¿Qué es un Motor eléctrico trifásico de inducción?

Un motor eléctrico trifásico de inducción es una máquina que transforma energía eléctrica en energía mecánica por medio de interacciones electromagnéticas. Son ampliamente utilizados en instalaciones industriales, comerciales y domésticas.

Los motores eléctricos trifásicos de inducción utilizan la corriente alterna para producir torsión en el eje del rotor, este es inducido por un fenómeno llamado inducción electromagnética por medio de las bobinas del estator; por lo tanto, un motor eléctrico trifásico de inducción no requiere una conmutación mecánica aparte de su misma excitación de la energía transferida del estator al rotor, como es el caso de los motores universales, motores DC y motores grandes síncronos.


El primer prototipo de motor eléctrico de inducción capaz de funcionar con corriente alterna fue desarrollado y construido por el ingeniero Nikola Tesla y presentado en el American Institute of Electrical Engineers (en español, Instituto Americano de Ingenieros Eléctricos, actualmente IEEE) en 1888.


El motor asíncrono trifásico está formado por un rotor, que puede ser de dos tipos: a) de jaula de ardilla; b) bobinado, y un estator, en el que se encuentran las bobinas inductoras.

Estas bobinas son trifásicas y están desfasadas entre sí 120º en el espacio. Según el teorema de Ferraris, cuando por estas bobinas circula un sistema de corrientes trifásicas equilibradas, cuyo desfase en el tiempo es también de 120º, se induce un campo magnético giratorio que envuelve al rotor. Este campo magnético variable va a inducir una tensión eléctrica en el rotor según la Ley de inducción de Faraday: La diferencia entre el motor eléctrico trifásico de inducción y el motor eléctrico universal es que en el motor eléctrico de inducción el devanado del rotor no está conectado al circuito de excitación del motor eléctrico, sino que está eléctricamente aislado, tiene barras de conducción en todo su largo, incrustadas en ranuras a distancias uniformes alrededor de la periferia.

Las barras están conectadas con anillos (en cortocircuito) a cada extremidad del rotor. Están soldadas a las extremidades de las barras. Este ensamble se parece a las jaulas rotativas para ejercitar a mascotas como el hámster y esa es la razón por lo que al rotor de un motor eléctrico trifásico de inducción se le llama "jaula de ardillas", de tal manera a los motores eléctricos de inducción se les llama motores eléctricos trifásicos de inducción jaula de ardilla.

Entonces se da el efecto Laplace o efecto motor: todo conductor por el que circula una corriente eléctrica, inmerso en un campo magnético experimenta una fuerza que lo tiende a poner en movimiento. Simultáneamente se da el efecto Faraday (ó efecto generador): en todo conductor que se mueva en el seno de un campo magnético se induce una tensión.
El campo magnético giratorio, generado por el bobinado del estator por medio de la corriente alterna, corta los conductores del rotor, por lo que se genera una fuerza magneto-motriz de inducción.

La acción mutua del campo giratorio y las corrientes existentes en los conductores del rotor, originan una fuerza electrodinámica sobre dichos conductores del rotor, las cuales hacen girar el rotor del motor eléctrico.

Constitución del motor eléctrico trifásico de inducción asíncrono

La parte fija del circuito magnético (estator) es un anillo cilíndrico de chapa magnética ajustado a la carcasa que lo envuelve. La carcasa tiene una función puramente protectora. En la parte interior del estator van dispuestos unas ranuras donde se coloca el bobinado (correspondiente a la potencia).


En el interior del estator va colocado el rotor, que es un cilindro de chapa magnética fijado al eje. En la periferia del estator van dispuestas unas ranuras en las que se coloca el bobinado correspondiente.


El entrehierro (el espacio de aire existente entre el estator y el rotor) de estos motores eléctricos es constante en toda su circunferencia y su valor debe ser el mínimo posible.

También existen motores eléctricos asíncronos monofásicos, en los cuales el estator tiene un devanado monofásico y el rotor es de jaula de ardilla. Son motores eléctricos de pequeña potencia y en ellos, en virtud del Teorema de Leblanc, el campo magnético es igual a la suma de dos campos giratorios iguales que rotan en sentidos opuestos. Estos motores eléctricos monofásicos no arrancan por sí solos, por lo cual se debe disponer algún medio auxiliar para el arranque, en los motores eléctricos de aplicación industrial se ocupan los capacitores de arranque, pero existen otros métodos.

