Polos, pares de polos y velocidad síncrona: cómo contarlos y usarlos
Respuesta rápida
El número de polos de un motor es el número de polos magnéticos que el devanado crea alrededor del entrehierro, contados como polos norte y sur completos. Siempre es par y fija la velocidad síncrona mediante n = 120f / P. A 50 Hz eso da 3000, 1500, 1000 y 750 rpm para 2, 4, 6 y 8 polos. El eje siempre gira algo más despacio, y esa diferencia es el deslizamiento.
Contenido
- Qué cuenta como polo
- Velocidad síncrona y la regla 120f / P
- La velocidad nominal no es la síncrona
- Hallar el número de polos en la placa
- Qué aportan realmente más polos
- Rendimiento, factor de potencia, ruido y coste
- Número de polos en motores BLDC y de imanes permanentes
- Con variador, los polos solo fijan la velocidad base
- Qué número de polos para qué servicio
- Seis errores al contar polos
- Por qué Greensky Power
- Referencias
- Preguntas frecuentes
Qué cuenta como polo
Un polo es una región del entrehierro donde el flujo magnético entra o sale del rotor. En un devanado trifásico, cada banda de fase produce una región norte y una sur por cada par de polos, y las tres fases juntas dan un campo con un número fijo de polos que gira a la velocidad síncrona.
Se cuentan polos completos, no pares. Un motor de cuatro polos tiene cuatro polos y dos pares, y confundir ambas cosas es el error aritmético más común en este tema, porque la ecuación de frecuencia pide polos mientras que la mayoría de los libros la deducen en pares.
Por qué el número es siempre par
El flujo tiene que salir por algún sitio. Cada polo norte necesita un polo sur para su camino de retorno, así que un devanado puede producir 2, 4, 6, 8, 12 o 48 polos, pero nunca 3 o 5. Si un cálculo devuelve un número impar, o el devanado es un arreglo especial de polos consecuentes o la cifra de partida era errónea.
Una confusión relacionada es ranuras frente a polos. Un estator de 36 ranuras no es un motor de 36 polos. Las ranuras alojan el devanado; los polos describen el patrón de campo. Una máquina de 36 ranuras con devanado de 4 polos tiene nueve ranuras por polo, lo que es un devanado distribuido normal.
En un motor de CC con escobillas la misma palabra significa algo algo distinto: los polos los forma el devanado de campo del estator o los imanes permanentes, y el número suele ser dos o cuatro, con el rotor llevando el colector. La comparación entre ambas topologías se expone en BLDC frente a motor de CC con escobillas.
Velocidad síncrona y la regla 120f / P
El campo gira a una velocidad fijada por la frecuencia de alimentación y el número de polos, y nada más:
n_s = 120 x f / P
con n_s en revoluciones por minuto, f en hercios y P el número de polos. El 120 no es arbitrario: el 60 convierte segundos en minutos y el 2 proviene del par norte-sur por ciclo.
| Polos | Pares de polos | Velocidad síncrona a 50 Hz | Velocidad síncrona a 60 Hz | Par a 4 kW, velocidad nominal |
|---|---|---|---|---|
| 2 | 1 | 3000 rpm | 3600 rpm | 13.2 N·m a 2900 rpm |
| 4 | 2 | 1500 rpm | 1800 rpm | 26.3 N·m a 1450 rpm |
| 6 | 3 | 1000 rpm | 1200 rpm | 39.8 N·m a 960 rpm |
| 8 | 4 | 750 rpm | 900 rpm | 53.1 N·m a 720 rpm |
| 12 | 6 | 500 rpm | 600 rpm | 79.6 N·m a 480 rpm |
La columna de par se calcula con T = 9550 x P / n; es un cálculo, no una propiedad del devanado. Con la misma potencia de 4 kW, un motor de doce polos gira a un quinto de la velocidad de uno de dos polos y produce cinco veces el par en el eje. Los números de polos concretos se tratan con más detalle en la página del motor de 6 polos y en las rpm de un motor de 6 polos.
La misma tabla a 60 Hz
Solo cambia la frecuencia. Una máquina de cuatro polos tiene una velocidad síncrona de 1500 rpm a 50 Hz y 1800 rpm a 60 Hz, así que la placa debe indicar ambos valores. Un motor nominal de 50 Hz girará un 20 por ciento más rápido y consumirá más corriente si se conecta a 60 Hz sin el cambio de tensión correspondiente.
