¿En qué principio se basa el funcionamiento del motor de inducción?

Un motor de inducción es un tipo ampliamente utilizado de motor eléctrico cuyo principio de funcionamiento se basa en la ley de inducción electromagnética. A continuación, se presenta una explicación detallada de cómo funciona un motor de inducción:

1. Estructura

Un motor de inducción consta principalmente de dos partes: el estator y el rotor.

Estator: El estator es la parte fija, generalmente compuesta por núcleos de hierro laminado y bobinados trifásicos incrustados en las ranuras del núcleo de hierro. Los bobinados trifásicos están conectados a una fuente de alimentación trifásica de corriente alterna.

Rotor: El rotor es la parte rotativa, usualmente hecho de barras conductoras (típicamente aluminio o cobre) y anillos de extremo, formando una estructura de jaula de ardilla. Esta estructura se llama "rotor de jaula de ardilla."

2. Principio de Funcionamiento

2.1 Generación de un Campo Magnético Rotatorio

Fuente de Alimentación Trifásica: Cuando se aplica una fuente de alimentación trifásica a los bobinados del estator, se generan corrientes alternas en los bobinados del estator.

Campo Magnético Rotatorio: De acuerdo con la ley de Faraday de inducción electromagnética, las corrientes alternas en los bobinados del estator producen un campo magnético que varía con el tiempo. Dado que la corriente trifásica tiene una diferencia de fase de 120 grados, estos campos magnéticos interactúan para formar un campo magnético rotatorio. La dirección y la velocidad de este campo magnético rotatorio dependen de la frecuencia de la fuente de alimentación y la disposición de los bobinados.

2.2 Corriente Inducida

Corte de Líneas de Flujo Magnético: El campo magnético rotatorio corta las líneas de flujo magnético en los conductores del rotor. Según la ley de Faraday de inducción electromagnética, esto induce una fuerza electromotriz (FEM) en los conductores del rotor.

Corriente Inducida: La FEM inducida genera una corriente en los conductores del rotor. Dado que los conductores del rotor forman un circuito cerrado, la corriente inducida fluye a través de los conductores.

2.3 Generación de Par

Fuerza de Lorentz: De acuerdo con la ley de la fuerza de Lorentz, la interacción entre el campo magnético rotatorio y la corriente inducida en los conductores del rotor produce una fuerza, lo que hace que el rotor gire.

Par: Esta fuerza genera un par, causando que el rotor gire en la dirección del campo magnético rotatorio. La velocidad del rotor es ligeramente menor que la velocidad síncrona del campo magnético rotatorio, ya que se requiere cierto deslizamiento para generar suficiente corriente inducida y par.

3. Deslizamiento

Deslizamiento: El deslizamiento es la diferencia entre la velocidad síncrona del campo magnético rotatorio y la velocidad real del rotor. Se expresa mediante la fórmula:

Donde:

s es el deslizamiento ns es la velocidad síncrona (en revoluciones por minuto)

nr es la velocidad real del rotor (en revoluciones por minuto)

Velocidad Síncrona: La velocidad síncrona 

ns se determina por la frecuencia 

f de la fuente de alimentación y el número de pares de polos 

p en el motor, calculada por la fórmula:

4. Características

Características de Arranque: Durante el arranque, el deslizamiento está cerca de 1, y la corriente inducida en los conductores del rotor es alta, produciendo un gran par de arranque. A medida que el rotor acelera, el deslizamiento disminuye, y la corriente inducida y el par también disminuyen.

Características de Funcionamiento: En operación estable, el deslizamiento es típicamente pequeño (0,01 a 0,05), y la velocidad del rotor está cerca de la velocidad síncrona.

5. Aplicaciones

Los motores de inducción se utilizan ampliamente en diversas aplicaciones industriales y domésticas debido a su estructura simple, operación confiable y mantenimiento fácil. Las aplicaciones comunes incluyen ventiladores, bombas, compresores y cintas transportadoras.

Resumen

El principio de funcionamiento de un motor de inducción se basa en la ley de inducción electromagnética. Un campo magnético rotatorio se genera por la corriente trifásica en los bobinados del estator. Este campo magnético rotatorio induce una corriente en los conductores del rotor, lo que genera un par, causando que el rotor gire.