Motores Trifásicos: Funcionamiento, Ventajas y Conexiones

Los motores trifásicos son motores en los que el bobinado inductor colocado en el estátor, está formado por tres bobinados independientes desplazados 120º eléctricos entre sí y alimentados por un sistema trifásico de corriente alterna.

Qué es un motor trifásico

Los motores trifásicos asíncronos los podemos encontrar de dos clases:

• La primera clase es la que tiene el rotor bobinado.
• Y la segunda clase la que tiene el rotor en cortocircuito o también conocido rotor de jaula de ardilla, por su forma parecida a una jaula.

Conexión de arranque estrella-triángulo

Todo circuito bobinado trifásico se puede conectar bien en estrella o bien en triángulo:

• En la conexión en estrella todos los finales de bobina se conectan en un punto común y se alimentan por los otros extremos libres.
• Por el contrario, en la conexión en triángulo cada final de bobina se conecta al principio de la fase siguiente, alimentando el sistema por los puntos de unión.

En estas condiciones, si un motor está diseñado para aplicarle 230 V a cada fase, lo podremos conectar a la red de 230 V en triángulo y a la red de 400 V en estrella. En ambos casos, la tensión que se le aplica a cada fase es 230 V. Estas conexiones en estrella o triángulo se realizan en el motor sobre su propia placa de bornes.

Bornes de conexión de un motor trifásico

Consideraciones de seguridad y mantenimiento para la conexión de arranque:

El motor de rotor en cortocircuito o jaula de ardilla es el de construcción más sencilla, de funcionamiento más seguro y de fabricación más económica; es por ello que es más utilizado. Su único inconveniente es el de absorber una elevada intensidad en el arranque a la tensión de funcionamiento.

En el momento del arranque este motor acoplado directamente a la red presenta un momento de rotación de 1,8 a 2 veces el de régimen, pero la intensidad absorbida en el arranque toma valores de 5 a 7 veces la nominal.

Debido a esto, en la Instrucción Técnica Complementaria 47 del Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión, se regula la relación que debe existir entre las intensidades de arranque y las existentes con el motor en régimen. Según esta instrucción los motores de potencias superiores a 0,75 kW que no cumplan unas determinadas relaciones de intensidades han de disponer de un sistema de arranque que disminuya esa relación.

La intensidad en el momento del arranque de motores que no cumpla esta relación puede hacer que se tengan que sobredimensionar tanto protecciones como líneas eléctricas. Por el contrario, esta aparamenta de protección puede saltar y las líneas de alimentación pueden sufrir daños por sobreintensidad.

Para evitar este sobredimensionamiento, lo que se hace es disminuir la tensión en el período de arranque y con ello la intensidad. Una vez que se alcanza la velocidad de régimen se conecta el motor a su tensión nominal, con lo que se logra amortiguar la intensidad de arranque.

Esta doble alimentación conmutada tras un tiempo se puede hacer mediante tres procedimientos:

• Por un lado, tenemos el arranque en estrella-triángulo que es el método más utilizado y por el cual en estrella la intensidad es 3 veces menor que en triángulo.
• En segundo lugar, tenemos el arranque mediante autotransformador.
• Y en tercer lugar, aunque casi no se utiliza, está el arranque mediante resistencias en serie con el bobinado estatórico.

Estos tres métodos lo que hacen básicamente es disminuir la tensión aplicada en la puesta en marcha por lo que disminuyen en igual medida la intensidad consumida que es principal parámetro para dimensionar tanto aparamenta eléctrica como cableado de alimentación.

Qué ventajas tiene un motor trifásico

El motor trifásico está muy extendido en los usos destinados a instalaciones industriales o comerciales. Esto se debe, por un lado, a que suelen ser más pequeños y manejables que motores monofásicos de la misma potencia.

La potencia del motor trifásico varía en función de su uso y se fabrican en un rango muy grande de potencias, medidas en kilovatios o caballos de vapor. Generalmente están destinados al accionamiento de máquinas como bombas, montacargas, ventiladores, grúas, elevadores, etcétera.

