El motor de inducción monofásico es ampliamente utilizado en una variedad de aplicaciones industriales y domésticas debido a su eficiencia y simplicidad. Sin embargo, es común enfrentarse a un problema común: no arranca automáticamente. ¿Por qué sucede esto? En este artículo exploraremos las posibles razones detrás de este inconveniente y cómo solucionarlo de manera sencilla y efectiva. Si eres dueño de un motor de inducción monofásico y te has preguntado por qué no se enciende automáticamente, no te pierdas la información que compartiremos a continuación.
La razón principal por la que un motor de inducción monofásico no arranca automáticamente es que produce un campo magnético giratorio y no un campo magnético giratorio. En este artículo, entenderemos el concepto de esto.
Los motores de inducción monofásicos se utilizan principalmente en ventiladores y sopladores. Estas máquinas de kilovatios fraccionarios no son adecuadas para impulsar cargas, pero son eficientes y económicas para aplicaciones de baja potencia como ventiladores o sopladores.
Sin embargo, a diferencia de sus homólogos trifásicos, el motor de inducción monofásico no arranca automáticamente, lo cual es una de las desventajas de este motor. Aquí discutiremos sobre el funcionamiento de estos motores y por qué no son de arranque automático. Además de eso, discutiremos brevemente las técnicas empleadas para que comiencen por sí mismos.
Laboral
Nuestros hogares, oficinas y otros lugares similares necesitan electrodomésticos de bajo consumo y, por lo tanto, tenemos un suministro monofásico del distribuidor. Una de las cosas más comunes que necesitamos son los ventiladores y, dado que tienen que funcionar con este suministro monofásico, el motor que se use en ellos debe ser confiable, eficiente y económico para esa aplicación. Los motores monofásicos cumplen todos estos criterios. Entendamos el funcionamiento de este motor.
Un motor de inducción monofásico tiene tres partes importantes: el estator, el rotor y los devanados. El estator alberga los devanados estacionarios a través de los cuales se suministra una corriente CA monofásica desde la fuente. Como resultado, se genera un campo magnético correspondiente en el entrehierro entre el estator y el rotor.
Sin embargo, este campo magnético no es rotatorio como en el caso de un motor de inducción trifásico. Este campo se vincula con los devanados del rotor. Como el voltaje suministrado es de naturaleza alterna, el campo magnético del entrehierro también es alterno. Este campo magnético variable en el tiempo provoca la generación de campos electromagnéticos inducidos en los conductores del rotor de acuerdo con la ley de inducción electromagnética de Faraday.
De acuerdo con la ley de Lenz, la EMF inducida intenta neutralizar este cambio tratando de rotar. Sin embargo, el rotor no gira ni se autoarranca, lo que puede explicarse mediante la teoría del campo de doble rotación.
Teoría del campo de doble rotación
En el caso de un motor de inducción trifásico, las tres fases permanecen separadas 120 grados en cualquier momento. Si se grafica la tensión de la fuente trifásica o el campo del entrehierro correspondiente con respecto al tiempo, veremos que el campo resultante es un campo giratorio que, por lo tanto, induce un campo giratorio en el rotor y, por lo tanto, el rotor sigue este campo giratorio para neutralizar su efecto. Por lo tanto, el rotor comienza a girar de forma natural. Eso no sucede en el caso de un motor de inducción monofásico ya que el suministro es solo corriente alterna monofásica que alterna cada medio ciclo y la fuerza resultante generada es cero.
El Teoría del campo de doble rotación explica todo el fenómeno. El suministro de CA monofásico provoca la generación de dos campos magnéticos que giran en sentido contrario en el entrehierro. Ambos campos son iguales en magnitud pero de dirección opuesta. Este campo magnético igual y opuesto se genera debido a que el voltaje de CA está alternativamente en el medio ciclo positivo y negativo.
Por lo tanto, el rotor se enfrenta al campo magnético del entrehierro que gira tanto en el sentido de las agujas del reloj como en el sentido contrario a las agujas del reloj y, por lo tanto, trata de mover el rotor en su dirección respectiva. Pero siendo ambos iguales, la fuerza de rotación resultante se vuelve cero y no logra vencer la inercia del resto del rotor. La siguiente imagen es la representación gráfica de esta teoría.
Como puede ver, el campo magnético del entrehierro se divide en dos campos de igual magnitud pero de dirección opuesta entre sí en cualquier instante de tiempo. La suma vectorial de estos dos campos decidirá la dirección y la magnitud de la rotación del motor.
Como los campos son iguales y opuestos, se anulan mutuamente provocando que el motor permanezca parado. Para que el motor gire, debe ser forzado externamente en cualquier dirección para que se rompa este equilibrio de fuerza en ambas direcciones y el motor comience a girar.
