Motores Eléctricos: Fundamentos, Operación, Arranque y Frenado

Fundamentos y Operación de Motores Eléctricos

El Principio de Fuerza Electromagnética

Este es el Principio de Fuerza Electromagnética, que establece lo siguiente: Todo conductor recorrido por una corriente y bajo la acción de un campo magnético, se ve sometido a una fuerza magnética. Su valor se determina mediante la siguiente fórmula:

F = B ∙ l ∙ I ∙ sen α (N)

Donde:

• F: Fuerza magnética (Newtons)
• B: Densidad de flujo magnético (Teslas)
• l: Longitud del conductor (metros)
• I: Intensidad de corriente (Amperios)
• α: Ángulo entre la dirección de la corriente y el campo magnético (grados o radianes)

Funcionamiento del Motor Eléctrico

Al conectar el motor a una fuente de alimentación, la corriente circula por las bobinas inductoras, generando un electroimán. La misma corriente circula a través de las bobinas inducidas, pasando por las escobillas y el colector. En este momento, aparece un par de fuerzas sobre las bobinas inducidas, obligándolas a girar sobre su eje.

Tras dar media vuelta, en sentido horizontal, la espira no tendrá corriente, pero seguirá girando por inercia. A continuación, el colector invertirá el sentido de la corriente, lo que provocará que los polos magnéticos opuestos en el rotor y el estator vuelvan a alinearse, manteniendo el mismo sentido del par de fuerzas y completando el giro.

Este giro es el momento clave en el que la energía eléctrica se transforma en energía mecánica, un proceso que es posible gracias a la interacción magnética.

Arranque del Motor

En el momento del arranque, al ser la velocidad cero, la fuerza contraelectromotriz (ε´) es cero, con lo que la intensidad en el inducido será:

I_{i arranque} = U / R_i

Debido a que la resistencia interna (R_i) suele ser muy baja, la intensidad de inducido en el arranque es muy alta, lo que puede ser perjudicial para el motor.

Para evitar esta situación, existen varias soluciones:

• Actuar sobre la tensión de alimentación: Aumentarla progresivamente a medida que el motor adquiere velocidad.
• Intercalar una resistencia: Conectar una resistencia entre la tensión de alimentación y el inducido, denominada reóstato de arranque (R_a). Esta resistencia limita la intensidad en el arranque al encontrarse en serie con el inducido. Dicha resistencia se va eliminando a medida que el motor adquiere velocidad.

La fórmula de la intensidad con reóstato de arranque es:

I_{i arranque} = U / (R_i + R_a)

Para poder arrancar, se necesita un par motor de arranque mayor que el necesario una vez que la velocidad del motor sea estable. La intensidad de arranque también será mayor que la intensidad nominal.

Frenado del Motor

El frenado de los motores de corriente continua se basa en el principio de reversibilidad que este tipo de máquinas posee. Es decir, en el momento de frenar el motor, este pasa a funcionar como generador, por lo que invierte el sentido del par motor. A este tipo de frenado se le conoce como frenado eléctrico y puede efectuarse de dos modos distintos:

• Frenado reostático: Consiste en disipar la energía que se genera al actuar como generador sobre unas resistencias de frenado, que suelen ser las mismas que se utilizan para el...