La velocidad nominal no es la síncrona
A plena carga, un motor de inducción gira ligeramente por debajo de la velocidad del campo. Si el rotor alcanzara la velocidad síncrona, no cortaría flujo, no induciría corriente y no produciría par. La diferencia es el deslizamiento:
s = (n_s - n_r) / n_s
El deslizamiento a plena carga de un motor de jaula estándar suele estar entre 1.5 y 5 por ciento, menor en máquinas grandes y mayor en las pequeñas. Un motor de 4 polos y 50 Hz a 1440 rpm tiene un deslizamiento del 4 por ciento, que es normal.
Cómo se ve un deslizamiento normal
El deslizamiento sube con la carga, así que la cifra de la placa solo vale a la potencia nominal. Un motor a media carga puede mostrar un 2 por ciento y al 125 por ciento de carga un 6. Esto importa cuando se usa la velocidad de placa para recalcular el número de polos, porque la respuesta solo es fiable hasta el número par más próximo.
El deslizamiento es también la razón por la que un motor consume varias veces su corriente nominal en reposo. En el instante del arranque, s vale 1, el rotor se comporta como un transformador en cortocircuito y la corriente solo queda limitada por la impedancia de fuga.
Hallar el número de polos en la placa
La mayoría de las placas dan velocidad y frecuencia, pero no el número de polos. Invirtiendo la fórmula se obtiene:
P = 120 x f / n_r y luego redondear hacia abajo al número par más próximo.
Redondear hacia abajo al número par más próximo es obligatorio. El deslizamiento hace que n_r sea menor que n_s, así que dividir por n_r devuelve un valor algo superior al número real de polos. Redondear hacia arriba daría un número de polos que el motor no tiene.
| Velocidad de placa | Frecuencia | 120f / n | Polos | Deslizamiento en ese punto |
|---|---|---|---|---|
| 2900 rpm | 50 Hz | 2.07 | 2 | 3.3 por ciento |
| 1440 rpm | 50 Hz | 4.17 | 4 | 4.0 por ciento |
| 960 rpm | 50 Hz | 6.25 | 6 | 4.0 por ciento |
| 1760 rpm | 60 Hz | 4.09 | 4 | 2.2 por ciento |
| 3480 rpm | 60 Hz | 2.07 | 2 | 3.3 por ciento |
La regla de redondeo
Si el resultado queda más de un 15 por ciento por encima de un número par, deténgase. Normalmente significa que la frecuencia de la placa no es la frecuencia a la que trabajaba el motor, o que la máquina es de imanes permanentes y su velocidad la fija el variador en lugar de la red.
Cuando no hay placa, el número de polos puede establecerse igualmente. Contar los grupos de bobina por fase en un devanado de tipo imbricado da los polos directamente, a dos grupos por fase por par de polos. Otra opción es girar el eje y medir la frecuencia de la fuerza contraelectromotriz: la frecuencia eléctrica dividida por la mecánica es el número de pares de polos.
Qué aportan realmente más polos
El par es la potencia dividida por la velocidad angular. Por eso, a igual potencia, un motor de 4 kW y ocho polos produce aproximadamente el doble de par en el eje que uno de cuatro polos.
El motor también debe dimensionarse para ese par. El esfuerzo cortante en el entrehierro actúa sobre la superficie del rotor, así que producir 53 N·m en lugar de 26 N·m generalmente exige un diámetro de rotor mayor o un paquete más largo. La elección de polos cambia velocidad por par, con efectos sobre tamaño de carcasa, masa y precio.
Las comparaciones de catálogo pueden engañar aquí. Dos motores de la misma potencia pero distinto número de polos no son intercambiables cambiando solo el reductor. El motor con más polos suele ser mayor, y su eje y rodamientos deben soportar el par más alto.
Para una carga accionada, la forma útil es la inversa. Si el servicio pide 40 N·m a 960 rpm, eso es 4 kW, y un motor de seis polos lo resuelve directamente. Si pide 40 N·m a 300 rpm, ningún número de polos estándar llega y un reductor es la respuesta más compacta. La relación entre ambos se desarrolla en cómo calcular el par de un motor y, para un accionamiento pequeño, en el cálculo de par de un BLDC de 1.5 kW.
