¿Qué es un motor monofásico?
Un motor monofásico es un tipo de motor eléctrico que funciona con una sola fase de corriente alterna (CA). Es ampliamente utilizado en aplicaciones domésticas y comerciales donde la potencia necesaria no es muy alta. Esto quiere decir que, los motores monofásicos son característicos del entorno doméstico o de instalaciones comerciales donde no se dispone de corriente alterna trifásica. Algunos electrodomésticos, como frigoríficos y lavadoras, funcionan con motores monofásicos.
Un motor monofásico es una máquina rotativa que transforma energía eléctrica en energía mecánica.
Aunque mencionamos anteriormente que los motores trifásicos no son comunes en el entorno doméstico debido a la necesidad de una fuente de alimentación de corriente alterna trifásica, que es poco frecuente en las viviendas, los motores monofásicos son los motores más comunes en la mayoría de los hogares.
No obstante, en términos de funcionamiento, componentes y simplicidad, son muy similares a los motores trifásicos. La principal diferencia radica en que requieren un bobinado auxiliar para iniciar el movimiento del rotor.
Además, el par motor suele ser más bajo que el de los motores trifásicos, aunque pueden alcanzar potencias de hasta 10 hp y operar con voltajes de hasta 440V. Esto se debe a que los motores monofásicos utilizan una única fase de corriente alterna en comparación con las tres fases de los trifásicos.
Las fuentes de energía monofásicas son las más comunes en las instalaciones domésticas en España y, por lo tanto, estos motores de menor tamaño son ideales para accionar diversos electrodomésticos y sistemas en los hogares.
Funcionamiento
El funcionamiento de un motor monofásico es esencialmente similar al de un motor trifásico. Ambos generan energía mecánica a partir de energía eléctrica basándose en el principio de atracción y repulsión entre un imán y un núcleo magnético al que se le aplica corriente eléctrica.
En un motor monofásico, el estator recibe la corriente alterna externa y alberga las bobinas, por lo que también se le conoce como inductor. En el rotor se encuentran las barras metálicas que actúan como conductores de electricidad.
Cuando la corriente monofásica pasa por el estator, se genera un campo magnético que induce una fuerza electromotriz en las barras del rotor. Estas barras, dispuestas en forma de espira, giran produciendo la energía mecánica para la que el motor está diseñado.
La velocidad de rotación de un motor eléctrico suele ser constante. Sin embargo, existen variadores de frecuencia, de los cuales también hemos hablado en este blog, que permiten ajustar la velocidad del motor.
Tipos de motores monofásicos:
- Motor de fase dividida: Utiliza dos devanados en el estator (principal y de arranque) y un interruptor centrífugo para desconectar el devanado de arranque una vez que el motor alcanza cierta velocidad.
- Motor con capacitor de arranque: Similar al de fase dividida, pero incluye un capacitor en serie con el devanado de arranque para proporcionar un mayor par de arranque.
- Motor con capacitor permanente: Utiliza un capacitor en serie con el devanado auxiliar en todo momento, lo que mejora tanto el arranque como la operación continua.
- Motor de Inducción de Jaula de Ardilla: Utiliza un rotor en forma de jaula y se basa en la inducción electromagnética para su funcionamiento.
Características
Un motor monofásico es una máquina rotativa alimentada eléctricamente que transforma la energía eléctrica en energía mecánica. Estos motores se utilizan principalmente en pequeñas instalaciones, electrodomésticos y otros dispositivos como taladros, máquinas de aire acondicionado, sistemas de apertura y cierre de puertas de garaje, hormigoneras, bombas de agua, sierras circulares y tornos.
Funcionan con una fuente de potencia monofásica, por lo que su cableado incluye dos tipos de cables: neutros y calientes. Por lo general, son motores de tamaño reducido y con poco par, aunque algunos pueden alcanzar potencias de hasta 3 kW.
Los motores monofásicos se caracterizan por no poder producir un campo magnético rotatorio por sí mismos, solo pueden crear un campo alterno. Por ello, necesitan un método auxiliar para arrancar, el cual varía según el tipo de motor monofásico.
