Motor asíncrono Diseño y modo de funcionamiento

rotor de jaula de ardilla y rotor de anillo deslizante

motor asíncrono
motor asín­crono

El motor asín­crono tam­bién se denom­i­na motor de induc­ción, ya que los motores asín­cronos fun­cio­nan medi­ante el prin­ci­pio de induc­ción. El motor asín­crono se abre­via como ASM o IM. En el fun­cionamien­to del motor, el rotor de un motor asín­crono fun­ciona más lenta­mente que el cam­po mag­néti­co gira­to­rio del esta­tor, es decir, asín­crono al esta­tor. La difer­en­cia entre la veloci­dad del esta­tor y la del rotor tam­bién se lla­ma desliza­mien­to. Si la veloci­dad del rotor es igual a la del esta­tor, el desliza­mien­to es nulo y el motor asín­crono no entre­ga ningún par pos­i­ti­vo. En el fun­cionamien­to del gen­er­ador, el rotor gira más rápi­do que el cam­po gira­to­rio del esta­tor. Debido a la difer­en­cia de veloci­dad, se gen­era un par neg­a­ti­vo que inten­ta fre­nar el rotor. Los motores asín­cronos que fun­cio­nan direc­ta­mente con cor­ri­ente alter­na bifási­ca o trifási­ca sin inver­sor tienen un rendimien­to menor que los motores sín­cronos con imanes per­ma­nentes. Sin embar­go, los motores asín­cronos oper­a­dos con un inver­sor pueden alcan­zar efi­cien­cias altas similares.

Motores asíncronos Estructura

Exis­ten dos tipos difer­entes de motores asín­cronos: de jaula de ardil­la y de anil­lo colec­tor. La estruc­tura del esta­tor es la mis­ma para ambos y es sim­i­lar a la de un motor sín­crono. Para con­ducir el flu­jo mag­néti­co en el motor eléc­tri­co, el esta­tor y el rotor están for­ma­dos por varias capas de cha­pa eléc­tri­ca, que suele ten­er un grosor de 0,5 mm. Cuan­to más fina sea la lámi­na eléc­tri­ca, menores serán las pér­di­das por cor­ri­entes de Fou­cault en el motor eléc­tri­co y may­or será su rendimien­to. El esta­tor lle­va los devana­dos por los que cir­cu­la la cor­ri­ente trifási­ca. Por regla gen­er­al, el esta­tor tiene tres fas­es de motor, que pueden estar conec­tadas en una con­fig­u­ración de estrel­la o delta. Sin embar­go, tam­bién hay motores con varias o menos fas­es, depen­di­en­do prin­ci­pal­mente del uso pre­vis­to y de la ten­sión de ali­mentación. El rotor con­tiene bar­ras con­duc­toras o devana­dos en cor­to­cir­cuito, según el tipo de motor asíncrono.

Vídeo sobre motores asíncronos

Repro­ducir video acer­ca de Video de la fun­cion del motor asíncrono

Motor asíncrono con rotor de jaula de ardilla

Motor asíncrono Rotor de anillo colector
motor asín­crono Rotor de anil­lo colector

El rotor de una jaula de ardil­la está for­ma­do por una jaula de bar­ras de alu­minio o cobre. Las bar­ras están cor­to­cir­cuitadas en los extremos supe­ri­or e infe­ri­or con anil­los del mis­mo mate­r­i­al. El rotor de jaula de ardil­la es el más uti­liza­do porque no tiene anil­los rozantes y, por tan­to, tiene una vida útil más larga. Además, la pro­duc­ción del rotor es mucho más barata.

Motor asíncrono con rotor de anillo colector

En un rotor de anil­lo deslizante, el rotor está for­ma­do por bobi­nas en lugar de bar­ras. Los devana­dos no se cor­to­cir­cui­tan en el rotor, sino que se con­ducen al exte­ri­or medi­ante anil­los rozantes y se cor­to­cir­cui­tan medi­ante resisten­cias adi­cionales. El flu­jo de cor­ri­ente en el rotor puede ser influ­en­ci­a­do a través de las resisten­cias fuera del motor eléctrico.

