¿Qué es un Motor de Corriente Alterna?
Los motores de CA son motores eléctricos que funcionan con corriente alterna. CA significa corriente alterna, que es una corriente con una frecuencia que cambia entre positivo y negativo a lo largo del tiempo.
Una fuente de alimentación que produce este tipo de corriente se denomina fuente de alimentación de corriente alterna (fuente de alimentación de CA). Los motores de corriente alterna se componen principalmente de un estator y un rotor.
- Estator: bobina enrollada en una placa de acero electromagnética.
- Rotor: núcleo del rotor de chapa de acero electromagnética con un conductor en forma de jaula de aluminio y bobinas enrolladas.
Los motores eléctricos accionados por una fuente de alimentación de corriente continua se denominan motores de corriente continua o motores CC (en inglés: direct current motor).
Usos de los Motores de CA
Los motores CA se utilizan para hacer girar equipos como bombas y cintas transportadoras, rodillos y ventiladores para el transporte en fábricas. Se utilizan conectando el equipo que va a girar y el eje de salida del rotor con un dispositivo llamado acoplamiento.
Los motores de CA se utilizan mucho porque son más fáciles de mantener que los motores de CC, que funcionan con una fuente de alimentación de CC y no tienen escobillas que se desgasten.
En un principio, se consideraba que los motores de CC eran más fáciles de manejar para el funcionamiento con control de velocidad, pero ahora que los motores de CA también pueden tener control de velocidad en general, se utilizan cada vez más.
Principio de los Motores de CA
En los motores de CA, una fuente de alimentación de CA trifásica, desfasada 120°, se alimenta a las bobinas del estator, y la corriente que fluye por las bobinas hace que las placas de acero electromagnéticas se conviertan en electroimanes, formando un campo magnético en el motor (la polaridad de los electroimanes viene determinada por la ley de la rosca derecha).
Como la alimentación de corriente alterna se desfasa con el tiempo, la dirección del campo magnético gira con el tiempo.
El principio de la generación del campo magnético giratorio, puede verse que, al cambiar las fases U, V y W de la alimentación trifásica de CA, cambia la dirección del campo magnético del estator, el campo magnético giratorio gira en sentido opuesto a las manecillas del reloj.
El campo magnético giratorio produce corrientes de Foucault en el rotor, y las corrientes de Foucault y el campo magnético generan una fuerza de rotación que hace girar el rotor. El sentido de la fuerza de rotación viene determinado por la regla de Fleming de la mano izquierda. Este principio de rotación es el mismo que el del disco de Arago.
El número de polos del estator se denomina número de polos, por ejemplo, 2 o 4 polos. La velocidad del campo magnético giratorio Ns viene determinada por el número de polos p y la frecuencia f de la alimentación y puede calcularse como Ns = 120 f/p.
La velocidad N del rotor depende del tipo de motor de CA descrito a continuación, pero los motores de inducción giran a una velocidad ligeramente inferior a la del campo magnético giratorio. La diferencia de velocidad entre el campo magnético giratorio y el rotor se expresa como N=120f(1-s)/p utilizando el parámetro s, que se denomina “deslizamiento”.
Tipo de Motor de CA
Los motores de CA se clasifican. A grandes rasgos, se dividen en motores síncronos y motores de inducción, pero también pueden clasificarse según el tipo de fuente de alimentación de CA.
- Motores de CA Monofásicos
Estos motores se alimentan con corriente alterna de 100 V, tal como se distribuye en los hogares. Los motores utilizados en los electrodomésticos, como los motores de las lavadoras, se clasifican en esta categoría. - Motores Trifásicos de CA
Los motores para bombas y cintas transportadoras que funcionan con una fuente de alimentación trifásica, como los que se distribuyen a las fábricas, están en esta categoría. En Japón, la corriente alterna de 200 V es el tipo principal.
Los motores de CA también pueden funcionar con corriente continua. En este caso, se utiliza conjuntamente un inversor que convierte la CC en CA trifásica.
1. Motor Síncrono
Los motores síncronos son motores en los que no hay deslizamiento (sincronización) entre el campo magnético giratorio y el rotor. La velocidad de rotación viene determinada por el número de polos del motor y la frecuencia de la fuente de alimentación.
Los motores síncronos se dividen en varios tipos según la construcción del rotor, pero aquí se explica el tipo de imán permanente, que se utiliza con relativa frecuencia.
Los motores síncronos de imanes permanentes tienen imanes en el núcleo del rotor y giran cuando el campo magnético de los imanes se sincroniza con el campo magnético rotativo de la fuente de alimentación.
Los imanes fijados a la superficie del núcleo del rotor se denominan imanes permanentes de superficie (SPM), mientras que los que están incrustados en el interior del núcleo del rotor se denominan imanes permanentes interiores (IPM).
2. Motores de Inducción
Los motores de inducción también se denominan motores de inducción o motores asíncronos. Los motores de inducción se caracterizan por una velocidad del rotor ligeramente inferior a la de los motores síncronos (la velocidad de la fuente de alimentación y la velocidad del rotor son asíncronas).
Los motores de inducción se construyen generalmente con aluminio u otros conductores en forma de jaula. El campo magnético giratorio de la fuente de alimentación de CA genera una corriente inducida en el conductor en forma de jaula basada en el principio de inducción electromagnética, y la ley de Fleming establece que se genera una fuerza por la acción de la corriente y el campo magnético. Esta fuerza hace girar el motor de CA y mueve la máquina conectada al eje de salida.