TIPOS DE MOTORES ELECTRICOS


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 Un motor eléctrico es una máquina rotatoria que transforma la energía eléctrica en energía mecánica de rotación. En esta página veremos los diferentes tipos de motores eléctricos que existen, pero no explicaremos el funcionamiento de los motores, para eso te recomendamos el siguiente enlace: Motor Eléctrico.

 Recordamos las partes de un motor eléctrico:

 - Estator: Parte fija.

 - Rotor: Parte móvil que gira dentro del estator.

 - Entrehierro: Espacio de aire que separa el estator del rotor y que permite que pueda existir movimiento. Debe ser lo más reducido posible.

 Los motores eléctricos tienen unas bobinas (devanados) llamadas inductor e inducido.

 - Arrollamiento o devanado de excitación o inductor: Es el que genera el campo magnético. Normalmente, a no ser motores muy pequeños, el imán que genera el campo magnético (inductor) también lleva un bobinado para crear un electroimán y que genere un campo magnético mayor. Este bobinado o devanado se llama inductor. El campo magnético creado por el inductor, al cortar las espiras del bobinado inducido del rotor, hace que gire.

 - Devanado Inducido: El otro devanado, en el rotor normalmente. En el se convierte la energía eléctrica del estator en energía mecánica de rotación.

partes motor estator rotor inductor inducido

 Como ves el funcionamiento de estos motores es por inducción electromagnética, por eso también se llaman motores de inducción. Inducción = Hacer una cosa y que ocurra otra = Un campo electromagnético en el estator induce o crea un movimiento en el rotor.

 El estator de un motor de inducción es el inductor, es decir el encargado de crear el campo magnético. El Rotor es la parte giratoria y el inducido.

partes de un motor electrico

 Conociendo las partes y el principio básico de funcionamiento del motor eléctrico, ahora veamos y expliquemos como se clasifican los diferentes motores o lo que es lo mismo, los tipos de motores eléctricos.

tipos de motores electricos

 Aqui tienes otra clasificación donde se especifíca los motores de corriente alterna más utilizados. Luego explicaremos todos los tipos uno a uno:

clasificacio de los motores electricos

Tipos de Motores de CC

 Los motores de corriente continua necesitan unas escobillas para poder meter la corriente eléctrica en el rotor del motor y unas delgas para que siempre entre y salga en la misma dirección por las espiras. Ver: Motor Eléctrico.

 Los motores de cc usados en la industria tienen los imanes del estator bobinados para crear un electroimán y crear campos magnéticos mayores. Hay un tipo de motor de cc que no lleva bobinas en el estator, son los llamados "motores de imanes permanentes", motores usados en juguetes y pequeños aparatos. El estator está formado simplemente por dos imanes. Por su poco uso en la industria no los pusimos en los esquemas de los tipos de motores anteriores.

motor de imanes permanentes

 Los motores de cc utilizados en la industria si que llevan bobinados los polos o imanes del estator. Tanto el devanado (bobina) del rotor como el del estator suelen alimentarse con la misma fuente de energía, y la forma de conexión para alimentar ambos devanados es precisamente la forma de clasificar los tipos de motores de corriente continua.

 Todos los motores de corriente continua son reversibles, es decir son también dinamos. Precisamente esta es su mayor aplicación, ya que como motor solo se utilizan en casos muy concretos y para pequeñas potencias como en los servomotores.

 Su principal ventaja frente a los de corriente alterna era el control de la velocidad, que solía ser mucho más sencilla en los de cc que en los de ca, pero eso hoy en día cambió bastante y ya se pueden regular las velocidades de los motores de ca de forma bastante sencilla y económica, por eso se utilizan muy poco. Pero veamos los tipos que existen.

 Los motores de corriente continua se clasifican según la forma de conexión de las bobinas inductoras e inducidas entre sí. Tenemos 4 tipos:

Motor de excitación independiente : El motor de excitación independiente es tal que el inductor y el inducido se alimentan de dos fuentes de energía independientes. No se suelen utilizar, salvo excepciones muy concretas, por el inconveniente de tener que utilizar una fuente de tensión externa.

Motor en serie: El motor serie es tal que los devanados del inductor y del inducido se encuentran en serie.

Motor en derivación o motor Shunt: El motor Shunt dispone los devanados inductor e inducido en paralelo.

Motor Compound: El motor Compound o Compuesto consta de dos devanados inductores, uno está en serie con el devanado inducido y el otro en paralelo.

tipo de motores de corriente continua

 Los motores de corriente continua fueron el primer tipo de motor ampliamente utilizado y los costos iniciales de los sistemas (motores y accionamiento) tienden a ser típicamente menores que los sistemas de corriente alterna para unidades de pequeña potencia, pero con mayor potencia, los costos generales de mantenimiento aumentan dejando de ser rentable su uso.

