¿Porque gira un motor eléctrico de inducción?

En esta nota hablaremos sobre los motores eléctricos a inducción, que son los motores mas comúnes en corriente alterna. Este motor fue inventado por Nikola Tesla y basa su funcionamiento a la Ley de Inducción Electromagnética, de la que ya hemos hablado en el blog.

Los motores eléctricos son máquinas que se encargan de realizar una conversión electromecánica de la energía, ya que producen energía mecánica a partir de energía eléctrica. En los motores a inducción la energía eléctrica ingresa únicamente por la parte fija de la máquina y el resultado de la conversión se obtiene en la parte móvil (potencia mecánica disponible en el eje).

Independientemente del tipo de motor eléctrico considerado, en todos ellos el movimiento de rotación del órgano móvil (rotor) se obtiene gracias a las fuerzas causadas por la interacción de los campos del estator (parte fija o estática de la máquina) y rotor. Justamente por esto es que se comenzará por estudiar las características del campo magnético que produce el estator de un motor trifásico.

Campo magnético giratorio:

Cuando el bobinado del estator de un motor trifásico se conecta a la red eléctrica, se genera en dicho estator un campo magnético giratorio en el espacio. Este campo se forma en cada instante por la combinación de los tres campos que aportan los devanados de cada fase. La presencia de este campo giratorio puede ser evidenciada simplemente cuando se coloca una brújula en el interior del estator de un motor que ha sido energizado con tensión trifásica, observándose como la aguja de la misma gira a la misa velocidad que el campo por interacción magnética.

El arrollamiento o bobinado del estator de los motores trifásicos se distribuye uniformemente en ranuras practicadas en su núcleo magnético para favorecer la formación de una distribución espacial del campo magnético de tipo senoidal, que brindará un funcionamiento satisfactorio de la máquina.

Demostración gráfica:

Para el análisis se tomará el bobinado de una máquina de dos polos por fase simplificada (suponiendo las bobinas concentradas en lugar de distribuidas en ranuras).Se realizará un análisis del campo cada 60 grados del diagrama de las corrientes que circulan por el bobinado de cada fase y teniendo en cuenta las siguientes consideraciones:

La intensidad del campo magnético producido por cada devanado es directamente proporcional a la corriente.
La dirección de las líneas de fuerza del campo en cada devanado de fase se determina por aplicación de la regla de la mano derecha.
Los valores instantáneos de corriente en cada fase se determinan en base al diagrama temporal de corrientes que se muestra a continuación.
El campo magnético resultante dentro del motor se obtiene por suma vectorial (gráfica) de los campos magnéticos parciales de cada fase.

Estas son las tres corrientes que circulan por las fases del los tres bobinados monofásicos que forman el bobinado trifásico del estator de un motor. Como las tres bobinas son iguales y las tensiones aplicadas son iguales y desfasadas 120º , resultan tres corrientes iguales desfasadas 120º.

En cada momento las corrientes desfasadas producen campos magnéticos de diferente intensidad, ya que en cada instante las intensidades de cada fase son distintas. La suma instantánea de estas corrientes van generando un campo magnético que gira. En la imagen se simplifican siete instantes de las tres señales sinusoidales y el sentido del campo magnético en dicho instante. Se obtiene un campo magnético giratorio de valor constante igual a 1,5 veces el valor del máximo campo magnético producido por el devanado de cada fase.

Si se permutan dos fases en la alimentación del motor y se repite la demostración gráfica anterior se observará como se invierte el sentido de giro del campo magnético en el estator. Nótese que se mantiene una fase en la misma posición que en el análisis anterior y se permutan las otras dos, esto se denomina inversión de ” secuencia de fases”.