Un motor electrico es un dispositivo que convierte la energia electrica en energia mecanica de rotacion por medio de la accion de los campos magneticos generados en sus bobinas. Son maquinas electricas rotatorias compuestas por un estator y un rotor .

Algunos motores electricos son reversibles, ya que pueden convertir energia mecanica en energia electrica funcionando como generadores o dinamos. Los motores electricos de traccion usados en locomotoras o en automoviles hibridos realizan a menudo ambas tareas, si se disenan adecuadamente.

Son utilizados en infinidad de sectores tales como instalaciones industriales, comerciales y particulares. Su uso esta generalizado en ventiladores , vibradores para telefonos moviles , bombas de agua , medios de transporte electricos , electrodomesticos , esmeriles angulares y otras herramientas electricas, unidades de disco , etc. Los motores electricos pueden ser impulsados por fuentes de corriente continua (CC) y por fuentes de corriente alterna (CA).

La corriente directa o corriente continua proviene de las baterias , los paneles solares , dinamos , fuentes de alimentacion instaladas en el interior de los aparatos que operan con estos motores y con rectificadores . La corriente alterna puede tomarse para su uso en motores electricos bien sea directamente de la red electrica , alternadores de las plantas electricas de emergencia y otras fuentes de corriente alterna bifasica o trifasica como los inversores de potencia .

Los pequenos motores se pueden encontrar hasta en relojes electricos. Los motores de uso general con dimensiones y caracteristicas mas estandarizadas proporcionan la potencia adecuada al uso industrial. Los motores electricos mas grandes se usan para propulsion de trenes , compresores y aplicaciones de bombeo con potencias que alcanzan 100 megavatios. Estos motores pueden ser clasificados por el tipo de fuente de energia electrica , construccion interna, aplicacion, tipo de salida de movimiento, etcetera.

Historia [ editar ]

Probablemente, el primer motor electrico fue un motor electrostatico simple, construido por el benedictino escoces Andrew Gordon en 1740. ^{[ 1 ]} ​ ^{[ 2 ]} ​ ^{[ 3 ]} ​

En 1820 el fisico y filosofo danes Hans Christian Ørsted descubrio el efecto magnetico de la corriente electrica, un fenomeno fundamental del electromagnetismo . ^{[ 4 ]} ​ Un ano despues, Michael Faraday publico su trabajo sobre "rotacion electromagnetica". Construyo un dispositivo en el que un conductor electrico giraba en torno a un iman fijo y, en un contraexperimento, un iman movil giraba en torno a un conductor fijo. En 1822 Peter Barlow desarrollo la rueda de Barlow que lleva su nombre. El cientifico britanico William Sturgeon invento otro precursor del motor en 1832. ^{[ 5 ]} ​ En el continente europeo, Anyos Jedlik (1827) y Moritz von Jacobi trabajaron en el desarrollo del motor electrico de corriente continua. Jacobi desarrollo el primer motor electrico practico en Potsdam ya en 1834 y equipo un barco con una capacidad de doce personas en San Petersburgo en 1838 con el motor de 220 vatios que habia desarrollado, ^{[ 6 ]} ​ que fue la primera aplicacion practica de un motor electrico. El herrero estadounidense Thomas Davenport tambien desarrollo un motor de conmutador en Vermont . El 25 de febrero de 1837 se le concedio una patente por su diseno.

Esto significa que hacia 1837/1838 se conocia la base para un motor electrico y se desarrollo en forma de herramienta adecuada para su uso. Werner von Siemens patento en 1866 la dinamo. Con ello no solo contribuyo al inicio de los motores electricos, sino tambien introdujo el concepto de ingenieria electrica , creando planes de formacion profesional para los tecnicos de su empresa. La construccion de las primeras maquinas electricas fue lograda en parte, sobre la base de experiencia practica. A mediados de la decada de 1880, gracias al avance en el electromagnetismo , con contribuciones como las desarrolladas por Nikola Tesla , Michael Faraday o al exito de Werner von Siemens , la ingenieria electrica se introdujo como disciplina en las universidades. En 1886, el ingeniero espanol Isaac Peral , desarrollaria el primer sumergible (el Submarino Peral ), empleando motores electricos.

La fascinacion por la electricidad aumento con la invencion de la dinamo. Antonio Pacinotti invento el inducido en forma de anillo en una maquina que transformaba movimiento mecanico en corriente electrica continua con una pulsacion, y dijo que su maquina podria funcionar de forma inversa. Esta es la idea del motor electrico de corriente continua.

