Tipos de motores eléctricos: alterna y continua, asíncronos y síncronos, y cuál elegir

Si se abre un centro de mecanizado CNC, es fácil encontrar tres familias de motores en una sola máquina: un motor asíncrono trifásico corriente que mueve la cinta de virutas, servomotores que sitúan los ejes con precisión de centésimas y un pequeño motor que acciona la bomba de taladrina. Todos convierten energía eléctrica en giro, pero ninguno puede sustituir a otro. Conocer los tipos de motores eléctricos permite cambiar una pregunta difusa, qué motor comprar, por otra mucho más útil: a qué familia pertenece este trabajo.

Primera división: ¿corriente alterna o continua?

Lo primero que distingue a los motores es el tipo de corriente que consumen.

• Motores de corriente continua (CC): su velocidad se regula con facilidad variando la tensión, por eso dominaron durante décadas los accionamientos de velocidad variable, las grúas y los trenes de laminación. Los modelos con escobillas tienen colector y escobillas que se desgastan y requieren mantenimiento. En la industria han cedido casi todo su terreno a los motores de alterna con variador, aunque siguen siendo habituales en vehículos de batería, carretillas elevadoras y pequeños aparatos.
• Motores de corriente alterna (CA): pueden conectarse directamente a la red. Al no necesitar escobillas ni colector, son la gran mayoría de los motores industriales.

Dentro de la alterna: asíncronos y síncronos

La cuestión clave es si el rotor gira a la misma velocidad que el campo magnético giratorio.

Motor asíncrono o de inducción

El campo giratorio del estátor induce corriente en el rotor y lo arrastra. El rotor va algo por detrás del campo, y esa diferencia se llama deslizamiento. Según el rotor, hay dos variantes:

• Jaula de ardilla: barras de aluminio o cobre cortocircuitadas en los extremos, sin conexión exterior, escobillas ni anillos. Sencillo, robusto y económico, mueve la mayoría de bombas, ventiladores, compresores, cintas y trituradoras.
• Rotor bobinado o de anillos: los bobinados del rotor salen al exterior por anillos y escobillas, lo que permite añadir resistencias en el arranque. Se usaba en grandes accionamientos de arranque muy pesado; con la difusión de variadores y arrancadores suaves, hoy es raro en proyectos nuevos.

Motor síncrono

El rotor gira exactamente al ritmo del campo. Los de imanes permanentes (PM) ofrecen un rendimiento alto y suelen trabajar con variador. Los síncronos de reluctancia alcanzan el sincronismo sin imanes, gracias a la forma magnética del rotor. En general, ninguno de los dos se conecta a la red sin convertidor, así que motor y variador se eligen juntos.

La velocidad del motor asíncrono depende del número de polos: a 50 Hz, unas 3000, 1500, 1000 y 750 rpm para 2, 4, 6 y 8 polos. Lo detallamos en la tabla de polos y velocidades.

Según la alimentación: monofásicos y trifásicos

Los motores de inducción también se dividen por su conexión a la red. Los monofásicos funcionan con una línea de 220 V; como no generan par de arranque por sí solos, recurren a un bobinado auxiliar y un condensador. Son la opción para pequeñas bombas, compresores y máquinas de taller donde solo hay suministro doméstico; la serie monofásica de HEM Motor abarca de 0,18 a 5,5 kW. Los trifásicos se alimentan de la red industrial de tres fases, alcanzan potencias mucho mayores, dan un par más uniforme y son más compactos a igual potencia. Comparamos ambos en ¿monofásico o trifásico?.

Motores especiales para posicionar

Algunos motores no están pensados para girar sin parar, sino para llevar el eje a un ángulo concreto y mantenerlo:

• Servomotor: trabaja con un captador de posición (encoder o resolver) y su propio accionamiento. Se usa en ejes CNC, robots y movimientos rápidos y precisos en máquinas de envasado.
• Motor paso a paso: avanza un ángulo fijo con cada impulso. Como puede funcionar sin realimentación, es habitual en posicionados sencillos, impresoras 3D y dosificadores. A mucha velocidad y carga puede perder pasos.
• Motor de CC sin escobillas (BLDC): de conmutación electrónica, compacto y eficiente. Aparece a menudo en ventiladores, bombas pequeñas y equipos portátiles.

