Funcionamiento y Tipos de Motores Eléctricos: CC, Inducción y Monofásicos

Motores de Corriente Continua (CC)

Principio de Funcionamiento

1. Alimentar con corriente continua el motor (inducido e inductor con campo magnético fijo).
2. Al haber un campo magnético y una corriente, aparece una fuerza que hace girar el rotor. A esto se le llama par motor.
3. Con el rotor parado, solo la resistencia (R) evita la corriente inducida (Ii), por lo que se espera un pico de corriente.
4. El rotor acelera (el campo del inductor es fijo, pero las bobinas del inducido se mueven).
5. Al aparecer la fuerza contraelectromotriz inducida (E`), esta limita la corriente inducida (Ii) y empieza a disminuir el pico de corriente.
6. A mayor velocidad de giro del rotor, mayor es E`.
7. A velocidad nominal, Ii y E` se estabilizan en valores nominales.

Tipos de Motores CC

• Serie
• Paralelo
• Compuesta (larga y corta)

El motor en serie tiene un par de arranque elevado, pero al disminuir la carga, su velocidad aumenta, y en vacío tiene peligro de embalamiento.

El motor en paralelo mantiene su velocidad casi constante ante variaciones de carga, pero tiene un mal par de arranque.

Los motores compuestos combinan las buenas características de los motores en serie y en paralelo.

Pérdidas en Motores CC

Potencia absorbida (Pabs) = Tensión de alimentación (Ub) x Corriente inducida (Ii)

Potencia electromagnética (PEM) = Fuerza contraelectromotriz (E`) x Corriente inducida (Ii)

Pabs - PEM = Potencia útil (Pútil)

Motores de Inducción Trifásicos Asíncronos

• Bobinas desfasadas 120º.
• Rotor bobinado en cortocircuito.

Estátor

El estátor es una corona laminada, divisible en un número de ranuras múltiplo de 3, en las que se alojan las bobinas. Estas bobinas son alimentadas por un sistema trifásico simétrico que crea un campo magnético giratorio. La velocidad de este campo depende de la frecuencia del sistema, y su número de pares de polos depende del número de bobinas por fase que se instalen.

Rotor

El rotor está en cortocircuito (tienen que estar en corto), cerrado sobre sí mismo. Puede ser bobinado o en jaula de ardilla.

Principio de Funcionamiento

Una vez conseguido un campo magnético giratorio en el estátor, este influye sobre el rotor en jaula de ardilla.

Rotor Parado

El campo giratorio del estátor induce en las barras del rotor una fuerza electromotriz inducida (Ei). Al estar el rotor cerrado, se genera una corriente inducida (Ii). Entonces, tenemos un campo magnético en el estátor y corriente en las barras del rotor, por lo que el estátor genera fuerzas en las barras del rotor.

Rotor en Movimiento

Cuando el rotor gira, dado que sus barras son atravesadas por corriente, produce su propio campo magnético. Este campo afecta a las bobinas del estátor, generando en ellas una fuerza electromotriz inducida (Ei) que se opone a las corrientes que recorren esas bobinas, limitándolas. A esta fuerza se le denomina fuerza contraelectromotriz (E`).

El rotor nunca debe alcanzar la velocidad del campo del estátor. Es necesaria la diferencia de velocidad para que se introduzcan corrientes y aparezca el par motor. A la diferencia de velocidad se le llama deslizamiento.

Motores Monofásicos

• Mantienen el giro.
• Fase partida con un condensador o con dos condensadores.

Arranque de Motores

• Estrella-Triángulo (Y-Δ): Menos sufrimiento, pero pobre par de arranque.
• Arranque con resistencias rotóricas.
• Arranque con resistencias estatóricas.
• Arranque directo: Para motores pequeños. Genera mucho sufrimiento en el motor.
• Variador de frecuencia: Arranque muy suave, pero mal par.
• Autotransformador: Arranque suave, pero par malo.

Balance de Potencias y Pérdidas

Potencia absorbida (Pabs) - Potencia electromagnética (PEM) - Potencia mecánica (Pmec) = Potencia útil (Pútil)

Pérdidas en el cobre del rotor (Pcur) = deslizamiento (%) x PEM

Potencia mecánica (Pmec) = PEM x (1 - deslizamiento)

Regulación y Frenado

Regulación: Mantener la velocidad del motor ante variaciones de carga.

Frenado:

• Frenado mecánico: mediante zapatas.
• Frenado eléctrico:
  1. A contracorriente.
  2. Inyección de corriente continua.
  3. Frenado regenerativo: Al girar el motor a una velocidad superior a la de sincronismo, se convierte en un generador hasta que se frena del todo. Hay que mantener el campo en el estátor.