Rendimiento, factor de potencia, ruido y coste
Las máquinas de cuatro polos son habituales en la industria general porque ofrecen un equilibrio práctico entre varios factores de diseño. Los diseños de dos y de ocho polos pueden servir requisitos concretos, con concesiones en otros aspectos.
| Propiedad | 2 polos | 4 polos | 6 a 8 polos |
|---|---|---|---|
| Tamaño de carcasa a igual potencia | el menor | referencia | el mayor |
| Coste por kW | el más bajo | bajo | el más alto |
| Rendimiento | cercano al mejor, algo reducido por la ventilación a 3000 rpm | normalmente el mejor del grupo | cae, junto con el factor de potencia |
| Factor de potencia | el más alto | alto | el más bajo, más corriente magnetizante |
| Ruido tonal | el más alto, mayor velocidad de ventilador | moderado | menos ruido de ventilador, pueden dominar las armónicas de ranura |
| Vida del rodamiento a 50 Hz | la más corta, mayor DN | referencia | la más larga |
Las comparaciones de rendimiento y ruido necesitan matices. Las diferencias de uno o dos puntos porcentuales entre números de polos son pequeñas frente a las diferencias entre clases de rendimiento, así que revise también la clase de rendimiento. La comparación de ruido exige además motores del mismo tamaño de carcasa; un motor de dos polos bien equilibrado puede ser más silencioso que uno de ocho polos mal fabricado.
Número de polos en motores BLDC y de imanes permanentes
En una máquina de imanes permanentes el número de polos sigue fijando la velocidad, pero también fija dos cosas que no existen en un motor de inducción: la frecuencia eléctrica que debe producir el inversor y la periodicidad del par de retención (cogging).
La frecuencia eléctrica es f_e = n x p / 60, donde p es el número de pares de polos. Un motor de ocho polos a 4500 rpm trabaja a 300 Hz, y uno de diez polos a la misma velocidad, a 375 Hz. Es una restricción real para el variador, para las pérdidas en el hierro y para lo que puede soportar la chapa del estator antes de que empiece a importar la frecuencia de conmutación.
Separación de los sensores Hall y ángulo eléctrico
Tres sensores Hall se separan 120 grados eléctricos, equivalentes a `240 / P` grados mecánicos. La separación es de 30 grados en un motor de ocho polos y de 24 en uno de diez. Con un paso de ranura de 30 grados, los sensores pueden alinearse con los centros de ranura en la disposición de ocho polos pero no en la de diez, por lo que las ranuras y los polos deben elegirse juntos.
Cogging y orden de fuerzas
El cogging se repite con el mínimo común múltiplo de ranuras y polos, y el orden más bajo de fuerza radial es su máximo común divisor. Una combinación de 12 ranuras y 8 polos da un periodo de cogging de 24 y un orden de fuerza de 4; una de 9 ranuras y 10 polos da 90 y 1. La segunda es mejor para el cogging, la primera para el ruido, y ninguna tiene que ver con la velocidad.
| Ranuras / polos | Periodo de cogging, mcm | Orden de fuerza más bajo, mcd | Qué significa en la práctica |
|---|---|---|---|
| 12 / 8 | 24 | 4 | cogging bajo, fuerza radial de cuarto orden, la opción común en servos |
| 9 / 10 | 90 | 1 | cogging muy bajo, pero la fuerza de primer orden se acopla a la carcasa |
| 12 / 10 | 60 | 2 | compromiso equilibrado, habitual en accionamientos pequeños |
| 24 / 4 | 24 | 4 | mucho par por amperio a baja velocidad, cabezas de bobina grandes |
Por eso la hoja de datos de un BLDC indica juntos ranuras y polos. El número de polos por sí solo no predice el ruido; la combinación de ranuras también afecta al cogging y a las fuerzas radiales. Sensores Hall frente a conmutación sin sensor explica el uso que hace el controlador de las señales Hall, y la guía de BLDC de alto par cubre consideraciones de par más amplias.
El mismo conteo se aplica a un motor paso a paso, donde los números resultan poco familiares por la misma razón. Un paso a paso híbrido de 1.8 grados resuelve 200 pasos completos por revolución, lo que proviene de un rotor de 50 dientes y no de un número de polos inusualmente alto en el sentido habitual. Cómo se traduce en par de retención se cubre en motores paso a paso de alto par para robótica.
Con variador, los polos solo fijan la velocidad base
Antes de los variadores, cambiar la velocidad significaba cambiar los polos. Una conexión Dahlander daba dos velocidades en relación 2:1 reconectando el devanado, y un motor de dos velocidades era la respuesta estándar para una máquina que debía ir rápido en traslación y lento en aproximación. Casi nada de eso sobrevive en equipos nuevos.
Un variador cambia la frecuencia de forma continua, así que un motor de cuatro polos a 25 Hz gira a 750 rpm con par pleno, que es lo que hace uno de ocho polos a 50 Hz. La máquina de cuatro polos es más pequeña, más barata y más eficiente para el mismo servicio, y puede llegar a 1500 rpm cuando el proceso lo necesita.
