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¿Qué es y cómo funciona un motor asíncotro trifásico? Campo magnético giratorio. Animación 3D
¿Qué es y cómo funciona un motor asíncotro trifásico? Campo magnético giratorio. Animación 3D
El motor asíncrono trifásico, o motor de inducción, es un motor eléctrico de corriente alterna cuya velocidad angular del rotor es inferior a la velocidad de rotación del campo magnético generado por los devanados del estátor.
Ya por el año 1885 el inventor italiano Galileo Ferraris demostró que dos bobinas fijas, ortogonales, y recorridas por corriente alterna con la misma frecuencia y desfasadas de 90 grados, generaban un campo magnético giratorio. Llegó incluso a publicar los resultados de sus experimentos en 1888.
Pese a ello, fue en el otoño de 1887 cuando el físico serbio Nikola Tesla cursó la petición de patente después de centrarse intensamente en la labor de ingeniería en el motor de inducción.
Podemos considerar el motor asíncrono trifásico, una de las máquinas eléctricas más fiables, puesto que llevan desempeñando su función desde hace muchos años, cada vez con menos trabajos de mantenimiento.
En el catálogo de JAES encontrarán una amplia variedad de motores asíncronos.
Hoy día, cerca del 90% de los motores industriales está formado por motores asíncronos.
Sin embargo, intentemos ver en detalle el mecanismo de funcionamiento interno de estos motores.
Son dos las partes principales que forman un motor de inducción: el estátor y el rotor. El estátor es básicamente un devanado de tres bobinas alimentado por corriente alterna trifásica. Cada uno de los devanados pasa a través de las ranuras del estátor, estas ranuras toman forma apilando finas láminas de acero de alta permeabilidad magnética en el interior de una estructura de acero o de arrabio.
La circulación de la corriente trifásica a través de estos devanados ocasiona la formación de aquello que en su día ya descubrió Galileo Ferraris en el año 1885, es decir un campo magnético giratorio.
Precisamente, este campo magnético giratorio (acrónimo del inglés RMF-Rotating Magnetic Field) es lo que causa la rotación del motor.
Para lograr entender cómo se genera el campo magnético giratorio y sus propiedades, tomemos por ejemplo una versión simplificada de un devanado del estátor.
Este devanado está formado por tres bobinas, colocadas en un ángulo de 120 grados la una de la otra.
Un cable largo por donde se desplaza la corriente eléctrica genera un campo magnético a su alrededor.
Cuando se emplea una potencia trifásica a una distribución semejante de bobinas, se generará el campo magnético en un momento preciso, tal y como os mostramos.
Tal y como podéis observar, si seguimos las variaciones de la corriente alterna, el campo magnético adoptará distintas orientaciones y formas.
Si nos ponemos a comparar estos tres resultados, podremos constatar que parecería como si representaran la secuencia de giro de un campo magnético uniforme.
Conocemos la velocidad de giro del campo magnético con el nombre de “velocidad de sincronismo”.
Ahora, supongamos que introducimos un conductor cerrado dentro de un campo magnético giratorio. Según la ley de Faraday, como que tenemos un campo electromagnético variable en un circuito cerrado, a raíz de esto se producirá una corriente inducida en el conductor.
Entonces, podemos esgrimir que el campo magnético giratorio ocasionará una corriente en el circuito cerrado.
Así pues, la coyuntura que obtendremos es un anillo sujeto a corriente inducida ubicada en el campo magnético.
Tal y como pudimos observar en nuestro experimento sobre la demonstración de la Fuerza de Lorentz, el hilo de estaño recorrido por corriente eléctrica, e inmerso dentro de un campo magnético, sufría una fuerza perpendicular al movimiento de las cargas, que lo hacían girar. También en este caso se producirá una fuerza electromagnética en el anillo, y entonces, el rotor que está conectado a este anillo empezará a girar.
Este mismo fenómeno tiene lugar también en el interior de un motor de inducción. En este caso, en lugar de un simple circuito cerrado, aquí se emplea un rotor de jaula de ardilla.
