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Motores de corriente alterna

En el post anterior me centré en hacer notar la diferencia entre los motores de corriente continua y los motores de indución de corriente alterna, siendo los segundos los que en la actualidad gozan de más popularidad, debido a facilidad de fabricación y mantenimiento y su reducido precio comparado con los motores de continua.

Esta vez, mi intención es centrarme en los  varios tipos de motores de corriente alterna.

No es mi intención dedicar un post a cada motor, puesto que en la web existen multitud de páginas con explicaciones a ‘todo color’.  Pero sí que creo interesante destacar las características principales de cada uno.

Todos los motores trifásicos, tienen en común la existencia de un campo magnético giratorio en el estator, creado por la superposición de tres fases U,V,W. 

  • Motor asíncrono, también llamado de induccíón: Es el  más popular de todos los motores de corriente alterna, cuando hablamos de motor de ‘alterna’ por abuso de lenguaje.. en realidad.. acostumbramos a referirnos al motor trifásico asíncrono (o de inducción).

            ¿Por qué se denomina de inducción?  pues precisamente porque el campo magnético del rotor está sostenido por la corriente inducida en el rotor por el campo magnético variable del estator al traspasar el  ’bobinado’ del rotor.  Dicho así… parece un trabalenguas… pero…  esa es la genialidad del motor asíncrono y lo que lo hace tan interesante :  No necesita alimentar el rotor (a diferencia del motor de continua), las corrientes del rotor son… ‘inducidas’.

File:AC motor.jpg

  • Motor de imanes permanentes: Este tipo de motores, a diferencia del motor de inducción… no induce ningún campo magnético en el rotor… no lo necesita.. puesto que el rotor en si mismo es capaz de generar un campo magnético muy potente de forma natural, para ello se utilizan tierras raras.  Por la naturaleza del campo, y razones constructivas, inercia, etc… estos motores tienen unas propiedades dinámicas muy superiores a los de un motor de inducción, cuando hablamos de servo motores, en realidad acostumbramos a referirnos  a  un motores asíncronos de imanes permanentes. Este tipo de motor, al no tener campos eléctricos en su rotor no tiene los mismos problemas de disipación térmica de su homólogo de inducción, por lo que para un mismo par motor su tamaño es mucho más reducido.

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              ¿Porqué no utilizar exclusivamente motores de imanes permanentes?

              Existen varios motivos…, pero tal vez el más importante… sea el económico…, las tierras raras… son en realidad tierras ‘caras’ … y la electrónica necesaria para sacar partido a este tipo de motor es también más potente.

 Podríamos concluir decir  que:

Motor asíncrono Control de Par Control de Velocidad Control de Posición Precio
Inducción Aceptable* Aceptable Aceptable** Bajo
Imanes permanentes Excelente Excelente Excelente Elevado
*Requiere Control Vectorial.
**Requiere encoder

Motores eléctricos: ¿A.C. / D.C. ?

Para poder hablar de control de movimiento, tal vez sería necesario dedicar un cierto tiempo al elemento (actuador) que convertirá la energía eléctrica en mecánica.

Vivimos rodeados de motores eléctricos: el pequeño motor que hace girar un disco duro, el motor que hace mover el ascensor, el del cepillo de dientes, el de la estación de bombeo, en fabricas, en entrenes, en hospitales,.. Aproximadamente un 70% de la energía eléctrica se utiliza para alimentar motores…estamos rodeados!

Por su construcción, su aplicación y su tecnología existen una infinidad de motores distintos y, no todos ellos rotativos!

Pese a que hoy en día, cuando hablamos de motores, casi siempre pensamos en motores de corriente alterna, durante muchos años los motores de corriente continua tuvieron un papel importantísimo, porque pese a su precio, (por su complejidad mecánica y mantenimiento), eran sin duda mucho más fáciles de controlar que sus ‘hermanos’ de corriente alterna.

Corriente continua o  alterna?

