¿Qué es un motor de inducción de rotor bobinado (anillos rozantes)?
Principio de funcionamiento
Un motor de inducción de rotor bobinado tiene el mismo estator y el mismo campo giratorio que un motor de jaula de ardilla, pero su rotor lleva un devanado trifásico cuyos extremos salen a tres anillos rozantes en el eje. Las escobillas de carbón se apoyan en los anillos y conectan el circuito rotórico con un banco de resistencias externo. El campo induce corrientes en el rotor como en cualquier motor de inducción; la diferencia es que, con el motor en marcha, se puede añadir resistencia al rotor desde fuera y retirarla de nuevo.
Resistencia rotórica y curva de par
Añadir resistencia al circuito del rotor no cambia el par máximo; solo desplaza el deslizamiento al que se produce: cuanto mayor es la resistencia, mayor es ese deslizamiento. El par de arranque aumenta hasta que el máximo queda en reposo, y la corriente de rotor bloqueado disminuye porque crece la impedancia del circuito rotórico. Un motor de jaula debe aceptar su curva fija, mientras que uno de anillos puede combinar un alto par de arranque con una corriente de arranque mucho menor.
Arranque por etapas y control de velocidad
Un arrancador rotórico inserta toda la resistencia al conectar y la elimina por etapas a medida que el motor acelera; cada etapa lleva el punto de trabajo a una curva más alta y el par se mantiene elevado hasta cortocircuitar el rotor. La misma resistencia permite regular la velocidad: con par de carga constante, más resistencia significa más deslizamiento y menos velocidad. El precio es la potencia de deslizamiento: la fracción s de la potencia del entrehierro que se pierde en el rotor se convierte en calor en la resistencia, y el rendimiento cae casi en proporción a la velocidad.
Dónde se utiliza
Los motores de rotor bobinado accionan cargas difíciles de arrancar: trituradoras, molinos, polipastos, grúas, cintas transportadoras y grandes bombas y ventiladores en redes débiles. Un par de arranque alto con poca corriente es ideal para aceleraciones largas y pesadas, y antes de la electrónica de potencia el control por resistencia era habitual en grúas. Hoy las máquinas de anillos también se usan como generadores doblemente alimentados en aerogeneradores, mientras que los motores de jaula con variador han sustituido a muchos otros.
Preguntas frecuentes
- ¿Por qué la resistencia rotórica aumenta el par de arranque de un motor de rotor bobinado?
- En reposo la corriente del rotor se retrasa respecto a su tensión inducida por la reactancia de dispersión, así que gran parte de la corriente produce poco par. Una resistencia adicional pone la corriente más en fase, aumenta el par por amperio y limita la corriente. El par en reposo es máximo cuando la resistencia rotórica iguala aproximadamente la reactancia de dispersión; más allá, vuelve a bajar.
- ¿Cambia la resistencia rotórica el par máximo?
- No. El par máximo depende de la tensión de alimentación y de las reactancias de dispersión, no de la resistencia del rotor. La resistencia solo cambia el deslizamiento al que ocurre el máximo y lo acerca al reposo a medida que crece. En el simulador las curvas mantienen la misma altura y sus picos se desplazan hacia menor velocidad.
- ¿Por qué es ineficiente controlar la velocidad con resistencia rotórica?
- La potencia de deslizamiento no se recupera: se disipa en forma de calor en la resistencia externa. Con el rotor a 1200 rpm frente a un campo de 1500 rpm, cerca del 20 % de la potencia del entrehierro se pierde allí; el rendimiento baja casi en proporción a la velocidad y el banco debe soportar calor continuo. Para un control prolongado se emplean variadores o recuperación de potencia de deslizamiento.