Un motor eléctrico es una máquina que convierte la energía eléctrica en energía mecánica. Estos motores son sencillos de diseñar, fáciles de usar, de bajo costo, de alta eficiencia, bajo mantenimiento y confiables. Los motores de inducción trifásicos son uno de los tipos de motores eléctricos, y se diferencian de otros tipos por la ausencia de conexión eléctrica entre el devanado del rotor y cualquier fuente de alimentación. La corriente y el voltaje necesarios en el circuito del rotor se proporcionan por inducción desde el devanado del estator. Esta es la razón por la que se les denomina motores de inducción.
Este artículo se centra en el motor de inducción de jaula de ardilla, uno de los tipos de motores de inducción trifásicos.
¿Qué es un Motor de Inducción de Jaula de Ardilla?
Definición: El motor de jaula de ardilla es un tipo de motor de inducción. Para generar movimiento, se basa en el electromagnetismo. El eje de salida está conectado al componente interno del rotor, que tiene la forma de una jaula. De ahí su nombre, "jaula de ardilla". Las tapas circulares en ambos extremos están unidas por barras de rotor, que funcionan en base a la fuerza electromotriz (FEM) generada por el estator. Esta FEM también se genera en el alojamiento exterior, que está hecho de láminas metálicas laminadas y bobinado de alambre.
Los dos componentes principales de cualquier tipo de motor de inducción son el estator y el rotor. La jaula de ardilla es un método simple de aplicar el efecto de inducción electromagnética. Un motor de inducción de jaula de ardilla de 4 polos se muestra a continuación.
Principio de Funcionamiento del Motor de Inducción de Jaula de Ardilla
El funcionamiento del motor de inducción de jaula de ardilla se basa en el principio del electromagnetismo. Cuando el devanado del estator se alimenta con corriente alterna trifásica, produce un campo magnético rotatorio (CMR) que tiene una velocidad llamada velocidad sincrónica. Este CMR induce voltaje en las barras del rotor, lo que provoca la circulación de una corriente de cortocircuito. Debido a estas corrientes del rotor, se genera un campo magnético propio que interactúa con el campo del estator.
De acuerdo con el principio, el campo del rotor comienza a oponerse a su causa. Cuando el CMR alcanza el momento del rotor, la corriente del rotor cae a cero. Entonces, no habría momento relativo entre el rotor y el CMR.
Por lo tanto, el rotor experimenta una fuerza tangencial cero y se reduce por un momento. Después de esta reducción en el momento del rotor, la corriente del rotor se induce nuevamente por la reconstrucción del movimiento relativo entre el CMR y el rotor. Por lo tanto, se restaura la fuerza tangencial del rotor para la rotación y comienza a seguir el CMR. En este caso, el rotor mantiene una velocidad constante, que es menor que la velocidad del CMR y la velocidad sincrónica. La diferencia entre la velocidad del CMR y la del rotor se mide en forma de deslizamiento.
La frecuencia final del rotor se puede obtener multiplicando el deslizamiento por la frecuencia de la fuente de alimentación.
Construcción del Motor de Inducción de Jaula de Ardilla
Las partes necesarias para la construcción de un motor de inducción de jaula de ardilla son: estator, rotor, ventilador, cojinetes. El estator consiste en un devanado trifásico mecánicamente y eléctricamente separado 120 grados, con una carcasa y un núcleo metálicos. Para proporcionar una trayectoria de baja reluctancia para el flujo generado por la corriente alterna, el devanado se monta en el núcleo de hierro laminado.
El rotor convierte la energía eléctrica suministrada en salida mecánica. El eje, un núcleo y las barras de cobre en cortocircuito son las partes del rotor. Para evitar la histéresis y las corrientes parásitas que provocan pérdidas de potencia, el rotor se lamina. Y para evitar el enganche, los conductores se inclinan, lo que también ayuda a obtener una buena relación de transformación.
Un ventilador adjunto en la parte posterior del rotor para el intercambio de calor ayuda a mantener la temperatura del motor por debajo de un límite. Para una rotación suave, se proporcionan cojinetes en el motor.
