Funcionamiento básico de un motor eléctrico – estator y rotor

Un motor de AC convierte la energía eléctrica en energía mecánica. Un motor de AC utiliza corriente alterna; en otras palabras, la dirección del flujo de corriente cambia periódicamente. En el caso de AC común que se utiliza en la mayoría de los Estados Unidos, el flujo de corriente cambia de dirección 120 veces por segundo.

Esta corriente se conoce como «ciclo de 60 AC» o «60 Hz de CA» en honor al Sr. Hertz, quien concibió el concepto actual de AC. Otra característica del flujo de corriente es que puede variar en cantidad. Por ejemplo, el flujo puede ser de 5 amp, 10 amp o 100 amp.

Sería bastante difícil que la corriente fluya a, por ejemplo, 100 amperios en una dirección positiva en un momento y luego fluya a igual intensidad en la dirección negativa. En cambio, a medida que la corriente se está preparando para cambiar de dirección, disminuye gradualmente hasta que llega al flujo cero y luego se acumula gradualmente en la otra dirección. El flujo de corriente máximo (los picos de la línea) en cada dirección son mayores que el valor especificado (100 amperios en este caso). Por lo tanto, el valor especificado se da como un promedio. Lo que es importante recordar es que la fuerza del campo magnético, producida por una bobina electromagnética AC, aumenta y disminuye con el aumento y la disminución de este flujo de corriente alterna.

Funcionamiento básico del motor de AC:

Un motor de AC tiene dos partes eléctricas básicas: un «estator» y un «rotor» como se muestra en la Figura 1. El estator está como un componente eléctrico estacionario. Consiste en un grupo de electroimanes individuales dispuestos de tal manera que forman un cilindro hueco, con un polo de cada imán orientado hacia el centro del grupo. El término «estator» se deriva de la palabra estacionario. El estator es entonces la parte estacionaria del motor de CA.

El rotor es el componente eléctrico giratorio. También consiste en un grupo de electroimanes dispuestos alrededor de un cilindro, con los polos mirando hacia los polos del estator. El rotor está ubicado dentro del estator y está montado en el eje del motor de AC. El término «rotor» se deriva de la palabra rotación. El rotor es entonces la parte giratoria del motor de AC.

El objetivo de estos componentes del motor es hacer que el rotor gire, lo que a su vez hará rotar el eje del motor. Esta rotación ocurrirá debido al fenómeno magnético discutido anteriormente que a diferencia de los polos magnéticos se atraen entre sí y los polos similares se repelen. Si cambia progresivamente la polaridad de los polos del estator de tal forma que su campo magnético combinado gire, entonces el rotor seguirá y rotará con el campo magnético del estator. Esta rotación ocurrirá debido al fenómeno magnético discutido anteriormente que a diferencia de los polos magnéticos se atraen entre sí y los polos similares se repelen.

Como se muestra en la Figura 2, el estator tiene seis polos magnéticos y el rotor tiene dos polos. En el tiempo 1, los polos del estator A-1 y C-2 son polos norte y los polos opuestos, A-2 y C-1, son polos sur. El polo S del rotor es atraído por los dos polos N del estator y los dos polos sur del estator atraen al polo N del rotor. En el tiempo 2, la polaridad de los polos del estator se cambia de modo que ahora C-2 y B-1 y N-polos y C-1 y B-2 son polos S. Luego, el rotor se fuerza a girar 60 grados para alinearse con los polos del estator, como se muestra. En el tiempo 3, B-1 y A-2 son N. En el tiempo 4, A-2 y C-1 son N. A medida que se realiza cada cambio, los polos opuestos en el estator atraen los polos del rotor. Por lo tanto, cuando el campo magnético del estator gira, el rotor se ve obligado a girar con él.

