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¿Cómo se ponen las cosas en movimiento y se mantienen en movimiento sin mover un músculo? Mientras que las máquinas de vapor crean energía mecánica utilizando vapor caliente o, más exactamente, vapor a presión, los motores eléctricos utilizan como fuente la energía eléctrica. Por eso, los motores eléctricos también se denominan transductores electromecánicos.
La contrapieza del motor eléctrico es el generador, que tiene una estructura similar. Los generadores transforman el movimiento mecánico en energía eléctrica. La base física de ambos procesos es la inducción electromagnética. En un generador, se induce corriente y se crea energía eléctrica cuando un conductor se encuentra dentro de un campo magnético en movimiento. Por su parte, en un motor eléctrico, un conductor que transporta corriente induce campos magnéticos. Sus fuerzas alternas de atracción y repulsión crean la base para generar movimiento.
En general, el corazón de un motor eléctrico está formado por un estator y un rotor. El término "estator" deriva del verbo latino "stare" = "estar quieto". El estator es la parte inmóvil de un motor eléctrico. Está firmemente unido a la carcasa, igualmente inmóvil. El rotor, por el contrario, está montado en el eje del motor y puede moverse (girar).
En el caso de los motores de CA, el estator incluye el denominado núcleo laminado, que está envuelto en hilos de cobre. El devanado bobinado actúa como una bobina y genera un campo magnético giratorio cuando circula corriente por los hilos. Este campo magnético creado por el estator induce una corriente en el rotor. Esta corriente genera un campo electromagnético alrededor del rotor. Como resultado, el rotor (y el eje del motor acoplado) giran siguiendo el campo magnético giratorio del estator.
El motor eléctrico sirve para aplicar el movimiento giratorio creado con el fin de accionar un reductor (como convertidor de par y variador de velocidad) o para accionar directamente una aplicación como motor de línea.
Todos los inventos comenzaron con el motor de corriente continua. Sin embargo, hoy en día Los motores de CA de diversos diseños son los motores eléctricos más utilizados en la industria. Todos tienen un resultado común: El movimiento giratorio del eje del motor. El funcionamiento de los motores de CA se basa en el principio de funcionamiento electromagnético del motor de CC.
Como la mayoría de los motores eléctricos, los motores de CC constan de una parte inmóvil, el estator, y un componente móvil, el rotor. El estator está formado por un imán eléctrico que se utiliza para inducir el campo magnético, o por imanes permanentes que generan continuamente un campo magnético. En el interior del estator se encuentra el rotor, también llamado inducido, que está envuelto por una bobina. Si la bobina se conecta a una fuente de corriente continua (una batería, un acumulador o una fuente de alimentación de corriente continua), genera un campo magnético y el núcleo ferromagnético del rotor se convierte en un electroimán. El rotor es móvil, está montado sobre rodamientos y puede girar de forma que se alinee con los polos atractores, es decir, opuestos, del campo magnético: con el polo norte del inducido opuesto al polo sur del estator, y al revés.
Para que el rotor tenga un movimiento giratorio continuo, la alineación magnética debe invertirse una y otra vez. Esto se consigue cambiando el sentido de la corriente en la bobina. El motor dispone de un conmutador para este fin. Los dos contactos de alimentación están conectados al conmutador y éste asume la tarea de invertir la polaridad. El cambio de las fuerzas de atracción y repulsión garantiza que el inducido/rotor siga girando.
Los motores de corriente continua se utilizan principalmente en aplicaciones de baja potencia. Por ejemplo, herramientas pequeñas, polipastos, ascensores o vehículos eléctricos.
En lugar de corriente continua, un motor de CA requiere corriente alterna trifásica. En los motores asíncronos, el rotor es el denominado rotor en jaula de ardilla. El giro resulta de la inducción electromagnética de este rotor. El estator contiene bobinados (bobinas) desplazados 120° (triangulares) para cada fase de la corriente trifásica. Cuando se conectan a la corriente trifásica, cada una de estas bobinas crea un campo magnético que gira al ritmo de la frecuencia de línea desfasada temporalmente. El rotor inducido electromagnéticamente es arrastrado por estos campos magnéticos y gira. De este modo, no es necesario un conmutador como en el motor de corriente continua..
Los motores asíncronos también se conocen como motores de inducciónya que funcionan únicamente a través de la tensión inducida electromagnéticamente. Funcionan de forma asíncrona porque la velocidad circunferencial del rotor inducido electromagnéticamente nunca alcanza la velocidad de rotación del campo magnético (campo giratorio). Debido a este deslizamiento, el rendimiento de los motores de CA asíncronos es inferior al de los motores de CC.
En los motores síncronos, el rotor está equipado con imanes permanentes en lugar de bobinados o barras conductoras. De este modo se puede omitir la inducción electromagnética del rotor y el rotor gira sincrónicamente sin deslizamiento a la misma velocidad circunferencial que el campo magnético del estator.. De este modo, el rendimiento, la densidad de potencia y las velocidades posibles son mucho mayores en los motores síncronos que en los asíncronos. Sin embargo, el diseño de los motores síncronos también es mucho más complejo y laborioso.
Además de las máquinas rotativas que se utilizan principalmente en la industria, también se requieren accionamientos para movimientos sobre vías rectas o curvas. Estos perfiles de movimiento se dan principalmente en máquinas herramienta, así como en sistemas de posicionamiento y manipulación.
Los motores eléctricos rotativos también pueden convertir su movimiento giratorio en un movimiento lineal con la ayuda de un reductor, es decir, pueden provocarlo indirectamente. Sin embargo, a menudo no disponen de la dinámica necesaria para realizar movimientos o posicionamientos "traslacionales" especialmente exigentes y rápidos.
Aquí es donde entran en juego los motores lineales que generan el movimiento de traslación directamente (accionamientos directos). Su función puede derivarse de la de los motores eléctricos rotativos. Para ello, imagine un motor rotativo "abierto": El estator, antes redondo, se convierte en un trayecto plano (pista o carril) que se recorre. El campo magnético se forma entonces a lo largo de este recorrido. En el motor lineal, el rotor, que se corresponde con el rotor del motor trifásico y gira allí en círculo, es arrastrado sobre el trayecto de desplazamiento en línea recta o en curvas por el campo magnético del estator que se desplaza longitudinalmente como un denominado carro o traslador.
La invención del motor eléctrico no puede atribuirse a una sola persona. Su descubrimiento fue el resultado de la investigación de varios inventores. En el siglo XIX, el interés por la ingeniería eléctrica creció cada vez más e inspiró a investigadores de todo el mundo. Uno tras otro, surgieron nuevos inventos.
Como los primeros motores eléctricos dependían del suministro de corriente de las pilas de zinc, aún quedaba mucho camino por recorrer antes de que pudieran competir seriamente con las predominantes máquinas de vapor. Esto cambió con el desarrollo de los primeros generadores eléctricos.
Pero también en este caso había restricciones. La corriente continua generada por los generadores no podía transportarse a largas distancias. El gran avance se produjo con la introducción de la corriente alterna y trifásica, que podía transportarse a grandes distancias sin grandes pérdidas, y con la invención del motor de corriente alterna.
He aquí una pequeña visión, no completa, de los datos y hechos históricos:
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