En este caso, la corriente alterna trifásica que pasa a través del estátor también producirá un campo magnético giratorio. Tal y como hemos visto en el caso anterior, se inducirá corriente en las barras de la jaula de ardilla, que, al estar en cortocircuito con los anillos de los extremos, con ello permitirá la rotación del rotor.
Ya por el año 1885 el inventor italiano Galileo Ferraris demostró que dos bobinas fijas, ortogonales, y recorridas por corriente alterna con la misma frecuencia y desfasadas de 90 grados, generaban un campo magnético giratorio. Llegó incluso a publicar los resultados de sus experimentos en 1888.
Pese a ello, fue en el otoño de 1887 cuando el físico serbio Nikola Tesla cursó la petición de patente después de centrarse intensamente en la labor de ingeniería en el motor de inducción.
Podemos considerar el motor asíncrono trifásico, una de las máquinas eléctricas más fiables, puesto que llevan desempeñando su función desde hace muchos años, cada vez con menos trabajos de mantenimiento.
En el catálogo de JAES encontrarán una amplia variedad de motores asíncronos.
Hoy día, cerca del 90% de los motores industriales está formado por motores asíncronos.
Sin embargo, intentemos ver en detalle el mecanismo de funcionamiento interno de estos motores.
Son dos las partes principales que forman un motor de inducción: el estátor y el rotor. El estátor es básicamente un devanado de tres bobinas alimentado por corriente alterna trifásica. Cada uno de los devanados pasa a través de las ranuras del estátor, estas ranuras toman forma apilando finas láminas de acero de alta permeabilidad magnética en el interior de una estructura de acero o de arrabio.
La circulación de la corriente trifásica a través de estos devanados ocasiona la formación de aquello que en su día ya descubrió Galileo Ferraris en el año 1885, es decir un campo magnético giratorio.
Precisamente, este campo magnético giratorio (acrónimo del inglés RMF-Rotating Magnetic Field) es lo que causa la rotación del motor.
Para lograr entender cómo se genera el campo magnético giratorio y sus propiedades, tomemos por ejemplo una versión simplificada de un devanado del estátor.
Este devanado está formado por tres bobinas, colocadas en un ángulo de 120 grados la una de la otra.
Un cable largo por donde se desplaza la corriente eléctrica genera un campo magnético a su alrededor.
Cuando se emplea una potencia trifásica a una distribución semejante de bobinas, se generará el campo magnético en un momento preciso, tal y como os mostramos.
Tal y como podéis observar, si seguimos las variaciones de la corriente alterna, el campo magnético adoptará distintas orientaciones y formas.
Si nos ponemos a comparar estos tres resultados, podremos constatar que parecería como si representaran la secuencia de giro de un campo magnético uniforme.
Conocemos la velocidad de giro del campo magnético con el nombre de “velocidad de sincronismo”.
Ahora, supongamos que introducimos un conductor cerrado dentro de un campo magnético giratorio. Según la ley de Faraday, como que tenemos un campo electromagnético variable en un circuito cerrado, a raíz de esto se producirá una corriente inducida en el conductor.
Entonces, podemos esgrimir que el campo magnético giratorio ocasionará una corriente en el circuito cerrado.
Así pues, la coyuntura que obtendremos es un anillo sujeto a corriente inducida ubicada en el campo magnético.
Tal y como pudimos observar en nuestro experimento sobre la demonstración de la Fuerza de Lorentz, el hilo de estaño recorrido por corriente eléctrica, e inmerso dentro de un campo magnético, sufría una fuerza perpendicular al movimiento de las cargas, que lo hacían girar. También en este caso se producirá una fuerza electromagnética en el anillo, y entonces, el rotor que está conectado a este anillo empezará a girar.
Este mismo fenómeno tiene lugar también en el interior de un motor de inducción. En este caso, en lugar de un simple circuito cerrado, aquí se emplea un rotor de jaula de ardilla.
En este caso, la corriente alterna trifásica que pasa a través del estátor también producirá un campo magnético giratorio. Tal y como hemos visto en el caso anterior, se inducirá corriente en las barras de la jaula de ardilla, que, al estar en cortocircuito con los anillos de los extremos, con ello permitirá la rotación del rotor.