Esto se puede hacer físicamente aplicando una fuerza; sin embargo, no es deseable porque en muchas aplicaciones, es posible que no haya acceso directo al motor o que esté cargado. Por lo tanto, debe haber algún mecanismo en el circuito del motor para permitir que el motor rompa este equilibrio de fuerza y comience a girar en cualquier dirección.
La imagen de arriba muestra las características de par-velocidad del motor de inducción monofásico. Ambos campos magnéticos que giran de manera opuesta crean su par de arranque correspondiente que se cancela sin dejar ningún par de arranque.
Otra teoría que explica ¿Por qué los motores de inducción monofásicos no son de arranque automático?s la teoría del campo cruzado.
Teoría de campo cruzado
La teoría de campo cruzado es una manifestación más cercana de lo que sucede dentro de un motor de inducción monofásico que restringe su movimiento durante el arranque.
Supongamos que el motor está parado cuando se alimenta con la alimentación de CA monofásica a la tensión nominal. Esto provoca la producción de un flujo de campo magnético alterno monofásico en los devanados del estator a lo largo de su eje.
Este campo magnético se vincula con los devanados del rotor a través del entrehierro por la acción del transformador; por lo tanto, se genera una fem en los devanados del rotor. Como el rotor es un circuito cerrado, esta fem inducida hace que fluya una corriente a través del circuito del rotor.
Por la ley de Lenz, sabemos que esta fem inducida trata de matar la causa misma de su propia creación. Por lo tanto, la corriente a través del rotor fluye de tal manera que el flujo del campo magnético del rotor se opone al campo del entrehierro para mantener el statu quo. La dirección de la corriente del rotor se puede determinar mediante la regla de la mano izquierda de Fleming.
La imagen muestra la dirección de la corriente inducida en el rotor. Se puede ver que cuando el campo magnético del entrehierro Φs está en dirección ascendente, los conductores del rotor del lado izquierdo inducen una corriente tal que obliga al rotor a girar de izquierda a derecha mientras que los conductores del lado derecho lado experimenta una fuerza de derecha a izquierda.
Como ambas fuerzas son iguales y de dirección opuesta, el efecto neto en el rotor es cero y el rotor permanece parado. Por eso el motor no arranca solo.
Para superar esto, se requiere una fuerza externa que haga que los conductores del rotor corten el campo magnético del entrehierro del estator y generen una fem rotacional. Esto hace que los conductores del rotor generen una corriente que además crea un flujo de campo magnético propio. Por lo tanto, la fuerza equilibrada se rompe y el motor gana par de arranque y comienza a girar en su dirección.
¿Cómo hacer que un motor de inducción monofásico arranque automáticamente?
El objetivo principal de cualquier mecanismo de arranque es proporcionar un par de torsión desequilibrado al rotor para permitirle girar. Uno de tales mecanismos es la técnica de fase dividida. En la técnica de fase dividida, el estator lleva dos devanados: el devanado principal y el devanado auxiliar. El devanado auxiliar está conectado con un condensador o resistencia, mientras que el devanado principal es simplemente un circuito inductivo.
Cuando se alimenta con corriente alterna, ambos devanados generan su respectivo campo magnético. En el devanado principal, la corriente se atrasa con respecto a la tensión de alimentación en un ángulo mayor mientras que, en el caso del devanado auxiliar, la resistencia o el condensador conectado en el circuito hace que se reduzca el ángulo entre la tensión y la corriente en el devanado.
Así, hay dos tipos de corriente inducida que dan como resultado la generación de dos tipos de campos de entrehierro separados por un ángulo. Esto parece un suministro bifásico o de fase dividida que permite que el motor arranque fácilmente.
Una vez que el motor alcanza la velocidad requerida, el circuito auxiliar se corta mediante un interruptor centrífugo. Sin embargo, mantenerlo conectado mientras funciona aumenta la eficiencia y el rendimiento del motor.
En la mayoría de las aplicaciones, se prefiere la fase dividida del condensador en comparación con la fase dividida de la resistencia, ya que el campo magnético resultante y, por lo tanto, la fuerza de rotación depende del seno del ángulo entre los campos generados por los devanados principal y auxiliar. Por lo tanto, cuanto mayor sea el ángulo, más eficiente será la operación del motor.
Mientras que la resistencia pone el voltaje y la corriente en fase, el capacitor hace que la corriente conduzca al voltaje. De esta forma, el ángulo entre el flujo del campo del devanado auxiliar y el flujo del campo del devanado principal aumenta y llega a casi 90 grados, lo cual es ideal para la operación requerida.
Además de la fase dividida, existen otros métodos para arrancar un motor de inducción monofásico, como el arranque de polo sombreado, el arranque de reluctancia y el arranque del motor de repulsión. Sin embargo, ninguno de ellos se acerca al tipo de rendimiento que proporciona el arranque de fase dividida.
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