Hoy en día… parece una pregunta un tanto… fuera de lugar…, puesto que los sistemas de distribución convencionales son todos de alterna ( más eficiente para el transporte de potencia), pero… en sus orígenes hubo una gran rivalidad, entre los defensores de la corriente continua (Thomas A. Edison) y los que preferían la  corriente alterna (Nikola  Tesla). 

 Sobre  Edison… ¿qué decir…? uno de los inventores más prolíficos y con mayor visión comercial de la Historia y, al que sinceramente le debemos infinidad de artículos. 

El segundo, Tesla, … bueno… hemos de suponer que alguna cosa hizo… puesto la unidad  de medida del campo magnético lleva su nombre.

Nikola Tesla es, en mi opinión merecedor del nombre de  una calle  en cada ciudad! . Tesla, no sólo hizo investigaciones ‘alucinantes’ para su época en el campo del electromagnetismo, sino que… fue el gran precursor de los sistemas de transmisión polifásicos (trifásico, el más común) y a su vez, precursor de los motores de corriente alterna.

Ni que decir cabe… que… Tesla y Edison fueron rivales, llegando incluso a la enemistad personal.

Sin Tesla… nuestro mundo sería muy diferente… y es de Justicia reivindicar la figura de Tesla como uno de los padres de la electrotecnia.

¿Motores de alterna o motores de continua?

¿Qué nos interesa de un motor?

Normalmente, nos interesan dos magnitudes: Velocidad (rpm)  y Par motor (N.m).

¿Y… de qué dependen Velocidad y Par ?

El Par motor, es fuerza bruta… a más amperios… más par…, por tanto simplemente necesito ser capaz de regular los amperios para obtener más o menos par (fuerza).

¿Y…La Velocidad de un motor de qué depende?

Pues para poder contestar a esta pregunta… se debería indicar  si se trata de un motor de corriente continua o de corriente alterna.

En un motor de corriente continua, a más voltios.. más rpm!  pero… en un motor de corriente alterna  más voltios… no necariamente se traduce en más velocidad, puesto que la velocidad de un motor de corriente alterna depende de su construcción (pares de polos) y  la frecuencia de excitación  estatórica, típicamente   50 Hz ó 60 Hz.

La velocidad de un motor asíncrono (o de inducción) depende básicamente de la frecuencia de alterna aplicada en su estator. 

Controlar Voltaje vs. Controlar Frecuencia

Antiguamente Resultaba mucho más sencillo controlar el voltaje que modificar la frecuencia de exitación de un motor.  Es por esto… que durante décadas, los motores de corriente continua se han utilizado en aplicaciones en las que se requería velocidad variable, ya que con motores de alterna, que trabajan a la frecuncia de la red, era necesario la utilización de elementos mecánicos, conos diferenciales, cintas,  y transmisiones más o menos complejas… toda una fuente de problemas..

Un motor de continua, es constructivamente más costoso y complicado que el de alterna y, para colmo requiere mucho más mantenimiento : las escobillas del rotor, la conmutación,…

Un motor asíncrono de corriente alterna, (de inducción)  es constructivamente mucho más sencillo y económico, Además  al carecer de escobillas y elementos mecánicos para la conmutación, tiene un mantenimiento mucho más sencillo, lo que… si somos capaces de controlar su frecuencia… este debería ser nuestro motor favorito!

Y…¿Cómo se pude controlar la frecuencia? …con un Variador de Frecuencia ! (que nombre tan original!)

Resumiendo:

  • Existen motores de Corriente Alterna y Corriente continua.
  • El motor de inducción es el favorito, por su bajo coste y su mínimo mantenimiento.
  • La velocidad del motor de inducción depende de la frecuancia de excitación y, por suerte existe un aparato que permite regular esta frecuencia.
  • El par motor del motor de inducción depende de los amperios suministrados al motor, aunque… se debería matizar… que no todos los amperios se dedican a generación de par…