Métodos de construcción, trabajo y arranque

Un motor de inducción monofásico es un tipo de motor de CA que consta de un devanado monofásico en el estator y requiere un suministro de CA monofásico para crear un flujo de trabajo para el motor.

Pero, ¿te has puesto a pensar alguna vez, para qué necesitamos un motor de inducción monofásico cuando ya tenemos un motor de inducción trifásico?
Esto se debe a que nuestras casas y oficinas cuentan con alimentación de CA monofásica. Los requisitos de carga también son demasiado pequeños para usar un motor de inducción trifásico. Por lo tanto, usar un motor de inducción monofásico es económico en comparación con un motor de inducción trifásico.

Pero, ahora surge la pregunta, ¿cómo se relacionan un motor de inducción monofásico y uno trifásico? ¿Son de alguna manera similares o completamente diferentes? ¿Por qué un motor monofásico no arranca automáticamente y cómo lo explica la teoría del campo de doble rotación?

Estas son solo algunas preguntas de muchas que pueden haber venido a su mente. Para obtener información completa sobre los motores de inducción monofásicos, siga leyendo este artículo hasta el final.

Construcción de un motor de inducción monofásico

La construcción de un motor de inducción monofásico es similar a la de un motor de inducción de jaula de ardilla trifásico. Al igual que un motor de inducción trifásico, también contiene un estator y un rotor.

Estator de un motor de inducción monofásico

**Imagen de cortesía: Clínica electrónica

El núcleo del estator está fabricado con acero laminado para reducir la corriente de Foucault y la pérdida por histéresis. La estructura está ranurada desde el lado interior y lleva el devanado del estator. Pero en lugar de un devanado trifásico, solo se distribuyen dos conjuntos de devanados en el estator, a saber, un devanado primario y un devanado auxiliar.

Rotor de un motor de inducción monofásico

**Imagen de cortesía: Transistor PnPn

El rotor utilizado en el motor de inducción monofásico es del tipo jaula de ardilla. Las barras del rotor no son paralelas al eje, sino que están sesgadas en un ángulo. El sesgo evita el bloqueo magnético de los dientes del estator y del rotor y proporciona un par de funcionamiento uniforme.

Pero a pesar de su bajo consumo de energía y otras ventajas, este motor no es de arranque automático.

¿Por qué un motor de inducción monofásico no arranca automáticamente?

Considere un estator de dos polos conectado a una fuente de CA monofásica. Al salir del devanado con suministro de CA, se desarrolla un campo magnético, cuyo eje siempre está a lo largo del eje de las bobinas del estator. La onda mmf es estacionaria en el espacio pero tiene una magnitud pulsante.

Debido al principio de inducción mutua, se induce una corriente en los conductores del rotor. Las corrientes en los conductores del rotor crean un campo magnético para oponerse al campo magnético del estator (según la ley de Lenz).

Por lo tanto, el eje del rotor MMF coincide con el estator MMF y, por lo tanto, no se desarrolla ningún par en el arranque. Si de alguna manera se rompe la inercia de reposo del rotor (un empujón manual u otro medio), el motor aumentará la velocidad y continuará girando en esa dirección.

Por lo tanto, este motor no es de arranque automático y requiere algunos métodos de arranque externos.

El concepto detrás del motor de inducción monofásico sin arranque automático

Las siguientes dos teorías brindan una visión detallada del comportamiento de no arranque automático de los motores de inducción monofásicos.

• Teoría del doble campo giratorio
• Teoría de campos cruzados

Ambas teorías explican el mismo concepto por un enfoque diferente. Para entender el concepto claramente, analicemos la teoría giratoria de doble campo.

