo de motor incluye un estator y un rotor de una sola jaula en el que el estator incluye dos devanados denominados devanado de arranque y devanado principal. Estos dos devanados están desplazados 90 grados en el espacio. El devanado de arranque tiene una reactancia inductiva menor y una resistencia alta, mientras que el devanado principal tiene una resistencia extremadamente baja y una reactancia inductiva alta.

Este tipo de motor es menos costoso y apropiado para cargas que arrancan con mucha facilidad y en las que se puede restringir la frecuencia de arranque. Este motor no es aplicable para accionamientos que necesiten más de 1 KW debido al menor par de arranque. Las aplicaciones del motor inductor de fase dividida incluyen principalmente una lavadora, pulidoras de suelos, ventiladores de CA, mezcladoras trituradoras, sopladores, bombas centrífugas, taladradoras y tornos.

Motor de inducción de arranque por condensador

Un motor de inducción de arranque por condensador es un motor monofásico que incluye un estator y un rotor con una sola jaula. El estator de este motor incluye principalmente dos devanados, el principal y el auxiliar. Un nombre alternativo de un devanado auxiliar es devanado de arranque. En la construcción del motor, la disposición de estos dos devanados puede hacerse 90 grados por separado en el espacio.

• El motor de inducción de arranque por condensador se utiliza cuando se necesitan arranques frecuentes, como en el caso de las cargas de mayor inercia.
• Este tipo de motor se utiliza para accionar compresores, bombas, máquinas herramienta y transportadores.
• Se utiliza en los compresores de CA y en los frigoríficos

Motor de inducción de arranque y funcionamiento con condensador

El principio de funcionamiento del motor de inducción de arranque por condensador es el mismo que el del motor de inducción de arranque por condensador. Sabemos que un motor de inducción monofásico no es autoarrancable, ya que el campo magnético generado no es de tipo rotativo. Por tanto, para generar un campo magnético rotativo, los motores de inducción necesitan una diferencia de fase. En un motor de inducción de fase dividida, la resistencia debe estar ahí para crear una diferencia de fase, pero en estos motores, el condensador hará una diferencia de fase.

Es cierto que la corriente que circula por el condensador guía la tensión. En los motores de arranque con condensador y de funcionamiento con condensador, hay dos devanados, el principal y el de arranque.
En el devanado de arranque, hay un enlace dentro del condensador, por lo que la corriente que fluye dentro del condensador guía la tensión aplicada a través de un cierto ángulo. Estos dos motores incluyen un alto par de arranque, por lo que se utilizan principalmente en amoladoras, transportadores, compresores, acondicionadores de aire, etc

Motor de inducción de polos sombreados

Se trata de un motor de inducción monofásico de arranque automático en el que uno de los polos puede sombrearse mediante el anillo de cobre, también llamado anillo sombreado. La función principal de este anillo en el motor es la de un devanado secundario.

Este tipo de motor gira simplemente de una manera específica y no es posible el movimiento inverso del motor. En este motor, las pérdidas de potencia son extremadamente altas, el factor de potencia es menor y el par de arranque inducido también puede ser extremadamente bajo. La eficiencia de este motor es pobre debido a su pequeño diseño y a su baja potencia nominal. Las aplicaciones del motor de inducción de polos sombreados incluyen dispositivos pequeños, como ventiladores y relés, debido a su fácil arranque y bajo coste.

Este motor se utiliza en secadores de pelo, extractores de aire, ventiladores de mesa, aire acondicionado, ventiladores de refrigeración, aparatos de refrigeración, tocadiscos, proyectores, grabadoras, máquinas para hacer fotocopias. Estos motores también se utilizan para iniciar relojes electrónicos, así como motores de sincronización monofásicos.

Aplicaciones

El aplicaciones del motor de inducción monofásico son; se utiliza en aplicaciones de baja potencia y se usa ampliamente en aplicaciones domésticas y también industriales. Y algunas de ellas se mencionan a continuación

• Bombas
• Compresores
• Pequeños ventiladores
• Mezcladores
• Juguetes
• Aspiradoras de alta velocidad
• Afeitadoras eléctricas
• Taladradoras

Motor de inducción trifásico

Estos motores son autoarrancables y no utilizan ningún condensador, bobina de arranque, interruptor centrífugo u otro dispositivo de arranque. Los motores trifásicos de inducción de CA se utilizan ampliamente en aplicaciones industriales y comerciales. Son de dos tipos: de jaula de ardilla y de anillo colector. Los motores de jaula de ardilla se utilizan mucho por su construcción robusta y su diseño sencillo. Los motores de anillos rozantes requieren resistencias externas para tener un alto par de arranque.

