MOTORES ELÉCTRICOS

Nuestra Polimórfica. Es una máquina a la que tenía en gran aprecio nuestro querido profesor D. José Yoldi y que se encuentra expuesta en el laboratorio de Máquinas eléctricas.

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 la experiencia dice que en apenas en un par de días, si el individuo tiene madera, casi todo aquello le resultará familiar y hasta se reirá del apuro que ahora le oprime. En este capítulo vamos a entretenernos observando algunos de los detalles más generales sobre los motores eléctricos, cuestiones que debemos conocer al menos superficialmente.

MOTOR.

El componente eléctrico por excelencia es el motor. Un motor eléctrico es un sistema que convierte la energía eléctrica en mecánica. Si no se menciona ningún otro adjetivo solemos suponer que el motor ofrece un movimiento giratorio, y por eso, cuando escuchamos su nombre automáticamente nos imaginamos un eje con un volante, polea o engrane, girando.

Si afinamos en el significado del término, podemos decir que el conjunto imán-bobina del altavoz que hace mover su membrana, se llama igualmente motor, pues en él la energía eléctrica también es transformada en movimiento, esta vez "armónico". Y el vibrador del móvil o ese al que se recurre en los chistes y películas de baja calidad. 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 que se producen por culpa de campos magnéticos que se crean en su interior. Estos campos son creados por corrientes eléctricas a las que se hace circular a través de 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 que ofrecen 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 en su tamaño y potencia, nos solemos preguntar si éste trabaja conectado a 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 cabal, porque de su respuesta deducimos algunos detalles sobre su comportamiento, que, evidentemente, tendrá mucho que ver con las necesidades del puesto que atiende el motor.

MOTOR Y GENERADOR.

Normalmente los motores son máquinas reversibles. Esto significa que si les aplicamos energía mecánica haciéndole girar a su eje, ellos la convierten en eléctrica, comportándose como dinamos, si producen corriente continua, o alternadores 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.

Gracias a un juego de conexiones entre unos conductores estáticos, llamados escobillas, y las bobinas que lleva el rotor, los campos magnéticos que produce la armadura cambian a medida que ésta gira, para que el par de fuerzas que la mueve se mantenga siempre vivo.

Las partes fundamentales de un motor de corriente continua son:

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

2. Rotor. También llamado armadura. Lleva las bobinas cuyo campo crea, junto al del estator, el par de fuerzas que le hace girar.

Inducido de C.C.

3. Escobillas. Normalmente son dos tacos de grafito que hacen contacto con las bobinas del rotor. A medida que éste gira, la conexión se conmuta entre unas y otras bobinas, y debido a ello se producen chispas que generan calor. 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.

4. 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.

EXCITACIÓN.

La forma de conectar las bobinas del estator es lo que se define como tipo de excitación. Podemos distinguir entre:

1. Independiente. Los devanados del estator se conectan totalmente por separado a una fuente de corriente continua, y el motor se comporta exactamente igual que el de imanes permanentes. En las aplicaciones industriales de los motores de C.C. es la configuración más extendida.

2. Serie. Consiste en conectar el devanado del estator en serie con el de la armadura. Se emplea cuando se precisa un gran par de arranque, y precisamente se utiliza en los automóviles. Los motores con este tipo de excitación se embalan en ausencia de carga mecánica. Los motores con esta configuración funcionan también con corriente alterna.

3. Paralelo. Estator y rotor están conectados a la misma tensión, lo que permite un perfecto control sobre la velocidad y el par.

4. Compound. Del inglés, compuesto, significa que parte del devanado de excitación se conecta en serie, y parte en paralelo. Las corrientes de cada sección pueden ser aditivas o sustractivas respecto a la del rotor, lo que da bastante juego, pero no es este el lugar para entrar en detalles al respecto.

VELOCIDAD DEL MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA.

Colector. El número de delgas que observamos hace suponer que su inducido posee una gran cantidad de bobinas, lo que implica un empuje muy constante y por lo tanto un movimiento "redondo".

Como ya hemos dicho, la configuración más popular es la de excitación independiente, y a ella se refieren las dos expresiones 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:

(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 y 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), muestra directa de la velocidad.

En nuestro entorno, tendemos 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 y con gran flexibilidad.

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 unas y otras porque las de la armadura son de sección sensiblemente mayor.

MOTOR UNIVERSAL.