Diferencia entre el Motor de Inducción de Jaula de Ardilla y los Motores de Inducción de Anillos Rozantes
| Característica | Motor de Inducción de Jaula de Ardilla | Motor de Inducción de Anillos Rozantes |
|---|---|---|
| Construcción | Simple y robusta. | Necesita anillos rozantes, escobillas, dispositivo de cortocircuito, etc. |
| Factor de espacio | Menor voladizo y mejor factor de espacio en las ranuras. | Mayor voladizo y peor factor de espacio en las ranuras. |
| Costo y mantenimiento | Menor costo y mantenimiento. | Mayor costo. |
| Eficiencia | Mayor eficiencia (en el caso de máquinas no diseñadas para alto par de arranque). | Menor eficiencia y mayores pérdidas de cobre. |
| Pérdidas de cobre | Menores pérdidas de cobre y mejor factor de potencia. | Peor factor de potencia, que se puede mejorar en el arranque. |
| Factor de enfriamiento | Mejor factor de enfriamiento debido a sus anillos de extremo desnudos y la disponibilidad de más espacio para ventiladores de rotor. | Factor de enfriamiento no muy eficiente. |
| Regulación de velocidad | Mejor regulación de velocidad, arranque simple y bajo par de arranque con alta corriente de arranque. | Peor regulación de velocidad cuando se opera con resistencias externas en el circuito del rotor. |
| Arranque | El motor necesita anillos rozantes, escobillas, dispositivo de cortocircuito y resistencias de arranque, etc. | Posibilidad de aumentar el par de arranque debido a las resistencias externas en el circuito del rotor. |
| Factor de potencia | El factor de potencia es bajo en el arranque. | El factor de potencia se puede mejorar. |
| Control de velocidad | No hay posibilidad de control de velocidad. | El control de velocidad es posible mediante la inserción de resistencias externas en el circuito del rotor. |
| Protección a prueba de explosiones | A prueba de explosiones. | A prueba de explosiones. |
Clasificación de los Motores de Inducción de Jaula de Ardilla
Para satisfacer los requisitos de la industria, los motores de inducción de jaula de ardilla trifásicos se encuentran disponibles en un rango de hasta 150 kW a varias frecuencias, voltajes y velocidades estándar. De acuerdo con sus características eléctricas, estos motores se dividen en 6 tipos, como se describe a continuación:
Clase A
Estos motores tienen baja resistencia, reactancia, deslizamiento y mayor eficiencia a plena carga. La principal desventaja es la alta corriente de arranque, que es de 5 a 8 veces la corriente de plena carga a voltaje nominal. Estos motores se utilizan ampliamente en pequeñas clasificaciones para máquinas herramienta, bombas centrífugas, ventiladores, sopladores, etc.
Clase B
Estos motores tienen alta reactancia y funcionan en el rango de 5-150 kW. Estos motores se pueden reemplazar con motores de clase A para nuevas instalaciones debido a sus características similares a los motores de clase A y tienen la misma corriente de arranque (alrededor de 5 veces la corriente de plena carga a voltaje nominal).
Clase C
Estos motores se conocen como motores de doble jaula, que tienen alto par de arranque con baja corriente de arranque. Las aplicaciones de los motores de clase C incluyen: accionamiento de compresores de aire, transportadores, bombas alternativas, trituradoras, mezcladores, grandes máquinas frigoríficas, etc.
Clase D
Estos motores son motores de jaula de ardilla con alta resistencia. Por lo tanto, proporcionan alto par de arranque con baja corriente de arranque. Estos motores tienen baja eficiencia de operación y están limitados a accionamientos de cargas intermitentes involucrados en tareas de alta aceleración y cargas de alto impacto, como prensas de punzonado, cizallas, bulldozers, pequeños polipastos, etc.
Clase E
Estos motores funcionan con bajo par de arranque, corriente de arranque normal y bajo deslizamiento a carga nominal.
Clase F
Estos motores funcionan con bajo par de arranque, baja corriente de arranque y deslizamiento normal.
Ventajas
Las ventajas de un motor de inducción de jaula de ardilla incluyen las siguientes:
- Construcción simple y robusta.
- Bajo costo inicial y de mantenimiento.
- Mantiene una velocidad constante.
- Alta capacidad de sobrecarga.
- Arreglo de arranque simple.
- Alto factor de potencia.
- Baja pérdida de cobre del rotor.
- Alta eficiencia.
Desventajas
Las desventajas de un motor de inducción de jaula de ardilla incluyen las siguientes:
- Alta corriente de arranque.
- Muy sensible a las fluctuaciones en el voltaje de suministro.
- Bajo factor de potencia a cargas ligeras.
- El control de velocidad es muy difícil.
- Muy bajo par de arranque debido a su baja resistencia del rotor.
Aplicaciones
Las aplicaciones del motor de inducción de jaula de ardilla incluyen las siguientes:
- Adecuado para accionamientos industriales de pequeña potencia donde no se requiere control de velocidad, como para maquinaria de impresión, molinos de harina y otros accionamientos de eje de pequeña potencia.
- Bombas centrífugas, ventiladores, sopladores, etc.
- Para impulsar compresores de aire, transportadores, bombas alternativas, trituradoras, mezcladores, grandes máquinas frigoríficas, etc.
- Prensas de punzonado, cizallas, bulldozers, pequeños polipastos, etc.
Consultas Habituales
1) ¿Por qué se llama motor de inducción de jaula de ardilla?
Debido a que tiene un rotor con forma de jaula de ardilla, se llama motor de inducción de jaula de ardilla.
2) ¿Cuál es la diferencia entre un motor de jaula de ardilla y un motor de inducción?
La diferencia entre el motor de inducción de jaula de ardilla y el motor de inducción es el tipo de rotor utilizado para la construcción.
3) ¿Cuál es el propósito del motor de inducción de jaula de ardilla?
Se utiliza para aumentar el par de arranque del motor y para disminuir el tiempo de aceleración.
4) ¿Un motor de jaula de ardilla es de corriente alterna o continua?
Es un motor de inducción de jaula de ardilla de corriente alterna.
5) ¿Por qué los motores utilizan laminaciones?
Para reducir las corrientes parásitas, los motores utilizan laminaciones.
Este es todo el contenido sobre el motor de inducción de jaula de ardilla: definición, funcionamiento, principio de funcionamiento, construcción, diferencias entre motores de jaula de ardilla y de anillos rozantes, clasificación, ventajas, desventajas y aplicaciones. Aquí te dejo una pregunta: ¿Cuál es el funcionamiento de los motores de inducción de anillos rozantes?
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