Estator del motor de AC:

Una forma de producir un campo magnético rotativo en el estator de un motor de AC es utilizar una fuente de alimentación trifásica para las bobinas del estator. Para producir un campo magnético giratorio en el estator de un motor trifásico de AC, todo lo que se necesita hacer es enrollar las bobinas del estator correctamente y conectar los cables de alimentación correctamente. La conexión para un estator de 6 polos se muestra en la Figura 3. Cada fase de la fuente de alimentación trifásica está conectada a polos opuestos y las bobinas asociadas están enrolladas en la misma dirección. La polaridad de los polos de un electroimán está determinada por la dirección del flujo de corriente a través de la bobina. Por lo tanto, si dos electroimanes de estator opuestos están enrollados en la misma dirección, la polaridad de los polos opuestos debe ser opuesta. Cuando el polo A1 es N, el polo A2 es S y cuando el polo B1 es N, B2 es S y así sucesivamente.

La Figura 5 muestra cómo se produce el campo magnético giratorio dentro de un motor de CA. En el tiempo 1, el flujo de corriente en los polos de fase «A» es positivo y el polo A-1 es N. El flujo de corriente en los polos de fase «C» es negativo, lo que hace que C-2 sea un polo N y C-1 S. No hay flujo de corriente en la fase «B», por lo que estos polos no están magnetizados. En el tiempo 2, las fases se han desplazado 60 grados, haciendo que los polos C-2 y B-1 sean N y C-1 y B-2 sean ambos S. Por lo tanto, a medida que las fases cambian su flujo de corriente, los polos N y S resultantes se mueven en sentido horario alrededor del estator, produciendo un campo magnético rotativo. El rotor actúa como un imán de barra, arrastrado por el campo magnético giratorio.

Rotor del motor de AC:

Hasta este punto, no se ha dicho mucho sobre el rotor. En los ejemplos anteriores, se supuso que los polos del rotor se enrollaban con bobinas, al igual que los polos del estator, y se suministraban con DC para crear polos de polaridad fijos. Esto, por cierto, es exactamente cómo funciona un motor de AC sincrónico. Sin embargo, la mayoría de los motores de AC que se utilizan en la actualidad no son motores sincrónicos.

En cambio, los llamados motores de «inducción» son los caballos de batalla de la industria. Entonces, ¿cómo es diferente un motor de inducción? La gran diferencia es la forma en que se suministra corriente al rotor. Esto no es una fuente de alimentacion externa. Como se puede imaginar por el nombre del motor, en su lugar se usa una técnica de inducción.

La inducción es otra característica del magnetismo. Es un fenómeno natural, que ocurre cuando un conductor (barras de aluminio en el caso de un rotor, vea la Figura 6) se mueve a través de un campo magnético existente o cuando un campo magnético se mueve más allá de un conductor. En cualquier caso, el movimiento relativo de los dos hace que fluya una corriente eléctrica en el conductor. Esto se conoce como flujo de corriente «inducido».

En otras palabras, en un motor de inducción, el flujo de corriente en el rotor no es causado por ninguna conexión directa de los conductores a una fuente de tensión, sino por la influencia de los conductores del rotor que cortan las líneas de flujo producidas por los campos magnéticos del estator. La corriente inducida que se produce en el rotor da como resultado un campo magnético alrededor de los conductores del rotor como se muestra en la Figura 7. Este campo magnético alrededor de cada conductor del rotor hace que cada conductor del rotor actúe como el imán permanente en el ejemplo de la Figura 2. A medida que el campo magnético del estator gira, debido al efecto de la fuente de alimentación de CA trifásica, el campo magnético inducido del rotor es atraído y seguirá la rotación.

El rotor está conectado al eje del motor, por lo que el eje gira e impulsa la carga de conexión. Este campo magnético alrededor de cada conductor del rotor hace que cada conductor del rotor actúe como el imán permanente en el ejemplo de la Figura 2. A medida que el campo magnético del estator gira, debido al efecto de la fuente de alimentación de AC trifásica, el campo magnético inducido del rotor es atraído y seguirá la rotación. El rotor está conectado al eje del motor, por lo que el eje gira e impulsa la carga de conexión. Este campo magnético alrededor de cada conductor del rotor hace que cada conductor del rotor actúe como el imán permanente en el ejemplo de la Figura 2. A medida que el campo magnético del estator gira, debido al efecto de la fuente de alimentación de CA trifásica, el campo magnético inducido del rotor es atraído y seguirá la rotación. El rotor está conectado al eje del motor, por lo que el eje gira e impulsa la carga de conexión.