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  La "rueda de Barlow" (1822)
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  Motor Jedlik (1827)
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  "Maquinas electricas magneticas" I hacia el 1890
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  "Maquinas electricas magneticas" II hacia el 1890

Desde 1880 se construyeron redes electricas y centrales electricas en muchos paises. En Alemania, por ejemplo, Emil Rathenau con su Allgemeinen Electricitats-Gesellschaft y en Estados Unidos Thomas Alva Edison . Con el suministro de energia electrica a gran escala, el motor electrico se extendio rapidamente. Junto con la industria quimica, esta electrificacion fue la caracteristica mas importante de la segunda revolucion industrial. Los tranvias publicos de caballos fueron sustituidos por tranvias electricos y entonces se utilizaban motores electricos en lugar de la maquina de vapor para hacer funcionar las maquinas de trabajo . ^{[ 7 ]} ​

Principio de funcionamiento [ editar ]

Los motores electricos son dispositivos que transforman energia electrica en energia mecanica. El medio de esta transformacion de energia en los motores electricos es el campo magnetico. Existen diferentes tipos de motores electricos y cada tipo tiene distintos componentes cuya estructura determina la interaccion de los flujos electricos y magneticos que originan la fuerza o par de torsion del motor.

El principio fundamental que describe como es que se origina una fuerza por la interaccion de una carga electrica puntual q en campos electricos y magneticos es la fuerza de Lorentz : ^{[ 8 ]} ​

${\displaystyle \mathbf {F} =q(\mathbf {E} +\mathbf {v} \times \mathbf {B} )}$

donde:

q  : carga electrica puntual

${\displaystyle \mathbf {E} }$ : Campo electrico

${\displaystyle \mathbf {v} }$ : velocidad de la particula

${\displaystyle \mathbf {B} }$ : densidad de campo magnetico

En el caso de un campo puramente electrico la expresion de la ecuacion se reduce a:

${\displaystyle \mathbf {F} =q\mathbf {E} }$

La fuerza en este caso esta determinada solamente por la carga q y por el campo electrico ${\displaystyle \mathbf {E} }$. Es la fuerza de Coulomb que actua a lo largo del conductor originando el flujo electrico, por ejemplo en las bobinas del estator de las maquinas de induccion o en el rotor de los motores de corriente continua.

En el caso de un campo puramente magnetico:

${\displaystyle \mathbf {F} =q(\mathbf {v} \times \mathbf {B} )}$

La fuerza esta determinada por la carga, la densidad del campo magnetico ${\displaystyle \mathbf {B} }$ y la velocidad de la carga ${\displaystyle \mathbf {v} }$. Esta fuerza es perpendicular al campo magnetico y a la direccion de la velocidad de la carga. Normalmente hay muchisimas cargas en movimiento por lo que conviene reescribir la expresion en terminos de densidad de carga ${\displaystyle \rho }$ y se obtiene entonces densidad de fuerza ${\displaystyle \mathbf {Fv} }$ (fuerza por unidad de volumen):

${\displaystyle \mathbf {Fv} =\rho (\mathbf {E} +\mathbf {v} \times \mathbf {B} )}$

Al producto ${\displaystyle \rho \mathbf {v} }$ se le conoce como densidad de corriente ${\displaystyle \mathbf {J} }$ (amperes por metro cuadrado):

${\displaystyle \mathbf {J} =\rho \mathbf {v} \,\!}$

Entonces la expresion resultante describe la fuerza producida por la interaccion de la corriente con un campo magnetico:

${\displaystyle \mathbf {Fv} =\mathbf {J} \times \mathbf {B} }$

Este es un principio basico que explica como se originan las fuerzas en sistemas electromecanicos como los motores electricos. Sin embargo, la completa descripcion para cada tipo de motor electrico depende de sus componentes y de su construccion.

Caracteristicas [ editar ]

• A igual potencia , su tamano y peso son mas reducidos que un motor de combustion interna equivalente.
• Se pueden construir de cualquier tamano y forma, siempre que el voltaje lo permita.
• Tiene un par de giro elevado y, segun el tipo de motor, practicamente constante.
• Su rendimiento es muy elevado (tipicamente en torno al 75 %, aumentando a medida que se incrementa la potencia de la maquina).
• Este tipo de motores no emite contaminantes, aunque en la generacion de energia electrica de la mayoria de las redes de suministro, si se emiten contaminantes.
• En general no necesitan de refrigeracion ni ventilacion externa, estan autoventilados.
• No necesita de cajas de cambios de mas de 1 velocidad.