Conceptos básicos de los motores eléctricos de inducción

La velocidad de rotación del campo magnético o velocidad de sincronismo está dada por:

nsicrona=120Hzp

Donde Hz es la frecuencia del sistema eléctrico y P es el número de pares de polos en el motor eléctrico de inducción, estando así la velocidad dada en revoluciones por minuto (rpm).

Polos RPM
2 polos 3500
4 polos 1750
6 polos 1200
8 polos 900

Funcionamiento

El motor eléctrico trifásico asincrónico funciona según el principio de inducción mutua de Faraday. Al aplicar corriente alterna trifásica a las bobinas inductoras, se produce un campo magnético giratorio, conocido como campo rotante, cuya frecuencia será igual a la de la frecuencia de la corriente alterna con la que se alimenta al motor eléctrico trifásico.

Este campo al girar alrededor del rotor en estado de reposo o en términos coloquiales con el motor eléctrico parado, inducirá corrientes en el mismo, que producirán a su vez un campo magnético que seguirá el movimiento del campo, produciendo de esta forma lo que se conoce como par motor eléctrico que hace que el rotor gire (principio de inducción mutua). No obstante, como la inducción en el rotor sólo se produce si hay una diferencia en las velocidades relativas del campo del estator y del rotor, la velocidad del rotor nunca alcanza a la del campo rotante. De lo contrario, si ambas velocidades fuesen iguales, no habría inducción y el rotor no produciría par. A esta diferencia de velocidad se la denomina "deslizamiento", razón por la cual a los motores eléctricos trifásicos de inducción se los denomina asincrónicos, ya que la velocidad del campo del rotor difiere de la del campo del estator.

El deslizamiento con la carga mecánica aplicada al rotor del motor eléctrico de inducción, es máximo con la máxima carga aplicada al mismo. Sin embargo, a pesar de esto, el motor eléctrico varía poco su velocidad, pero el par del motor eléctrico aumenta (y con ello la intensidad de corriente consumida) por lo que se puede deducir que son motores eléctricos de velocidad constante.

Eléctricamente hablando, se puede definir al motor eléctrico asincrónico como un Transformador eléctrico cuyos bobinados del estator representan el primario, y los devanados del rotor equivalen al secundario de un transformador en cortocircuito.

En el momento del arranque del motor eléctrico, producto del estado de reposo del rotor, la velocidad relativa entre campo del estator y del rotor es muy elevada. Por lo tanto, la corriente inducida en el rotor es muy alta y el flujo de rotor (que se opone siempre al del estator) es máximo. Como consecuencia, la impedancia del estator es muy baja y la corriente absorbida de la red es muy alta, pudiendo llegar a valores de hasta 7 veces la intensidad nominal.

  • IN = Intensidad nominal en el punto de trabajo
  • MA = Par de arranque
  • MB = Par de aceleración (MM > ML)
  • MK = Máximo valor del par
  • ML = Par de la carga
  • MM = Par del motor eléctrico
  • MN = Par nominal de la carga
  • n = Velocidad (valor actual)
  • nN = Velocidad nominal en el punto de trabajo
  • nS = Velocidad de sincronización
  • (nS - nN =Velocidad de deslizamiento)

Este valor no hace ningún daño al motor eléctrico de inducción ya que es transitorio, y el fuerte par de arranque hace que el rotor gire enseguida, pero causa bajones de tensión abruptos y momentáneos que se manifiestan sobre todo como parpadeo en las lámparas lo cual es molesto, y puede producir daños en equipos electrónicos sensibles. Los motores eléctricos de inducción están todos preparados para soportar esta corriente de arranque, pero repetidos y muy frecuentes arranques sin períodos de descanso pueden elevar progresivamente la temperatura del estator y comprometer la vida útil de los devanados del mismo hasta originar fallas por derretimiento del aislamiento. Por eso se utilizan en potencias medianas y grandes, dispositivos electrónicos de "arranque suave", que minimizan la corriente de arranque del motor eléctrico como inversores de frecuencia, arrancadores a tensión reducida tipo autotransformador o arrancadores suaves.

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