Motor asíncrono Rotor de anillo colector
motor asín­crono Rotor de anil­lo colector

Motor asíncrono modo de funcionamiento

Un cam­po mag­néti­co rota­ti­vo es crea­do por una cor­ri­ente trifási­ca en los devana­dos del esta­tor. El cam­po mag­néti­co gira­to­rio del esta­tor tam­bién fluye por el rotor a través del entre­hier­ro. Si hay una difer­en­cia de veloci­dad entre la veloci­dad del rotor y la del esta­tor, se induce una ten­sión en las bar­ras con­duc­toras del rotor por el cam­po mag­néti­co gira­to­rio. Como las bar­ras con­duc­toras están cor­to­cir­cuitadas entre sí en los extremos infe­ri­or y supe­ri­or, la ten­sión induci­da crea un flu­jo de cor­ri­ente en las bar­ras. La cor­ri­ente de cor­to­cir­cuito en las bar­ras gen­era a su vez un cam­po mag­néti­co en el rotor, que sigue el cam­po mag­néti­co del esta­tor. A difer­en­cia de los motores sín­cronos con imanes per­ma­nentes, el cam­po mag­néti­co del rotor no es esta­cionario, sino que gira a través del mis­mo. Si el rotor gira a la mis­ma veloci­dad que el esta­tor, no se induce más cor­ri­ente en las bar­ras con­duc­toras y, en con­se­cuen­cia, no se gen­era más par. En caso de cor­to­cir­cuito del esta­tor, el rotor no induce más ten­sión. Esto hace que el motor asín­crono sea un motor eléc­tri­co muy seguro, razón por la cual los prin­ci­pales fab­ri­cantes de automóviles, como Tes­la y Audi, entre otros, uti­lizan el motor asín­crono en sus vehícu­los eléctricos.

Ventajas y desventajas

Vea las ven­ta­jas y desven­ta­jas de los motores de induc­ción con rotor de anil­los rozantes y rotor de jaula de ardil­la con y sin inversor.

Ventajas e inconvenientes del motor asíncrono
ven­ta­jas e incon­ve­nientes del motor asíncrono

Rotor de anillo deslizante

La prin­ci­pal ven­ta­ja de un motor asín­crono con anil­los rozantes es el may­or par en el ran­go de veloci­dad más bajo y la menor cor­ri­ente de arranque. Sin embar­go, los costes adi­cionales de los anil­los rozantes y tam­bién de la fab­ri­cación del rotor con los devana­dos son con­sid­er­ables. Por ello, el rotor de anil­los rozantes sólo se uti­liza hoy en día para motores eléc­tri­cos muy grandes en los que un con­ver­tidor sería demasi­a­do caro.

Jaula de cortocircuito del sin inversor

La prin­ci­pal ven­ta­ja de un motor de jaula de ardil­la es el bajo coste de fab­ri­cación del rotor en com­para­ción con un motor sín­crono de imanes per­ma­nentes, PMSM por sus siglas en inglés. El motor asín­crono es muy resistente a las altas tem­per­at­uras. No hay que pre­ocu­parse por la des­mag­ne­ti­zación de los imanes, como ocurre con un PMSM. La prin­ci­pal desven­ta­ja es el bajo par de arranque y la baja efi­cien­cia si no se uti­liza un inversor.

Jaula de cortocircuito con inversor

Con un inver­sor, el motor asín­crono puede alcan­zar una efi­cien­cia sim­i­lar a la de un PMSM a altas veloci­dades. La poten­cia máx­i­ma y el par máx­i­mo tam­bién son muy buenos, ya que no hay que pre­ocu­parse por la des­mag­ne­ti­zación de los imanes. La poten­cia con­tin­ua puede ser un prob­le­ma si el calor gen­er­a­do en el rotor no se puede disi­par adecuadamente.