¿Un motor monofásico tiene conmutador?

Normalmente no. Si nos fijamos en los motores monofásicos que accionan ventiladores, bombas, sopladores y compresores, casi siempre son máquinas de inducción con un rotor de jaula de ardilla y sin conmutador En absoluto. Las excepciones son los motores monofásicos específicos de “tipo conmutador”, como los universales, los de serie CA y los de repulsión.

Lo que la mayoría de la gente realmente quiere decir con “motor monofásico”

En el lugar de trabajo, cuando alguien dice “cambia ese motor monofásico”, normalmente se refiere a un motor de inducción monofásico de 220-240 V CA. Arranque por condensador, funcionamiento por condensador, división permanente, polo sombreado: diferentes trucos de arranque, misma idea básica: estator en la red eléctrica, rotor como jaula cerrada, sin escobillas. El rotor nunca necesita una conexión eléctrica directa a la fuente de alimentación, por lo que no hay nada que haga un conmutador.

Históricamente, este es el diseño que sustituyó a las máquinas con conmutador anteriores, una vez que los ingenieros aprendieron a construir un motor de inducción monofásico sin conmutador práctico y a hacerlo barato y robusto.

Por lo tanto, si tu pregunta es realmente “¿Un motor de inducción monofásico típico tiene un conmutador?”, la respuesta honesta y aburrida es simplemente «no».

Pero “motor monofásico” es una expresión imprecisa.

La frase en sí misma es imprecisa. Se refiere al suministro, no a la construcción. En cuanto pasamos de las preguntas de examen al hardware real, “motor monofásico” puede significar al menos cuatro familias diferentes:

Un motor de inducción monofásico alimentado por corriente alterna. Un motor universal que funciona con corriente alterna monofásica o corriente continua rectificada. Un motor de repulsión o de repulsión-inducción, también alimentado por corriente alterna monofásica. Un motor de corriente continua situado detrás de un rectificador, que en última instancia también se alimenta de una línea monofásica.

Solo los tres últimos se apoyan en un conmutador. La palabra “monofásico” no lo determina; lo hace el diseño del rotor.

Si tienes esto claro, tanto los trucos para los exámenes como las fichas técnicas de los productos te resultarán más fáciles de leer.

Imagen mental rápida: lo que realmente hace el conmutador.

El conmutador es un interruptor giratorio. Segmentos de cobre en el eje. Cepillos que presionan esos segmentos. A medida que gira el rotor, las conexiones de las bobinas del inducido se intercambian para que el par motor se mantenga aproximadamente en una dirección, en lugar de oscilar hacia adelante y hacia atrás con la polaridad de la línea.

Esa función es vital en los motores de corriente continua y en los motores universales. Permite que la corriente del rotor mantenga la relación de fase correcta con el campo del estator, incluso cuando la alimentación cambia de polaridad cada medio ciclo. Sin ese truco, solo se obtendrían vibraciones y calor. O un pisapapeles muy paciente que emite un zumbido.

En un motor de inducción normal, la corriente del rotor se obtiene por inducción, no por contactos deslizantes, por lo que se “externaliza” ese trabajo pesado a las leyes del electromagnetismo. No se necesita conmutador.

Donde los motores monofásicos realmente tienen un conmutador

Hay algunos casos bien definidos en los que la respuesta cambia a sí.

En primer lugar, el motor universal. Eléctricamente, se trata de un motor de corriente continua en serie construido con hierro laminado y diseñado para funcionar tanto con corriente alterna como con corriente continua. Los devanados del estator y del rotor están en serie, y el rotor utiliza un conmutador para que, cuando se invierte el suministro, tanto el campo como el inducido se inviertan juntos. El par neto no se invierte, por lo que sigue girando en la misma dirección.

Estos son los motores que se encuentran dentro de los taladros manuales, muchas aspiradoras, pequeños electrodomésticos de cocina y muchas herramientas baratas y ruidosas. Alta velocidad, alto par de arranque, estructura pequeña y un conmutador que se desgasta.

En segundo lugar, la familia de motores de repulsión e inducción por repulsión. El estator se parece a un estator de inducción monofásico. El rotor se parece a un inducido de corriente continua con un conmutador y escobillas, pero las escobillas están cortocircuitadas entre sí en lugar de conectadas a la fuente de alimentación. Las corrientes inducidas resultantes en el rotor crean un par motor por repulsión entre los sistemas polares del estator y el rotor.

Algunas versiones utilizan el conmutador solo durante el arranque y luego cortocircuitan todos los segmentos o levantan las escobillas, dejando que la máquina funcione como un motor de inducción simple una vez que alcanza la velocidad.

Por lo tanto, si ve un motor monofásico con escobillas y un conmutador en el eje, es casi seguro que se trata de uno de esos diseños de tipo conmutador, y no de una unidad estándar de arranque por condensador.

Una simple comparación

Aquí tienes una forma concisa de mantener claras las variantes cuando te encuentras ante una hoja de especificaciones confusa o un motor polvoriento en un banco de trabajo.

