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Electrónica y Telecomunicaciones

MOTORES ELÉCTRICOS

Nuestra Polimórfica. A esta máquina le tenía en gran aprecio nuestro querido profesor D.José Yoldi. Se encontraba expuesta en el laboratorio de Máquinas eléctricas del edificio antiguo.

INTRODUCCIÓN. A menudo vemos a los técnicos electrónicos advenedizos deambular alrededor de la máquina y el armario eléctrico, observando con semblante taciturno y meditabundo, sin atreverse a confesar que más de la mitad de lo que están viendo les resulta totalmente desconocido. Yo les animo porque sé que en apenas un par de días, si el individuo tiene madera, casi todo aquello le resultará familiar y se reirá al recordar el apuro de ahora mismo. En este capítulo vamos a entretenernos observando algunos detalles generales sobre los motores eléctricos, cuestiones que debemos conocer al menos superficialmente. MOTOR. El componente eléctrico por excelencia es el Motor, que convierte la energía eléctrica en mecánica. Si no se dice otra cosa solemos suponer que el motor gira y por eso, cuando escuchamos su nombre automáticamente nos imaginamos un eje con un volante, polea o engrane, girando, pero afinando en el significado del término, resulta que el conjunto imán-bobina de un altavoz clásico también se llama motor, pues también transforma la energía eléctrica en movimiento, aunque éste no sea giratorio. Y el vibrador del móvil o ese al que se recurre en los chistes y películas de baja calidad. Página 1

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Nosotros nos vamos a centrar en el motor que seguramente encontraremos compartiendo el trabajo con los sistemas electrónicos de las máquinas a las que vamos a servir. El primer detalle que hemos de tener en cuenta de un motor eléctrico es que su movimiento es consecuencia de fuerzas debidas a campos magnéticos que evolucionan por su interior. Estos campos son creados por corrientes eléctricas a las que se hace circular por bobinas. En los motores pequeños utilizados, por ejemplo, para el enfoque de máquinas de fotos, juguetes, etc., se combinan los campos creados por la corriente eléctrica y los de imanes permanentes. MOTOR DE CONTINUA Y DE ALTERNA. Cuando, al echar un vistazo a un sistema del cual conocemos aún muy pocos detalles, tenemos que entablar contacto con un motor, además de fijarnos en su tamaño y potencia, nos solemos preguntar si es de corriente continua o alterna: "...¡¿Es de continua o alterna?!...". Puede que su perfil no se corresponda con ninguno de los dos, pero hacernos esta pregunta es de lo más normal, porque de su respuesta deducimos algunos detalles sobre su comportamiento, que, evidentemente, tendrá mucho que ver con las necesidades del puesto que atiende. MOTOR Y GENERADOR. Los motores eléctricos son máquinas reversibles. Esto significa que aplicándole energía mecánica haciéndole girar a su eje, éste la convierten en eléctrica y se hace dinamo si produce corriente continua, o alternador si es alterna. MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA. El movimiento giratorio de los motores de C.C. se basa en el empuje derivado de la repulsión y atracción entre polos magnéticos. Creando campos constantes convenientemente orientados en estator y rotor, se origina un par de fuerzas que obliga a que la armadura (también le llamamos así al rotor) gire buscando "como loca" la posición de equilibrio. En a figura, la armadura tiene conectadas a la corriente una sola pareja de sus bobinas. La conexión es a través de escobillas (los cuadrados negros), que se deslizan sobre unos anillos conductores llamados delgas. Cuando el giro haya alcanzado cierto ángulo las escobillas ya no tocarán en las mismas delgas sino en otras, que alimentan a su vez a otras bobinas. Según vemos, los campos creados tienen una posición de equilibrio que hace girar al rotor hacia la derecha, y la situación se mantendrá hasta que casi se alcance el punto de reposo. Sin embargo, antes se produce la conmutación y queda alimentada una nueva pareja de bobinas y se renueva la inestabilidad culpable del giro. Página 2

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PARTES FUNDAMENTALES DE UN MOTOS DE CC. Estator. Es el que crea el campo magnético fijo, al que le llamamos Excitación. En los motores pequeños se fabrica con imanes permanentes. Cada vez se construyen imanes más potentes, y como consecuencia aparecen en el mercado motores de excitación permanente mayores.