 Este tipo de motores se siguen utilizando en pequeñas herramientas y electrodomésticos, en electrónica y en robótica, aunque se están quedando obsoletos en la actualidad y sobretodo para usos industriales debido a las ventajas de los motores trifásicos y monofásicos de inducción de corriente alterna, sobre todo desde los avances tecnológicos en cuanto a regulación de velocidad.

 La velocidad de los motores de CC se puede controlar variando la tensión de alimentación y están disponibles en una amplia gama de voltajes, sin embargo, el tipo más popular es de 12 y 24 V.

 Es fácil controlar su velocidad en un amplio rango y esta es la razón por la cual la mayoría de los motores de tracción y servomotores han sido máquinas de corriente continua. Por ejemplo, los motores para los trenes eran, hasta hace poco, exclusivamente máquinas de corriente continua.

 Hay otro tipo de motores de corriente continua llamados "Motores sin Escobillas" o de "Imanes Permanentes" o "Brushless" o incluso "De Conmutación Electrónica". Este tipo de motores funcionan sin necesidad de escobillas que tienden al desgaste y las reemplaza con un dispositivo electrónico que mejora la fiabilidad y la durabilidad de la unidad.

 La desventaja de los motores sin escobillas es que necesitan administración electrónica para funcionar. Por ejemplo, se necesita un microcontrolador que utiliza una entrada de sensores que indican la posición del rotor, para energizar las bobinas del estator en el momento correcto. Visualmente son iguales al resto de motores de corriente continua.

 No obstante desde el punto de vista de su utilización en aplicaciones industriales, los líderes indiscutibles son los motores trifásicos de inducción y asíncronos, que estudiaremos en esta unidad.

Tipos de Motores de Corriente Alterna

 La corriente alterna (CA) es la que las compañías eléctricas transmiten a través de los cables eléctricos y en las tomas de corriente (enchufes) y es un tipo de corriente en la que la cantidad y la dirección de la corriente varía continuamente. Hay 2 tipos, monofásica y trifásica. Si quieres saber más visita: Corriente Alterna.

 La primera clasificación sería en función del tipo de corriente alterna que utilizan los motores, pudiendo utilizar corriente monofásica o trifásica. Si utilizan corriente monofásica son motores monofásicos, y si utilizan la trifásica son motores trifásicos.

 Sistema monofásico: En ese sistema se emplea una sola fase de corriente alterna y un neutro, obteniéndose tensiones de 230 V de valor eficaz entre fase y neutro y 50 Hz de frecuencia. La energía suministrada en las tomas de corriente de los hogares es de 230 V en corriente alterna monofásica, por eso muchos motores de pequeños electrodomésticos son monofásicos.

 Se suelen utilizar cuando no se dispone de alimentación trifásica, y es por este motivo por el que es ampliamente utilizado en comparación con el sistema trifásico para fines domésticos, comerciales y, hasta cierto punto, con fines industriales.

 El sistema de una sola fase es más económico y como el requisito de potencia en la mayoría de las casas, las tiendas y las oficinas es pequeño, con un motor monofásico será suficiente.

 Los motores monofásicos son simples en construcción, de bajo costo, confiables y fáciles de reparar y mantener. Debido a todas estas ventajas, el motor monofásico encuentra su aplicación en aspiradores, ventiladores, lavadoras, frigoríficos, cámaras frigoríficas expositoras, bombas centrífugas, lavadoras, juguetes pequeños, etc.

 Generalmente se utilizan para potencias menores de 3 KW.

 Algo muy importante, los motores monofásicos, como ya vimos en el apartado del motor eléctrico, no son capaces de arrancar por si solo, necesitan una ayuda en el arranque. Se dice que no tienen Par de Arranque. Ya sabes que para el funcionamiento de los diferentes motores siempre te recomendamos ir a la página del enlace: Motor Eléctrico.

 De esto se deduce que para que un motor monofásico arranque vamos a necesitar algún dispositivo auxiliar que permita ponerlo en funcionamiento.

 Estos motores llevan un devanado principal y otro auxiliar con un condensador en serie para producir un campo bifásico en el bobinado inductor o estator, con lo que conseguimos un campo magnético giratorio y el motor puede arrancar. El devanado principal sería una fase y el auxiliar otra fase desfasada 90º gracias al condensador. Algunos presentan un condensador permanente y otro de uso exclusivo en el arranque, ya que una vez que está girando a su velocidad nominal no son necesarios ni el condensador ni el bobinado auxiliar. Se desconecta el condensador y el devanado auxilar mediante un interruptor centrífugo.

