Motor Asíncrono Trifásico: Funcionamiento, Arranque y Protección

Motor Asíncrono Trifásico

1. Componentes

El motor asíncrono trifásico está formado por un rotor y un estator. El rotor puede ser de dos tipos: a) de jaula de ardilla; b) bobinado. En el estator se encuentran las bobinas inductoras trifásicas, desfasadas entre sí 120º en el espacio.

Estator

Está formado por tres bobinas o grupos de tres bobinas separados 120º eléctricos. Sea el arrollamiento de un motor trifásico bipolar. Lo alimentamos mediante un sistema trifásico.

Rotor

Rotor Bobinado

El motor de rotor bobinado tiene un rotor constituido, en vez de por una jaula, por una serie de conductores bobinados sobre él en ranuras situadas sobre su superficie. De esta forma se tiene un bobinado en el interior del campo magnético del estator, del mismo número de polos (ha de ser construido con mucho cuidado), y en movimiento. Este rotor es más complicado de fabricar y mantener que el de jaula de ardilla, pero permite el acceso al mismo desde el exterior a través de unos anillos que cortocircuitan los bobinados. Esto tiene ventajas, como la posibilidad de utilizar un reóstato de arranque que permite modificar la velocidad y el par de arranque, así como reducir la corriente de arranque.

Rotor Jaula de Ardilla

Es un cilindro montado en un eje. Internamente contiene barras conductoras longitudinales de aluminio o de cobre con surcos y conectadas entre sí en ambos extremos, formando la jaula. El nombre se deriva de la semejanza entre esta jaula y los anillos.

2. Campo Magnético Giratorio

En los motores trifásicos de inducción, el estator crea el campo magnético y el rotor origina el par de fuerzas causante del giro. El estator está constituido por un devanado trifásico, es decir, tres devanados monofásicos desfasados 120º en el espacio. Al conectarse el devanado a una red trifásica equilibrada, las intensidades absorbidas son también trifásicas equilibradas. Esto da lugar a un campo magnético giratorio con las siguientes características:

• Su inducción magnética (B) es constante respecto al tiempo y depende de la tensión y la frecuencia de la red trifásica.
• Su número de polos depende de la configuración de las bobinas del devanado y del número de ranuras del estator.

La velocidad de sincronismo es la velocidad a la que gira el campo magnético. La velocidad de giro depende del número de polos del devanado estatórico y de la frecuencia de la red:

N_S: velocidad del campo giratorio (velocidad de sincronismo) en rpm.

f: frecuencia en Hz.

P: número de pares de polos del devanado estatórico.

W_sinc = (2 * π * f) / p

W_rot = (2 * π * f) / p

El deslizamiento en una máquina eléctrica es la diferencia relativa entre la velocidad del campo magnético (velocidad de sincronismo) y la velocidad del rotor.

4. Cambio de Sentido de Giro

Para cambiar el sentido de giro de los motores eléctricos de corriente alterna:

• Motores monofásicos: Invertir las terminales del devanado de arranque, manualmente o con relés.
• Motores trifásicos: Invertir dos de las conexiones de alimentación correspondientes a dos fases.
• Motores de corriente alterna: Invertir los contactos del par de arranque.

La conexión en estrella y triángulo en un circuito para un motor trifásico se emplea para lograr un rendimiento óptimo en el arranque. Los motores con mucha carga mecánica tienen dificultades para arrancar y alcanzar su velocidad final. Para ello, se utiliza la conexión estrella-triángulo.

5. Fallas Comunes

a. Chapas mal apretadas: Las chapas del estator y del rotor deben estar fuertemente comprimidas; de lo contrario, varían las conexiones magnéticas y el motor absorbe una intensidad de corriente excesiva.

b. Roce del rotor con el estator: Puede ser ocasionado por cojinetes desgastados o por un eje del rotor torcido.

c. Sobrecarga excesiva: Si la sobrecarga supera cierto límite, el motor no arranca. Si al disminuir la carga el motor arranca y funciona normalmente, la sobrecarga era excesiva. En condiciones de arranque, la corriente es muy elevada. Si el rotor no gira, no se debe mantener la conexión a la red para evitar dañar los bobinados.

d. Cojinetes demasiado ajustados: La falta de engrase o un aceite defectuoso pueden ocasionar el sobrecalentamiento de los cojinetes y su apriete excesivo, atenazando el eje.

e. Montaje defectuoso: Los defectos de montaje suelen ocasionar ruidos mecánicos y marcha irregular. Los ruidos anormales de origen mecánico se distinguen de los eléctricos. Para diferenciarlos, una vez que el motor alcanza la velocidad de régimen, se desconecta de la red. Si el ruido persiste, la causa es mecánica (entrehierro irregular, cuerpos extraños, polea de transmisión, etc.).

6. Mantenimiento

a. Lubricación: Utilizar la grasa o aceite adecuado y la cantidad correcta.

b. Instalación: Los errores en la instalación pueden causar fallas. Cada instalación requiere mantenimiento.

c. Inspecciones: Realizar inspecciones periódicas para detectar posibles causas de accidentes o problemas.

7. Tipos de Arranque

Arranque directo: Se emplea en máquinas de potencia inferior a 5 kW. El motor arranca cuando se aplica directamente la tensión nominal. Si arranca a plena carga, el bobinado absorbe una corriente muy superior a la nominal, incrementando la carga de las líneas de alimentación y reduciendo la caída de tensión. La intensidad durante el arranque puede ser de 6 a 8 veces mayor que la nominal. Su ventaja es el elevado par de arranque (1.5 veces el nominal).

Estrella-triángulo: Se utiliza para motores de jaula de ardilla de potencias superiores a 4 CV y con poca carga. La tensión de red debe ser igual a la menor del motor. Reduce la intensidad de arranque a la tercera parte de la que absorbería en triángulo.

Arranque suave: Mejora el rendimiento del motor con un inicio más suave. En motores de alta potencia, reduce la caída de tensión de red y la corriente de arranque, evitando el sobrecalentamiento y prolongando la vida del motor.

8. Variación de Velocidad

En los motores asíncronos trifásicos, la velocidad se varía cambiando la frecuencia mediante un equipo electrónico o la polaridad gracias al diseño del motor (motores de devanado separado o conexión Dahlander). El cambio de polaridad es limitado (ej. de dos a cuatro polos).

9. Protección

Fusibles: Protegen contra cortocircuitos.

Guardamotor: Protegen contra cortocircuitos y sobrecargas.

Relé térmico: Protege contra sobrecargas de intensidad, producidas por pares de carga mayores del nominal, que hacen que el motor funcione a menos velocidad, más deslizamiento y más intensidad.

Contactor: Efectúa maniobras de apertura y cierre de circuitos en instalaciones de motores. Excepto los pequeños motores individuales (accionados manualmente), el resto se accionan por contactores. Un contactor está formado por una bobina y unos contactos (abiertos o cerrados) que actúan como interruptores.