Saludos apreciados miembros de la gran familia Steem.
En esta oportunidad quiero hacer un pequeño reconocimiento a un gran genio, algunas veces poco reconocido, que dio al mundo grandes aportes, sin los cuales no serian posibles la mayoría de los avances tecnológicos del mundo en que vivimos. Esta publicación trata sobre una de las más usadas.
INTRODUCCIÓN
Es bien sabido que el padre de la AC (alternating current) es el gran e injustamente olvidado genio Nikola Tesla. Desde su llegada de Europa a los Estados Unidos se dedico a desarrollar todo tipo de aplicaciones prácticas para la corriente alterna, y una de las que más usamos hoy en día es el motor de inducción de AC. Los motores de inducción o asíncronos son un tipo de motor de AC cuyo primer prototipo funcional fue desarrollado, construido y presentado por Tesla en el año 1888 en el antiguo American Institute of Electrical Engineers, que hoy en día es el IEEE.
Una diferencia importante entre los motores de inducción AC y el motor universal DC/AC consiste en que en el motor de inducción el rotor no posee ningún devanado conectado con el resto del motor en lo absoluto, sino que más bien está aislado del circuito eléctrico del estator. Dicho rotor está compuesto bien sea por un embobinado cortocircuitado o por unas barras conductoras longitudinales que pueden ser de cobre o más comúnmente de aluminio, las cuales están empotradas en canales espaciadas a una distancia constante alrededor de la masa.
Por otro lado, este tipo de motores suelen llamarse Asíncronos debido la velocidad de giro del rotor nunca se sincroniza del todo con la del campo magnético como se explicara más adelante.
CONSTITUCIÓN DEL MOTOR ASÍNCRONO
La estructura básica de los motores de inducción está compuesta por:
Rotor: Que puede ser de dos tipos, bien sea Jaula de ardilla o tipo bobinado. Tiene forma de cilindro, construido de chapa magnética de alta calidad magnética, y en su centro está atravesado por el eje que sirve para conducir el movimiento giratorio y que a la vez mantiene al rotor en su posición con respecto al estator. Periféricamente se encuentran unas ranuras en las que se ubica el bobinado del rotor si es de este tipo o las barras conductoras cortocircuitadas si es de tipo jaula de ardilla.
El rotor de Jaula de Ardilla está constituido por una serie de barras conductoras generalmente hechas de aluminio, colocados paralelamente entre sí, alrededor de la periferia, y cortocircuitados en sus extremos por un par de anillos metálicos, uno a cada extremo. Este diseño es lo que la similitud a una jaula de ardillas. El espacio entre las barras de aluminio y los anillos se rellena con láminas de material ferromagnético apiladas.
El Rotor Bobinado está constituido, por una serie de conductores devanados sobre él en una serie de ranuras dispuestas alrededor de su periferia. Así se obtiene un bobinado en el interior del campo magnético del estator, con el mismo número de polos. El Rotor Bobinado es más complicado y por ende más costoso de fabricar y mantener que el de Jaula de Ardilla, pero posee la cualidad de poder colocar anillos que cortocircuitan los devanados en el exterior del motor, lo cual brindan la ventaja de utilizar un reóstatos de arranque para poder modificar la velocidad y par de arranque, y también controlar la corriente de arranque.
La separación entre el rotor y el estator en este tipo de motores es constante e invariable y debe ser la menor posible.
Estator: Constituye la parte fija del circuito electromagnético. Es una estructura compuesta por varias laminas metálicas de alta calidad magnética apiladas, envueltas por una carcasa protectora y es su interior posee una cavidad cilíndrica donde se moverá el rotor. En la parte interior de la estructura de láminas se encuentran unas ranuras donde se coloca el bobinado usualmente de alambre de cobre recubierto.
El Estator está conformado por las bobinas dé inducción. Dichas bobinas son trifásicas y están arrolladas de tal forma que quedan desfasadas entre sí 120º. Esto se debe a lo estipulado por el Teorema de Ferraris, el cual establece que cuando por ellas bobinas así dispuestas circulan corrientes trifásicas en equilibrio y cuyo desfase sea también de 120º, se produce un campo magnético rotativo que envuelve al rotor, también llamado efecto motor de Laplace, que estipula que al circular una corriente eléctrica por un conductor, y este se encuentre inmerso en un campo magnético, experimentará una fuerza que tiende a ponerlo en movimiento.
