Fundamentos de los motores asíncronos

Se llama motor asíncrono o asincrónico a todo motor de corriente alterna cuya parte móvil gira a una velocidad diferente a la de sincronismo. Esta velocidad depende normalmente del número de polos presentes en el bobinado y la frecuencia de la red de suministro. Al desfase entre ambas velocidades se le denomina deslizamiento:

El deslizamiento depende de varios factores, siendo más acusado en motores pequeños. Suele oscilar entre el 10% para motores de pequeña potencia y menos de 1% para motores de gran potencia. En determinados casos, como en motores de elevación, se pueden dar valores negativos de deslizamiento, en cuyo caso el motor trabaja como freno.

Los motores asíncronos se suelen caracterizar por una construcción sencilla y robusta, fácil fabricación y rebobinado, y muy importante, bajo coste de mantenimiento. Hacerlos funcionar es también muy sencillo y con el uso de variadores de frecuencia es fácil regular su arranque, velocidad y parada, lo que hace que estos estén presentes en todos los sectores, ya sea industrial o doméstico.

Hablar del invento de este dispositivo como algo puntual e individual sería una injusticia. Las aportaciones al electromagnetismo hechas por científicos como François Arago o Michael Faraday sentaron una base sólida para lo que vendría después, donde visionarios como Walter Baily, Ottó Bláthy, Galileo Ferraris o Nikola Tesla desarrollarían de manera progresiva lo que hoy conocemos como motor asíncrono. Fue el último de ellos el único que llego a patentar estos motores y defendió su conveniencia, en oposición a la tecnología de corriente continua, con la llamada guerra de las corrientes durante el final del siglo XIX y principio del XX. Como muchos sabréis triunfó la corriente alterna, no solo en cuanto a motores, además en generación, transformación y distribución. Todo esto no evitó que Tesla muriera pobre.

Estos motores constan de dos circuitos eléctricos, uno en el estator, que está formado por un anillo cilíndrico de chapa magnética ranurado longitudinalmente, y otro en el rotor, formado por bobinas cortocircuitadas en el exterior, o directamente por barras de cobre o aluminio cortocircuitadas en los extremos por anillos del mismo material, este es el caso de los motores de jaula de ardilla, que representan hoy en día la inmensa mayoría de los motores de c.a.

El motor asíncrono funciona según el principio de inducción mutua. Cuando aplicamos corriente alterna al estator se crea un campo magnético cuyas líneas cruzan el entrehierro atraviesan el rotor y cierran su trayectoria por la parte exterior del estator (corona), como se muestra de manera idealizada en la figura siguiente:

La figura muestra la sección transversal de un motor trifásico de 2 polos, 6 ranuras mostrando el sentido de sus corrientes en un momento t del ciclo, segun la Regla del sacacorchos.

La X indica corriente hacia dentro de la pantalla.

La O indica corriente hacia fuera de la pantalla.

Al aplicar corriente alterna al motor el campo magnético se convierte en giratorio, o sea los polos se desplazan a derecha o a izquierda (en función de la conexión). Este campo atraviesa al rotor e induce una tensión en los conductores o varillas que lo conforman, formando un par que hace que el rotor gire o al menos intente hacerlo a la velocidad de sincronismo. Cuando el motor tiene dos polos, el polo N tarda medio ciclo en ocupar el lugar geométrico que tenía el polo S adyacente y otro medio ciclo en hacer un recorrido equivalente y volver donde partió. Esto ocurre porque los sentidos de las corrientes que atraviesan las diferentes bobinas van cambiado sucesivamente con la frecuencia de la red, como se muestra en la figura siguiente (a velocidad lenta), donde se ve un típico diagrama de fasores de una red trifásica.

Cuando el motor es de 4 polos el polo N tarda medio ciclo en ocupar el lugar del polo S vecino (90º geométricos), es decir, los polos se mueven más despacio en el estator. Cuantos más polos tenga el motor menos va a girar el rotor en cada ciclo de la corriente alterna. En las aplicaciones industriales se regula la velocidad con variadores (cuando se necesita regulación fina) o mediante reductores mecánicos, lo cual hace casi inútil los bobinados de más de 8 polos.

En la figura de ve un motor de 4 polos, 2 bobinas por fase y conexión serie. se puede observar como el rotor sigue el desplazamiento de los campos magneticos a lo largo del estator.