- Publicado 20 feb 2023
- Última modificación 29 ago 2023
- 10 min
Guía de motores de corriente alterna
Conoce qué son, cómo funcionan y los diferentes tipos que hay.
¿Qué son los motores de corriente alterna?
Un motor de corriente alterna (AC) es un tipo habitual de motor eléctrico impulsado por un flujo de electrones que va y viene a intervalos regulares o en ciclos. Como la mayoría de los motores prácticos eficaces que se utilizan en las aplicaciones industriales cotidianas (y en proyectos de aficionados, electrodomésticos y todo tipo de bienes de consumo y equipos profesionales), los motores AC ofrecen un método relativamente eficiente para producirenergía eléctrica en energía mecánica a partir de una simple señal de entrada eléctrica.
Diversos criterios importantes diferencian los motores de corriente alterna de muchos otros tipos de motores eléctricos y en particular de los motores de corriente directa (DC), algo más populares. La principal diferencia es que un motor AC funciona específicamente alternando el flujo de corriente por su circuito para producir energía mecánica eficiente. Detallaremos un poco más este proceso especial en las próximas secciones de esta guía.
Ventajas de los motores de corriente alterna
Los motores de corriente alterna también se diferencian de los motores de corriente directa en que la mayoría de los motores AC carecen de escobillas. Esto suele reducir considerablemente la necesidad de mantenimiento y de sustituir piezas en un motor de corriente alterna, por lo que la mayoría de los usuarios esperan que su vida útil media sea mayor. Además, al contrario que los motores DC, la velocidad de salida en muchos tipos de motores AC está determinada normalmente por un control de frecuencia; más adelante esbozaremos posibles variantes del motor de corriente alterna básico.
Los motores de corriente alterna se utilizan con frecuencia en una gran variedad de equipos industriales y productos de consumo muy populares, sobre todo por su durabilidad, bajos costes de fabricación, accesibilidad general y facilidad de uso. Algunos usos típicos de los motores AC en el hogar y en el trabajo son:
- Relojes.
- Herramientas eléctricas.
- Unidades de disco.
- Lavadoras y otros electrodomésticos.
- Tocadiscos.
- Ventiladores.
¿Cómo funcionan los motores de corriente alterna (AC)?
Como indicamos antes, la principal diferencia entre los motores AC y muchos otros tipos de motores (sobre todo los motores de corriente directa) es que funcionan específicamente con corriente alterna. Aunque hay otras diferencias, esta es clave para entender el concepto básico del funcionamiento exacto de los motores AC.
Una carga o corriente alterna (abreviada AC) es aquella cuyo sentido de circulación por un circuito se invierte a intervalos regulares. (Este peculiar cambio de sentido de la corriente también implica un cambio periódico de la tensión en un circuito AC.) Por el contrario, la corriente directa o DC solo circula en un sentido por un circuito y, por lo tanto, la tensión en un circuito DC permanece relativamente constante.
Las corrientes AC, y por extensión los motores de corriente alterna, utilizan un dispositivo denominado alternador para producir este cambio de sentido alternante. Un alternador es un tipo específico de generador eléctrico donde se genera típicamente un campo electromagnético (EMF) cuando la electricidad pasa por un eje giratorio (el rotor), que a su vez gira alrededor o dentro de un grupo estático de bobinas de hilo (el estator). El EMF resultante invierte el sentido, o la polaridad, cuando el rotor gira respecto al estator.
Como un EMF generado por un rotor cargado al girar sobre un eje fijo invierte la polaridad en puntos de ajuste relativos al estator, la inversión periódica del sentido de la corriente en un motor de corriente alterna se produce a intervalos regulares y predecibles. En la práctica, el comportamiento del alternador y la corriente en un circuito AC se asemeja un poco a un pistón o un álabe que mueve el agua por un sistema de conductos: mientras el pistón entra y sale a una velocidad constante, hace avanzar y retroceder el agua por los conductos.
Como señalamos antes, otra diferencia importante entre los motores AC y DC es que los motores AC carecen de escobillas. En un motor DC típico, las escobillas conducen la electricidad directamente desde la alimentación de red hasta el inducido (el componente productor de potencia), por eso a veces se denomina motor de conducción al motor de corriente directa.
Recíprocamente, algunos motores AC sin escobillas son ejemplos frecuentes de motor de inducción, porque el proceso de generación de una carga alternante desde un EMF mediante un rotor y un estator se denomina inducción (electro)magnética.
¿Qué debo tener en cuenta para elegir un motor?
Al planificar una compra, debe considerar factores tan importantes como los siguientes:
- El tipo de motor (por ejemplo, sin escobillas o de corriente síncrona).
- La frecuencia asignada.
- Par y velocidad de salida máxima.
- Número y secuencia de fases: define el método de distribución de AC por el circuito y condiciona la eficiencia y la fluidez con que se aplica la energía para que el motor AC funcione con un consumo de potencia determinado.
- La tensión de alimentación.
- Clase de eficiencia.
- Rotación.
- Diámetro y longitud de eje.
- Número de polos.
- Marca: algunos ejemplos típicos de fabricantes de motores populares y fiables son RS PRO, ABB, Panasonic y Siemens.
Aparte de los numerosos datos y especificaciones periféricas que pueda ofrecer la documentación del fabricante, la diferencia clave entre la mayoría de los tipos básicos de motores de corriente alterna estriba en cómo están construidos sus rotores, ya que esto suele determinar su gama de prestaciones prácticas.
