Para entender el funcionamiento del motor de CA, es importante estudiar el desarrollo de los campos magnéticos giratorios. Estos campos magnéticos siguen los fundamentos del electromagnetismo para hacer girar el eje de un motor de CA.
Veamos con más detalle el estator de un motor eléctrico. Recuerde que la construcción de un estator de motor de CA es un cilindro hueco lleno de bobinas de alambre aislado.
Disposición de las bobinas del estator
Use el diagrama siguiente para ver la interacción entre las bobinas del estator. En este ejemplo, hay 6 bobinas (2 bobinas por 3 fases). Conocidas como «bobinas del motor», estas bobinas funcionan en pares y están envueltas alrededor del material del núcleo de hierro que constituye el estator.
Las bobinas del motor se convierten cada una en un electroimán independiente. Los pares de bobinas presentan polaridades opuestas (un polo norte, un polo sur) debido a la forma en que están enrolladas. En el diagrama, supongamos que la bobina A1 es un polo norte y su par de bobinas A2 es un polo sur. Cuando la corriente eléctrica cambie de dirección, la polaridad de los polos cambiará.
Fuente de alimentación
En el siguiente diagrama, el estator del motor está conectado a una fuente de alimentación de CA trifásica. Los devanados del motor A1 y A2 están conectados a la fase A de la fuente de alimentación. Imagine también que los devanados B y C están conectados respectivamente a las fases B y C de la fuente de alimentación.
Los devanados del motor suelen estar separados 120º. El número de veces que aparece un devanado del motor determina el número de polos. Este ejemplo muestra un segundo conjunto de devanados trifásicos. Cada devanado aparece 2 veces, por lo que se trata de un estator de 2 polos. Sin embargo, si cada devanado apareciera 4 veces sería un estator de 4 polos.
La corriente eléctrica fluye a través de los devanados cuando se aplica la tensión de CA al estator. La dirección del flujo de corriente que circula por el devanado de un motor determina cómo se desarrolla el campo magnético. Utilice el siguiente gráfico como referencia para los siguientes diagramas. En ellos se muestra cómo se desarrolla un campo magnético giratorio. De acuerdo con el gráfico, suponga que un flujo de corriente eléctrica positiva en los devanados del motor A1, B1 y C1 crea un polo norte.
Flujo de corriente de arranque
Para facilitar la visualización de un campo magnético, el siguiente diagrama muestra un momento de arranque cuando no fluye corriente por uno de los devanados. Observe la línea de arranque:
- La fase A no tiene flujo de corriente
- La fase B tiene un flujo de corriente en dirección negativa (-)
- La fase C tiene un flujo de corriente en dirección positiva (+)
Según el diagrama anterior, B2 y C1 son polos norte mientras que B1 y C2 son polos sur. Las líneas de flujo magnético parten del polo norte B2 y llegan a C2, el polo sur más cercano. Las líneas de flujo también parten del polo norte C1 y llegan a B1, su polo sur más cercano. Como resultado, se crea un campo magnético (como muestra la flecha).
Tiempo 1
Desde el punto de partida, vamos a controlar el campo magnético en segmentos de 60º. Cuando el campo gira 60º en el Tiempo 1:
- La fase C no tiene flujo de corriente
- La fase A tiene flujo de corriente en sentido positivo (+)
- La fase B tiene flujo de corriente en sentido negativo (-)
Ahora los devanados A1 y B2 son polos norte y los devanados A2 y B1 son polos sur.
Tiempo 2
En el Tiempo 2, el campo magnético gira otros 60º:
- La fase B ahora no tiene flujo de corriente
- La fase A mantiene un flujo de corriente de dirección positiva (+) (aunque está disminuyendo)
- La fase C ahora tiene un flujo de corriente de dirección negativa (-)
Debido a que el flujo de corriente ha cambiado de dirección en los devanados de la fase C (comenzó en dirección positiva, pero cambió a la dirección negativa por el Tiempo 2), los polos magnéticos han invertido la polaridad (C1 polo norte y C2 polo sur se convirtieron en C1 polo sur y C2 polo norte).
360º de rotación
Después de seis segmentos de tiempo de 60º, el campo magnético habrá girado una revolución completa de 360º. Utilizando una fuente de alimentación de 60 Hz, este proceso se repetirá 60 veces por segundo.
Velocidad sincrónica
La velocidad es importante para el campo magnético giratorio de un motor de CA. Se conoce como «velocidad sincrónica». Esta velocidad se calcula dividiendo 120 veces la frecuencia (F) por el número de polos (P). Como ejemplo, la velocidad sincrónica para un motor de 2 polos que funciona a 60 Hz es de 3.600 RPM.
A medida que aumenta el número de polos, la velocidad sincrónica disminuye. El gráfico siguiente ilustra cómo un número creciente de polos equivale a una velocidad sincrónica decreciente a 60 Hz.
Aprenda más sobre los motores de CA
Esperamos que esta guía sobre los campos magnéticos giratorios le haya ayudado a comprender mejor el funcionamiento de los motores de CA. Sintonice el próximo mes para aprender cómo este campo magnético crea realmente el par y hace girar la carga.