Esta es la razón por la cual llamamos a este motor “Motor de inducción”.
Se induce electricidad en el rotor gracias a la inducción electromagnética, y no mediante una conexión eléctrica directa.
Con tal de favorecer tal inducción electromagnética, se encierra en el interior del roto diferentes capas de láminas de hierro. Estas finas láminas de material ferromagnético propician la inducción magnética al mismo tiempo que reducen al mínimo las corrientes parásitas.
Podemos deducir que el motor de inducción tiene una gran ventaja: es por naturaleza auto arrancable. Es decir, al variar su velocidad, de manera automática y espontánea desarrolla un par motor que es capaz de contrarrestar el par resistente aplicado al eje motor, así pues, asegurando un funcionamiento estable.
En esta animación podemos observar que tanto el campo magnético como el rotor están girando, sin embargo, ¿a qué velocidad girará el rotor?
Para conseguir una respuesta a esta pregunta, deberíamos tener en consideración varios casos:
Veamos el caso en que la velocidad del rotor sea igual a la del campo magnético. Dado que tanto el campo magnético como las láminas giran a la misma velocidad, el campo magnético no resultará jamás seccionado por las láminas, y en consecuencia la fuerza de Lorentz será nula.
Todo ello se traduce en un par motor nulo en la barra del rotor, y una gradual ralentización del motor. A medida que vaya más despacio, las láminas irán seccionando el campo magnético, y con ello la corriente y la fuerza inducida aumentarán de nuevo. Por consiguiente, el rotor aumentará de velocidad.
En resumen, el rotor no podrá jamás alcanzar la velocidad del campo magnético. Éste gira a una velocidad particular ligeramente más baja a la velocidad síncrona.
La diferencia entre la velocidad síncrona y la del rotor se conoce como: Velocidad de deslizamiento.
Con todo ello, podemos entender el por qué los motores de inducción son tan frecuentes tanto en el sector industrial como en ámbito doméstico.
A su vez, podemos constatar que los motores de inducción no tienen magnetos permanentes. No tienen ni tan solo escobillas, anillos de conmutación o sensores de posición, a diferencia de otros tipos de máquinas eléctricas. Los motores de inducción son completamente autónomos.
La principal ventaja que presentan, es que podemos regular fácilmente su velocidad, al controlar la frecuencia de la potencia de alimentación.
Para poder explicarlo mejor, tengamos en cuenta de nuevo la versión simplificada de un devanado de estátor.
Ya aprendimos que el campo magnético giratorio se genera a causa de la tensión trifásica de entrada.
Entonces, queda claro que la velocidad del campo magnético giratorio resulta proporcional a la frecuencia de alimentación eléctrica.
Dado que el rotor constantemente intenta alinearse al campo magnético, la velocidad del rotor también será proporcional a la frecuencia de la tensión alterna.
Por lo tanto, al utilizar un convertidor de frecuencia, resultará mucho más fácil controlar la velocidad del motor de inducción.
Estas mismas propiedades del motor de inducción lo hacen idóneo para ser usado en distintos sectores industriales, como, por ejemplo, la industria alimenticia, la química, la metalúrgica, también en instalaciones para el tratamiento de aguas, o instalaciones mineras.
Puede ser utilizado en sistemas de elevación como ascensores o montacargas, en sistemas de transporte como cintas transportadoras, y también en coches eléctricos.
Los motores de inducción disponen, de hecho, de una banda ancha de alta velocidad de funcionamiento, es por ello que los coches eléctricos pueden marchar con transmisión de una velocidad.
Otra característica interesante del motor de inducción, es que puede funcionar como generador cuando su rotor gira de forma pasiva. Sin embargo, en este caso, resulta necesario tener certeza que la velocidad del campo magnético giratorio es sin duda inferior a la velocidad del rotor.
Si este video te ha resultado útil, rogamos no te olvides de dejar un me gusta y un comentario. Además, agradeceríamos si se subscribiera a nuestro canal para estar siempre al corriente de nuestros futuros proyectos. Para más información, visite nuestra página web www.jaescompany.com. Muchas Gracias.