Partes y componentes de un motor trifásico

Podemos dividir los componentes de un motor trifásico en tres partes concretas y diferenciadas. Estas son las siguientes: el estator, el rotor y los escudos/carcasa.

Estator

El estator es la parte fija y opera como la base del motor. Esta parte está constituida por una carcasa en la que se fijan una corona de chapas de hierro al silicio o acero al silicio, en las que están presentes unas ranuras. En estas ranuras es dónde se presentan, al tratarse de un motor trifásico, encontramos tres bobinas y tres circuitos diferentes. En cada circuito hay tantas bobinas como polos tiene el motor.

Rotor

El rotor es la parte móvil que se sitúa en el interior del estator. En el eje se inserta un núcleo magnético ranurado de acero al silicio en cuyas ranuras se colocan unas barras de cobre o aluminio (que realizan la función de conductores) en una disposición que se conoce como “jaula de ardilla”. Esto se debe a que las barras están unidas en cortocircuito por dos anillos, en la parte superior e inferior, confiriéndole una forma de jaula.

Cabe decir también, que existe otra disposición de los componentes del rotor, que se conoce como rotor bobinado. Aquí el rotor está rodeado de conductores bobinados sobre él. Sin embargo, el motor trifásico de jaula de ardilla está más extendido por ser más fácil de construir y de fabricación más económica.

Escudos/carcasa

En último lugar están los escudos o carcasa que constituyen, la parte exterior del motor trifásico, generalmente producidos en aluminio o hierro colado. Están diseñados de tal forma que contienen unas cavidades para acoger los componentes esenciales en el interior. Sobre unos cojinetes descansa el eje del rotor. Además, los escudos deben estar perfectamente ajustados para evitar que existan distorsiones en el giro del rotor, tales como vibraciones y/o ruido.

Cómo funciona un motor trifásico

Tal y como hemos mencionado arriba, el estator está compuesto por una estructura que conforma electroimanes y por eso esta parte también se denomina inductor. El bobinado en tres fases, al recibir una corriente eléctrica, genera un campo magnético que a su vez “induce” corriente en las barras del rotor. Su funcionamiento está basado en el principio de inducción mutua de Faraday.

Antes de continuar, tenemos que entender que ese campo magnético se genera precisamente por la aplicación de una corriente alterna de tres fases. La electricidad de corriente alterna cuenta con una onda que cambia de negativo a positivo muchas veces por segundo. Se trata de una onda llamada “onda sinusoidal”.

Esa corriente alterna se compone de tres fases, que están desfasadas 120° una respecto de la otra. Volviendo al motor trifásico, es la acción de estas tres ondas simultáneas la que genera un flujo magnético que induce corriente en las barras del rotor creando un par motor que pone en movimiento al rotor, o lo que es lo mismo, que hace que el rotor gire.

Polaridades

La velocidad de giro de un motor trifásico viene definida por la frecuencia de red (en nuestro caso 50 Hz.) y el número de bobinas de cada una de las tres fases, así hablamos de 2, 4, 6 y 12 polos.

Los de 2 polos giran a unas 800/900 rpm., los de 4 polos a unas 400/450 rpm, los de 6 polos a unas 930/970 rpm, los de 8 polos a unas 700/730 rpm y los de 12 polos a unas 460/480 rpm.

En ventilación generalmente cuanto menor es el aparato, más rápido gira (2 y 4 polos) y a medida que crece su dimensión disminuye la velocidad (6,8 y 12 polos).

Ventajas de los motores trifásicos

Estas son las ventajas más destacadas de los motores trifásicos:

• Son más eficientes y tienen un mejor factor de potencia en comparación con los motores monofásicos.
• Son más pequeños y manejables en relación a la potencia que pueden proporcionar.
• Producen menos vibraciones y ruido durante su funcionamiento.
• Son más duraderos y requieren menos mantenimiento en comparación con los motores monofásicos.
• Son más económicos en términos de costo de energía y mantenimiento a largo plazo.

Cómo se arranca un motor trifásico

El arranque directo es el método más simple para arrancar un motor trifásico de inducción. Consiste simplemente en conectar los devanados estatóricos directamente con el cierre de contactos de potencia (contactores).

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