Este tipo de motores se utiliza generalmente cuando no hay acceso a un sistema trifásico, ya que no todas las instalaciones eléctricas cuentan con suministro de corriente alterna trifásica. De hecho, en la mayoría de los hogares se dispone de una instalación de corriente monofásica, y por esta razón, todos los electrodomésticos están diseñados para funcionar con este tipo de alimentación.
Un motor monofásico, en definitiva, es una máquina eléctrica y como tal tiene características constructivas y funcionales de tipos mecánicas y eléctricas diversas, las que se pueden señalar como sigue.
Características constructivas mecánicas:
- Grado de protección mecánica
- Norma de fabricación
- Forma constructiva
- Sistema de ventilación o de refrigeración
- Clase térmica del aislamiento
- Tipo de cojinetes
- Material de la carcasa
- Tipo de fijación (base o brida)
- Norma de fabricación
Características eléctricas nominales
- Tensión
- Frecuencia
- Corriente nominal y de arranque
- Rendimiento
- Factor de potencia
- Par de arranque y nominal
- Tipo de arranque
- Tipo de servicio
Estas características resultan de fundamental importancia a la hora de definir el tipo de motor monofásico a emplear de acuerdo con las características del medioambiente donde se instalará, la forma de fijación, alimentación, etc., así como la forma de realizar la canalización eléctrica para su alimentación y el circuito de comando, control y protección.
Partes de un motor monofásico
Podemos diferenciar los componentes principales de un motor monofásico en tres tipos. Estos serían los siguientes:
El estator: Es la parte fija del motor. Básicamente, consiste en un núcleo de chapas de acero sobre el cual se colocan dos bobinados de alambre de cobre en ranuras: el bobinado principal o de trabajo y el bobinado auxiliar o de arranque.
El rotor: Es la parte móvil que gira en un motor monofásico gracias al campo magnético generado por el estator. El rotor consta de un eje que, al final, transfiere la energía mecánica. Este eje lleva un núcleo magnético formado por aspas de acero y barras de aluminio dispuestas longitudinalmente en una estructura conocida como “jaula de ardilla”.
Los escudos: Ubicados en los extremos del estator, su función es mantener el eje del rotor en su posición correcta.
Además, es importante mencionar la carcasa, que protege todas las partes de un motor monofásico contra daños o interferencias externas.
Aplicaciones
El campo de aplicación del motor monofásico es demasiado amplio, abarcando muchos y diversos ámbitos, como habitacionales, hospitalarios, comerciales, pequeñas fábricas y talleres de diversas índoles. Aunque es menos común, también puede encontrarse en establecimientos productivos o de servicio. Dentro de estos ámbitos, las aplicaciones concretas son variadas, incluyendo electrodomésticos, nebulizadores, compresores, bombas de vacío, taladros de banco, amoladoras, taladros de mano, lijadoras manuales, entre otros.
Resulta imposible describir todas las aplicaciones de este tipo de motores eléctricos, lo cual subraya la importancia de tener ciertos conocimientos sobre ellos. Esta proliferación de usos se debe a su sencillez constructiva, lo cual se refleja en una producción masiva y, en consecuencia, en un bajo costo. Además, requieren una instalación eléctrica menos compleja para su alimentación.
Sin embargo, es importante señalar que los motores monofásicos tienen un par de arranque relativamente bajo, su rendimiento no es muy alto y su factor de potencia no es muy satisfactorio.
Ventajas
- Estos aparatos son perdurable en el tiempo y requieren poco mantenimiento.
- Es compatible con potencias bajas.
- Son perfectos para ser incorporados en el trabajo de máquinas pequeñas.
- Todos sus modelos se caracterizan por ser de excelente calidad.
- Son de bajo costo.
- Son fabricados por marcas reconocidas y con trayectoria como Siemens
- La variedad de modelos permite elegir el adecuado a las necesidades individuales.
Desventajas
- Menor eficiencia y capacidad de carga en comparación con motores trifásicos.
- Par de arranque más bajo, lo que puede ser una limitación en aplicaciones que requieren un alto par inicial.