Los motores de inducción se utilizan en aparatos industriales y domésticos porque son de construcción robusta y apenas requieren mantenimiento, porque son comparativamente baratos y porque sólo requieren alimentación en el estator.

Tipos de motores de inducción trifásicos

Un motor de inducción trifásico incluye dos componentes esenciales: el estator y el rotor. En este motor, la parte fija es el estator, mientras que la parte giratoria es el rotor. En este motor, la carga está conectada al eje. El devanado trifásico del inducido puede enrollarse sobre el estator. Una vez que la corriente trifásica equilibrada se suministra a través de este devanado, entonces se puede formar un campo magnético rotativo de amplitud estable dentro del entrehierro.

Este devanado del inducido puede conectarse a la fuente de alimentación trifásica y transportar la corriente de carga. Este tipo de motor se clasifica en dos tipos en función de su construcción: rotor de jaula de ardilla y rotor bobinado

Motor de inducción de jaula de ardilla

La construcción del motor de inducción de jaula de ardilla es extremadamente sencilla. En este motor, el rotor incluye un núcleo cilíndrico que puede ser laminado e incluye algunas ranuras en la periferia externa. Estas ranuras no son comparables y están torcidas por algunos ángulos.

Estas ranuras ayudan a detener el bloqueo magnético entre los dientes del estator y el rotor, de modo que se puede conseguir un funcionamiento suave y reducir el ruido del zumbido. Estos motores incluyen rotores de barras en lugar del bobinado del rotor, donde estas barras se fabrican con latón, aluminio o cobre.

En este tipo de motor, el devanado del rotor incluye una barra de aluminio, o bien de cobre sin aislar, fijada en ranuras semicerradas del rotor. En ambos extremos de este motor, estos conductores se cortocircuitan a través del anillo final de material similar. Como resultado, este tipo de rotor es similar a una jaula de ardilla, por lo que se conoce como motor de inducción de jaula de ardilla.

Motor de inducción de rotor bobinado o de anillo deslizante

El motor de inducción de anillo deslizante también se llama motor de rotor bobinado. En este motor, el rotor incluye un núcleo cilíndrico laminado. Al igual que la jaula de ardilla, hay unas ranuras en la periferia exterior. El bobinado del rotor se coloca dentro de las ranuras.

En el rotor bobinado, los devanados aislados se enrollan en la parte superior del rotor de forma similar al estator. El devanado de este rotor puede distribuirse uniformemente y suele conectarse en el modelo STAR. Los tres terminales de esta conexión STAR pueden sacarse a lo largo del anillo colector. Por ello, este motor se denomina motor de inducción de anillo colector.

¿Por qué el motor de inducción trifásico es autoarrancable?

En un motor trifásico, hay 3 líneas monofásicas con una diferencia de fase de 120°. Así que el campo magnético giratorio incluye una diferencia de fase similar, por lo que esta diferencia de fase hará girar el rotor.

Por ejemplo, si consideramos a, b y c como tres fases, una vez que la fase 'a' se magnetiza, el rotor se desplazará hacia la fase 'a'. En la siguiente segunda fase, la 'b' se magnetizará, por lo que magnetizará el rotor y después la fase 'c'. De este modo, el rotor girará continuamente.

¿Por qué el motor de inducción monofásico no es autoarrancable?

Cuando la alimentación de un motor de inducción monofásico es monofásica, genera un campo magnético pulsante, no giratorio. El suministro de corriente a través de un conductor genera un flujo que puede determinarse en dos componentes, donde cada componente girará en sentido inverso a una velocidad similar.

