Este artículo explica el principio de funcionamiento de los motores eléctricos, incluyendo los diferentes tipos de motores y algunas aplicaciones comunes en la tecnología moderna.
Temas que se tratan en esta guía.
Revisado por el ingeniero de soporte técnico Karl Ralph (noviembre de 2022)
¿Qué es exactamente un motor eléctrico y cómo funciona?
En términos sencillos, un motor eléctrico funciona convirtiendo la energía eléctrica en fuerza magnética, que a su vez se transforma en movimiento mecánico. El motor produce movimiento mediante campos magnéticos y corriente eléctrica.
Existen muchas maneras de lograrlo, por lo que los motores eléctricos vienen en una gran variedad de diseños, formas y tamaños. Además, pueden alimentarse de diferentes maneras. Los motores de corriente alterna (CA) y de corriente continua (CC) tradicionales existen desde hace muchos años, pero hoy en día la electrónica moderna nos permite controlarlos con mucha mayor precisión.
Por este motivo, los motores modernos pueden alcanzar una alta eficiencia y un mejor control del rendimiento en comparación con los diseños más antiguos.
Descripción general del motor eléctrico
¿Cuál es el principio de funcionamiento de un motor eléctrico?
El principio de funcionamiento básico de un motor eléctrico es la interacción entre campos magnéticos.
Cuando una corriente eléctrica fluye a través de un conductor dentro de un campo magnético, se genera una fuerza. Esta fuerza provoca el movimiento de los componentes giratorios del motor, lo que produce movimiento mecánico.
En un motor típico, los componentes principales incluyen:
- Rotor (la parte giratoria)
- Estator (el campo magnético estacionario)
- Conmutador
- Pinceles
Fuente de alimentación (normalmente tensión continua en ejemplos sencillos)
Cómo funciona un motor eléctrico
En el ejemplo del diagrama, los componentes móviles son el rotor y el conmutador.. El Los imanes permanentes (estator), las escobillas y la fuente de alimentación de la batería permanecen fijos.
El conmutador está dividido en dos segmentos semicirculares conectados a la bobina del rotor. Estos segmentos crean un circuito eléctrico entre el escobillas y la fuente de voltaje CC.
El proceso de funcionamiento del motor se puede describir de la siguiente manera:
- La corriente eléctrica fluye desde la batería a través de las escobillas de carbón hacia el circuito del rotor.
- Esta corriente genera un campo electromagnético alrededor del rotor.. El polo norte del rotor apunta hacia el polo norte del imán, mientras que el polo sur apunta hacia otro polo sur.
- Debido a que los polos magnéticos iguales se repelen entre sí, se crea una fuerza repulsiva., empujando el rotor lejos del imán. Esto hace que el rotor comience a girar.
- Cuando el rotor gira más allá del punto de contacto del conmutador, la conexión eléctrica cambia.
- A continuación, se invierte el sentido de la corriente que fluye a través del rotor.
- Esta inversión también invierte el campo magnético del rotor, por lo que la repulsión magnética continúa y mantiene el rotor girando.
De esta forma se consigue un movimiento de rotación continuo.
Tipos de motores eléctricos
Algunos motores eléctricos funcionan con corriente continua (CC), mientras que otros lo hacen con corriente alterna (CA). También existen motores controlados por señales o impulsos mediante controladores electrónicos.
Los motores están disponibles en muchos tamaños, potencias y diseños, según la aplicación.
Las tres categorías principales de motores incluyen:
Motores de CA
- motores de inducción
- Motores síncronos
- Motores de jaula de ardilla
Motores de CC
- motores de derivación
- motores en serie
- Motores de excitación independiente
Otros tipos de motores
- motores universales
- motores paso a paso
- motores sin escobillas
Los accesorios para motores se utilizan a menudo para mejorar la vida útil, la seguridad y la estabilidad operativa del motor.
Motores de CA
¿Cómo funcionan los motores de CA?
Los motores de corriente alterna funcionan convirtiendo la corriente alterna en un campo electromagnético variable. Este campo magnético alterno produce movimiento a través de diversos mecanismos.
Motores de inducción
En los motores de inducción, el estator genera un campo magnético giratorio. Este campo induce una corriente en el rotor, que a su vez produce su propio campo magnético y provoca la rotación del rotor.
Motores síncronos
En los motores síncronos, el rotor gira exactamente a la misma velocidad que el campo magnético giratorio generado por el estator.
Motores de jaula de ardilla
Los motores de jaula de ardilla son un tipo de motor de inducción. El bobinado del rotor se sustituye por barras conductoras sólidas conectadas entre sí, formando una estructura similar a una jaula de ardilla.
El campo magnético alterno induce corrientes dentro de estas barras, generando un campo magnético que crea un movimiento de rotación.
