Motores Eléctricos: Componentes, Arranque, Frenado y Regulación de Velocidad

Motores Eléctricos: Componentes Fundamentales

Rotor y Estátor

• Rotor: Parte giratoria alojada en el interior del circuito magnético del estátor.
• Estátor: Parte fija, formado por la chapa magnética ranurada donde se aloja el devanado.

Partes Externas de un Motor Eléctrico

• Caja de bornes
• Placa de características
• Eje
• Carcasa
• Tapa del ventilador
• Base de fijación

Motores Monofásicos

Los motores monofásicos disponen de dos devanados en su interior: uno de arranque y otro de trabajo. Poseen dos bornes (neutro y fase) y tienen un único sentido de giro.

El devanado de arranque se conecta en serie con:

• Un condensador (en el exterior).
• Un interruptor centrífugo (en el interior).

Motor Trifásico de Rotor Jaula de Ardilla

Estos motores disponen de tres devanados, uno por cada fase. Cada devanado tiene dos terminales (un principio y un final): U1, W2, V1, U2, W1, V2.

Los motores trifásicos suelen disponer de una caja de 6 bornes para sus conexiones:

• Conexión Triángulo (Δ): 230V
• Conexión Estrella (Y): 400V

Arranque Directo de Motores Trifásicos

Los motores de baja potencia (inferior a 0.75 kW) pueden arrancarse directamente mediante un interruptor tripolar o el cierre simultáneo de las fases.

Fallo de una Fase en Motores Eléctricos

La falta de una fase produce una sobrecorriente que pone en peligro los devanados del motor.

• Si el motor está parado, emite un sonido y no arranca.
• Si está en marcha, sigue funcionando hasta que se quema.

Inversión del Sentido de Giro

Para invertir el sentido de giro de un motor trifásico, se debe cambiar el orden de dos de las fases de alimentación.

Arranque de Motores de Inducción

El instante del arranque es muy delicado, ya que la máquina debe vencer el par que se le aplica a su eje hasta conseguir la velocidad nominal. Este proceso se representa mediante la curva par-velocidad.

Arranque Estrella-Triángulo (Y-Δ)

Este es uno de los métodos de arranque más utilizados para evitar sobrecorrientes. El motor se pone en marcha en dos tiempos:

1. Primer tiempo (Estrella - Y): El motor se conecta a la tensión de la red eléctrica en configuración estrella, consumiendo aproximadamente tres veces menos corriente que en su funcionamiento normal.
2. Segundo tiempo (Triángulo - Δ): Una vez que la máquina ha alcanzado una velocidad cercana a la nominal, se conmuta a la configuración triángulo para su funcionamiento pleno.

Motor de Inducción de Rotor Bobinado

Este tipo de motor se requiere para aplicaciones que demandan un gran par motor de arranque. La caja de bornes tiene 6 bornes normales (para el estátor) y 3 bornes adicionales (K, L, M) para el rotor.

El devanado del rotor está diseñado para permitir la inserción de resistencias externas durante el arranque, las cuales se cortocircuitan una vez que el motor alcanza su velocidad nominal, para no poner en peligro la aparamenta y los conductores.

Arranque de Motores con Eliminación de Resistencias Rotóricas

Estos motores están diseñados para trabajar con el devanado del rotor en cortocircuito durante su funcionamiento normal. Sin embargo, si el arranque del motor se realiza directamente con esta conexión, el consumo de corriente es muy elevado.

La puesta en marcha se realiza en varios tiempos, eliminando progresivamente las resistencias rotóricas para atenuar la corriente de arranque. Disponen de 9 bornes: 6 para el devanado estatórico y 3 para el rotor.

Arranque de Motores Asíncronos Mediante Arrancadores Suaves (Soft Starters)

Los arrancadores progresivos (o suaves) son dispositivos de electrónica de potencia que permiten arrancar los motores de inducción de forma progresiva, limitando las puntas de corriente en el arranque. Disponen de un bloque de fuerza y otro de mando.

Frenado de Motores Asíncronos

En la industria, a menudo se requiere que el motor deje de girar bruscamente cuando se corta su alimentación. Para ello, se utilizan diferentes métodos:

1. Frenado por Inyección de Corriente Continua (CC)

   Si a los bornes de un motor de corriente alterna (CA) se le aplica de forma temporal una pequeña tensión de corriente continua (CC), en el estátor se genera un campo magnético fijo que es capaz de bloquear el rotor, frenándolo.

2. Frenado por Sistema Electromecánico

   Consiste en alimentar temporalmente un sistema electromecánico que frena el eje del motor mediante el rozamiento de una zapata con el eje.

3. Frenado por Contracorriente

   Consiste en alimentar el motor con dos de las fases invertidas, creando así un par opuesto al del funcionamiento normal. El funcionamiento normal del motor se realiza conectando el contactor KM1. Cuando este se desactiva, el motor se desconecta de la red eléctrica y entra automáticamente el contactor KM2. En esa situación, el motor es alimentado a través de resistencias, frenándolo de inmediato.

Regulación de Velocidad en Motores de Corriente Alterna (CA)

La velocidad síncrona de un motor de CA se rige por la fórmula: N = (60 * F) / P, donde:

• N: Velocidad síncrona (RPM)
• F: Frecuencia de la red (Hz)
• P: Número de pares de polos

Esto significa que, modificando el número de pares de polos o la frecuencia, se puede cambiar la velocidad de giro del motor.

Variación de Velocidad por Cambio de Número de Polos

Si una máquina requiere distintas velocidades, su devanado se diseña de tal manera que, desde su caja de bornes, se pueda seleccionar la velocidad deseada. Este tipo de motores suelen tener dos cajas de bornes, una por cada configuración de devanado.

Existen dos métodos habituales para lograr esto:

1. Motor con Devanados Separados: Dispone de devanados independientes para cada velocidad.
2. Motor con Devanados Compartidos (Motor Dahlander): Utiliza un único devanado que puede ser configurado para diferentes números de polos.