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¿Cómo se pone algo en movimiento y se mantiene en movimiento sin mover un músculo? Mientras que las máquinas de vapor generan energía mecánica utilizando vapor caliente o, más precisamente, la presión del vapor, los motores eléctricos utilizan la energía eléctrica como fuente. Por esta razón, los motores eléctricos también se denominan transductores electromecánicos.
La contraparte del motor eléctrico es el generador, que tiene una estructura similar.Los generadores transforman el movimiento mecánico en energía eléctrica.La base físicade ambos procesos es lainducción electromagnética.En un generador, se induce corriente y se genera energía eléctrica cuando un conductor se encuentra dentro de un campo magnético en movimiento. Por su parte, en un motor eléctrico, un conductor de corriente induce campos magnéticos. Sus fuerzas alternas de atracción y repulsión crean la base para generar movimiento.
En general, el corazón de un motor eléctrico consiste en un estator y un rotor. La designación «estator» deriva del verbo latino «stare» = «permanecer quieto». El estator es la parte fija de un motor eléctrico. Está firmemente fijado a la carcasa, que también es fija. El rotor, por el contrario, está montado en el eje del motor y puede moverse (girar).
En el caso de los motores de corriente alterna, el estator incluye el llamado paquete de chapas, que está envuelto en alambres de cobre. Elbobinado actúa como una bobina y genera uncampo magnético giratoriocuando la corriente fluye a través de los alambres. Este campo magnético creado por el estator induce una corriente en el rotor. Esta corriente genera a su vez un campo electromagnético alrededor del rotor. Como resultado, el rotor (y el eje del motor adjunto) giran para seguir el campo magnético giratorio del estator.
El motor eléctrico sirve para aplicar el movimiento rotativo creado con el fin de accionar un reductor (como convertidor de par y variador de velocidad) o para accionar directamente una aplicación como motor de línea.
Todos los inventos comenzaron con el motor de CC. Hoy en día, sin embargo, los motores de corriente alterna de diversos diseños son los motores eléctricos más utilizados en la industria.Todos tienen un resultado común: el movimiento rotativo del eje del motor. El funcionamiento de los motores de corriente alterna se basa en el principio de funcionamiento electromagnético del motor de CC.
Al igual que la mayoría de los motores eléctricos, los motores de CC constan de una parte fija, el estator, y un componente móvil, el rotor. El estator está compuesto por un electroimán utilizado para inducir el campo magnético, o por imanes permanentes que generan un campo magnético de forma continua. Dentro del estator se encuentra el rotor, también llamado inducido, que está envuelto por una bobina. Si la bobina se conecta a una fuente de corriente continua (una batería, un acumulador o una unidad de alimentación de tensión continua), genera un campo magnético y el núcleo de hierro del rotor se convierte en un electroimán. El rotor está montado de forma móvil mediante rodamientos y puede girar de manera que se alinee con los polos de atracción, es decir, los polos opuestos del campo magnético: con el polo norte de la armadura frente al polo sur del estator, y viceversa.
Para que el rotor realice un movimiento rotativo continuo, la alineación magnética debe invertirse una y otra vez.Esto se logra cambiando la dirección de la corriente en la bobina. El motor cuenta con un dispositivo denominadoconmutadorpara este fin. Los dos contactos de alimentación están conectados al conmutador, el cual se encarga de invertir la polaridad. Las fuerzas cambiantes de atracción y repulsión aseguran que el inducido/rotor continúe girando.
Los motores de CC se utilizan principalmente en aplicaciones con potencias nominales bajas.Entre ellas se incluyen herramientas pequeñas, elevadores, ascensores o vehículos eléctricos.
En lugar de corriente continua, un motor de CA requiere corriente alterna trifásica. En los motores asíncronos, el rotor es un denominado rotor de jaula de ardilla. El giro resulta de la inducción electromagnética de este rotor. El estator contiene bobinados (bobinas) desplazados 120° (triangulares) para cada fase de la corriente trifásica. Cuando se conectan a la corriente trifásica, cada una de estas bobinas genera un campo magnético que gira al ritmo de la frecuencia de red desplazada temporalmente. El rotor inducido electromagnéticamente es arrastrado por estos campos magnéticos y gira. De esta manera, no se requiere un conmutador como en el motor de CC.
Los motores asíncronos también se conocen como motores de inducción,ya que funcionan únicamente mediante la tensión inducida electromagnéticamente. Funcionan de forma asíncrona porque la velocidad circunferencial del rotor inducido electromagnéticamente nunca alcanza la velocidad de rotación del campo magnético (campo giratorio). Debido a este deslizamiento, el rendimiento de los motores asíncronos de corriente alterna es menor que el de los motores de CC.
En los motores síncronos, el rotor está equipado con imanes permanentes en lugar de bobinados o barras conductoras. De esta manera, se puede omitir la inducción electromagnética del rotor y el rotor gira de manera síncrona sin deslizamiento a la misma velocidad circunferencial que la del campo magnético del estator. Por lo tanto, el rendimiento, la densidad de potencia y las velocidades posibles son significativamente mayores en los motores síncronos que en los motores asíncronos. Sin embargo, el diseño de los motores síncronos también es mucho más complejo y requiere más tiempo.
Además de las máquinas rotativas que se utilizan principalmente en la industria, también se requieren accionamientos para movimientos en pistas rectas o curvas. Estos perfiles de movimiento se dan principalmente en máquinas herramienta, así como en sistemas de posicionamiento y manipulación.
Los motores eléctricos rotativos también pueden convertir su movimiento rotativo en un movimiento lineal con la ayuda de un reductor, es decir, pueden provocarlo de manera indirecta. Sin embargo, a menudo no cuentan con la dinámica necesaria para realizar movimientos «traslacionales» o posicionamientos particularmente exigentes y rápidos.
Aquí es donde entran en juego los motores lineales que generan el movimiento de traslación directamente (accionamientos directos). Su funcionamiento se deriva del de los motores eléctricos rotativos. Para ello, imagínese un motor rotativo «abierto»: el estator, que antes era redondo, se convierte en una distancia de recorrido plana (pista o riel) que se recorre. El campo magnético se forma entonces a lo largo de este recorrido. En el motor lineal, el rotor, que corresponde al rotor del motor trifásico y allí gira en círculo, es arrastrado a lo largo del recorrido de desplazamiento en línea recta o en curvas por el campo magnético del estator que se desplaza longitudinalmente, como un llamado carro o traductor.
La invención del motor eléctrico no puede atribuirse a una sola persona. Su descubrimiento fue el resultado de la investigación de varios inventores. En el siglo XIX, el interés por la ingeniería eléctrica creció cada vez más e inspiró a investigadores de todo el mundo. Una tras otra, surgieron nuevas invenciones.
Dado que los primeros motores eléctricos dependían del suministro de corriente de las baterías de zinc, aún quedaba un largo camino por recorrer antes de que pudieran competir seriamente con las predominantes máquinas de vapor. Esto cambió con el desarrollo de los primeros generadores de energía.
Pero aquí también había limitaciones. La corriente continua generada por los generadores no podía transportarse a largas distancias. El gran avance llegó solo con la introducción de la corriente alterna y trifásica, que podía suministrarse a largas distancias sin grandes pérdidas, y con la invención del motor de corriente alterna.
A continuación, una breve y incompleta visión general de los datos y hechos históricos:
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