Rotor. También llamado armadura. Lleva las bobinas cuyo campo crea, junto con el del estator, el par de fuerzas que le hace girar. Escobillas. Generalmente son dos tacos de grafito que hacen contacto con las bobinas del rotor. A medida que éste gira, la conexión se conmuta entre las bobinas, y debido a ello se producen chispas que generan calor. Para resistirlo, las escobillas se fabrican normalmente de grafito, y su nombre se debe a que los primeros motores llevaban en su lugar unos paquetes hechos con alambres de cobre dispuestos de manera que al girar el rotor "barrían", como pequeñas escobas, la superficie sobre la que tenían que hacer contacto. Colector. Los contactos entre escobillas y bobinas del rotor se llevan a cabo intercalando una corona de cobre partida en sectores. El colector consta a su vez de dos partes básicas: a. Delgas. Son los sectores circulares, aislados entre sí, que tocan con las escobillas y a su vez están soldados a los extremos de los conductores que conforman las bobinas del rotor. b. Micas. Son láminas delgadas del mismo material, intercaladas entre las delgas de manera que el conjunto forma una masa compacta y mecánicamente robusta. Visto el fundamento por el que se mueven los motores de C.C., es facil intuir que la velocidad que alcanzan éstos dependen en gran medida del equilibrio entre el par motor en el rotor y el par antagonista que presenta la resistencia mecánica en el eje.

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VELOCIDAD DEL MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA. Como ya hemos dicho, la configuración más popular es la de excitación independiente, y a ella se refieren las dos consideraciones que vienen a continuación: 1. La velocidad es proporcional al valor de la tensión media de C.C. esto es válido siempre que se mantengan constantes las condiciones de excitación y el par mecánico resistente. 2. El valor de la tensión media aplicada a las conexiones de la armadura del motor se distribuye fundamentalmente de la forma:

U = (R × I ) + E

(1)

U: Tensión media aplicada. RxI: Caída de tensión debida a la corriente que circula por el inducido. E: Fuerza contraelectromotriz inducida (velocidad).

Según el punto (1), la velocidad se puede variar empleando rectificadores controlados para proporcionarle en todo momento la tensión media adecuada. Para medir su velocidad podemos emplear, según el punto (2), un método alternativo a la dinamo tacométrica, que consiste en restar a la ecuación (1) la caída de tensión (RxI) en la resistencia de las bobinas de armadura, (con amplificadores operacionales esto está "chupao") quedándonos solo con el valor correspondiente a la fuerza contraelectromotriz (E). En nuestro entorno se tiende a pensar que allá donde encontremos motores de corriente continua es muy posible que sea debido a la necesidad de tener que poder variar la velocidad de forma sencilla. CAJA DE BORNAS. El bornero de un motor de C.C. suele proporcionar dos parejas de conexiones, una para la excitación, y otra para la armadura. Al tratarse de devanados para corriente continua sus bornes estarán coloreados, habitualmente de rojo y negro. Las tomas de estator y rotor deben ir debidamente diferenciadas, pero aún sin señales puede distinguirse entre una y otra porque las de la armadura son de sección sensiblemente mayor.

Armadura

Excitación

MOTOR UNIVERSAL. Si un motor de C.C. se monta en serie o paralelo, aunque le alimentemos con CA, como la relación de campos entre estator y rotor, y por lo tanto de fuerzas, siempre es la misma, siempre aparece par de giro y, por tanto, funciona. En realidad en su diseño se tiene en cuenta si el motor trabajará en CA y se fabrican especialmente para ambos entornos. Son los famosos motores Universales. El motor universal se monta normalmente en configuración serie y ocupa un lugar de honor en los utensilios domésticos y de bricolaje. Allí donde se necesite una potencia mecánica elevada y un

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precio muy bajo, estará presente. Así, lo encontramos en el secador de pelo, el molinillo de café, el taladro, la lijadora, la sierra circular, etc. Se distinguen enseguida porque las máquinas que lo incorporan son muy ruidosas, debido a su gran velocidad, ya que es gracias a ella como se consigue un par tan elevado. La diferencia más reseñable entre el motor de CC y el universal es que en éste, al tener que trabajar con flujos alternos, para disminuir las pérdidas por corrientes de Foucoult la armadura es de chapas, como la de los de CA. AVERÍAS. La avería típica, si se le puede considerar como tal, de un motor de continua es el desgaste de escobillas. Es natural que con el tiempo, al tener que rozar con las delgas del colector, los carbones terminen desgastándose y acortándose, dejando de hacer contacto. Cuando las escobillas empiezan a gastarse el motor tiene problemas para arrancar, pero después de ponerlo en marcha funciona casi normalmente. Cuando el deterioro es más avanzado el motor se para "cuando le viene en gana". La mejor reparación es el cambio de carbones por otros construidos para el mismo motor, pero en un apuro también podemos modelar tochos similares a partir de escobillas para máquinas mayores que no suelen faltar en el almacén del taller. -