A continuación dejaré como ejemplo, una imagen mas especifica y detallada del funcionamiento interno de un motor monofásico.
La imagen está compuesta por tres secciones:
- Vista en corte de un motor monofásico (arriba a la izquierda).
- Imagen de un motor monofásico real (abajo a la izquierda).
- Diagrama esquemático del circuito de un motor monofásico (a la derecha).
Vista en corte de un motor monofásico
- Estator: La parte fija del motor donde están alojados los devanados.
- Rotor: La parte que gira dentro del motor, accionada por el campo magnético.
- Eje: Conecta el rotor con el exterior del motor, permitiendo la transmisión de la energía mecánica generada.
- Ventilador: Utilizado para enfriar el motor durante su funcionamiento.
- Condensador: Componente que ayuda en el arranque del motor.
- Interruptor centrífugo: Desconecta el condensador una vez que el motor alcanza cierta velocidad.
Imagen de un motor monofásico real
- Motor monofásico AL-105: Un modelo específico de motor monofásico, mostrando el control y el cuerpo del motor.
Diagrama esquemático del circuito
- Condensador: Representado en la parte superior, conectado en serie con el devanado auxiliar.
- Interruptor centrífugo: Representado en serie con el condensador, que desconecta el condensador después del arranque.
- Devanado auxiliar: Conductor de sección pequeña y pocas espiras, ayudando al arranque del motor.
- Devanado principal: Conductor de sección gruesa y mayor número de espiras, proporcionando el funcionamiento continuo del motor.
- Estator y rotor: El estator es la parte fija con los devanados, y el rotor (mostrado en azul) gira dentro del estator.
Funcionamiento
- Arranque: Cuando se enciende el motor, la corriente pasa a través del condensador y el devanado auxiliar, creando un campo magnético que ayuda a iniciar el giro del rotor.
- Desconexión del condensador: Una vez que el motor alcanza una velocidad específica, el interruptor centrífugo desconecta el condensador, permitiendo que el motor continúe funcionando solo con el devanado principal.
Este diagrama y las imágenes asociadas ayudan a comprender la estructura y funcionamiento de un motor monofásico, así como los componentes esenciales que facilitan su operación.
Motor monofásico de espira en cortocircuito o espira de sombra
Diagrama esquemático del motor (Parte superior)
- Bobinado del estator: Es la parte fija del motor donde se encuentran los devanados.
- Rotor: Parte giratoria del motor que interactúa con el campo magnético generado por el estator.
- Polo saliente: Sección del estator que sobresale y tiene un papel crucial en la generación del campo magnético.
- Espira en cortocircuito o espira de sombra: Parte del polo saliente que está en cortocircuito. Este componente es fundamental para el arranque del motor, creando un campo magnético adicional que ayuda a iniciar el giro del rotor.
Vista frontal del polo (Parte inferior izquierda)
- Espira de sombra: Vista desde el frente, muestra la espira que está en cortocircuito.
- Polo saliente: Se puede observar cómo el polo está estructurado y cómo la espira de sombra se posiciona en él.
Vista desde arriba del polo y foto del motor real (Parte inferior derecha)
- Vista desde arriba del polo: Una representación más detallada de cómo se ve la espira de sombra y el polo saliente desde arriba.
- Foto del motor real: Una imagen de un motor monofásico real que muestra cómo están dispuestos los componentes dentro de la carcasa del motor.
Funcionamiento
- Arranque del motor:
- El motor utiliza una espira de sombra (en cortocircuito) en cada polo saliente del estator.
- Cuando la corriente alterna pasa por el bobinado del estator, se crea un campo magnético.
- La espira de sombra induce un campo magnético adicional que provoca un desfasaje del campo magnético en el polo saliente, creando un efecto de rotación en el campo magnético total del estator.
-
Giro del rotor:
- Este campo magnético rotatorio interactúa con el rotor, generando una fuerza que hace que el rotor comience a girar.
- Una vez que el motor ha arrancado, el rotor sigue girando debido al campo magnético alterno generado por el estator.