Lo que el número de polos aún fija es la velocidad base y la región de potencia constante por encima de ella. Un motor de cuatro polos a 50 Hz tiene 1500 rpm como base; por encima hay que reducir el flujo y el par cae. Elegir ocho polos para obtener una velocidad base baja solo es correcto cuando la carga realmente nunca necesita girar rápido.
Trampa de puesta en marcha. Un variador parametrizado para un motor de cuatro polos, conectado a una máquina de seis polos, funcionará con una relación V/f y una compensación de deslizamiento erróneas. El síntoma es un motor que se calienta con poca carga y no mantiene la velocidad bajo carga, sin nada evidente en la placa. Ajuste el número de polos en el variador antes de tocar cualquier otra cosa.
El comportamiento más amplio de un motor con variador, incluidas las regiones de par constante y potencia constante, se expone en cómo funciona un motor de velocidad variable.
Qué número de polos para qué servicio
El equipo accionado suele determinar el número de polos adecuado. Esta tabla resume opciones habituales para motores de inducción alimentados por red, sin variador.
| Servicio | Opción habitual | Motivo |
|---|---|---|
| Ventiladores centrífugos, bombas de alta presión, sopladores de vacío | 2 polos | carcasa más pequeña por kW; la carga pide velocidad |
| Bombas generales, compresores, transportadores, máquinas herramienta | 4 polos | mejor equilibrio de rendimiento, ruido, coste y vida del rodamiento |
| Trituradoras, mezcladoras, transportadores de tornillo, hornos | 6 polos | baja velocidad sin un reductor grande |
| Ascensores, laminadores, ventiladores de accionamiento directo | 8 polos y más | par en el eje, reductor eliminado |
| Aplicaciones con batería y variador | base de 4 polos, o PM de 8 a 24 polos | el variador cubre el rango de velocidad; el PM usa polos para densidad de par |
Los ejemplos del ascensor y del motorrueda muestran cómo el número de polos puede reducir la necesidad de reductor. Los ascensores han pasado de máquinas de dos velocidades con conmutación de polos a máquinas de imanes permanentes sin engranajes y con muchos polos, cuyos rotores dan par a 100 rpm. En accionamientos pequeños, un motorrueda de 24 polos con etapa planetaria compite con un motor de cuatro polos y un reductor mayor. El mejor rango de rpm para motores de cortacésped y la selección de velocidad y rpm para motores de AGV comparan rangos de velocidad para accionamientos pequeños.
Seis errores al contar polos
| Error | Qué ocurre | Enfoque correcto |
|---|---|---|
| Contar pares de polos como polos | la velocidad sale el doble de la real | los polos son el número par; los pares son su mitad |
| Usar la velocidad nominal como síncrona | un número no entero, y luego adivinar | dividir por n_r y redondear hacia abajo al par más próximo |
| Olvidar la frecuencia | una máquina de 60 Hz se lee con otro número de polos | usar la frecuencia de la placa, no 50 Hz por costumbre |
| Suponer que más polos dan par gratis | una carcasa que no entra y un eje dimensionado para otra carga | el par sube, y el volumen y el precio suben con él |
| Confundir ranuras con polos | un estator de 36 ranuras llamado motor de 36 polos | las ranuras alojan el devanado; los polos describen el campo |
| Esperar que un variador cambie el número de polos | velocidad base errónea y motor caliente | el variador cambia la frecuencia; los polos los fija el devanado |
La segunda fila también puede engañar a lectores experimentados. Parece un problema de redondeo, pero la diferencia viene del deslizamiento. Si el resultado queda muy por encima de un número par, revise la frecuencia y la velocidad de entrada antes de repetir el cálculo.
Por qué Greensky Power
Fabricamos motores BLDC y de imanes permanentes en los que la combinación de ranuras y polos se elige para el servicio en lugar de tomarse de un catálogo: 6, 8, 10 o 14 polos en los tamaños habituales, más en las unidades de accionamiento directo, con la posición de los sensores Hall y el periodo de cogging verificados en la chapa antes del primer prototipo.
Eso importa cuando el requisito es funcionar en silencio a baja velocidad, porque el número de polos es la variable que decide tanto la frecuencia eléctrica que debe suministrar el variador como el orden de fuerzas que debe absorber la carcasa. Acertar en la fase de plano es más barato que corregirlo en la carcasa.