Estos motores se venden como sistema junto con su accionamiento y no sustituyen a un motor de inducción industrial, ni al revés. Cada familia tiene su propio catálogo, su lógica de selección y, muchas veces, su propio proveedor.

Variantes del motor asíncrono industrial

Una vez elegido el motor trifásico de jaula, la elección continúa en otros ejes. El mismo motor básico aparece en el catálogo en versiones que se distinguen por:

• Clase de eficiencia: IE3, IE4 e IE5. A igual potencia, las pérdidas cambian; en un motor de 7,5 kW y 4 polos, los rendimientos mínimos son del 90,4 %, 92,6 % y 94,0 % respectivamente. Cómo se amortiza la diferencia de precio lo calculamos en ¿IE3 o IE4?.
• Material de la carcasa: fundición gris para industria pesada y ambientes duros; aluminio en algunas potencias pequeñas, por su ligereza.
• Forma de montaje: con patas (B3), con brida (B5, B14) o ambas (B35, B34), además de posiciones verticales como V1 y V5.
• Grado de protección: IP55 de serie; IP44, IP56 o IP65 según el entorno.
• Versiones por aplicación: motores de servicio pesado con alto par de arranque para trituradoras y molinos, motores vibradores para cribas y alimentadores, y motorreductores cuando se necesita poca velocidad de salida.

El comportamiento en el arranque también marca diferencias: dos motores de jaula de la misma potencia pueden dar distinto par de arranque según el diseño de las barras del rotor, como explicamos en el artículo sobre clases de par.

¿Qué trabajo, qué familia?

Esta correspondencia sirve como primera orientación, no como norma.

Si su caso no encaja en ninguna línea, lo razonable es describir la carga y el ciclo de trabajo al proveedor antes de hablar de modelos:

• Carga continua a velocidad fija (bomba, ventilador, compresor, cinta): motor asíncrono trifásico de jaula de ardilla.
• Velocidad que cambia a menudo (bomba con regulación de caudal, cinta de velocidad variable): motor asíncrono trifásico con variador de frecuencia, o motor PM o de reluctancia con su accionamiento si prima la eficiencia.
• Arranque pesado y con golpes (trituradora, molino): motor asíncrono de servicio pesado con alto par de arranque.
• Movimiento lento con mucho par (agitador, tambor): motorreductor, o motor y reductor por separado.
• Posición precisa y paradas rápidas (robot, eje CNC): servosistema.
• Solo red monofásica (taller pequeño, explotación agrícola): motor monofásico.

Conclusión

La variedad de motores eléctricos parece abrumadora, pero la mayoría de los trabajos industriales acaban en el motor asíncrono trifásico de jaula de ardilla; la verdadera elección está entre sus opciones de potencia, velocidad, eficiencia, carcasa y montaje. Los motores de posicionamiento y los que dependen de un accionamiento deben tratarse como sistemas aparte. Puede buscar la versión adecuada para su aplicación en nuestra página de motores eléctricos trifásicos.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es el motor eléctrico más utilizado en la industria?

El más extendido es el motor asíncrono trifásico de jaula de ardilla. No tiene piezas de desgaste como escobillas o anillos, requiere poco mantenimiento y mueve la mayoría de bombas, ventiladores, compresores y cintas.

¿En qué se diferencian el motor asíncrono y el síncrono?

En el asíncrono, el rotor gira algo más despacio que el campo giratorio y ese deslizamiento es lo que genera el par. En el síncrono, el rotor gira exactamente a la velocidad del campo, y estos motores suelen funcionar con un convertidor de frecuencia.

¿Puede un motor asíncrono sustituir a un servomotor?

Para giro continuo sin exigencias de posición, un motor asíncrono es suficiente. Los ejes que deben ir rápido a un ángulo determinado y detenerse allí necesitan la realimentación y el accionamiento de un servosistema, algo que el asíncrono no puede igualar.

¿Se siguen usando los motores de corriente continua?

En los accionamientos industriales de velocidad variable los han sustituido en gran parte los motores de alterna con variador. Siguen siendo muy comunes allí donde hay una fuente de continua, como vehículos de batería, carretillas y pequeños aparatos.