...¡¿Y ahora qué?!. Teníamos que taladrar el circuito impreso porque la prueba iba a tener lugar en unos minutos allí mismo, y habíamos quedado con gente a la que no podíamos defraudar. En aquel lugar solo podíamos contar con un viejo taladro que hacía tiempo se quedó sin escobillas porque el mamón de turno, algún día se llevó las gastadas para usarlas como muestra y comprar otras iguales. Entonces yo fumaba como un carretero, y con el papel de plata del paquete de Ducados preparé dos especies de acordeones que encajaban en los portaescobillas...¡Y taladramos la placa!.

Otro efecto es el desgaste de las delgas, que produce chispas abundantes, deterioro de las escobillas y calentamiento. Se soluciona torneando el colector, operación que aunque nosotros no solemos realizar habitualmente, conviene que sepamos advertir cuándo es necesaria. Los técnicos eléctricos le llaman a esta avería "Micas altas" porque las láminas aislantes sobresalen por encima de las delgas rebajadas. El corte de una o más bobinas del rotor, cuyo punto débil suele ser la conexión con las delgas, suele provocar también chisporroteo y extraños en el arranque. Una solución que podemos aplicar con muchísimo cuidado, y solo si la necesidad es vital, consiste en cortocircuitar las delgas pertenecientes a la bobina interrumpida, con las vecinas. -

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Siendo yo aún estudiante de Ingeniería técnica, mi padre trajo a casa un taladro eléctrico que en el taller habían tirado a la basura porque su inducido se había cortado. Me insinuó que lo revisara, y que si la interrupción afectaba a una sola bobina, cortocircuitara sus deljtpdocav@sp.ehu.es


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gas con las vecinas. Me resistí a acometer semejante chapuza porque los libros decían que eso supondría un cortocircuito y provocaría desastres de consecuencias insospechadas. Mientras en una mano sostenía el rotor recién desmontado, mi padre me guiñó un ojo diciendo: "...¡El que ha escrito eso solo ha visto estos chismes en fotografía!...". A continuación me presentó un esquema que me convenció. Sí, lo que hice era una chapuza pero ¡Cuántos agujeros habremos hecho con aquella máquina!.

MOTOR DE CORRIENTE ALTERNA. Es la "alternativa" a la máquina de corriente continua. Su característica más peculiar es que la velocidad del rotor es consecuencia de la frecuencia de la red que lo alimenta. Otro detalle no menos importante es que la transmisión de corriente al rotor se puede resolver por inducción, como en un transformador, sin necesidad de entablar contacto físico entre éste y el entorno inmóvil. Esta es la razón por la que a estos motores se les llama también de inducción. En ellos, las piezas Estator y Rotor, pueden tomar aquí también los nombres de Inductor e Inducido, aunque parece ser que este último detalle, según algunos técnicos, no tiene que ver con esto, y los adjetivos inductor e inducido se pueden aplicar también a las piezas del motor de corriente continua porque el estator "induce" al rotor a girar...No sé, ni me importa mucho emplear ahora tiempo para verificar esta cuestión. El fundamento del movimiento en las máquinas de corriente alterna son los campos magnéticos circulares. Si conectamos un juego de bobinas como las de la figura a una fuente de corriente alterna trifásica, en el entrehierro aparecerá un campo magnético giratorio, y si ponemos una pieza imantada, ésta girará con él. La manera de generar el campo magnético del rotor marca la gran diferencia entre los dos tipos de motor de CA: El Síncrono y el Asíncrono. MOTOR SÍNCRONO. No es el más popular en nuestro entorno, pero sí el más asequible en el sentido de que es fácil de entender su funcionamiento. Se trata de una máquina en la que el rotor presenta polos magnéticos remanentes, que pueden provenir incluso de imanes permanentes. La figura anterior sirve como ejemplo. Es evidente que este motor gira a una velocidad que coincide exactamente con la frecuencia de la red de CA que alimenta las bobinas del estator, de ahí el nombre síncrono. Para alimentar las bobinas que generan el campo del rotor es necesaria una conexión eléctrica pero ésta es mucho más sencilla que la de los motores de CC porque basta con dos anillos rozantes, como se ve en la fotografía. Página 6

