Los motores de escobillas de CA (comúnmente conocidos como motores universales monofásicos) se utilizan ampliamente en electrodomésticos de alta velocidad como aspiradoras y secadores de pelo. Sus devanados de estator y rotor están conectados en serie. Incluso cuando se alimentan con corriente alterna (CA) que invierte constantemente su dirección, los polos magnéticos del estator y del rotor cambian de polaridad simultáneamente, manteniendo así una dirección constante del par de rotación.
A diferencia de los imanes permanentes de los motores de escobillas de CC, el estator de un motor de escobillas de CA consta de un conjunto de bobinas electromagnéticas. Cuando se aplica corriente alterna, la polaridad (polos N/S) del electroimán del estator se alterna con la dirección de la CA.
La estructura de «devanado en serie (excitación en serie)» del motor significa que la corriente de la fuente de alimentación de CA fluye primero a través de las bobinas electromagnéticas del estator, luego a través de las escobillas de carbón y los segmentos del conmutador hacia las bobinas del rotor, y finalmente regresa a la fuente de alimentación. Esto significa que las corrientes que fluyen a través del estator y del rotor cambian en sincronización perfecta.
Cuando la CA cambia de positiva a negativa, el campo magnético del estator se invierte (por ejemplo, el lado izquierdo cambia de N a S). ¡En ese mismo instante, la corriente que fluye a través de las bobinas del rotor también se invierte, haciendo que los polos magnéticos del rotor cambien de polaridad en sincronía! De acuerdo con las leyes de la atracción magnética, dado que ambos polos magnéticos se invierten al mismo tiempo, las direcciones de repulsión y atracción no cambian, ¡y el motor continúa girando en su dirección original!
En esta demostración interactiva, puede ver el estado físico de un motor universal accionado por corriente alterna monofásica (CA 220V). Durante los semiciclos positivo y negativo de la CA senoidal, la dirección del campo magnético del estator y la polaridad del devanado del rotor cambian juntas. Esto mantiene el par de rotación neto apuntando en el sentido de las agujas del reloj, lo que, combinado con la conmutación segmentada del conmutador, permite que el motor funcione de manera suave y a alta velocidad bajo alimentación de CA.
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| Paso | Estado del semiciclo de CA | Polaridad del estator (Izquierda/Derecha) | Seg. de contacto de escobilla (+) | Seg. de contacto de escobilla (-) | Estado del par electromagnético |
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El estator de un motor de escobillas de CC es un imán permanente cuya dirección del campo magnético es fija. Si se conecta a la alimentación de CA, cuando la corriente se invierte, la dirección del campo magnético del estator permanece sin cambios, pero la corriente que fluye hacia la bobina del rotor se invierte, lo que hace que el par electromagnético también se invierta. Como resultado, el motor solo oscilará o vibrará violentamente de un lado a otro en el campo magnético alterno de 50 Hz, sin lograr girar en una dirección. Por el contrario, dado que el estator y el rotor de un motor universal están conectados en serie, sus polaridades se invierten en sincronía («dos negativos hacen un positivo»), ¡lo que permite que el motor gire suavemente en una sola dirección!
Un motor universal (también conocido como motor en serie) se llama así porque puede funcionar tanto con alimentación de CA monofásica como de CC. Debido a que su par de funcionamiento depende solo del producto de las direcciones de la corriente del estator y del rotor, la aplicación de CC o CA genera un par de accionamiento en la misma dirección. Ofrece velocidades de rotación extremadamente altas, un ajuste de velocidad fácil a través de la regulación de voltaje y es altamente rentable.
Se utilizan ampliamente en electrodomésticos y herramientas eléctricas que requieren velocidades ultra altas y un par fuerte durante períodos relativamente cortos. Los ejemplos incluyen :
• Aspiradoras: Se requieren altas velocidades para generar succión de presión negativa (generalmente de 20,000 a 40,000 RPM).
• Secadores de pelo: Se necesitan impulsores de alta velocidad para entregar un alto volumen de flujo de aire.
• Taladros manuales y amoladoras angulares: Proporcionan energía portátil y de alto par para cortar metal y madera.
• Licuadoras y procesadores de alimentos: Se necesitan altas velocidades para triturar las fibras de los alimentos.
Hay dos fuentes principales de ruido :
• Fricción de escobillas de alta frecuencia: Las escobillas de carbón y los segmentos del conmutador crean intensos sonidos de roce físico y pequeños chasquidos de arco eléctrico mientras giran a decenas de miles de RPM.
• Silbido del flujo de aire a alta velocidad: Las velocidades de funcionamiento de decenas de miles de RPM son mucho más altas que las de los motores de inducción estándar (normalmente un máximo de 3,000 RPM). Las aspas del ventilador o el núcleo del rotor que cortan el aire a tales velocidades generan un fuerte silbido y fricción del aire. Esta es también la razón por la cual los secadores de pelo y las aspiradoras de alta gama están en transición a "motores de CC sin escobillas de alta velocidad (BLDC)" para un funcionamiento más silencioso.