Preguntas Clave sobre Motores Eléctricos y Principios Electromagnéticos

Fundamentos de Electromagnetismo

Si por una bobina de hilo circula una corriente eléctrica, ¿qué efecto genera?

Al paso de la corriente, genera un campo magnético variable.

Si alrededor de una bobina tenemos un campo magnético variable, ¿qué se genera?

Se genera una corriente inducida en la bobina que, a su vez, genera otro campo magnético.

Si por cada uno de los dos hilos conductores en paralelo circulan corrientes eléctricas, ¿qué ocurre?

Si las corrientes van en la misma dirección, los hilos se atraen debido a la interacción de sus campos magnéticos. Si van en direcciones opuestas, se repelen.

Principios de Motores Eléctricos

Tres bobinados alimentados por corriente alterna trifásica y desfasados 120 grados en el estator de un motor, ¿qué provocan?

Provocan un campo magnético giratorio.

¿A qué llamamos velocidad de sincronismo?

Es la velocidad a la que gira el campo magnético en el entrehierro de una máquina eléctrica.

¿Qué es el deslizamiento y por qué ocurre?

El deslizamiento es la diferencia de velocidad entre el campo magnético giratorio del estator (velocidad de sincronismo) y la velocidad de giro del rotor en un motor asíncrono. Ocurre porque el campo magnético del estator debe atravesar el rotor para inducir una corriente en él. Esta corriente inducida genera su propio campo magnético, y la interacción entre ambos campos es lo que provoca el giro del rotor. Si el rotor girara a la misma velocidad que el campo del estator, no habría variación de flujo y, por tanto, no se induciría corriente, lo que detendría el par.

El campo magnético giratorio que circula por el entrehierro de un motor asíncrono, ¿qué provoca en el rotor?

Provoca una corriente inducida en el rotor que, a su vez, genera otro campo magnético. La interacción o 'choque' de estos dos campos magnéticos es lo que provoca el giro del rotor.

Las corrientes inducidas en el rotor de un motor asíncrono, ¿qué generan? ¿Qué efecto tienen al incidir con el campo giratorio que circula por el entrehierro?

• Generan un campo magnético propio en el rotor.
• Al interactuar con el campo magnético giratorio del estator, provocan el giro del rotor.

Motores Monofásicos

Para analizar el principio de funcionamiento de un motor monofásico: ¿Qué ocurre en el entrehierro de un motor monofásico?

Se generan dos campos magnéticos giratorios contrapuestos que se anulan mutuamente en términos de par de arranque.

¿Puede arrancar? ¿Por qué?

No, un motor monofásico simple no puede arrancar por sí mismo porque los dos campos magnéticos giratorios contrapuestos se anulan mutuamente, resultando en un par de arranque nulo.

¿Qué procedimiento hay que seguir para que arranque un motor monofásico?

Para que arranque, se requieren complementos adicionales, como un condensador o un devanado auxiliar de arranque. Estos elementos crean un desfase que genera un campo magnético elíptico o pulsante con una componente giratoria dominante, lo que permite generar un par de arranque.

Características Generales de Máquinas Eléctricas

¿Qué quiere decir que una máquina eléctrica es reversible?

Significa que puede funcionar tanto como motor (convirtiendo energía eléctrica en mecánica) como generador (convirtiendo energía mecánica en eléctrica).

Define par motor.

El par motor es la fuerza de giro o momento de torsión que un motor ejerce sobre su eje, provocando su rotación.

Describe la estructura de un motor monofásico.

Un motor monofásico típico consta de un estator (parte fija) con un bobinado alimentado por corriente alterna. El rotor (parte giratoria) puede ser de jaula de ardilla o bobinado, y en algunos casos, puede incluir un imán permanente o ser alimentado a través de escobillas y un puente de diodos si se requiere corriente continua en el rotor (como en algunos motores universales o DC).

Motores Síncronos

¿Qué quiere decir que un motor eléctrico es síncrono? ¿Por qué ocurre esto? Explica la diferencia con el motor asíncrono.

• Un motor síncrono es aquel cuyo rotor gira a la misma velocidad que el campo magnético giratorio del estator (velocidad de sincronismo).
• Esto ocurre porque el rotor del motor síncrono tiene un campo magnético propio y fijo (generado por imanes permanentes o por una corriente continua de excitación), que se 'engancha' magnéticamente con el campo giratorio del estator.
• La principal diferencia con el motor asíncrono es que, en el motor síncrono, el rotor es excitado con corriente continua (o imanes permanentes), mientras que en el motor asíncrono, la corriente en el rotor es inducida por el campo del estator, lo que requiere un deslizamiento (diferencia de velocidad) para su funcionamiento.

Realiza una clasificación de los distintos tipos de motores síncronos en relación a su devanado del rotor. También realiza una clasificación en relación a cómo se alimenta dicho devanado.

• En relación al devanado del rotor:
  • Motores síncronos de rotor bobinado: El rotor tiene devanados que se alimentan con corriente continua a través de anillos rozantes y escobillas.
  • Motores síncronos de imanes permanentes: El rotor incorpora imanes permanentes que generan el campo magnético fijo.
• En relación a cómo se alimenta el devanado del rotor (para los bobinados):
  • Excitación externa: A través de una fuente de corriente continua externa.
  • Excitación sin escobillas (brushless): Mediante un rectificador giratorio en el propio eje del motor, alimentado por inducción.

Indica otros tipos de motores síncronos.

• Motores síncronos lineales: Producen movimiento lineal en lugar de rotatorio.
• Motores asíncronos sincronizados: Motores asíncronos que, bajo ciertas condiciones de carga, pueden operar a velocidad síncrona.
• Motores paso a paso: Motores síncronos que giran un ángulo fijo por cada pulso eléctrico, ideales para control de posición preciso.

Explica las ventajas y los inconvenientes de un motor síncrono.

• Ventajas:
  • La velocidad del motor es constante, independientemente de la carga (siempre que no se cale).
  • Pueden generar o consumir energía reactiva, lo que permite mejorar el factor de potencia de una instalación.
  • Pueden soportar grandes caídas de tensión sin perder sincronismo (hasta cierto límite).
  • Alta eficiencia en cargas nominales.
• Inconvenientes:
  • Dificultad en el arranque: Requieren un método de arranque auxiliar (como un motor de arranque, devanado amortiguador o variador de frecuencia).
  • Pueden calarse (perder sincronismo) si el par resistente supera el par electromagnético máximo que pueden desarrollar.
  • Mayor complejidad y costo inicial en comparación con los motores asíncronos.

¿Cómo podemos evitar que un motor síncrono se cale por superar el par resistente al par electromagnético?

Para evitar que un motor síncrono se cale, especialmente durante el arranque o ante sobrecargas, se pueden emplear varias estrategias:

• Uso de devanados amortiguadores (jaula de ardilla): Permiten que el motor arranque como un motor asíncrono y luego se sincronice. Una vez sincronizado, estos devanados no conducen corriente.
• Arranque con motor auxiliar: Un pequeño motor asíncrono o de corriente continua se utiliza para llevar el motor síncrono a una velocidad cercana a la de sincronismo antes de aplicar la excitación de corriente continua al rotor.
• Arranque con variador de frecuencia (VFD): Permite controlar la frecuencia y la tensión de alimentación del estator, lo que facilita un arranque suave y controlado, manteniendo el motor en sincronismo.
• Control de la carga: Asegurarse de que el par resistente no exceda el par máximo que el motor puede desarrollar.