Una vez que clasifique el motor en una de estas filas, la pregunta sobre el conmutador casi se responde por sí sola.

¿Por qué los tipos de inducción evitan deliberadamente los conmutadores?

Los diseñadores evitan los conmutadores siempre que pueden. Las razones son aburridas, pero convincentes.

Los conmutadores y las escobillas provocan desgaste, polvo de carbón, pérdidas por contacto deslizante y chispas. Añaden pasos de mecanizado, pasos de montaje e instrucciones de mantenimiento.

Los rotores de inducción son simplemente barras y anillos terminales, normalmente de aluminio o cobre fundido. No tienen segmentos aislados ni cepillos. El rotor es mecánicamente más sencillo y fácil de equilibrar. Por eso, los motores de polos sombreados en el extremo más pequeño y los motores de condensador en el extremo más grande se convirtieron en el estándar para los accionamientos monofásicos “normales”.

Así que cuando alguien pregunta: “¿Podríamos usar un conmutador aquí?”, la pregunta silenciosa que sigue es: “¿Qué ganamos con ello que justifique el coste?”.”

Cuándo tiene sentido utilizar un motor monofásico con conmutador

No es solo la nostalgia lo que mantiene vivos los motores universales y de repulsión. Resuelven un conjunto específico de problemas razonablemente bien.

Los motores universales proporcionan un alto par de arranque y una velocidad muy elevada a partir de un paquete ligero y compacto en una simple línea de CA. Eso es exactamente lo que se desea en un taladro manual. Se desea un par fuerte desde cero y se acepta que la velocidad disminuya bajo carga en lugar de gastar dinero en un inversor. El ruido es aceptable. La sustitución de las escobillas es aceptable. El conmutador se gana su lugar allí.

Los motores de repulsión y repulsión-inducción son más bien una respuesta histórica a la pregunta “¿cómo conseguimos un par de arranque elevado en monofásico antes de disponer de condensadores grandes y baratos y de accionamientos de estado sólido?”. Lo conseguían utilizando la geometría del conmutador y las escobillas para dar forma a las corrientes del rotor durante el arranque. Más tarde, los diseñadores pudieron cortocircuitar el conmutador una vez que la máquina estaba en marcha y dejar que el rotor se comportara más como una jaula.

En los catálogos modernos se ven menos, sustituidos por soluciones de arranque por condensador y accionamiento electrónico, pero sigue mereciendo la pena comprender el principio, ya que las instalaciones antiguas no se actualizan por sí solas.

Cómo saber de un vistazo si su motor monofásico tiene un conmutador

En el banco o en el campo, a menudo no se necesitan instrumentos. Solo tus ojos y tus oídos.

Si el bastidor tiene soportes para escobillas, tapones de acceso o una abertura muy evidente alrededor de la línea del eje donde se pueden reparar las escobillas, eso es una pista clara. Si puede ver segmentos de cobre a través de una rejilla de ventilación cerca del eje, se trata de un conmutador. Si el fabricante lo denomina “universal”, “serie CA”, “repulsión” o “repulsión-inducción” en la placa de características o en la documentación, ya tiene la respuesta.

Por el contrario, si el bastidor es liso y solo tiene una caja terminal o un cable volante, sin escobillas, y la placa indica “polo sombreado”, «arranque por condensador», «funcionamiento por condensador» o simplemente «motor de inducción monofásico», se puede suponer que no hay ningún conmutador oculto en su interior.

El ruido es otra pista. Los motores universales suelen emitir un zumbido más agudo y de mayor frecuencia, y un ruido de escobillas más audible. Los motores de inducción de 50/60 Hz emiten más bien un zumbido grave, además del ruido mecánico del ventilador y los cojinetes.

Algunos casos extremos sutiles

A veces te encontrarás con un motor que parece una simple unidad de inducción monofásica, pero el sistema de accionamiento que tiene delante complica las cosas.

Un ejemplo es un motor de corriente continua alimentado por un rectificador monofásico y un chopper. Desde el punto de vista del suministro, se trata de “una carga de motor monofásico”. Desde el punto de vista de la construcción, es obviamente una máquina de corriente continua y, si es de escobillas, utilizará un conmutador.

Otro ejemplo es un motor de inducción con arranque por repulsión, en el que los segmentos del conmutador se cortocircuitan o las escobillas se levantan una vez que alcanza la velocidad. Si lo abre en reposo, verá un conmutador. Si modela su comportamiento de funcionamiento en estado estacionario, lo tratará de forma muy similar a un rotor de inducción de jaula. Ambas descripciones son correctas, dentro de sus limitaciones.

Por eso, la forma más segura de responder a la pregunta original es siempre: ¿de qué motor monofásico específico estamos hablando?

Respuestas breves y directas a las variantes más comunes de la pregunta.

Por lo tanto, el resumen honesto es sencillo, pero un poco incómodo: la mayoría de los motores monofásicos cotidianos no tienen conmutador. Algunos motores monofásicos especializados sí lo tienen. La palabra “monofásico” no es determinante; lo son la construcción del rotor y el método de producción de par.