Un motor eléctrico es una máquina que, por intermedio de recursos electromagnéticos, transforma energía eléctrica en movimiento o trabajo mecánico.
Un motor eléctrico se caracteriza por estar formando por un número menor de piezas mecánicas en comparación con un motor de combustión interna, lo cual reduce la probabilidad de fallas. En relación con el cambio de estado, inicial o reposo a máximo funcionamiento, como así también, la variación de potencia presenta una mejor reacción frente a las variaciones.
El principio de funcionamiento de un motor eléctrico se explica en función de dos principios: el de inducción (Faraday, 1831) que establece que, si un conductor se mueve a través de un campo magnético o está situado en las proximidades de otro conductor por el que circula una corriente de intensidad variable, se induce una corriente eléctrica en el primer conductor. Y por el principio de Ampere (1820), quien demostró que si una corriente circula a través de un conductor, el cual se encuentra en el interior de un campo magnético, éste ejerce una fuerza mecánica o una fuerza electromotriz, sobre el conductor.
Existe un gran número de clases de motores eléctricos, de los cuales es posible destacar las formas de clasificación más frecuentes:
Según su carcasa:
- Abierta.
- A prueba de goteo (agua).
- A prueba de explosión.
- Cerrada.
- Sumergible. Según su ventilación:
- Ventilados.
- Autoventilados (presentan un ventilador en su rotor). Según su alimentación eléctrica:
- Corriente Continua o Directa: La corriente no varía con el tiempo.
- Corriente Alterna: La corriente varía en relación con el tiempo.
115 Según su número de fases en su alimentación:
- Monofásico:
Presentan devanado de arranque y devanado de trabajo. Inconvenientes relacionados con el arranque.
Tipos: rotor devanado, repulsión, jaula de ardilla, fase partida, fase partida con condensador, polo de sombra e histéresis.
- Bifásico:
Presentan, solamente, devanado de trabajo o régimen. Tipos: rotor devanado y jaula de ardilla.
- Trifásico:
Presentan, solamente, devanada de trabajo o régimen. Tipos: rotor devanado y jaula de ardilla.
Según su forma de sujeción:
- Brida frontal.
- Brida lateral.
Se distinguen, principalmente, tres tipos de motores eléctricos:
Motores de corriente continua o corriente directa: la conversión de energía en un motor eléctrico se debe a la interacción entre una corriente eléctrica y un campo magnético, el cual se forma entre dos polos opuestos de un imán, se trata de una región donde se ejerce una fuerza sobre determinados metales o sobre otros campos magnéticos. De esta manera, un motor eléctrico utiliza este tipo de fuerza para hacer girar un eje, transformándose, de esta manera, la energía eléctrica en movimiento mecánico.
Un motor eléctrico está formado, principalmente, por el rotor y el estator. El rotor es una pieza giratoria, un electroimán móvil, con varios salientes laterales, que llevan cada uno a su alrededor un bobinado, por el cual circula la corriente eléctrica. Ubicado alrededor del rotor, se localiza el estator, un electroimán fijo, cubierto por un aislante, y con salientes con bobinados eléctricos por los cuales pasa la corriente eléctrica.
Este tipo de motores se caracteriza por presentar el mismo número de polos y carbones en el estator como en el rotor. Los motores de corriente continua pueden ser: serie, paralelo o mixto.
Motores de corriente alterna: presentan una estructura similar a los motores de corriente continua, sin embargo, se diferencian en la fabricación de los bobinados y el conmutador del rotor. Según su alimentación se clasifican en: monofásico, bifásico o trifásica.
Motores universales: son aquellos motores que pueden ser alimentados con corriente continua o corriente alterna. Sus características principales no se modifican de manera significativa según si tipo de alimentación.