El campo magnético giratorio creado en el devanado del estator al estar en moviéndose en sincronismo, interactúa con los conductores del rotor, generando una fuerza de inducción. La acción mutua del campo magnético rotativo y las corrientes inducidas en los conductores del rotor, originan fuerzas de atracción-repulsión sobre los mencionados conductores del rotor, haciéndolo girar. La diferencia entre las velocidades del rotor y el campo magnético se denomina deslizamiento o resbalamiento.
FUNCIONAMIENTO
- Como ya se ha expuesto, el motor de AC asincrónico bajo los principios de inducción de Faraday. Al aplicar corriente alterna trifásica a las bobinas inductoras y producirse el campo magnético giratorio, su frecuencia será igual a la de la corriente alterna que se le este suministrando. Al girar alrededor del rotor inmóvil, este campo inducirá en él corrientes, que a su vez producirán un campo magnético que seguirá el movimiento del campo rotativo del estator, produciendo de esta forma un par motor que hace que el gire rotor.
- Debido a que la inducción en el rotor se produce solamente si existe una diferencia en las velocidades relativas del campo del estator y del rotor, la velocidad de éste nunca se sincroniza con la del campo rotativo. Por el contrario, si las dos velocidades llegaran a ser iguales, no habría inducción en el rotor y no se produciría par alguno. Esta diferencia entre velocidades, medida en forma porcentual se conoce como Deslizamiento, y es por este motivo que los motores de inducción se les llaman Asíncronos.
- El deslizamiento varía de acuerdo a la carga mecánica que se aplica al eje de trabajo del rotor, llegando a su pico con la máxima carga que se le imponga. Sin embargo, a pesar de esto, la velocidad del motor varía muy poco mientras que el par motor se incrementa y por consiguiente la intensidad de corriente consumida, es decir, su amperaje.
- Durante el arranque, estando el rotor inmóvil, la diferencia de velocidad relativa entre los campos magnéticos del estator y del rotor es alta, por lo cual la corriente inducida en el rotor es también alta y el flujo electromagnético del rotor, que siempre opone resistencia a la del estator esta al máximo. En resultado, la impedancia del estator baja y la corriente absorbida alta, llegando a valores varias veces mayores a la intensidad nominal.
- Este valor no representa peligro alguno para motor debido a que es momentáneo y suele durar solo unos instantes, y a la vez el gran par de arranque hace que el rotor gire de inmediato. A medida que el rotor gana velocidad, la corriente del mismo disminuye al igual que el flujo electromagnético también, y así mismo la impedancia de los bobinados del estator, llegando a estabilizarse en sus valores nominales.
- Como ya se acaba de mencionar, los motores de inducción están diseñados para manejar la alta intensidad de la corriente de arranque, pero arranques repetidos y frecuentes arranques pueden calentar progresivamente el estator y reducir la vida útil de su devanado, por esta razón se usan dispositivos electrónicos de arranque suave que reducen la corriente de arranque en los motores con potencias medianas y grandes.
VARIANTES
Cabe destacar que también existen motores asíncronos monofásicos. En estos casos el estator tiene un bobinado monofásico y el rotor es de tipo Jaula de Ardilla. Se caracterizan por ser motores de baja potencia, para aplicaciones de servicio ligero. Su principio de funcionamiento esta también basado en el Teorema de Leblanc, su campo magnético es igual a la sumatoria de dos campos magnéticos rotativos de igual magnitud que giran en sentidos opuestos. Los motores monofásicos no arrancan por sí solos, por lo que siempre disponen de un modo auxiliar para su arranque, bien sea Bobinado de Fase Partida, Polo Partido Resistencia o Condensador, entre otros.
VENTAJAS
1. La principal ventaja de los motores de corriente alterna es su robustez implícita en su propio diseño, lo cual los hace ideal para el uso continuo y para aplicaciones de servicio pesado.
2. Otra cualidad de todos los motores de jaula de ardilla, particularmente en aplicaciones de cercanas a equipos de radiocomunicaciones es la falta de colector o de anillos colectores y escobillas de carbones, lo cual asegura un funcionamiento libre de interferencias, así mismo también su funcionamiento es muy silencioso.
3. El mantenimiento de estos motores resulta mas fácil fácil debido un menor número de componentes.
OPINIÓN
En resumen, son claras las ventajas que han hecho de esta clase de extraordinarios motores eléctricos, ideados originalmente por el gran e injustamente poco mencionado Nikola Tesla, ventajas que han hecho que sean aplicables prácticamente a cualquier uso donde se necesite una fuerza motriz confiable y resistente.