Motores de corriente continua [ editar ]

Los motores de corriente continua se clasifican segun la forma como esten conectados, en:

• motor serie
• motor compound
• motor shunt
• motor electrico sin escobillas

Ademas de los anteriores, existen otros tipos que son utilizados en electronica:

• motor paso a paso
• servomotor
• motor sin nucleo

Motores de corriente alterna [ editar ]

Existen tres tipos, siendo el motor asincrono el mas empleado en la industria y el que menos mantenimiento requiere:

• motor universal (puede trabajar tanto en CA como en CC)
• motor asincrono
• motor sincrono

Usos [ editar ]

Los motores electricos se utilizan en la gran mayoria de las maquinas modernas. Su reducido tamano permite introducir motores potentes en maquinas de pequeno tamano, por ejemplo taladros o batidoras. Su elevado par motor y alta eficiencia lo convierten en el motor ideal para la traccion de transportes pesados como trenes ; asi como la propulsion de barcos , submarinos y dumperes de mineria, a traves del sistema diesel-electrico .

Cambio de sentido de giro [ editar ]

Para efectuar el cambio de sentido de giro de los motores electricos de corriente alterna se siguen unos simples pasos tales como:

• Para motores monofasicos unicamente es necesario invertir las terminales del devanado de arranque, esto se puede realizar manualmente o con reles conmutadores
• Para motores trifasicos unicamente es necesario invertir dos de las conexiones de alimentacion correspondientes a dos fases de acuerdo a la secuencia de trifases.

De corriente continua [ editar ]

Para motores de corriente continua es necesario invertir los contactos del par de arranque. ^{[ 9 ]} ​

Regulacion de velocidad [ editar ]

Sincronos trifasicos existen dos formas de poder variar la velocidad, una es variando la frecuencia mediante un equipo electronico especial y la otra es variando la polaridad gracias al diseno del motor. Esto ultimo es posible en los motores de devanado separado o los motores de conexion Hilandera, ^{[ 10 ]} ​ pero solamente es posible tener un cambio de polaridad limitado, por ejemplo, de dos y cuatro polos.

Motores no magneticos [ editar ]

Un motor electrostatico se basa en la atraccion y repulsion de carga electrica. Por lo general, los motores electrostaticos son el doble de los motores convencionales basados en bobinas. Por lo general, requieren una fuente de alimentacion de alto voltaje, aunque los motores pequenos emplean voltajes mas bajos. En cambio, los motores electricos convencionales emplean atraccion y repulsion magnetica, y requieren alta corriente a bajo voltaje. En la decada de 1750, Benjamin Franklin y Andrew Gordon desarrollaron los primeros motores electrostaticos. Los motores electrostaticos encuentran un uso frecuente en sistemas micro-electromecanicos ( MEMS ) donde sus voltajes de accionamiento estan por debajo de 100 voltios, y donde las placas cargadas en movimiento son mucho mas faciles de fabricar que las bobinas y los nucleos de hierro. La maquinaria molecular que hace funcionar las celulas vivas a menudo se basa en motores electrostaticos lineales y rotatorios.

Un motor piezoelectrico o piezomotor es un tipo de motor electrico basado en el cambio de forma de un material piezoelectrico cuando se aplica un campo electrico . Los motores piezoelectricos utilizan el efecto piezoelectrico inverso mediante el cual el material produce vibraciones acusticas o ultrasonicas para producir un movimiento lineal o giratorio. ^{[ 11 ]} ​ En un mecanismo, el alargamiento en un solo plano se usa para hacer una serie de estiramientos y posiciones, de forma similar a como se mueve una oruga. ^{[ 12 ]} ​

Un sistema de propulsion de naves espaciales accionado electricamente utiliza tecnologia de motores electricos para impulsar naves espaciales en el espacio exterior. La mayoria de los sistemas se basan en la aceleracion electrica del propulsor a alta velocidad, mientras que algunos sistemas se basan en los principios de correa electrodinamica de propulsion a la magnetosfera . ^{[ 13 ]} ​

Vease tambien [ editar ]

• Aplicaciones de la electricidad
• Electricidad
• Ingenieria electromecanica
• Maquina electrica
• Motor de corriente continua
• Motor de corriente alterna
• Motor paso a paso
• Motor piezoelectrico
• Vehiculo electrico

Referencias [ editar ]

Enlaces externos [ editar ]

• Wikimedia Commons alberga una categoria multimedia sobre motores electricos .
• Motor electrico de Beakman
• Control de motores de CC, Puente H
• Control de motores de CC, Control por Ancho de Pulso (PWM)
• Control de motores de CC, Circuitos con realimentacion
• Modulador de tension y frecuencia para motor electrico