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1. Introducción

Los motores de corriente alterna se pueden clasificar en dos grupos: monofásicos y polifásicos, cada uno se subdivide en motores de inducción y motores síncronos. Existe la tendencia a usar motores monofásicos si la potencia requerida es baja, en tanto los polifásicos se emplean cuando se requiere mucha potencia. Los motores de inducción en general son más baratos que los síncronos, de allí lo popular de su uso.

Los motores CA tiene la gran ventaja respecto de los motores CC de ser más baratos, robustos, confiables y no necesitar mantenimiento. Sin embargo, el control de la velocidad es más complejo que en los motores CC y, en consecuencia, un motor de CC con control de velocidad en general es más barato que uno de CA con control de velocidad, aunque la diferencia en sus precios es cada vez menor, debido a los avances tecnológicos y a la disminución en el precio de los dispositivos de estado sólido.

2. Motor de Inducción Monofásico de Jaula de Ardilla

El motor de inducción monofásico de jaula de ardilla consta de un rotor tipo jaula de ardilla, es decir, barras de cobre o aluminio insertas en las ranuras de los aros de los extremos para formar circuitos eléctricos completos (Ver Figura 1). El rotor no tiene conexiones eléctricas externas. El motor básico consta de un rotor como el anterior y un estator con varios devanados. Al pasar una corriente alterna por los devanados del estator se produce un campo magnético alterno. Como resultado de la inducción electromagnética, se induce fem en los conductores del rotor y por éste fluyen corrientes. Al inicio, cuando el rotor está en reposo, las fuerzas sobre los conductores del rotor por los que pasa la corriente dentro del campo magnético del estator son tales que el torque neto es nulo. El motor no tiene arranque automático. Se utilizan diversos métodos para hacer el motor de arranque automático y darle el ímpetu necesario para el arranque; uno de ellos es usar un devanado de arranque auxiliar, mediante el cual se da el empuje inicial al rotor. Éste gira a una velocidad determinada por la frecuencia de la corriente alterna que se aplica al estator. Al suministrar una frecuencia constante al motor monofásico de dos polos, el campo magnético alterna a la misma frecuencia. La velocidad de rotación del campo magnético se denomina velocidad síncrona . En realidad, el rotor nunca se acopla con esta frecuencia de rotación y, en general, la diferencia es de 1 a 3%. Esta diferencia se conoce como deslizamiento. En una frecuencia de 50 Hz la velocidad de rotación del rotor es casi 50 revoluciones por segundo.

Figura1: Motor de Inducción de una Fase

3. Motor de Inducción Trifásico

El motor de inducción trifásico (Ver Figura 2) es similar al motor de inducción monofásico, sólo que tiene un estator con tres devanados separados 120°, cada uno conectado a una de las tres líneas de alimentación eléctrica. Como estas tres fases alcanzan sus corrientes máximas en diferentes momentos, se puede considerar que el campo magnético gira en torno a los polos del estator, completando una rotación durante un ciclo completo de la corriente. La rotación del campo es mucho más suave que en el motor monofásico. El motor trifásico tiene la gran ventaja sobre el monofásico de tener arranque automático. La dirección de rotación se invierte intercambiando alguna de las dos líneas de conexión, lo que cambia la dirección de rotación del campo magnético.

Figura2: Motor de Inducción de Tres Fases

4. Motores Síncronos

Los motores síncronos tienen estatores similares a los descritos en los motores de inducción, pero el rotor es un imán permanente (Ver Figura 3). El campo magnético que produce el estator gira y el imán gira con él. Al tener un par de polos por fase de alimentación eléctrica, el campo magnético gira 360° durante un ciclo de alimentación de manera que la frecuencia de rotación, en este caso, es igual a la frecuencia de la alimentación. Los motores síncronos se utilizan cuando se requiere una velocidad precisa. No son de arranque automático y algunos requieren algún sistema de arranque.

Figura3: Motor Síncrono de Tres Fases

5. Control de la Velocidad

El control de la velocidad de los motores CA se basa en el uso de una fuente de frecuencia variable, dado que la velocidad de estos motores está definida por la frecuencia de la alimentación. El torque que genera un motor CA es constante cuando la relación entre el voltaje aplicado al estator y la frecuencia es constante. Para mantener un torque constante a diferentes velocidades, cuando varía la frecuencia también es necesario variar el voltaje que se aplica al estator. Para ello, uno de los métodos consiste en rectificar primero CA, cambiarla a corriente CC mediante un convertidor, y luego convertirla otra vez en CA, pero a la frecuencia deseada (Ver Figura 4). Otro método común para operar motores de baja velocidad es el cicloconversor. Éste convierte directamente la CA de una frecuencia en una CA con otra frecuencia, sin la conversión intermedia a CC.