El motor asíncrono o de inducción es uno de los tipos de propulsores que podemos encontrar en los coches eléctricos, ya sean clásicos o más actuales. Se diferencian de los demás en que su estator produce una velocidad electromagnética mayor que la velocidad de giro que el rotor. Es la mejor opción si buscas que genere poco ruido o vibraciones, un bajo coste y, sobre todo, que sea fiable y eficiente.
¿Qué es un motor asíncrono?
Existen dos grandes familias de motores en los vehículos eléctricos: los síncronos y los asíncronos. Ambos son capaces de transformar la energía eléctrica rotativa en energía mecánica, pero lo hacen de distinta forma.
Los asíncronos son motores de corriente alterna (AC) en los que la corriente eléctrica se provoca por inducción electromagnética del campo magnético de la bobina del estator con el fin de producir la torsión del rotor. Por tanto, no necesitan una conmutación mecánica como en el caso de los motores síncronos.
Se componen, básicamente, del rotor, que puede ser de jaula de ardilla o bobinado, y de un estator, donde se alojan las bobinas inductoras, que son trifásicas y están desfasadas entre sí 120 grados.
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¿Cómo funciona?
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Cuando se aplica una corriente alterna trifásicamente en las bobinas inductoras se origina un campo magnético giratorio -denominado campo rotante- que envuelve al rotor en estado de reposo.
En ese instante se produce el efecto Laplace: “todo conductor por el que circula una corriente eléctrica, inmerso en un campo magnético experimenta una fuerza que lo tiende a poner en movimiento”.
Ese campo magnético que sigue el movimiento del campo estatórico es lo que da lugar al par motor, el encargado de hacer que el rotor gire.
Como existe una diferencia entre las velocidades relativas del campo estatórico y el rotórico, la velocidad del rotor nunca alcanza a la del campo rotante. Y, al no existir posibilidad de que los magnetismos se alineen, el rotor sigue girando.
La ventaja de este tipo de motores es su capacidad de generar un par motor constante. Además, no provocan emisiones de gases contaminantes a la atmósfera, son fiables y económicos. Sin embargo, su densidad de potencia es baja al igual que su par de arranque, y existe en ellos un posible riesgo de sobrecarga.
¿Cómo han evolucionado?
Para conocer el origen de este tipo de motores hay que remontarse a 1824, cuando el físico francés François Arago formuló la existencia de campos magnéticos rotatorios. Años más tarde, en 1879, el matemático estadounidense Walter Baily logró el primer motor de inducción primitivo y demostró ante la Physical Society de Londres la posibilidad de producir una rotación mediante las corrientes inducidas en un disco de cobre.
Sin embargo, fue el ingeniero de origen serbocroata Nikola Tesla quien pasaría a la historia como el inventor del motor asíncrono, ya que fue él quien construyó y patentó por primera vez este tipo de motores.
Los primeros que se fabricaron eran bifásicos y con polos salientes en el estator, y estaban alimentados con dos corrientes desfasadas 90 grados en el tiempo y dos devanados desfasados en el espacio.
El empresario e ingeniero George Westinghouse se dio cuenta del potencial de estos motores y compró rápidamente la patente de Tesla. En 1893, durante la Feria Mundial de Chicago, la fábrica de Westinghouse presentó un motor bifásico de 300 CV, 12 polos a 220V.
Aquel motor –toda una proeza para la época– se alimentaba mediante dos alternadores monofásicos de 500 CV, 60 Hz, acoplados mecánicamente en el mismo eje, pero desplazados 90 grados eléctricos para generar una tensión bifásica.
Mientras, en Europa, el ingeniero de la empresa alemana AEG Dolivo Dobrowolsky logró un nuevo avance al sugerir la utilización de circuitos trifásicos, pero no independientes, sino conectados entre sí. Así, en 1889 inventaba el primer motor de inducción trifásico de rotor enjaulado y rotor bobinado.
En 1896, General Electric y la empresa de Westinghouse firmaron un acuerdo de licencia cruzada para diseñar el rotor de bobinado en barra (que más tarde se conocería como rotor en jaula de ardilla).
Las mejoras e innovaciones que introdujeron en el motor asíncrono fueron tales que, actualmente, un motor de inducción de 100 CV tiene las mismas dimensiones de montaje que uno de 7,5 CV de la época.
Entre 1888 y 1895 se desarrollaron fuentes de potencia de dos y tres fases, los estatores con embobinados distribuidos y se introdujeron los rotores de jaula de ardilla.
Después, y hasta 1970, lo esfuerzos se centraron en mejorar la calidad del acero, el aislamiento y las características de construcción. Todo ello se tradujo en motores más reducidos, pero no llevaron necesariamente a mejoras en la eficiencia de su funcionamiento.
En la actualidad, los fabricantes producen motores asíncronos de alta eficiencia usando para ello varias vías. Por ejemplo, se está utilizando más cobre en los embobinados del estator; el acero se hace de un calibre especialmente fino con el objetivo de reducir las pérdidas por corrientes parásitas en el motor; se incrementa la longitud del núcleo del rotor y del estator para minimizar la densidad del flujo magnético en el entrehierro (lo que reduce las perdidas en el núcleo), y un largo etcétera.
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