Los motores trifásicos son máquinas eléctricas que transforman la energía eléctrica en energía mecánica mediante interacciones electromagnéticas. Están diseñados para funcionar con la potencia de corriente alterna (CA) trifásica utilizada en muchas aplicaciones industriales. La electricidad de la CA cambia de dirección negativa a positiva y viceversa muchas veces por segundo.
La CA que recibes en tu casa, por ejemplo, va de negativa a positiva y regresa 60 veces por segundo. Esta cambia la potencia en una onda continua suave llamada onda sinusoidal.
Por otra parte, la alimentación trifásica tiene tres fuentes de alimentación o tres corrientes alternas de la misma frecuencia que alcanzan su punto máximo en momentos alternos: eso significa que no hay dos ondas de CA en el mismo punto al mismo tiempo.
La energía eléctrica trifásica es el método más común en el uso de redes eléctricas en todo el mundo, ya que transfiere más energía y su uso es realmente importante en el sector industrial.
aplicaciones.
Por su variedad de potencia y tamaño son muy usados en la industria no siendo así en el sistema residencial y doméstico debido fundamentalmente a que en este sector no llega la corriente trifásica. En la industria se emplean para accionar máquinas-herramienta, bombas, montacargas, ventiladores, extractores, elevadores, grúas eléctricas, etc..
A diferencia de los sistemas monofásicos de C.A., que utilizan dos conductores eléctricos (Fase y Neutro) para su distribución y consumo, los sistemas trifásicos utilizan tres o cuatro conductores. 3 Fases o 3 Fases + Neutro. Al trabajar con 3 fases y el neutro podemos obtener 2 tensiones diferentes, normalmente 230V entre fase y neutro y 400V entre dos fases.
La tensión entre 2 fases es siempre la raíz de 3 veces superior a la de una fase con el neutro:
400/230 = √3
La tensión más elevada se suele utilizar en la industria y para los motores, y la más baja para uso doméstico y alumbrado.
El generador que produce la corriente trifásica se llama alternador y genera 3 fuerzas electromotrices (fem = tensiones) en cada fase con los siguientes valores instantáneos:
e1 = Emáxima x seno wt
e2 = Emáxima x seno (wt-120º)
e3 = Emáxima x seno (wt-240º)
¿Qué significa esto? Pues que los valores de las 3 tensiones (una de cada fase) están desfasadas 120º una respecto a la otra en el tiempo. A las 3 intensidades les pasa lo mismo. Fíjate en la gráfica como sería:
Ventajas del Uso de Corriente Alterna Trifásica
- La primera ventaja es la posibilidad de utilizar 2 tensiones diferentes, de la que ya hablamos antes.
- Tanto los alternadores como los transformadores y motores de C.A. trifásicos poseen un mayor rendimiento y, por lo general, son mucho más sencillos y económicos que los monofásicos. Esto se aprecia fundamentalmente en los motores trifásicos de inducción, los más utilizados en el sector industrial y los que vamos a estudiar en esta página. Este motor posee unas características mucho mejores que el motor monofásico, como: par de arranque muchísimo más fuerte, mejor rendimiento y mejor factor de potencia.
- Los sistemas trifásicos consiguen transportar la energía eléctrica con un ahorro considerable en la sección de los conductores.
Todas estas ventajas hacen que en la actualidad toda la energía eléctrica se produzca, transporte, distribuya y consuma sea en forma de C.A. alterna trifásica.
Funcionamiento de Un Motor Trifásico
Un motor asíncrono trifásico consta de 2 partes principales (fíjate en la imagen de más abajo):
- Parte Fija o Estator: Es la parte fija del motor. Está constituido por una carcasa en la que está fijada una corona de chapas de acero al silicio provistas de unas ranuras. Las espiras de los bobinados están dispuestas en dichas ranuras formando electroimanes y en tantos circuitos como fases tenga la red a la que se conectará la máquina. En nuestro caso, los motores trifásicos, 3 bobinas y circuitos diferentes (un circuito por bobina). Esta parte, los electroimanes que forman el estator, es la que creará el campo magnético giratorio como luego veremos, por eso también se llama Inductor, ya que inducirá una corriente en la otra parte, o lo que es lo mismo inducirá el movimiento, como más adelante explicaremos.
- Parte Móvil o Rotor: Es la parte móvil del motor. Esta situado en el interior del estator y consiste en un núcleo de chapas de acero al silicio apiladas que forman un cilindro, o de un bobinado eléctrico dependiendo del tipo de roto, Rotor de jaula de ardilla o Rotor bobinado. También se llama inducido porque es donde se inducirán las tensiones, corrientes y por lo tanto el movimiento de nuestro motor.
El rotor en jaula de ardilla, el más utilizado, es un rotor con una serie de barras de aluminio o cobre (conductores) a su alrededor y unidas en cortocircuito por dos anillos en sus extremos. El de rotor bobinado es un rotor con bobinas a su alrededor.
El campo magnético (las líneas del campo magnético) giratorio trifásico del estator cortará las varillas o chapas del rotor, en estas se induce una fuerza electromotriz (tensión) que al estar en cortocircuito se genera una corriente por ellas, corriente inducida que genera un campo que seguirá al del estator girando el rotor. Pero....¿Por qué? Para entenderlo tenemos que estudiar 3 descubrimientos de 3 grandes físicos.
Arranque, Aceleración y Carga del Motor Trifásico
Cuando el motor pasa de funcionar en vacío a arrastrar una carga mecánica, el rotor tiende a frenarse por el par resistente que produce la carga contrario al giro del rotor. Esto hace que el movimiento relativo del campo magnético giratorio respecto a los conductores del rotor aumente, lo que produce un aumento de la f.e.m. y de la corriente inducida en los conductores o chapas del rotor. Dado que el par de fuerzas que se desarrolla en el rotor o par motor depende de esta corriente, se produce un aumento de dicho par que tiende a equilibrar el par resistente con el par motor. De aquí se entiende que según aumenta la carga en el motor, también aumente el deslizamiento y el par motor.
La característica del motor nos indica la relación entre el par del motor y su velocidad. El par que desarrolla un motor de inducción esta íntimamente relacionado con la velocidad del rotor. Dado que su relación matemática resulta un poco complicada, por lo general, esta relación se expresa gráficamente mediante una curva característica de par-velocidad.
La curva del motor par-velocidad nos determina su funcionamiento. Por ejemplo a continuación podemos ver la curva de un motor con el par motor (Mm) y el par resistente (Mi)en función de su velocidad (n).
Ventajas de los motores trifásicos.
Las ventajas de los motores trifásicos se detallan a continuación:
- La potencia entregada es constante.
- Los motores de inducción polifásicos son de arranque automático y más eficientes. El motor monofásico no tiene par de arranque y requiere medios auxiliares para iniciar.
- En comparación con el motor monofásico, el motor trifásico tiene un mayor factor de potencia y eficiencia.
- Para transmitir la misma cantidad de energía a la misma tensión, una línea de transmisión trifásica requiere menos material conductor que una línea monofásica. Es por ello que el sistema de transmisión trifásico es más barato. Por ejemplo, para una cantidad dada de potencia, el sistema trifásico requiere conductores con un área de sección transversal más pequeña. Esto significa un ahorro de cobre y, por lo tanto, los costos de instalación originales son menores.
- Los motores polifásicos tienen un par uniforme, mientras que la mayoría de los monofásicos tienen un par pulsante.
- El funcionamiento paralelo de los motores trifásicos es más sencillo que el monofásico.
- El sistema polifásico puede configurar el campo magnético giratorio en los devanados estacionarios.
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