Definicin: Los motores elctricos son mquinas elctricas rotatorias que transforman la energa elctrica en energa mecnica. Los dos componentes bsicos de todo motor elctrico son el rotor y el estator. El rotor es una pieza giratoria, un electroimn mvil, con varios salientes laterales, que llevan cada uno a su alrededor un bobinado por el que pasa la corriente elctrica. El estator, situado alrededor del rotor, es un electroimn fijo, cubierto con un aislante. Al igual que el rotor, dispone de una serie de salientes con bobinados elctricos por los que circula la corriente.

Fig 1 Transformacin de la energa en un motor Elctrico.

Principio de funcionamiento: En magnetismo se conoce la existencia de dos polos: polo norte (N) y polo sur (S), que son las regiones donde se concentran las lneas de fuerza de un imn. Un motor Elctrico para funcionar se vale de las fuerzas de atraccin y repulsin que existen entre los polos. De acuerdo con esto, todo motor tiene que estar formado con polos alternados entre el estator y el rotor, ya que los polos magnticos iguales se repelen, y polos magnticos diferentes se atraen, produciendo as el movimiento de rotacin.

Fig 2 Generacin del movimiento de rotacin

Un motor elctrico opera primordialmente en base a dos principios: El de induccin, descubierto por Michael Faraday en 1831; que seala, que si un conductor se mueve a travs de un campo magntico o est situado en las proximidades de otro conductor por el que circula una corriente de intensidad variable, se induce una corriente elctrica en el primer conductor. Y el principio que Andr Ampre observo en 1820, en el que establece: que si una corriente pasa a travs de un conductor situado en el interior de un campo magntico, ste ejerce una fuerza mecnica o f.e.m. (fuerza electromotriz), sobre el conductor.

Cuando se introduce una espira de hilo de cobre en un campo magntico y se conecta a una batera, la corriente pasa en un sentido por uno de sus lados y en sentido contrario por el lado opuesto. As, sobre los dos lados de la espira se ejerce una fuerza, en uno de ellos hacia arriba y en el otro hacia abajo. S la espira de hilo va montada sobre el eje metlico, empieza a dar vueltas hasta alcanzar la posicin vertical. Entonces, en esta posicin, cada uno de los hilos se encuentra situado en el medio entre los dos polos, y la espira queda retenida.

Para que la espira siga girando despus de alcanzar la posicin vertical, es necesario invertir el sentido de circulacin de la corriente. Para conseguirlo, se emplea un conmutador o colector, que en el motor elctrico ms simple, el motor de corriente continua, est formado por dos chapas de metal con forma de media luna, que se sitan sin tocarse, como las dos mitades de un anillo, y que se denominan delgas. Los dos extremos de la espira se conectan a las dos medias lunas. Dos conexiones fijas, unidas al bastidor del motor y llamadas escobillas, hacen contacto con cada una de las delgas del colector, de forma que, al girar la armadura, las escobillas contactan primero con una delga y despus con la otra.

Cuando la corriente elctrica pasa por el circuito, la armadura empieza a girar y a rotacin dura hasta que la espira alcanza la posicin vertical. Al girar las delgas del colector con la espira, cada media vuelta se invierte el sentido de circulacin de la corriente elctrica. Esto quiere decir que la parte de la espira que hasta ese momento reciba la fuerza hacia arriba, ahora la recibe hacia abajo, y la otra parte al contrario. De esta manera la espira realiza otra media vuelta y el proceso se repite mientras gira la armadura.

El esquema descrito corresponde a un motor de corriente continua, el ms simple dentro de los motores elctricos, pero que rene los principios fundamentales de este tipo de motores.

Clasificacin: Segn la naturaleza de la corriente elctrica transformada, los motores elctricos se clasifican en motores de corriente continua, tambin denominada directa, motores de corriente alterna, que, a su vez, se agrupan, segn su sistema de funcionamiento, en motores de induccin, motores sincrnicos y motores de colector. Tanto unos como otros disponen de todos los elementos comunes a las mquinas rotativas electromagnticas.

Fig 3 Clasificacin general de las maquinas elctricas rotativas

Motores de corriente Continua: Se utilizan en casos en los que es importante el poder regular continuamente la velocidad del motor, adems, se utilizan en aquellos casos en los que es imprescindible utilizar corriente directa, como es el caso de motores accionados por pilas o bateras. Este tipo de motores debe de tener en el rotor y el estator el mismo numero de polos y el mismo numero de carbones. Los motores de corriente directa pueden ser de tres tipos:

Serie Paralelo Mixto

Motores de corriente continua, suelen utilizarse cuando se necesita precisin en la velocidad, montacargas, locomocin, etc.