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El reverso del motor síncrono, el alternador, es el alma Mater de los dispositivos generadores de energía eléctrica. Muchas son las cosas que se pueden estudiar sobre esta respetable máquina, pero no es materia para este capítulo. Entre las aplicaciones cotidianas del motor síncrono tenemos los programadores de lavadora, que como son tan pequeños tienen el rotor de imán. También son síncronos los platos giradiscos que se empleaban para los antiguos discos de vinilo. Y las bombas de las peceras, cuyo rotor es un imán permanente solidario con los álabes y sumergido en el agua y el estator está perfectamente blindado en un mazacote de epoxi. Los grandes motores síncronos hay que arrancarlos poniendo cuidado en la maniobra, una cualidad que los hace menos aconsejables que los tipos que veremos a continuación. MOTOR ASÍNCRONO. En este caso, el mecanismo que genera la corriente del rotor es un ingenioso sistema de inducción que permite simplificar significativamente la máquina. Tienen un rotor construido con bobinas en cortocircuito que, al estar acopladas magnéticamente con las del estator conducen corriente y por tanto generan campos magnéticos que en combinación los del estator mantienen una gran solidaridad mecánica entre ellos. Se les llama asíncronos porque, como veremos, el campo del inductor gira ligeramente más rápido que el rotor. -

Siendo estudiante, durante mucho tiempo no logré entender, (creer tenía que hacerlo porque lo veía en los motores que yo mismo reparaba) los entresijos de la interacción entre el estator y el rotor de estos motores. Preguntaba y, ¡sí!, todos sabían... pero hasta que tenían que demostrarlo. Es una cuestión que me dejó muy resentido y receloso del verdadero conocimiento "popular" que se cocía en mi entorno. Al final opté por hacer algunas pruebas, a resultas de las cuales se fundieron los "plomos" en mi casa varias veces. Cada experimento que hacía me mostraba la respuesta con meridiana contundencia, pero yo, obcecado, no la veía: Ponía en la mesa el estator de un motor monofásico desmontado y con el rotor en su interior pero sin carcasa, y al enchufarlo, el rotor se pegaba a cualquier punto del interior como una lapa y rugiendo como un león ¡...RRRRRR...!. Si hacía fuerza para despegarlos, el rotor se me aferraba (nunca mejor dicho) a otro lado, siempre con una tendencia caprichosa hacia la mitad de los polos. Cuando caí en la cuenta de que tenía ante mí la respuesta, aquellos resultados se me antojaron, por un lado deprimentes porque no eran tan espectaculares como el bombo y platillo que insinuaban aquellos libros (o yo creía vislumbrar), pero, como casi todo, dejaron constancia de la "chorrada" en la que debió de reparar la persona que lanzó la primera idea, y de la que siento no haber encontrado su nombre para recordarlo. Era evidente que mientras hubiera inducción de energía entre el primario y el secundario, al estar éste último en cortocircuito y crear un importante campo magnético, entre ambos se genera, y de la forma más natural, una fuerza considerable de atracción.

Podemos distinguir entre dos tipos de motor asíncrono, el de Rotor devanado, y el de jaula de ardilla. MOTOR ASÍNCRONO DE ROTOR BOBINADO. El inducido está bobinado por un grueso devanado, y ofrece al exterior sus conexiones terminales, lo que permite intercalarles resistencias en lugar de cortocircuitarlas completamente. Esta configuración permite trabajar con una velocidad muy