Si un motor de C.C. se monta en serie o paralelo, aunque le alimentemos con tensión alterna, como la relación de campos entre estator y rotor, y por lo tanto de fuerzas, se mantiene, sigue apareciendo par de giro y, por tanto, funciona. En realidad en su diseño se tiene en cuenta la cuestión, y se fabrican especialmente para trabajar en 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 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.

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. Es muy corriente ver cómo un motor con escobillas gastadas tiene problemas para arrancar, y que, después de conseguir ponerlo en marcha funcione casi normalmente. Cuando el desgaste es 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 cuándo es necesaria. Los técnicos 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 de que el motor funcione es vital, consiste en cortocircuitar las delgas pertenecientes a la bobina interrumpida, con las vecinas.

- 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 delgas 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. Quizás su característica más peculiar sea que, al estar alimentado con corriente alterna, la velocidad del rotor está supeditada a la frecuencia de la tensión que lo alimenta. Otro detalle, éste relacionado con la variante de motor más popular, es que la transmisión de energía al rotor se puede resolver por inducción, como en un transformador, sin necesidad de entablar contacto físico entre éste y su 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 perder tiempo en 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 se formará un campo magnético giratorio, y si ponemos una pieza imantada como rotor, ésta girará con él.

La manera de generar el campo magnético del rotor marca la gran diferencia entre dos tipos: 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 entender su comportamiento. Se trata de una máquina en la que el rotor presenta polos magnéticos constantes, que pueden provenir incluso de imanes permanentes.

Es evidente que este tipo de motor, y de ahí su nombre, gira a una velocidad que coincide exactamente con un submúltiplo de la frecuencia de la red que lo alimenta. El reverso del motor síncrono, el alternador, es el alma Mater de los dispositivos generadores de energía eléctrica.

Rotor de un motor síncrono. Son necesarios unos anillos rozantes para alimentar el rotor con C.C.

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, cuyo rotor es de imán, y los platos giradiscos que se empleaban para los antiguos discos de vinilo.

Una de las peculiaridades que hace del motor síncrono un sistema cuya manipulación íntima es solo apta para personal especializado es que, para potencias elevadas, el arranque del motor ha de hacerse con ayuda de otros dispositivos, pues mientras su rotor no alcanza la velocidad de sincronismo hay que ayudarle con "mimo y esmero".

MOTOR ASÍNCRONO.

En este caso, el mecanismo que genera la corriente del rotor es un ingenioso sistema de inducción que permite simplificar ostensiblemente la máquina.

Su rotor está construido con bobinas en cortocircuito que, al sufrir la inducción de las del estator generan campos magnéticos cuya combinación crea fuerzas que los mantienen mecánicamente casi solidarios. El campo magnético giratorio que produce la red en el entrehierro del estator hace el resto. 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 tanta contundencia que 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.

Básicamente 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.

Rotor devanado. Podemos apreciar los anillos para cortocircuitar desde el exterior las espiras del inducido.

Esta configuración permite trabajar con una velocidad muy baja pero elevado par mecánico, 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 un 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.

Jaula real. En ésta, las varillas están inclinadas en el sentido de giro. El conjunto está inmerso en chapa magnética.

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 carga mecánica que arrastra 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.

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 (aunque el rotor sea de más de dos polos la figura sirve igual), 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 el sistema se decida 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, menos robusto que el de servicio porque solo ha de desarrollar potencia en el momento del su puesta en marcha.

Estator monofásico. Las bobinas de arranque son las más delgadas, y están decaladas 90º con las de servicio.

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.

Rotor de jaula monofásico. En el extremo del eje hay instalado un contacto centrífugo para el proceso de arranque.

El contacto permanece cerrado mientras el motor no alcanza una determinada velocidad, y como consecuencia de ello las bobinas de arranque permanecen conectadas directamente con la red.

MOTOR ASÍNCRONO TRIFÁSICO.

1. 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.

2. 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:

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.

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.

Caja de bornes de un motor de la escuela.

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.

MOTORES PASO A PASO.

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 las figuras, 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.

Motor paso a paso. El estator está sin bobinas. Lo que, tanto en el estator como en el rotor, parecen dientes de una especie de engrane son polos magnéticos. Observar que son muchos más de los que aparecen en las figuras esquemáticas.

El fundamento de estos 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 la 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 angular 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 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 diez 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:

1. 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.

Motor Bruhless. Abriéndolo por uno de sus extremos nos encontramos con el Resolver.

2. 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.

Por el otro extremos nos topamos con la electrónica.

3. 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.