Motores eléctricos de CA: piezas, tipos, cableado y cómo funcionan

como un Motor de CA obras

Un motor de CA convierte la energía eléctrica de corriente alterna en energía rotacional mecánica mediante el principio de inducción electromagnética. Cuando se aplica voltaje de suministro de CA a los devanados del estator, se genera un campo magnético giratorio (RMF). La velocidad a la que gira este campo se llama velocidad sincrónica , determinado por la frecuencia de suministro y el número de pares de polos magnéticos en el estator: Ns = 120f/P , donde f es la frecuencia de suministro en Hz y P es el número de polos.

En un motor de inducción, el tipo de motor de CA más común, el campo magnético giratorio atraviesa los conductores del rotor e induce una corriente dentro de ellos según la ley de Faraday. Esa corriente inducida produce su propio campo magnético, y la interacción entre el campo del rotor y el campo giratorio del estator genera un par que hace girar el rotor. El rotor siempre gira ligeramente más lento que la velocidad sincrónica; esta diferencia de velocidad se llama resbalón , normalmente del 2 al 8% en motores de inducción estándar. Sin deslizamiento, no existe movimiento relativo entre los conductores del campo y del rotor, no se induce corriente y no se produce par.

En los motores de CA síncronos, el rotor es excitado por un campo de CC o utiliza imanes permanentes, bloqueándolo para que gire a una velocidad exactamente sincrónica con deslizamiento cero. Esto hace que los motores síncronos sean la opción preferida cuando el funcionamiento preciso a velocidad constante es fundamental, como en mecanismos de reloj, cierta maquinaria textil y variadores de velocidad de alta eficiencia.

Partes de un motor de CA

Comprender la arquitectura interna de un motor de CA ayuda a especificar la unidad adecuada, diagnosticar fallas y planificar intervalos de mantenimiento. Los componentes principales son:

• Estator: El conjunto exterior estacionario que alberga el núcleo de hierro laminado y los devanados de cobre. El núcleo del estator está construido a partir de finas laminaciones de acero al silicio apiladas para minimizar las pérdidas por corrientes parásitas. Los devanados se enrollan en ranuras en el núcleo y se conectan al suministro de CA.
• Rotor: El conjunto interior giratorio está montado en el eje de salida. En los motores de inducción de jaula de ardilla, el rotor consta de barras conductoras de aluminio o cobre cortocircuitadas en cada extremo por anillos terminales. En los motores de rotor bobinado, el rotor lleva devanados trifásicos conectados a resistencias externas mediante anillos colectores.
• Eje de salida: El eje de acero sólido que transfiere el par mecánico a la carga impulsada. El diámetro del eje y las dimensiones del chavetero están estandarizados según las especificaciones de tamaño de bastidor IEC o NEMA.
• Rodamientos: Normalmente, rodamientos rígidos de bolas en el extremo impulsor (DE) y en el extremo no impulsor (NDE). Los rodamientos soportan las cargas radiales y axiales impuestas por el rotor y la carga impulsada, y son el elemento de reemplazo de mantenimiento más común.
• Escudos finales (campanas finales): Carcasas de hierro fundido o aluminio que cubren cada extremo del bastidor del motor, mantienen los cojinetes en su posición y encierran el conjunto interno.
• Ventilador y tapa del ventilador: La mayoría de los motores de CA tienen un diseño TEFC (Totally Enclosed Fan Cooled), con un ventilador de refrigeración externo montado en la extensión del eje del extremo no motor, encerrado por una cubierta de ventilador de acero prensado. El ventilador aspira aire ambiente sobre las aletas del bastidor del motor para disipar el calor.
• Caja de terminales (caja de conexiones): Una carcasa resistente a la intemperie en el bastidor del motor que contiene los terminales de conexión del devanado (normalmente etiquetados como U1, V1, W1, U2, V2, W2 según la convención IEC). Aquí es donde se conectan los cables de suministro y cualquier enlace de configuración estrella/triángulo.
• Marco: El cuerpo estructural exterior, generalmente de hierro fundido con nervaduras o aleación de aluminio, que proporciona soporte mecánico, actúa como disipador de calor y lleva las patas de montaje o la brida para la instalación.

Los componentes adicionales presentes en tipos de motores específicos incluyen resbalón rings and brushes (motores de inducción de rotor bobinado), interruptores de arranque centrífugos (motores monofásicos de arranque por condensador), y condensadores (diseños de capacitor de funcionamiento monofásico y de arranque/funcionamiento de capacitor).

Tipos de motores eléctricos de CA

Los motores de CA se dividen en dos familias principales: de inducción (asincrónicos) y síncronos, cada una con varios subtipos optimizados para diferentes requisitos operativos.