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baja pero elevado par mecánico, una condición muy apreciada en el momento del arranque de muchas máquinas. Las resistencias se van cortocircuitando paulatinamente, en pasos escalonados, a medida que el motor alcanza la velocidad nominal. EL MOTOR ASÍNCRONO DE ROTOR DE JAULA DE ARDILLA. Como ya he dicho, es el más popular. Aparatos de la casa que lo utilizan: La lavadora, el frigorífica, el ventilador... ¿Cómo sé que hay un motor de alterna y no uno universal?: ¡Por el ruido!. ¿Quién aguantaría un ventilador con el sonido de un taladro?. Yo prefiero pasar calor. Las máquinas de bricolaje de alta calidad llevan motores de alterna. Son más pesadas y voluminosas, pero la discreción del sonido y la suavidad de su giro las hace muchísimos más agradables de usar. El nombre Jaula de ardilla deriva de la forma del rotor, pues éste se construye con varillas de cobre o aluminio unidas por sus extremos mediante aros. Es evidente que si introducimos la jaula en un medio que genere campos magnéticos variables, ésta proporcionará caminos muy asequibles a la corriente. Hay que decir que para que la inductancia mutua entre inductor y jaula sea la adecuada, ésta debe estar inmersa en material ferromagnético. En otras palabras, construida entre chapas magnéticas. Para entender cómo se produce la fuerza que mueve al inducido (aquí le podemos llamar así) podemos empezar teniendo en cuenta que la fuerza electromotriz inducida en las varillas de la jaula producirá corriente a través de ellas, pues se encuentran cortocircuitadas por los anillos laterales. La corriente en el inducido supone la generación de su propio campo, y de resultas de ello, entre ambas piezas aparecerán fuerzas mecánicas. Como el campo magnético del estator gira, si al rotor no se lo impiden, éste le seguirá. A medida que la velocidad del rotor se acerca a la que lleva el campo magnético del inductor, desde las varillas de la jaula se observarán variaciones en el flujo cada vez más débiles, y serían nulas si ambas velocidades se igualasen. Esto significa que la velocidad de este motor solo se acercará a la de sincronismo, y en una proporción que tiene que ver con la fuerza que hace su eje. La diferencia entre la velocidad de sincronismo y la del inducido se llama Deslizamiento, y el hecho de tener deslizamiento es el motivo de que a estos motores se les llame Asíncronos. A mayor carga mayor deberá ser el empuje, y por lo tanto el campo relativo entre estator y rotor: Ó sea, que a mayor carga, más deslizamiento. Página 8

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MOTOR ASÍNCRONO MONOFÁSICO. Si a un motor monofásico le anulamos el dispositivo de arranque y lo conectamos a la red, su rotor se queda "clavado", circunstancia que podemos comprobar si intentamos girar el eje haciendo un moderado esfuerzo con la mano. Siguiendo con el mismo experimento, si insistimos haciendo más fuerza ¡El motor se pone en marcha!. La razón es que, al existir tan solo dos puntos de empuje diametralmente opuestos antes de iniciar su movimiento, el rotor "no sabe" por dónde avanzar para seguir al estator, porque cualquiera de los caminos le es indiferente y su inercia mecánica le impide definirse mientras se prodiga todo un ciclo. Cuando le damos el empujón inicial hacemos que aparezca deslizamiento asimétrico y el sistema se pueda decidir de una puñetera vez por un bando, momento a partir del cual se comporta casi como si fuera trifásico. Los motores de inducción domésticos son monofásicos, y necesitan un devanado auxiliar de arranque; éste es menos robusto que el de servicio porque solo ha de desarrollar potencia en el momento de la puesta en marcha. Este bobinado se encuentra alternado entre las bobinas de servicio para que su efecto en el campo magnético sea similar al que produciría una fuente de alterna bifásica (90º de desfase entre fases). En los motores actuales las bobinas de arranque se conectan con la red a través de un condensador en serie que a la frecuencia de la red y velocidad nominal del motor produce un desfase tal entre las corrientes de los devanados de arranque y servicio que se hace innecesario desconectarlas. Los motores antiguos, y en casos de necesitar un importante empuje en el arranque, llevan un contacto acoplado con el eje y controlado por efecto centrífugo. El contacto permanece cerrado hasta que el motor alcanza una determinada velocidad, período en el que las bobinas de arranque permanecen conectadas directamente con la red. MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO. Normalmente, los devanados están dimensionados para trabajar conectados en triángulo. Es clásica la conmutación estrella-triángulo durante el arranque de motores de potencia respetable. Consiste en conectar las bobinas, primero en estrella, lo que supone que cada una se ve sometida a la tensión de fase, y cuando el rotor alcanza la velocidad nominal conmutarlas a triángulo.