Como sucede con todos estos componentes eléctricos, la opción idónea para un propósito específico depende de las peculiaridades de la aplicación y del tipo de función que deba ejercer el motor AC. A continuación, resumimos algunas de las categorías y subtipos disponibles con más frecuencia a la hora de comprar motores AC online.
Diferentes tipos de motores de corriente alterna
El mercado actual ofrece muchos tipos distintos de motores de corriente alterna, cada uno con ligeras diferencias de funcionamiento y rendimiento. Podemos dividirlos en los siguientes tipos.
Motores de inducción
Como indicamos antes, un motor de inducción (o transformador rotacional, como también se denomina, aunque en menor medida) es un tipo específico de motor de corriente alterna que utiliza un tipo de rotor giratorio cargado eléctricamente para generar un EMF alrededor de un estator y, con ello, producir la corriente alterna esencial que el motor AC puede transformar a su vez en energía mecánica.
A estos motores AC de inducción también se les puede llamar motoresde corriente alterna asíncronos, ya que el rotor suele girar a una velocidad menor que la frecuencia que recibe en cualquier momento, es decir, que el motor gira "desincronizado" con respecto a la energía que recibe.
Esto se debe a otra característica clave de un verdadero motor de inducción, en concreto, que una carga producida mediante inducción electromagnética es la única fuente de excitación eléctrica que recibe el inducido. Si el rotor girase a la misma velocidad que el campo magnético rotativo en el estator, no se induciría ninguna corriente y el inducido necesitaría otra fuente de excitación para generar energía.
Eso es lo que ocurre en un motor de corriente directa, donde la corriente se conduce directamente al inducido, o en un motor de corriente alterna síncrono (descrito a continuación).
Motores síncronos
Un motor de corriente alterna síncrono es un tipo especial donde la velocidadde giro del rotor está coordinada (sincronizada, por así decirlo) directamente con la velocidad de la corriente alterna que recibe. Mientras que con un motor AC de inducción o asíncrono estándar así no se induciría ninguna corriente, un motor AC síncrono suele tener unos componentes auxiliares denominados anillos colectores que permiten transmitir la corriente entre las piezas rotativas y fijas del motor.
Los anillos colectores son dispositivos electromecánicos que facilitan la transmisión de las corrientes eléctricas a través de sistemas electromecánicos formados por componentes que necesitan girar mientras generan energía. En el caso de un motor AC síncrono, los anillos colectores generan el campo magnético adecuado alrededor del motor y, por lo tanto, le permiten girar a la misma velocidad a la que se suministra corriente alterna sin interrumpir el flujo de corriente.
En resumen, los motores de corriente alterna síncronos reciben ese nombre porque la velocidad del rotor es directamente proporcional al campo magnético rotativo del estator. Suelen ser la opción preferente siempre que la aplicación exige mayor grado de precisión, como en los relojes y otros dispositivos temporizadores.
Motores de jaula de ardilla
Los motores de jaula de ardilla son un subtipo de motores de corriente alterna de inducción asíncronos que utilizan rotores de jaula de ardilla (un diseño sencillo y robusto con un cilindro formado por barras metálicas macizas que sirven para conducir la corriente a través del rotor) en lugar de un grupo de bobinas devanadas.
Como las barras conductoras del rotor no implican ningún contacto móvil dentro del mecanismo del propio rotor (están en cortocircuito permanente al quedar incrustadas en los anillos finales), los motores de jaula de ardilla se consideran opciones más duraderas, con menos exigencias de mantenimiento y mucho más baratas de producir y comprar que los rotores de anillos colectores o devanados.
Como contrapartida, la construcción en cortocircuito permanente de una jaula de ardilla imposibilita la conexión de resistores externos en serie al circuito; es decir: no es posible controlar la corriente inducida en el devanado del rotor fuera de su estado fijo. En el aspecto práctico, esto significa normalmente que necesitan una elevada corriente de arranque y generan un par bastante bajo al principio hasta alcanzar plena velocidad.
Sin embargo, estas aparentes desventajas pueden paliarse hasta cierto punto utilizando componentes auxiliares, como variadores de velocidad (VSD) y arrancadores de tensión reducida. Los motores de inducción de jaula de ardilla se utilizan con frecuencia en aplicaciones donde un bajo par de arranque y la falta de control de velocidad no suponen un gran problema, por ejemplo, en bombas y compresores de aire.
Motores de anillos de desfase
Los motores de corriente alterna de anillos de desfase son un subtipo de motor de jaula de ardilla monofásico que se caracteriza por utilizar un devanado de rotor auxiliar formado por una barra o un anillo de cobre, denominado anillo de desfasado.
A diferencia de los motores de jaula de ardilla estándar, son muy adecuados para funcionar a múltiples velocidades, aunque solo produciendo un par de arranque relativamente bajo en comparación con su par a plena velocidad. En general resulta barato fabricar y comprar los motores de anillos de desfase, que además ofrecen una fiabilidad impresionante gracias a su construcción simple y robusta.
Por todos estos motivos, los motores de anillos de desfase representan con frecuencia una de las principales opciones en ensamblajes de motores AC para grupos de ventiladores y en otros diversos dispositivos fraccionarios con cargas que se inician fácilmente, como:
- Tocadiscos.
- Juguetes.
- Relojes eléctricos.
- Secadores de pelo.
- Otros instrumentos pequeños