 Si te fijas en la siguiente gráfica al colocar un devanado auxiliar con un condensador en serie el par de arranque aumenta mucho. Sin ellos no tiene casi par de arranque al inicio, por lo que no podría arrancar el motor. Una vez revolucionado ya mantiene el par con la velocidad sin necesidad del condensador ni del devanado auxiliar.

curva par velocidad motor monofasico
motor monofasico

 En este apartado no vamos a estudiar los arranques de los motores, eso lo veremos en otro apartado. Luego veremos y explicaremos los tipos de motores monofásicos asíncronos más utilizados. Si quieres saber todo sobre este tipo de motores te recomendamos visitar el siguiente enlace: Motores Monofasicos.

 Sistema trifásico: Sistema formado por tres fases de corrientes alterna, de igual frecuencia y valor eficaz, desfasadas entre si 120 grados. Esto permite tensiones de 230 V (entre fase y neutro) y de 400 V (entre fases, todavía quedan muchas de 380V) y 50 Hz de frecuencia. La utilización de electricidad en forma trifásica es común en industrias donde muchas de las máquinas funcionan con motores para esta tensión.

sistema trifasico de corriente alterna

 Los motores de inducción trifásicos
presentan la particularidad de que "producen un campo giratorio".

 Este campo giratorio, cortará las bobinas del rotor produciendo en ellas una corriente inducida ya que están en cortocircuito y esta corriente a su vez generarán otro campo magnético en el rotor. El campo magnético creado en el rotor seguirá al campo giratorio del estator y girará el motor.

 Todo esto ya lo estudiamos en el funcionamiento del motor eléctrico, pero de todas formas fíjate en la siguiente animación y entenderás lo del campo giratorio: Ver Animación Campo Giratorio.

 Por su velocidad de giro, los motores de corriente alterna se clasifican en síncronos y asíncronos
. Pueden ser síncronos monofásicos y trifásicos o asíncronos monofásicos y trifásicos también. Veamos primero la diferencia entre síncrono y asíncrono y después todos los tipos.

El Motor Síncrono

 Los motores síncronos se caracterizan porque la velocidad del campo magnético giratorio del estator es igual a la velocidad de giro del campo inducido en el rotor (velocidad del rotor). Se llama Síncrono porque trabajan sincronizados los dos campos magnéticos, siempre que la carga no sea excesiva y le haga perder la sincronización.

 Este motor tiene la característica de que su velocidad de giro es directamente proporcional a la frecuencia de la red de corriente alterna que lo alimenta.

 Por ejemplo si la fuente es de 50Hz, si el motor es de dos polos, gira a 3.000 rpm (revoluciones por minuto); si es de cuatro polos gira a 1.500 rpm y así sucesivamente. Este motor o gira a la velocidad constante y si la carga es excesiva, se detiene.

 La fórmula de la velocidad de sincronismo es: ns = (60 x f)/p

 f = frecuencia; p = número de pares de polos del motor.

 El motor sincrónico no se utiliza, salvo en aquellos casos excepcionales, como en sistemas de regulación y control pero nunca con la transmisión de potencias elevadas.

 A pesar de su uso reducido como motor, la maquina sincrónica es la mas utilizada en la generación de energía eléctrica por ejemplo, en las centrales hidroeléctricas y termoeléctricas mediante generadores sincrónicos trifásicos.

 El Motor Síncrono puede ser monofásico o trifásico.

El Motor Asíncrono

 Si se realizara a nivel industrial una encuesta de consumo de la energía eléctrica utilizada en alimentar motores, se vería que casi la totalidad del consumo, el 95%, estaría dedicado a los motores asíncronos.

 En estos motores la velocidad del campo magnético giratoria producida por el estator es mayor que la velocidad de giro del rotor. No están sincronizadas.

 Conclusión: La diferencia entre un motor síncrono y asíncrono radica en que un motor sincrónico gira a una velocidad constante llamada sincrónica que es directamente proporcional a la frecuencia de la línea con que es alimentado y al número de pares de polos del motor. Un motor asincrónico gira a una velocidad un poco menor que la sincrónica debido a una característica de estos motores llamada resbalamiento o "deslizamiento", entre el rotor y el campo magnético giratorio del estator.

 Pueden ser Monofásicos y Trifásicos. Veamos los 2 tipos de Asíncronos.

 Motores Asíncronos Monofásicos: tenemos 3 tipos diferentes, de bobinado auxiliar, de espira en cortocircuito y universal. Recuerda necesitamos una ayuda para que el rotor comience a girar en el arranque, aunque luego pueda girar por si solo. Suelen tener un rotor de jaula de ardilla (ver más abajo rotor jaula de ardilla).

tipos de motores monofasicos

 - De Bobinado Auxiliar (de arranque) o Fase Partida: Se divide el bobinado en dos, uno principal que ocupa 2/3 del total del bobinado y otro auxiliar que ocupará 1/3. En serie con el auxiliar se coloca un condensador que desfasa 90º la fase por el devanado auxiliar y así poder conseguir un campo giratorio bifásico. Una vez arrancado se puede desconectar el condensador, normalmente al cabo de unos 3 segundos. Para estos casos lleva incorporado un interruptor centrífugo cuya función es la de desconectar el devanado auxiliar después del arranque del motor. Suelen tener 4 polos salientes en el estator, 2 polos del devanado principal y 2 polos del devanado auxiliar (el de arranque).