Teoría del doble campo giratorio

• Supongamos que el campo magnético del estator produce un campo magnético pulsante con una amplitud máxima de Qm.
• Entonces, según esta teoría, podemos dividir el flujo del estator en dos componentes, cada uno con la mitad del valor de la magnitud máxima del flujo del estator, es decir, Qm/2.
• Ambos flujos giran dentro de la periferia del estator con una velocidad síncrona Ns pero en direcciones opuestas.
• Sea Qf el flujo del estator que gira en sentido antihorario. Asuma esto como la dirección de avance de la rotación del flujo. Entonces Qb será la componente inversa del flujo del estator que gira en el sentido de las agujas del reloj.
• Entonces, al comenzar, el efecto de ambos flujos se cancela (ya que son iguales y opuestos). Por lo tanto, no hay flujo resultante. La siguiente figura muestra la posición inicial de ambos vectores.

• Después de una rotación de 90 grados, ambos vectores apuntan en la dirección que se muestra en la figura. En este punto, ambos componentes del campo magnético se suman para dar un campo magnético resultante Qm.

• Después de otra rotación de 90 grados, los dos vectores vuelven a mirar en direcciones opuestas, anulando así el efecto del otro.
• Si graficamos el campo magnético general del estator, obtenemos una onda sinusoidal, como se muestra en la figura.

Muestra que el campo magnético del estator tiene una naturaleza alterna pero pulsante.

Interacción del flujo del estator con el flujo del rotor

• Cada componente del flujo del estator induce una corriente en el rotor (según la ley de inducción electromagnética de Faraday). La corriente del rotor produce flujo del rotor, y la interacción del flujo del estator y del rotor crea un par.
• Deje que el flujo del rotor que interactúa con Qf crea un par en sentido antihorario, mientras que el flujo del rotor que interactúa con Qb crea un par en sentido horario.
• Entonces, estos dos pares intentan hacer girar el rotor en la dirección opuesta. Pero, teniendo la misma magnitud, el rotor no puede moverse. Si de alguna manera el par en un lado aumenta, el rotor seguirá girando en esa dirección en particular.

¿Por qué los motores de inducción trifásicos son de arranque automático?

En el caso de un motor de inducción trifásico, una fuente trifásica le suministra energía. La interacción de tres corrientes variables en el tiempo alimentadas a un devanado distribuido trifásico crea un campo magnético giratorio.

Pero, en el caso de un motor de inducción monofásico, solo tenemos una única fuente de CA. Y a partir de la explicación anterior, vimos cómo no puede crear un campo magnético giratorio.

Entonces, si podemos producir un flujo variable en el tiempo adicional de la misma fuente de CA, nuestro problema se elimina. Es porque un campo giratorio requiere la interacción de al menos dos campos magnéticos. Pero, ¿cómo hacemos que eso suceda?

Métodos de arranque del motor de inducción monofásico

Para producir un flujo adicional de la misma fuente, conectamos un devanado adicional (también conocido como devanado auxiliar) colocado perpendicularmente al devanado primario del motor. La impedancia del devanado auxiliar es diferente a la del devanado primario. De esta manera, cuando la corriente fluye a través de ambos devanados, se crea una diferencia de fase entre ellos. Debido a la interacción del flujo de estas corrientes, se crea un campo magnético giratorio.

Este campo giratorio interactúa con el rotor, y esto ahora crea un par unidireccional para el rotor.

¿Qué es la división de fase?

**Imagen de cortesía: electrónica StackExchange

El proceso de agregar un devanado auxiliar con una impedancia adecuada perpendicular al devanado primario se conoce como división de fase. Los motores de inducción que emplean el principio de división de fase se conocen como motores de división de fase. Entonces, los motores de fase dividida son de los siguientes tipos.

• Motor de arranque por resistencia
• Motor de arranque por condensador
• Motor de funcionamiento del condensador de arranque del condensador
• motor de condensador permanente
• Motor de polo sombreado

Aunque el par generado por este motor no es tan fuerte como un motor de inducción trifásico. Pero aún es suficiente para alimentar las cargas domésticas, como aspiradoras, ventiladores, bombas, sopladores, taladros, etc.

Comparación entre un motor de inducción trifásico y uno monofásico

Entonces, después de aprender sobre ambos motores de inducción, resumamos rápidamente sus puntos cruciales con la ayuda de la siguiente tabla.