Por lo tanto, el flujo neto será nulo; el flujo de corriente que se induce en los conductores del rotor será nulo y el par será nulo. En consecuencia, un motor de inducción monofásico no es autoarrancable.
Para superar este problema y hacer que este motor sea autoarrancable, se puede convertir temporalmente en un motor bifásico durante el arranque. Para ello, el estator del motor monofásico se ofrece a través de un devanado adicional al devanado principal como devanado de arranque. Así, estos devanados se sitúan a través de la alimentación monofásica.

el devanado puede disponerse de forma que la diferencia de fase entre las corrientes dentro de los dos devanados del estator sea muy grande. Así, este motor funciona como un motor bifásico. Las dos corrientes generan un flujo giratorio que hará que el motor monofásico se autoarranque.

Ventajas

La construcción del motor y la forma de suministrar la energía eléctrica confieren al motor de inducción varias ventajas que se muestran en la siguiente figura. Veámoslas brevemente.

Bajo coste Las máquinas de inducción son muy baratas en comparación con los motores síncronos y de corriente continua. Esto se debe al modesto diseño del motor de inducción. Por ello, estos motores se prefieren mayoritariamente para aplicaciones de velocidad fija en aplicaciones industriales y para aplicaciones comerciales y domésticas en las que se puede conectar fácilmente la corriente alterna.

Bajo coste de mantenimiento: Los motores de inducción son motores sin mantenimiento, a diferencia de los motores de corriente continua y los motores síncronos. La construcción de un motor de inducción es muy sencilla y, por tanto, su mantenimiento también es fácil, lo que se traduce en un bajo coste de mantenimiento.

Facilidad de funcionamiento: El funcionamiento del motor de inducción es muy sencillo porque no hay ningún conector eléctrico al rotor que suministre energía y la corriente es inducida por el movimiento que el transformador realiza sobre el rotor debido a la baja resistencia de las bobinas giratorias. Los motores de inducción son motores de autoarranque. Esto puede hacer que se reduzca el esfuerzo necesario para el mantenimiento.

Variación de la velocidad La variación de la velocidad del motor de inducción es casi constante. La velocidad suele variar sólo en un pequeño porcentaje al pasar de la fase de vacío a la de carga nominal.

Alto par de arranque: El par de arranque del motor de inducción es muy elevado, lo que hace que el motor sea útil para operaciones en las que la carga se aplica antes del arranque del motor. los motores de inducción trifásicos tienen un par de autoarranque, a diferencia de los motores síncronos. Sin embargo, los motores de inducción monofásicos no tienen par de autoarranque y se hacen girar utilizando algunos auxiliares.

Durabilidad Otra de las principales ventajas de un motor de inducción es que es duradero. Esto lo convierte en la máquina ideal para muchos usos. Esto hace que el motor funcione durante muchos años sin costes ni mantenimiento.

Todas estas ventajas hacen que el motor de inducción se utilice en muchas aplicaciones, como las industriales y las domésticas.

Desventajas

El desventajas del motor de inducción incluyen las siguientes.

• En la situación de carga ligera, el factor de potencia es extremadamente bajo y consume una gran cantidad de corriente. Por lo tanto, la pérdida de cobre puede ser alta, lo que disminuye la eficiencia en la situación de carga ligera.
• El par inicial del motor de inducción de jaula de ardilla no es bajo.
• Se trata de un motor de velocidad invariable y este motor no es aplicable cuando se necesita una velocidad desigual
• El control de la velocidad de este motor no es fácil
• Este motor incluye una elevada corriente de arranque que provocará una reducción de la tensión al principio del tiempo.

Aplicaciones

Las aplicaciones de los tipos de motor de inducción son las siguientes

• Ascensores
• Grúas
• Polipastos
• Extractores de gran capacidad
• Accionamiento de tornos
• Trituradoras
• Molinos de extracción de aceite
• Textil, etc.

Por tanto, se trata de una visión general de los tipos de motores de inducción. Básicamente, se clasifican en dos tipos principales en función de la alimentación de entrada, como motor de inducción monofásico y trifásico. De nuevo, estos dos tipos de motores también se subdividen en diferentes tipos que se han discutido anteriormente. En este caso, el motor de inducción monofásico no es autoarrancable, mientras que el motor de inducción trifásico es un motor autoarrancable. Aquí tienes una pregunta, ¿cuál es la función principal de un motor de inducción?

Proyectos basados en motores de inducción