 - De Espira en Cortocircuito: Para potencias inferiores a 300w. Este motor puede arrancarse directamente por si mismo, lo que se consigue por el efecto que producen las llamadas espiras en cortocircuito. El sistema consiste en dividir los polos en dos partes desiguales y en una de ellas colocar una espira en cortocircuito (ver imagen más abajo).

 En cada polo se colocan la bobina polar que rodea al polo y una espira en cortocircuito que abarca parte del polo. Al conectarlo a la red, en la espira en cortocircuito aparece una corriente de elevada intensidad que crea un flujo propio, afectando solamente a la parte de polo abarcada por la espira. Este flujo se opone al flujo principal, quedando el flujo en la parte de la espira desfasada en retraso respecto al que atraviesa el resto del polo. Este sistema de dos flujos, aunque no perfectamente bifásico, es lo suficientemente eficaz para provocar la puesta en marcha del motor.

 Los Universales los veremos en el siguiente apartado, otros motores.

motores monofasicos

 Motores Asíncronos Trifásicos son los más utilizados en la industria y tenemos 2 tipos: De Rotor Bobinado y en Cortocircuito.

- De Rotor Bobinado: Las bobinas del rotor son similares a las del estator, bobinas normales y corrientes de cobre o aluminio y con el mismo número de fases, 3 para el trifásico.

- De Rotor en Cortocircuito o Jaula de Ardilla: Casi el 95% de los motores de inducción utilizados son de tipo jaula de ardilla. Este tipo de rotor consiste en un núcleo laminado cilíndrico con ranuras paralelas con los conductores del rotor, que no son cables, sino barras de cobre o aluminio. Las barras de conductores se insertan desde un extremo del rotor y una barra en cada ranura. Tiene unos anillos que están soldados o están reforzados eléctricamente o incluso atornillados en ambos extremos del rotor, manteniendo así la continuidad eléctrica. Estos anillos de los extremos están en cortocircuito y el conjunto parece una jaula para ardillas, de ahí su nombre.

 Para saber más sobre los motores trifásicos te recomendamos: Motor Trifasico.

motores asincronos trifasicos

Otros Tipos de Motores

 Hemos mencionado los motores eléctricos de mayor uso. Existen otros que son utilizados en casosespecializados o domésticos. Entre ellos conviene destacar los siguientes: El motor universal, el motor paso a paso y el servomotor.

otro tipo de motores

Motor Universal

 Tiene la forma de un motor de corriente continua en conexión serie. La principal diferencia es que es diseñado para funcionar con corriente alterna y con corriente continua. Se utiliza en los taladros, aspiradoras, licuadoras, lustradoras, etc. su eficiencia es baja (de orden del 51%), pero como se utilizan en maquinas de pequeña potencia esta ineficiencia no se considera importante.

Motor Paso a Paso

 Básicamente consiste en un motor que tiene como mínimo cuatro bobinas que al ser energizadas con corriente continua de acuerdo a una secuencia, origina el avance del eje de acuerdo a ángulos exactos (submúltiplos de 360). Estos motores son muy utilizados en impresoras, en disqueteras, el sistema de control de posición accionado digitalmente.

El Servomotor

 Es muy parecido al de paso a paso. Para saber más sobre este tipo de motor te recomiendo: Servomotores.

Tipos de Motores Eléctricos Más Utilizados

 Los motores trifásicos de inducción se alimentan directamente en corriente alterna, tienen buen rendimiento, alta estabilidad, fácil conexionado y gracias a la electrónica de potencia desarrollada actualmente se pueden realizar regulaciones de velocidad y accionamientos muy precisos. Son las más utilizados en la industria.

 En aplicaciones de refrigeración y climatización, estos motores se encargan del accionamiento de los compresores en los circuitos de fluido, tanto a nivel industrial y comercial (trifásicos), como doméstico (monofásicos).

 Los motores de corriente alterna síncronos debido a sus limitaciones en cuanto a regulación de velocidad, se utilizan solamente en aplicaciones industriales muy específicas. Una de ellas son las centrales hidráulicas de bombeo, en donde está máquina síncrona funciona alternativamente como generador y como motor.

 El resto de motores se utilizan en aplicaciones muy concretas y normalmente en bajas potencias.



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