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L1 L2 L3

Estrella KM 135 KM 126 Marcha KM 148 Triángulo R

S

T

M W

U

V

Su velocidad, que viene indicada en la placa de características, es muy cercana a la de sincronismo. Podemos hacer un cálculo aproximado muy útil si pensamos con un mínimo de sentido común: v≤

f × 60 r. p.m. p

f: frecuencia de la red, 50 Hz en Europa. P: Número de pares de polos, el motor más simple (y veloz), tiene uno solo.

AVERÍAS. A los motores de corriente alterna asíncronos les afecta mucho el estado de los cojinetes. Unos rodamientos desgastados reducen considerablemente su rendimiento, y son los responsables de que se produzca un ruido anormalmente elevado. Los motores monofásicos pueden presentar problemas en el arranque, la mayoría de las veces debido al deterioro del condensador. En casos de motores dotados de arranque con interruptor centrífugo, el número de maniobras o el tiempo pueden llegar a deteriorarlo y dejar al motor funcionando con el devanado de arranque continuamente activado, lo que conlleva al quemado de éste. Un efecto muy clásico es el funcionamiento del motor en la modalidad vulgarmente llamada "a dos fases". Consiste en que por culpa del corte de uno de los tres arrollamientos, aunque el motor gira, lo hace emitiendo bastante ruido y a una velocidad muy inferior a la nominal. Si el efecto pasa desapercibido, por ejemplo debido a que el ambiente del taller enmascara el ruido, o porque el usuario de la máquina está un poco distraído (o tonto), al no estar el motor diseñado para trabajar de continuo con semejante deslizamiento (no olvidar que el deslizamiento es el responsable de la magnitud de corriente inducida en las varillas de la jaula, y la corriente del secundario proviene de la que circula por las bobinas del primario), se quema. A menudo el corte no está en las entrañas de la máquina, sino que es culpa del contactor, al que le falla el asentamiento de una de sus lengüetas. Otras veces es debido al corte de un fusible de protección ¡Qué risa! (risa circunstancial porque el fusible se debería haber cortado solo por alguna anomalía). En el servicio a la máquina, los técnicos que la atienden, sean de la especialidad que sea, deben saber detectar esta condición. Por lo demás, al no tener piezas sometidas a desgaste, como es el caso de las escobillas en los de corriente continua, los motores de inducción necesitan poco servicio de mantenimiento, siendo ésta otra de las razones por las que, a igualdad de condiciones, resultan elegidos. SENTIDO DE GIRO. En los motores monofásicos la selección el sentido de giro se determina en el momento del arranque, con el empuje inicial. Es por tanto la polaridad del devanado de arranque respecto del de servicio la que lo determina.

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Los motores trifásicos giran en un sentido u otro dependiendo de la secuencia de conexión de sus bobinas a las fases de la red. Es típica la maniobra de inversión de giro en los cuadros eléctricos. CAJA DE BORNES. La caja de bornes típica del motor monofásico presenta cuatro terminales, aunque a veces se reducen a tres porque uno de ellos se conecta internamente. En cualquier caso ha de estar perfectamente indicado en la carátula de la tapa del bornero. El bornero de los motores trifásicos casi siempre tiene la disposición de la figura porque, como se observa, es muy fácil combinar la configuración estrella y triángulo.

Servicio

Arranque

T

R

S

T

R

S

U

V

W

U

V

W

S

R

R-V

V U W S-W

MOTORES PASO A PASO.

T

T-U

En los últimos años se han venido desarrollando infinidad de nuevos motores y las noticias que llegan siguen anunciando más invenciones. En el campo del diseño resulta aventurado adoptar la última moda, porque de todo lo que se nos pone a tiro, siempre rodeado de una publicidad, sino falsa, sí llena de exageraciones a favor y encubriendo con sigilo las carencias, de todo eso, digo, solo merece la pena una pequeña parte. En nuestro pequeño estudio debemos hacer un sitio para los motores paso a paso porque han marcado una pauta en la concepción del movimiento electromecánico. El motor paso a paso nace más del interés por controlar la posición de su eje que por la de realizar esfuerzo mecánico. Podemos esquematizar su estructura de una manera muy práctica partiendo de la base de un estator dotado de cuatro bobinas, y un rotor constituido por imán permanente con una distribución polar muy especial. En realidad la forma de las piezas es más compleja de lo que muestran los esquemas, pues la distribución de las cuatro bobinas y de los polos del rotor deben permitir que en una vuelta completa el motor ejecute un número importante de pasos, medio centenar como número típico. El fundamento de estos Página 11

