Componentes Fundamentales del Motor Asíncrono
Inducido (Rotor)
El rotor es un cilindro que puede girar libremente alrededor de su eje. Sobre él hay arrollada una espira de cobre cerrada (cortocircuitada).
Inductor (Estator)
El estator es concéntrico con el rotor. Colocamos un imán unido a una corona que también puede girar libremente alrededor del mismo eje. El imán genera un campo magnético polar que atraviesa el rotor.
Principio de Funcionamiento
Al hacer girar el campo polar, la espira queda sometida a un flujo variable que genera corrientes inducidas. Dado que el movimiento relativo es contrario en cada lado de la espira, el sentido de las corrientes que se inducen también es opuesto.
Al estar la espira en cortocircuito, todas las corrientes inducidas circularán en la misma dirección por un circuito cerrado. Según la Ley de Lenz, la acción electromagnética del sentido de la corriente es opuesta a su causa de origen.
Cada lado de la espira es sometido a una fuerza electromotriz (f.e.m.) inducida en sentido opuesto a su desplazamiento relativo con respecto al campo polar. El par de fuerzas (momento de giro) resultante provoca que el rotor gire en el mismo sentido en el que lo hace el campo polar.
Formación del Campo Giratorio
Dado que la alimentación de la bobina del estator es en corriente alterna, la polaridad Norte-Sur cambiará con la misma frecuencia. Este cambio por sí solo no produce un efecto de giro, por lo tanto, el rotor no se moverá.
Métodos de Generación de Campo Giratorio
Motores Monofásicos
Para conseguir el efecto de giro del campo polar, se opta por situar perpendicularmente otro par de polos creados por un devanado auxiliar. La corriente que lo atraviesa debe estar desfasada unos 90º eléctricos respecto de la corriente que circula por el devanado principal. El campo polar resultante tiene la secuencia necesaria para crear un campo giratorio.
Motores Trifásicos
La principal y más útil característica de la corriente trifásica es la de crear directamente un campo giratorio. En el estator hay tres devanados (bobinados) que están situados geométricamente a 120°. Cada devanado recibe una de las fases de una red trifásica alterna, de modo que el campo magnético polar que atraviesa el rotor será el resultado de los campos magnéticos alternos de cada devanado, siguiendo la secuencia de cada fase.
Velocidad e Inversión de Giro
Velocidad de Sincronismo
La velocidad de rotación del campo polar, conocida como velocidad de sincronismo ($N_s$), está en función del número de pares de polos ($p$) del motor y de la frecuencia ($f$) de la alimentación.
Inversión del Sentido de Giro
El sentido de giro en el motor trifásico viene dado por la secuencia de desfase de la alimentación y la conexión de cada devanado a una determinada fase. Para cambiar el sentido de giro, tan solo hay que intercambiar DOS fases entre sí.
Protección y Sistemas de Refrigeración
Grado de Protección IP
La clase de protección contra la penetración de cuerpos sólidos y líquidos para motores de c.a. de rotor en cortocircuito está normalizada con un mínimo de IP 44. Generalmente, este tipo de motores se suelen fabricar con un grado IP 54 (protegido contra el polvo), que permite instalarlos en ambientes húmedos o polvorientos, así como a la intemperie.
Elementos de Refrigeración
Aletas del Rotor
Aletas situadas en los dos anillos del rotor para crear una recirculación del aire que hay dentro del motor con el objetivo de repartir uniformemente el calor interno y evitar puntos más calientes que otros. Debido al alto grado de protección IP de este tipo de motor, no hay ninguna abertura hacia el exterior.
Aletas Refrigeradoras del Estator
Técnica que consiste en aumentar la superficie exterior de la carcasa mediante aletas, de modo que se mejora el intercambio de calor al haber mayor contacto con el aire refrigerante.
Ventilador Exterior
Ventilador de aletas radiales situado en la parte trasera del motor y acoplado al eje. Está cubierto por una tapa, de modo que el aire ambiente es absorbido por su rejilla trasera y forzado a circular longitudinalmente por la superficie de la carcasa. La evacuación del calor será tanto mejor, cuanto mayor sea la diferencia de temperatura con respecto a la del aire refrigerante.
Parámetros Eléctricos y de Rendimiento
Tensión Nominal y Tolerancias
La tensión nominal está en función del tipo de motor, la frecuencia de la red y las tolerancias sobre el valor de tensión estándar:
- La norma IEC 38 establece una tolerancia del ±10% para la tensión de la red.
- Para la tensión nominal de los motores, la norma EN 60034-1 admite una tolerancia de ±5%.
Por lo tanto, el margen o gama de tensiones nominales de un motor normalizado, considerando su tolerancia, debe estar comprendido en el margen de tensión de la red una vez aplicada su tolerancia.
Velocidad Nominal y Deslizamiento
Como ya se mencionó anteriormente, la velocidad del motor es asíncrona, es decir, será algo inferior a la velocidad de sincronismo (la del campo polar). La velocidad nominal indicada en la placa de características es aquella que el motor desarrolla cuando está trabajando a plena carga.
El deslizamiento ($S$) representa la divergencia entre la velocidad de sincronismo y la nominal ($n_N$). Las pérdidas por calentamiento del rotor son directamente proporcionales al deslizamiento. Los motores de mayor potencia tienen menos deslizamiento.
Factor de Potencia (cosφ)
El motor de c.a. es un receptor de carácter inductivo debido al devanado interno, por lo tanto, se produce un desfase entre la tensión y la intensidad. Este desfase viene indicado en la placa de características del motor como factor de potencia (cosφ) y hace referencia al que se produce a plena carga y en servicio S1. Suele estar en un valor de 0,8.
Intensidad Nominal
La intensidad nominal es la corriente que absorbe un motor cuando está funcionando a plena carga. Figura en la placa de características y viene dada por la fórmula de la potencia, pero si se opera con la potencia nominal (potencia mecánica útil) hay que aplicar el rendimiento.
Intensidad de Arranque
En los motores de c.a. de rotor en cortocircuito, la intensidad en el mismo instante de la conexión es del orden de entre 4 a 8 veces la intensidad nominal, dependiendo de las características constructivas del motor y de la carga aplicada. Conforme el motor aumenta la velocidad, la intensidad irá disminuyendo hasta alcanzar el punto de equilibrio, a partir del cual se estabiliza en el valor de la intensidad nominal.
Tolerancia de Tensión Nominal (Según EN 60034-1)
Según la norma EN 60034-1, se admite una tolerancia máxima de un ±5% en la tensión nominal de los motores normalizados. Por lo tanto, el margen o gama de tensiones del motor debe estar comprendido entre los valores de la tensión nominal una vez aplicada la tolerancia.