Arrancadores de motor
Los motores de mayor tamaño suelen requerir un arrancador. Un arrancador funciona de forma similar a un sistema de relés.
Generalmente, contiene un conjunto de contactores que suministran alta corriente al motor. El arrancador también incluye un panel de control con botones para arrancar o detener el motor de forma segura.
Motores de CC
Los motores de corriente continua (CC) son uno de los tipos de motores más comunes y, a menudo, resultan menos costosos que los sistemas de motores de corriente alterna (CA) en algunas aplicaciones.
Los tipos comunes de motores de CC incluyen:
Motores de derivación
En un motor de derivación, los devanados del estator y del rotor están conectados en paralelo.
Motores en serie
En los motores en serie, los devanados del estator y del rotor están conectados en serie. Estos motores proporcionan un par de arranque muy elevado, lo que los hace adecuados para aplicaciones de carga pesada como:
- trenes eléctricos
- Ascensores
- equipos de elevación industrial
Motores de excitación independiente
Los motores de excitación independiente son similares a los motores de derivación, pero las bobinas del estator y del rotor se alimentan mediante fuentes de alimentación eléctrica independientes.
Esta configuración facilita el control de la velocidad y la inversión de la dirección.
¿Cómo funcionan los motores de los vehículos eléctricos?
Los vehículos eléctricos (VE) suelen utilizar baterías de corriente continua (CC) como fuente de alimentación principal. Sin embargo, también pueden utilizar motores de corriente alterna (CA) o de corriente continua (CC).
Si el coche utiliza un motor de corriente alterna (CA), un inversor integrado convierte la energía de corriente continua (CC) de la batería en electricidad de corriente alterna (CA).
La mayoría de los vehículos eléctricos actuales utilizan motores de inducción de corriente alterna o motores de imanes permanentes.
Cuando el vehículo reduce la velocidad o desciende una pendiente, el motor puede funcionar como generador y devolver energía a la batería. Este proceso se denomina frenado regenerativo.
Una desventaja de los sistemas de motores de corriente alterna (CA) es que suelen ser más complejos y caros en comparación con los sistemas de motores de corriente continua (CC), que son más sencillos.
¿Cómo funcionan los motores de los ventiladores eléctricos?
Los ventiladores eléctricos grandes suelen utilizar motores de inducción, mientras que los ventiladores portátiles pequeños a menudo utilizan motores de corriente continua (CC).
Los motores de inducción monofásicos utilizados en ventiladores pueden incluir un condensador de arranque. Este condensador crea una diferencia de fase entre las corrientes en los devanados del estator.
Este cambio de fase ayuda al motor:
- Comience más fácilmente
- Mejorar la eficiencia
- Controlar la dirección de rotación
Los condensadores se utilizan habitualmente para mejorar el arranque y el funcionamiento de los motores monofásicos.
¿Cómo funcionan los motores de las bicicletas eléctricas?
Las bicicletas eléctricas suelen utilizar motores de corriente continua sin escobillas con imanes permanentes.
Estos motores suelen ser trifásicos, lo que significa que contienen tres conjuntos de bobinados de estator.
El motor está controlado por un sistema electrónico integrado que regula la potencia y la velocidad mediante el envío de impulsos eléctricos al motor.
Otras aplicaciones interesantes de los motores eléctricos
Los motores eléctricos se utilizan prácticamente en todas partes en la vida moderna. De hecho, es difícil imaginar la vida cotidiana sin ellos.
Se utilizan en:
- Lavadoras
- cepillos de dientes eléctricos
- Refrigeradores
- coches y bicicletas
- robots
- discos duros
- Secadores de pelo
- Tornos y grúas
- Barcos y trenes
- Drones
Incluso los teléfonos inteligentes utilizan pequeños motores eléctricos para generar alertas por vibración. Dentro del teléfono, un diminuto motor hace girar un peso desequilibrado, lo que produce vibración cuando suena el teléfono.
Motores eléctricos en patinetes
Los patinetes eléctricos suelen contener al menos un motor de corriente continua sin escobillas (BLDC).
Estos motores se controlan electrónicamente de forma similar a los motores de las bicicletas eléctricas. A pesar de su pequeño tamaño y peso ligero, ofrecen una potencia y eficiencia sorprendentemente altas.
Conclusión
Los motores eléctricos se han convertido en una parte esencial de la sociedad moderna. Desde maquinaria industrial hasta dispositivos electrónicos personales, los motores desempeñan un papel fundamental en innumerables aplicaciones.
A medida que la tecnología siga mejorando, es probable que los motores eléctricos sean más eficientes, más compactos y más fáciles de controlar. Esto contribuirá a impulsar nuevas innovaciones en el transporte, la robótica y muchos otros campos.