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motores es inverso del de los ya estudiados, en el sentido de que, alimentado sin más, el rotor tiende a la estabilidad porque la corriente en al menos una de sus bobinas lo retiene en una posición de equilibrio. Solo se moverá si, respetando un determinado protocolo, de manera premeditada se altera el estado de conducción en los devanados del estator. En las figura se presenta una secuencia de control muy habitual, y que consiste en mantener con corriente en todo momento, tan solo a una bobina. Se puede mejorar el comportamiento del motor alimentando a las bobinas de forma diferencial, esto es, aplicando, a las que dibujamos sombreadas, corriente de sentido inverso al de las que están en color negro. A medida que se avanzan pasos, las bobinas van intercambiando su estado con el de sus vecinas. Si en lugar de una sola, son dos las bobinas activadas, la posición del rotor es más recia porque después de avanzar el paso, se encuentra retenido por la fuerza de dos polos. Por último, existe la alternativa de controlar el motor alternando el número de bobinas activas en secuencia 2-1, con lo que se consigue reducir a la mitad la amplitud del paso, o lo que es lo mismo, duplicar la precisión. Como podemos observar, este motor es un poco torpón a la hora de moverse, pero tenemos la certeza de que, si no hay altercados que impidan su avance, sabemos en todo momento la posición de su eje. Encontramos aplicaciones de este motor en las impresoras de ordenador, escanners, y casi todos los sistemas domésticos en donde es necesario controlar con exactitud y a buen precio la posición y evolución de un cabezal. Otra aplicación, no tan económica para nuestros bolsillos, son las máquinas tragaperras. Las frutas que vemos desfilar y reírse delante de nuestras narices son cintas (un rodillo rígido, para la cantidad de dibujos que tiene cada uno sería demasiado grande...¡Hasta en eso nos engañan!) impresas cuyo avance es controlado por motores paso a paso y que se posicionan allí donde el miserable programa lleva escrito lo que ha decidido su "azar" calculado. Dentro del terreno industrial, han jugado el papel principal en la robótica, y aún hoy se los recuerda porque son los promotores de los motores Brushless que están revolucionando el mercado. Una de las facetas que menos gusta del motor paso a paso es que, como para mantener suposición, el rotor ha de permanecer bloqueado en ella, al menos una de Página 12

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las bobinas debe estar, constantemente, siendo atravesada por la corriente, y por lo tanto consumiendo energía. Se puede argumentar que se le pone un freno y listos, pero ya estamos encareciendo y complicando el sistema. Otro detalle en su contra es que, a velocidades elevadas su par decrece enormemente, de tal manera que sobrepasando regímenes de apenas unos centenares de r.p.m., la credibilidad en su control de posición se anula porque empieza a "perder pasos" de forma totalmente aleatoria. MOTORES BRUSHLESS (SIN ESCOBILLAS). Desde hace unos quince años han aparecido en el mercado unos motores herederos de la idea del paso a paso, con unas prestaciones verdaderamente extraordinarias. Aglutinan las ventajas de: Control absoluto de posición. Su control no solo reside en la manera de recibir las órdenes de movimiento, sino en un sofisticado sistema electromagnético llamado Resolver, mediante el cual se tiene información instantánea de la posición real que ocupa el eje de la máquina. De esta guisa la posible pérdida de pasos deja de ser preocupante. Electrónica de control incorporada. Además del resolver, que es un sistema eléctrico que se basa en la relación de fases de corrientes en grupos de bobinas, los fabricantes le incorporan, como elemento adicional, encoder incremental o absoluto de gran precisión, y una velocidad de comunicación con el control asombrosamente elevada. Rotor de baja inercia. También se le han incorporado los avances logrados en los últimos años en los rotores de baja inercia, lo que los hace sorprendentemente rápidos en las maniobras de aceleración y frenado. Quizás lo más negativo que puedo decir por ahora sobre ellos, aparte de su también extraordinario precio, es que los fabricantes se han preocupado mucho de la faceta comercial, pero la técnica, con o sin su intención, está muy dejada, y la información que nos gustaría tener para sacarles partido está resultando de muy difícil acceso.

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