¿Qué es el estator y el rotor en un motor de inducción?

El estator es la parte estacionaria (fija) del motor de inducción, montada en el bastidor del motor. Su función principal es generar un campo magnético giratorio (RMF) cuando se le conecta una fuente de alimentación de CA. Este campo magnético giratorio es la fuerza impulsora que induce el movimiento en el rotor.

1.Estructura del estator

El estator consta de tres partes principales:

•Núcleo del estator: Fabricado con finas láminas laminadas de acero al silicio (0,35-0,5 mm de espesor) apiladas entre sí. La laminación se realiza para minimizar las pérdidas por corrientes parásitas (corrientes inducidas en el núcleo debido al campo magnético cambiante, que de otro modo generaría calor y desperdiciaría energía). El núcleo tiene ranuras en su superficie interior para sujetar los devanados del estator.

•Devanados del estator: Bobinas de cobre o aluminio enrolladas en las ranuras del núcleo del estator. En la mayoría de los motores de inducción, el estator es un devanado trifásico (conectado en configuración de estrella o delta), que recibe alimentación de CA trifásica. La disposición de estos devanados está diseñada de tal manera que cuando la corriente alterna fluye a través de ellos, se produce un campo magnético que gira a una velocidad constante (velocidad síncrona).

•Marco del estator: Estructura exterior rígida (normalmente hecha de hierro fundido o aluminio) que soporta el núcleo del estator y protege los componentes internos. También sirve como disipador de calor para disipar el calor generado durante el funcionamiento.

2.Función del estator

Cuando se suministra CA trifásica a los devanados del estator, cada fase crea un campo magnético que varía de forma sinusoidal con el tiempo. La combinación de estos campos magnéticos de tres fases da como resultado un único campo magnético giratorio (RMF) que gira alrededor del eje del estator a una velocidad llamadavelocidad sincrónica(Ns). La velocidad síncrona depende de la frecuencia del suministro de CA (f) y del número de pares de polos (P) en el estator, dado por la fórmula: Ns=(120f)/P. Este campo magnético giratorio corta los conductores del rotor, induciendo una fuerza electromotriz (EMF) en el rotor.-Esta es la base de la inducción electromagnética en el motor.

El rotor es la parte giratoria del motor de inducción, montada sobre un eje que se extiende fuera del bastidor del motor. Está ubicado dentro del estator, con un pequeño espacio de aire (normalmente de 0,2 a 2 mm) entre los núcleos del estator y del rotor. La función del rotor es convertir la energía electromagnética inducida por el campo magnético giratorio del estator en energía mecánica, que impulsa la carga (por ejemplo, bombas, ventiladores, transportadores).

Tipos y estructura del rotor

Hay dos tipos principales de rotores utilizados en motores de inducción, que se diferencian en su construcción y aplicación:

1.Rotor de jaula de ardilla

Este es el tipo de rotor más común y recibe su nombre por su parecido con la jaula de una ardilla. Su estructura incluye:

•Núcleo del rotor: Similar al núcleo del estator, está hecho de láminas de acero al silicio laminadas con ranuras en su superficie exterior.

•Barras de rotores: Barras de cobre o aluminio insertadas en las ranuras del núcleo del rotor. Estas barras están cortocircuitadas-en ambos extremos por dos anillos gruesos de cobre o aluminio (llamados anillos de los extremos), formando un circuito cerrado.

El rotor de jaula de ardilla es simple, robusto, de bajo-costo y requiere un mantenimiento mínimo, lo que lo hace adecuado para la mayoría de aplicaciones industriales y domésticas (por ejemplo, ventiladores, bombas, compresores).

2.Rotor bobinado

El rotor bobinado (también llamado rotor de anillos colectores) tiene una estructura más compleja, diseñada para aplicaciones que requieren velocidad variable o par de arranque alto (por ejemplo, grúas, elevadores, trituradoras). Su estructura incluye:

•Núcleo del rotor: Chapas laminadas de acero al silicio con ranuras para sujetar los devanados del rotor.

•Devanados del rotor: Devanados trifásicos-similares a los devanados del estator, conectados en configuración de estrella. Los tres extremos de los devanados están conectados a tres anillos colectores montados en el eje del rotor.

•Anillos colectores y cepillos: Los anillos colectores están en contacto con escobillas de carbón estacionarias, que permiten conectar resistencias externas a los devanados del rotor. Esto permite controlar la corriente del rotor, ajustando así la velocidad del motor y el par de arranque.

Función del rotor

Cuando el campo magnético giratorio del estator corta los conductores del rotor, la ley de inducción electromagnética de Faraday induce una FEM en el rotor. Dado que los conductores del rotor forman un circuito cerrado (ya sea a través de anillos terminales en rotores de jaula de ardilla o resistencias externas en rotores bobinados), esta EMF inducida genera una corriente en el rotor (llamada corriente del rotor). La corriente del rotor interactúa con el campo magnético giratorio del estator, produciendo una fuerza mecánica (fuerza de Lorentz) que hace que el rotor gire en la misma dirección que el campo magnético giratorio.

Una característica clave de los motores de inducción es que la velocidad del rotor (N) es siempre menor que la velocidad síncrona (Ns) del campo magnético del estator.-esta diferencia se llamadeslizar(s), dada por la fórmula: s=(Ns - N)/Ns × 100%. El deslizamiento es necesario para que se produzca la inducción (si la velocidad del rotor es igual a la velocidad sincrónica, no existe movimiento relativo entre el campo magnético y los conductores del rotor, por lo que no se induce ninguna EMF). Los valores de deslizamiento típicos para motores de inducción oscilan entre el 1% y el 5% a plena carga.