Motores Asincrónicos: Fundamentos, Características y Ensayos Clave

Motores Asincrónicos: Principios Fundamentales

Cuando se genera energía, se hace a partir de un campo magnético, a través de un imán que gira y genera tres tensiones desfasadas a 120°. El eje del rotor nunca gira sincrónicamente (a la velocidad de sincronismo). El motor no gira a velocidad síncrona, por eso se denomina asincrónico. Solo el campo magnético rotante gira sincrónicamente.

Se le denomina motor asincrónico porque la velocidad del motor o eje no está a la misma frecuencia que el campo magnético rotante (que es la suma de los tres flujos de los campos magnéticos). Debe ser asincrónico para que el campo magnético rotante pueda cortar las líneas de fuerza del rotor, produciendo así una inducción electromagnética y, como resultado, una fuerza magnética que hace girar el rotor.

Características Constructivas

Rotor

El rotor es un conjunto de espiras en cortocircuito. Existen dos tipos principales:

• Jaula de ardilla: Barras conductoras cortocircuitadas en los extremos.
• Bobinado: Espiras bobinadas conectadas a anillos rozantes.

Resbalamiento (Deslizamiento)

La diferencia de velocidad entre el rotor y el campo magnético rotante se denomina resbalamiento o deslizamiento (slip en inglés).

Se calcula como: S = (n_s - n_r) / n_s, donde n_s es la velocidad síncrona y n_r es la velocidad del rotor.

Frecuencia Rotórica

La frecuencia rotórica es la diferencia de velocidad entre la de sincronismo (n_s) y la del motor (n_r), expresada como Δn = n_s - n_r.

La frecuencia de las corrientes inducidas en el rotor (f_r) se calcula como: f_r = Δn * P / 60, donde P es el número de pares de polos. Por ejemplo, si Δn es tal que f_r = 2.5 Hz, esto indica la frecuencia de las corrientes en el rotor.

Nota: La existencia de esta frecuencia rotórica es crucial para la inducción, y las pérdidas magnéticas en el hierro del rotor están relacionadas con ella.

Cupla (Par Motor) del Motor Asincrónico

La cupla o par motor es la capacidad de trabajo del motor. Su comportamiento es fundamental para el funcionamiento del motor.

• La cupla se reduce y se hace cero cuando la velocidad del rotor se aproxima a la velocidad síncrona.
• Si la velocidad del campo magnético es igual a la del motor (velocidad relativa cero), la cupla es nula, ya que no hay inducción.
• La cupla decae significativamente cuando el resbalamiento es mínimo (es decir, cuando la velocidad del rotor se acerca mucho a la síncrona).

Comportamiento de la Cupla en Motores Asincrónicos

En los motores asincrónicos, el valor de la cupla es de suma importancia, ya que representa la capacidad de trabajo del motor. Este valor debe ser suficiente para vencer en cada instante la cupla resistente o resistencia mecánica impuesta por la carga.

Es crucial que el valor de la cupla no varíe drásticamente durante el funcionamiento. Mediante un análisis matemático con las ecuaciones eléctricas correspondientes, se demuestra que la cupla es función del cuadrado de la tensión de alimentación. Esto implica que una leve modificación en el valor de la tensión puede generar una variación considerable en la cupla, lo que a su vez se traduce en un cambio significativo en la velocidad del motor.

Ensayos Fundamentales de Motores Asincrónicos

1. Prueba de Vacío

En la prueba de vacío, se lleva la velocidad del motor a la de sincronismo mediante un medio externo. Teóricamente, no debería haber consumo de corriente; sin embargo, en la práctica, sí existe un consumo que se traduce en pérdidas en el hierro (debido a corrientes parásitas y de histéresis).

2. Prueba de Rotor Bloqueado

La prueba de rotor bloqueado se realiza inmovilizando mecánicamente la salida del motor. En estas condiciones, si se aplicara la tensión nominal plena, el motor se comportaría como un cortocircuito, lo que podría dañarlo.

Por lo tanto, en este ensayo se aplica una pequeña tensión (generalmente entre el 3% y el 5% del valor nominal establecido). Esta tensión se incrementa gradualmente hasta que el motor comienza a circular la corriente nominal de diseño. Bajo estas condiciones, es posible calcular las pérdidas en el cobre y evaluar la calidad del bobinado.

Consideraciones sobre Motores Monofásicos

Es importante destacar que, en un motor monofásico, tanto el flujo magnético generado en una dirección como el generado en la dirección opuesta cortan los conductores del rotor, induciendo una fuerza electromotriz (FEM) y originando una cupla.

Si se grafican las cuplas generadas por ambos flujos, se observa que en el momento del arranque, sus valores absolutos son iguales y opuestos, lo que resulta en una cupla neta de arranque nula. Por esta razón, un motor monofásico no puede arrancar por sí solo y requiere de un mecanismo auxiliar (como un devanado de arranque o un condensador) para generar una cupla inicial que le permita iniciar el giro.