Para la mayoría de las aplicaciones industriales, el motor de inducción jaula de ardilla trifásico sigue siendo la opción predeterminada. No requiere cepillos, anillos colectores ni excitación externa, lo que la convierte en la opción de menor mantenimiento y más rentable para cargas de velocidad constante. Los variadores de frecuencia (VFD) han ampliado su utilidad a aplicaciones de velocidad variable que anteriormente requerían motores de CC o de rotor bobinado.

Conceptos básicos del diagrama de cableado del motor de CA

Cablear correctamente un motor de CA es esencial para un funcionamiento seguro y para lograr las características correctas de par y velocidad. La configuración de la caja de terminales varía según el tipo de motor y el voltaje de suministro, pero a continuación se cubren los escenarios más comunes.

Motores Trifásicos de Doble Voltaje (Estrella/Triángulo)

La mayoría de los motores de inducción trifásicos están bobinados para dos niveles de voltaje (normalmente 230 V/400 V o 400 V/690 V) y la caja de terminales contiene seis cables etiquetados U1, V1, W1 (inicio del devanado) y U2, V2, W2 (extremos del devanado). La tensión de alimentación determina la conexión:

• Conexión en estrella (Y) — voltaje más alto: Une U2, V2 y W2 para formar el punto estrella neutral. Conecte la alimentación trifásica a U1, V1, W1. Cada devanado ve voltaje de fase a neutro. Se utiliza cuando el voltaje de suministro coincide con el voltaje nominal más alto del motor (por ejemplo, suministro de 400 V en un motor de 230/400 V).
• Conexión delta (Δ) — voltaje más bajo: Conecte U1 a W2, V1 a U2, W1 a V2, formando un circuito cerrado. Conecte el suministro trifásico a través de cada par de terminales unidos. Cada devanado ve un voltaje completo de línea a línea. Se utiliza cuando el voltaje de suministro coincide con el voltaje nominal más bajo del motor (por ejemplo, suministro de 230 V en un motor de 230/400 V).

Arranque estrella-triángulo es un método de arranque suave común para motores grandes: el motor arranca en estrella (voltaje reducido en cada devanado = corriente de arranque más baja, generalmente 1/3 de la irrupción directa en línea), luego cambia a triángulo una vez que se acerca a la velocidad máxima. Esto reduce las perturbaciones en el suministro pero también reduce el par de arranque en el mismo factor de 1/3, por lo que solo es adecuado para aplicaciones de arranque con carga baja.

Cableado del motor monofásico

Los motores de CA monofásicos requieren un circuito de arranque auxiliar porque un suministro monofásico por sí solo no puede producir un campo magnético giratorio. La disposición terminal normalmente incluye:

• Terminales del devanado principal (M): Conectado directamente a través de línea y neutral.
• Comience a enrollar los terminales (S): Conectado en paralelo con el devanado principal pero en serie con el condensador de arranque. El condensador crea un desplazamiento de fase (aproximadamente 90°) entre las corrientes del devanado principal y auxiliar, produciendo un campo giratorio lo suficientemente fuerte como para desarrollar un par de arranque.
• Interruptor centrífugo o relé PTC: Desconecta el devanado de arranque una vez que el motor alcanza aproximadamente el 75-80% de la velocidad síncrona. La falla de este interruptor, ya sea si permanece abierto (el motor no arranca) o si permanece cerrado (el devanado de arranque se sobrecalienta y se quema), es una de las fallas más frecuentes de un motor monofásico.

Inversión de rotación del motor

Invertir la dirección de rotación de un motor trifásico requiere intercambiar dos de las tres fases de suministro en los terminales del motor; por ejemplo, intercambiar las conexiones en U1 y V1. Esto invierte la dirección del campo magnético giratorio y, en consecuencia, del rotor. Para motores monofásicos, la inversión se logra intercambiando las conexiones del devanado de arranque con respecto al devanado principal; Algunos motores proporcionan marcas de terminales dedicadas para este propósito, mientras que otros requieren reconexión interna.

Puesta a tierra y protección contra sobrecargas

Toda instalación de motor de CA debe incluir un conexión a tierra de protección (PE) unido al bastidor del motor, conectado a la tierra de suministro en la caja de terminales. Además, una calificación adecuada relé de sobrecarga térmica o se debe instalar un relé electrónico de protección del motor en el circuito de suministro, ajustado a la clasificación de corriente de carga completa (FLC) del motor. La protección contra sobrecarga es la defensa principal contra el modo de falla más común del motor: sobrecorriente prolongada debido a sobrecarga mecánica, monofásico o ventilación restringida que eleva la temperatura del devanado más allá del límite de la clase de aislamiento.