EL MOTOR ELÉCTRICO Y EL MOTOR DE FRECUENCIA VARIABLE

En el campo de la tecnología y la industria, los motores eléctricos han demostrado ser los mas adecuados para las condiciones normales. Un motor eléctrico puede ser tan fiable como la red de distribución eléctrica al que está conectado, pero estas redes eléctricas han llegado a estar tan interconectados que los fallos de alimentación se producen de forma extremadamente infrecuente en la mayoría de las ubicaciones geográficas.

Los motores eléctricos pueden funcionar durante más tiempo y con menos cuidados que cualquier otro tipo de motor. Por tanto, son uno de los tipos de motor más fiable disponibles hoy día. Son motores muy simples. Su principal necesidad es que hay que mantenerlos simples y secos, con suficiente aceite en los cojinetes. Los costes de alimentación pueden ser mayores que en otros tipos de equipos, pero esto normalmente se compensa con unos menores costes de mantenimiento y reparación. Las necesidades de espacio también son menores que con cualquier otro tipo de motor. Para aquellas aplicaciones que lo necesiten, hay disponibles motores con un alto par.

Todos estos puntos hacen del motor eléctrico un elemento fiable, económico y simple. Lo demuestra su utilización en todas las aplicaciones domésticas, en prácticamente todas las comerciales y en más de la mitad de las aplicaciones industriales.

Casi todos los motores con potencia por debajo de 1 caballo de vapor son motores monofásicos; es decir, pueden funcionar utilizando el sistema de alimentación de dos hilos empleado para iluminación y aparatos de baja potencia. El tipo más común de motor monofásico empleado en la actualidad es el de inducción. Un motor de inducción tiene un conjunto de bobinas inductoras y una armadura rotatoria, como se muestra en la Figura 1.

La armadura, en ocasiones denominada jaula de ardilla, puede estar formada por varillas de cobre o aluminio, conectadas de tal forma que cada varilla forma una bobina o circuito eléctrico con la siguiente. O bien, pueden ser bobinas devanadas conectadas entre sí. En cualquier caso, se disponen en una armadura de hierro laminado, para producir un camino para las fuerzas o flujos magnéticos. Las varillas o devanados de la armadura actúan como secundario de un transformador, mientras que el estator o bobinas inductoras actúan como primario. La corriente se induce en la armadura y no hace falta ningún tipo de escobilla, de aquí el nombre de motor de inducción.

Un motor de inducción monofásico con un conjunto de devanados puede comparase con un motor de vapor de gasolina con un único cilindro, que siempre se detiene en punto muerto. Por tanto, no puede arrancar por sí mismo. Uno de los métodos más comunes para llevar a cabo el arranque consiste en utilizar un motor de inducción de fase partida con resistencia. Dicho motor tiene dos conjuntos de bobinas inductoras, un devanado de arranque. El devanado de funcionamiento tiene una alta inductancia o efecto de choke y una baja resistencia. El devanado de arranque tiene una baja inductancia y una alta resistencia. Cuanto mayor sea el efecto de choke en uno de los conjuntos de devanados con respecto al otro, mas retardo habrá entre las corrientes de ambos devanados, de modo que los pulsos alternos de corriente no actúan exactamente al mismo tiempo.

Los motores monofásicos más comúnmente utilizados en los sistemas de refrigeración que deben arrancar con carga son los motores monofásicos de fase de partida con condensador. Este tipo de motor funciona de manera muy similar al motor de fase partida con resistencia, salvo porque el condensador actúa de forma exactamente opuesta al efecto de la inducción o choke. Esto proporciona una condicion similar a la del motor de la Figura 2 y hay suficiente diferencia en el ángulo formado por los efectos eléctricos de las dos bobinas como para proporcionar un excelente par de arranque.

Como con el motor de fase partida con resistencia, el devanado de arranque y el condensador se desconectan del circuito cuando el motor alcanza su velocidad de operación. Éste es un excelente motor monofásico para aplicaciones de refrigeración en las que no existan mecanismos de descarga. El condensador de arranque se conecta en serie con el devanado de arranque (figura 3).

Motor De Frecuencia Variable

Los motores de frecuencia variable (VFD, Variable Frecuency Drive) son relativamente nuevos, comparados con otros tipos de motores. Antes de su aparición, se aceptaba de forma generalizada que los motores de inducción tenían que girar a una velocidad fija, pero los VFD cambiaron este concepto.

Cuando se introdujeron por primera vez, eran muy caros y solo resultaban eficientes desde el punto de vista económico en el caso de los motores de muy gran tamaño. Desde entonces, el coste de los VFD ha bajado hasta el punto que ahora se emplea esta técnica incluso en los motores de inducción mas pequeños. La tecnología VFD permite a los motores de inducción girar aun número de rpm reducido, lo que permite ahorrar energía y disponer también de un control de la capacidad más cómodo.

Donde la potencia se suministra en forma de corriente continua, es necesario emplear motores de corriente continua, que son mas costosos que los motores de alterna. Las escobillas y los conmutadores incrementan el mantenimiento requerido. Para obtener una velocidad casi constante se suele usar un motor con devanado en derivación o con devanado mixto. La velocidad de operación de estos motores puede cambiarse fácilmente, disponiendo así de un método sencillo de control de la capacidad. La corriente continua es habitual en el campo de la industria naviera.

Al considerar la utilización de motores eléctricos hay que tener en cuenta los diferentes valores nominales disponibles. No sólo hay que considerar el costo real por kilovatio, sino también otros factores como la tasa de consumo, el factor de potencia requerida en un cierto tiempo, comparada con la potencia total consumida. Una gran cantidad de potencia empleada durante cortos periodos de tiempo puede resultar más cara que una potencia total mayor con una tasa de consumo más baja. Por tanto, aunque un único motor grande puede ser más eficiente que dos motores más pequeños, el coste energético de tener un motor grande encendiéndose y apagándose puede ser mayor que el detener dos motores pequeños, uno encendiéndose y apagándose y el otro funcionando de manera continua.

El factor potencia es la cantidad de potencia disponible en un circuito, comparada con la máxima potencia que el circuito puede entregar. Si los picos de corriente y de tensión se producen al mismo tiempo, el factor de potencia será del 100 por ciento (la unidad), pero esto rara vez ocurre en la práctica. Normalmente, el pico de corriente está retrasado respecto al de tensión. Esta distancia total entre los picos de corriente o de tensión es el factor de potencia y se expresa como un porcentaje.

Incrementar el factor de potencia permite un uso mas eficiente, en términos económico, del sistema de distribución eléctrico, así que el uso de motores síncronos para incrementar el factor de potencia puede compensar con creces el mayor coste de este tipo de motor. Si los requisitos de potencia exceden la velocidad, debe al menos considerarse el uso de un motor síncrono. O bien, para tamaños de motores para los que no pueda justificarse un motor síncrono, puede que merezca la pena invertir en instalar condensadores estáticos. Éstos son aspectos que varían en función de los precios ofrecidos por las compañías eléctricas, pero hay que tenerlos en cuenta a la hora de seleccionar un motor.