En corriente continua, se trata de un motor en serie normal. Mientras que, en corriente alterna se comporta como un motor en serie de corriente alterna. De esta manera, al invertir el sentido de la corriente, lo hace tanto en el inductor como en el inducido, con
116 lo que el par motor conserva su sentido. El valor de potencia disminuye en corriente alterna que en continua, asimismo la corriente está limitada por la impedancia que se forma por el inductor y la resistencia del bobinado. Razón por la cual se observa una caída de tensión por causa de la reactancia al funcionar con corriente alterna, además se observa un aumento de chispas en las escobillas, a causa de que las bobinas del inducido se encuentran atravesadas por un flujo alterno, cuando se ponen en cortocircuito por las escobillas, por lo cual se deben colocar un devanado compensador para contrarrestar la fuerza electromotriz inducida por ese motivo.
Los motores eléctricos están integrados por varios elementos, no obstante, las partes principales son:
Estator: constituido por un conjunto de láminas de acero al silicio, las cuales facilitan el flujo magnético a través de ellas. El estator corresponde a la base del motor y, si bien, no presenta movimiento mecánico, se mueve magnéticamente. Asimismo, la parte metálica del estator y de los devanados proporcionan los polos metálicos, los cuales son siempre pares, y es preciso un minino de dos polos para el funcionamiento del motor. Existen dos tipos de estatores: de polos saliente o rasurado.
Rotor: es el elemento de transferencia mecánica, responsable de la conversión de energía eléctrica a energía mecánica. Se trata de un conjunto de láminas de acero de silicio que forman un paquete, y pueden ser de tres tipos: ranurado, de polos salientes o jaula de ardilla.
Carcasa: parte que brinda protección y cubre al estator y al rotor, además, el material de fabricación del mismo depende, fundamentalmente, del tipo de motor, diseño y aplicación.
Base: se trata del componente que soporta toda la fuerza mecánica de operación del motor. Puede ser una base de tipo lateral o frontal.
Tapas: son los elementos que sostienen, generalmente, los rodamientos que soportan la acción del rotor.
Rodamientos: son utilizados para sostener y fijar los ejes mecánicos, reduciendo la fricción, disminuyendo el consumo de potencia.
Motores Eléctricos Brushed – Motores Eléctricos Brushless
Según la presencia o no de escobillas se distinguen dos clases de motores eléctricos: los motores eléctricos brushless o sin escobillas, conocidos como motores conmutados eléctricamente, y los motores eléctricos brushed o con escobillas.
Los motores brushed, que utilizan corriente continua, generan un campo electromagnético, el cual origina la atracción del lado opuesto del rotor, haciendo que se llegue a una posición en donde las escobillas cambian su polaridad, atrayendo nuevamente el rotor al otro lado opuesto, generando un movimiento continuo. Las escobillas conectadas a un colector presentan la corriente eléctrica necesaria para generar el cambio de velocidad. Por esta razón, se denominan motores conmutados mecánicamente.
No obstante, las escobillas se desgastan con el paso del tiempo, provocando rozamientos, entre el rotor y la carcasa del motor, y calentamientos en el motor, lo cual disminuye la vida útil del motor, y deben ser inspeccionadas regularmente y reemplazadas periódicamente. Asimismo, el contacto eléctrico entre las escobillas y las delgas del
117 conmutador no es ideal y se pueden producir chispas. En relación con la velocidad de giro del rotor, la misma está limitada por la necesidad de mantener un contacto adecuado entre las escobillas y las delgas del conmutador.
Por otra parte, los motores sin escobillas o brushless son máquinas eléctricas con imán permanente en el rotor y bobinas en el estator ( tres o un múltiplo de tres fases), alimentadas con un conjunto de tensiones polifásicas alternas (sinusoidales o trapezoidales), generadas por un circuito inversor controlado de forma que las características de operación de la maquina eléctrica emulen las de un motor DC convencional (motor DC con escobillas) en lo referente a las relaciones par/corriente y velocidad angular /voltaje. (Figura 6.29.)
A diferencia de los motores brushed, en los motores brushless el estator se encuentra en el devanado o bobinado, mientras que el rotor contiene la parte imantada. Los imanes de este tipo de motor pueden ser, generalmente, de neodimio cobalto o samario cobalto, sin embargo los más potentes son de neodimio-boro y hierro.
Figura 6. 29. Configuración interna motor DC sin escobillas o brushless.139