Se induce electricidad en el rotor gracias a la inducción electromagnética, y no mediante una conexión eléctrica directa.
Con tal de favorecer tal inducción electromagnética, se encierra en el interior del roto diferentes capas de láminas de hierro. Estas finas láminas de material ferromagnético propician la inducción magnética al mismo tiempo que reducen al mínimo las corrientes parásitas.
Podemos deducir que el motor de inducción tiene una gran ventaja: es por naturaleza auto arrancable. Es decir, al variar su velocidad, de manera automática y espontánea desarrolla un par motor que es capaz de contrarrestar el par resistente aplicado al eje motor, así pues, asegurando un funcionamiento estable.
En esta animación podemos observar que tanto el campo magnético como el rotor están girando, sin embargo, ¿a qué velocidad girará el rotor?
Para conseguir una respuesta a esta pregunta, deberíamos tener en consideración varios casos:
Veamos el caso en que la velocidad del rotor sea igual a la del campo magnético. Dado que tanto el campo magnético como las láminas giran a la misma velocidad, el campo magnético no resultará jamás seccionado por las láminas, y en consecuencia la fuerza de Lorentz será nula.
Todo ello se traduce en un par motor nulo en la barra del rotor, y una gradual ralentización del motor. A medida que vaya más despacio, las láminas irán seccionando el campo magnético, y con ello la corriente y la fuerza inducida aumentarán de nuevo. Por consiguiente, el rotor aumentará de velocidad.
En resumen, el rotor no podrá jamás alcanzar la velocidad del campo magnético. Éste gira a una velocidad particular ligeramente más baja a la velocidad síncrona.
La diferencia entre la velocidad síncrona y la del rotor se conoce como: Velocidad de deslizamiento.
Con todo ello, podemos entender el por qué los motores de inducción son tan frecuentes tanto en el sector industrial como en ámbito doméstico.
A su vez, podemos constatar que los motores de inducción no tienen magnetos permanentes. No tienen ni tan solo escobillas, anillos de conmutación o sensores de posición, a diferencia de otros tipos de máquinas eléctricas. Los motores de inducción son completamente autónomos.
La principal ventaja que presentan, es que podemos regular fácilmente su velocidad, al controlar la frecuencia de la potencia de alimentación.
Para poder explicarlo mejor, tengamos en cuenta de nuevo la versión simplificada de un devanado de estátor.
Ya aprendimos que el campo magnético giratorio se genera a causa de la tensión trifásica de entrada.
Entonces, queda claro que la velocidad del campo magnético giratorio resulta proporcional a la frecuencia de alimentación eléctrica.
Dado que el rotor constantemente intenta alinearse al campo magnético, la velocidad del rotor también será proporcional a la frecuencia de la tensión alterna.
Por lo tanto, al utilizar un convertidor de frecuencia, resultará mucho más fácil controlar la velocidad del motor de inducción.
Estas mismas propiedades del motor de inducción lo hacen idóneo para ser usado en distintos sectores industriales, como, por ejemplo, la industria alimenticia, la química, la metalúrgica, también en instalaciones para el tratamiento de aguas, o instalaciones mineras.
Puede ser utilizado en sistemas de elevación como ascensores o montacargas, en sistemas de transporte como cintas transportadoras, y también en coches eléctricos.
Los motores de inducción disponen, de hecho, de una banda ancha de alta velocidad de funcionamiento, es por ello que los coches eléctricos pueden marchar con transmisión de una velocidad.
Otra característica interesante del motor de inducción, es que puede funcionar como generador cuando su rotor gira de forma pasiva. Sin embargo, en este caso, resulta necesario tener certeza que la velocidad del campo magnético giratorio es sin duda inferior a la velocidad del rotor.
Si este video te ha resultado útil, rogamos no te olvides de dejar un me gusta y un comentario. Además, agradeceríamos si se subscribiera a nuestro canal para estar siempre al corriente de nuestros futuros proyectos. Para más información, visite nuestra página web www.jaescompany.com. Muchas Gracias.