¿Qué es un motor universal?
Principio de funcionamiento
Un motor universal es un motor de colector con excitación serie: el devanado de campo y el inducido están en serie, por lo que la misma corriente circula por ambos. El par es el flujo del campo por la corriente del inducido y, como esa misma corriente crea el flujo, el par crece aproximadamente con el cuadrado de la corriente (T ∝ I²). Escobillas de carbón y un colector alimentan el inducido, igual que en un motor serie de CC, por eso la misma máquina funciona también con corriente continua.
Por qué funciona en CA y CC
Si se invierte la alimentación, la corriente del campo y la del inducido se invierten a la vez, de modo que T ∝ I² conserva su signo y el rotor sigue girando en el mismo sentido. En CA el par nunca es negativo: pulsa entre cero y el doble de su valor medio a 2f, es decir, 100 o 120 veces por segundo. La reactancia de los devanados también se queda con parte de la tensión, así que con la misma tensión eficaz el motor gira más despacio en CA que en CC y su factor de potencia es menor que 1.
Velocidad, carga y embalamiento
La fuerza contraelectromotriz es proporcional al flujo y a la velocidad. Con poca carga la corriente baja, el campo se debilita y nada frena al rotor, que acelera hasta que lo limitan el rozamiento y su propio ventilador, a menudo entre 10 000 y 35 000 rpm. En vacío, un motor universal pequeño puede destruirse. La curva velocidad–par muy inclinada, con la velocidad cayendo rápido al subir la carga, también le da un par de arranque muy alto.
Control de velocidad y aplicaciones
Un triac retrasa la conducción tras cada paso por cero de la red. Este control por ángulo de fase reduce la tensión eficaz a V·√(1 − α/π + sin 2α / 2π) y, con ella, la velocidad; por eso los reguladores tipo dimmer gobiernan taladros, batidoras y aspiradoras. Se elige el motor universal por su alta velocidad, poco peso y fuerte par de arranque; el chispeo de las escobillas limita su vida y produce interferencias de radio.
Preguntas frecuentes
- ¿Por qué un motor universal funciona en CA y en CC?
- Su campo y su inducido están en serie, así que al invertir la polaridad de la alimentación se invierten los dos a la vez. El par depende del cuadrado de la corriente (T ∝ I²), que no cambia de signo, y el rotor sigue girando en el mismo sentido. En CA el par simplemente pulsa al doble de la frecuencia de red. Cambie el tipo de alimentación en el simulador y compare.
- ¿Por qué un motor universal se embala en vacío?
- La velocidad es la fuerza contraelectromotriz dividida por el flujo. Con casi nada de carga la corriente baja, el campo serie se debilita y la velocidad debe subir mucho hasta que la fuerza contraelectromotriz equilibre la alimentación. Solo el rozamiento y el ventilador la limitan, y se alcanzan decenas de miles de rpm. Baje la carga a cero y observe la advertencia de embalamiento.
- ¿Cómo regula un triac la velocidad de un motor universal?
- El triac solo empieza a conducir en el ángulo de disparo α tras cada paso por cero, de modo que el motor recibe una senoide recortada con una tensión eficaz menor, V·√(1 − α/π + sin 2α / 2π). Menos tensión implica menos corriente para un mismo par y, por tanto, menor velocidad. Aumente el ángulo de disparo en el simulador para ver caer la tensión y la velocidad.