Los Motores de Corriente Alterna [C.A.]. Son los tipos de motores ms usados en la industria, ya que estos equipos se alimentan con los sistemas de distribucin de energas normales. De acuerdo a su alimentacin se dividen en tres tipos:

Monofsico (una Fase) Polifsico (dos o ms fases) Universales: Tienen la forma de un motor de corriente continua, la principal diferencia es que esta diseado para funcionar con corriente alterna. El inconveniente de este tipo de motores es su eficiencia, ya que es baja (del orden del 51%).

Motores de corriente alterna, se usan mucho en la industria, sobretodo, el motor trifsico asncrono de jaula de ardilla.

Los motores sncronos: Son un tipo de motor de corriente alterna. Su velocidad de giro es constante y depende de la frecuencia de la tensin de la red elctrica a la que est conectado y por el nmero de pares de polos del motor, siendo conocida esa velocidad como "velocidad de sincronismo".

La expresin matemtica que relaciona la velocidad de la mquina con los parmetros mencionados es:

donde:

f: Frecuencia de la red a la que est conectada la mquina (Hz)P: Nmero de pares de polos que tiene la mquinap: Nmero de polos que tiene la mquinan: Velocidad de sincronismo de la mquina (revoluciones por minuto)

Funcionan de forma muy similar a un alternador. Dentro de la familia de los motores sncronos debemos distinguir:

Los motores sncronos. Los motores asncronos sincronizados. Los motores de imn permanente.

Los motores sncronos son llamados as, porque la velocidad del rotor y la velocidad del campo magntico del estator son iguales. Los motores sncronos se usan en mquinas grandes que tienen una carga variable y necesitan una velocidad constante.

Motor de induccin:

La diferencia entre el motor a induccin y el motor sncrono es que en el motor de induccin el rotor no es un imn permanente sino que es un electroimn. Tiene barras de conduccin en todo su largo, incrustadas en ranuras a distancias uniformes alrededor de la perifera. Las barras estn conectadas con anillos a cada extremidad del rotor. Este ensamblado se parece a pequeas jaulas rotativas y por eso se llaman "jaula de ardillas", y los motores de induccin se llaman motores de jaula de ardilla.

Cada par de barras es una revolucin en cortocircuito, hablando magnticamente el rotor se magnetiza por las corrientes inducidas en sus barras, debido a la accin del campo magntico, girando en el estator. Mientras que el campo del estator pasa a lo largo de las barras del rotor, el campo magntico que cambia induce altas corrientes en ellas y genera su propio campo magntico. La polaridad del campo magntico inducido del rotor es tal que repela al campo del estator que lo cre, y esta repulsin resulta en un torque sobre el rotor que le causa el movimiento giratorio.

En el momento en que se aplica una carga al motor, la velocidad se reduce, lo que provoca que las barras del rotor corten las lneas magnticas de fuerza del campo del estator y crean la fuerza de repulsin en el rotor. El campo magntico inducido en el rotor se mueve en la direccin opuesta a la rotacin y la velocidad de este movimiento dependen de la carga aplicada. Esto quiere decir que las RPM siempre sern inferiores a la velocidad sncrona. La diferencia entre la velocidad actual y la velocidad sncrona se llama el deslizamiento. Entre ms grande es el deslizamiento, ms grande es la corriente inducida en las barras del rotor, y ms grande el torque.

Rotores: El rotor es el elemento de transferencia mecnica, ya que de l depende la conversin de energa elctrica a mecnica. Los rotores, son un conjunto de lminas de acero al silicio que forman un paquete, y pueden ser bsicamente de tres tipos

a) Rotor ranurado

b) Rotor de polos salientes

c) Rotor jaula de ardilla

Fig 4 Tipos de rotores

El rotor de un motor suele construirse en base a dos sistemas, aunque el principio de operacin sea el mismo, que consiste en disponer de un sistema de espiras en cortocircuito devanadas o no sobre un ncleo de material ferromagntico. El objetivo de las espiras es hacer circular a travs de ellas las corrientes inducidas, para crear el campo de sentido contrario al producido por el estator.

El primer tipo de rotor que se va a considerar consiste en un cilindro formado por discos paralelos contiguos y aislados, provisto de ranuras situadas a lo largo de su superficie exterior sobre los que se encuentran las espiras. El segundo tipo de rotor est constituido por dos coronas conductoras unidas por barras tambin conductoras formando un cilindro hueco muy parecido a una jaula de animales, de

donde toma su denominacin, Jaula de ardilla, y es uno de los modelos ms utilizados en la prctica, sobre todo en las aplicaciones de baja potencia.