¿Está eligiendo una combinación de ranuras y polos? Envíe la velocidad en el eje, el par a esa velocidad, la tensión de alimentación o de bus y el objetivo de ruido. Le devolveremos las combinaciones candidatas, sus periodos de cogging y los órdenes de fuerza que cada una introduce en la carcasa. Contacte con el equipo de ingeniería.
Referencias
- International Electrotechnical Commission. (2022). IEC 60034-1:2022 Rotating electrical machines – Part 1: Rating and performance. webstore.iec.ch/en/publication/65446
- International Electrotechnical Commission. (2014). IEC 60034-2-1:2014 Rotating electrical machines – Part 2-1: Standard methods for determining losses and efficiency from tests. webstore.iec.ch/en/publication/121
- International Electrotechnical Commission. (2018). IEC 60034-14:2018 Rotating electrical machines – Part 14: Mechanical vibration of certain machines with shaft heights 56 mm and higher. webstore.iec.ch/en/publication/59889
- International Electrotechnical Commission. (2025). IEC 60034-30-1:2025 Rotating electrical machines – Part 30-1: Efficiency classes of line operated AC motors (IE code). webstore.iec.ch/en/publication/91195
- International Electrotechnical Commission. (2016). IEC TS 60034-30-2:2016 Rotating electrical machines – Part 30-2: Efficiency classes of variable speed AC motors (IE code). webstore.iec.ch/en/publication/30830
- International Electrotechnical Commission. (2013). IEC 60529:1989+AMD1:1999+AMD2:2013 Degrees of protection provided by enclosures (IP Code). webstore.iec.ch/en/publication/2452
- International Electrotechnical Commission. (2023). IEC 61800-9-2:2023 Adjustable speed electrical power drive systems – Ecodesign for power drive systems, motor starters, power electronics and their driven applications. webstore.iec.ch/en/publication/111276
- National Electrical Manufacturers Association. (2024). NEMA standards for motors and generators. nema.org/standards
- European Commission. (2019). Commission Regulation (EU) 2019/1781 laying down ecodesign requirements for electric motors and variable speed drives. eur-lex.europa.eu/eli/reg/2019/1781/oj
- U.S. Department of Energy. (2024). Motors and drives systems – advanced manufacturing office resources. energy.gov/eere/amo/motor-systems
Preguntas frecuentes
P: ¿Qué es el número de polos de un motor?
Es el número de polos magnéticos que el devanado produce alrededor del entrehierro, contados como polos norte y sur completos, no como pares. Siempre es par, porque cada polo norte necesita un polo sur para cerrar el camino del flujo. Un motor de cuatro polos tiene por tanto dos pares, y el número de pares es lo que entra en la ecuación de frecuencia.
P: ¿Cómo se calcula el número de polos a partir de las rpm?
Divida 120 veces la frecuencia de alimentación por la velocidad síncrona y redondee hacia abajo al número par más próximo. Para una máquina de 50 Hz a 1440 rpm, 120 x 50 / 1440 = 4.17, así que tiene cuatro polos. El redondeo hacia abajo es obligatorio porque el deslizamiento siempre hace que el eje vaya más despacio que el campo.
P: ¿Por qué un motor de 4 polos da 1440 rpm y no 1500?
1500 rpm es la velocidad síncrona del campo giratorio a 50 Hz. El rotor debe girar algo más despacio que el campo, de lo contrario no cortaría flujo y no produciría par. Esa diferencia es el deslizamiento y, a 1440 rpm, es del 4 por ciento, típico de un motor de jaula estándar a plena carga.
P: ¿Más polos significa más par?
A igual potencia de salida, sí, porque el par es la potencia dividida por la velocidad angular. Un motor de 4 kW entrega unos 26 N·m con cuatro polos y unos 53 N·m con ocho. No es gratis: la máquina de ocho polos es mayor, más pesada y más cara para la misma potencia, y su factor de potencia es menor.
P: ¿Cuántos polos tiene un motor BLDC?
Los BLDC pequeños suelen usar 6, 8, 10 o 14 polos, y las versiones de accionamiento directo llegan a 24 o más. El número importa más allá de la velocidad, porque la frecuencia eléctrica es la velocidad del eje por el número de pares, y el mínimo común múltiplo de ranuras y polos fija el periodo de cogging mientras que su máximo común divisor fija el orden más bajo de fuerza radial.
P: ¿Puedo cambiar el número de polos con un variador?
No. El variador cambia la frecuencia de alimentación; no cambia el número de polos del devanado. Permite que un motor de cuatro polos cubra un rango de velocidad que antes exigía un motor de conmutación de polos o de más polos, manteniendo par pleno por debajo de la velocidad base. Por eso los devanados Dahlander de dos velocidades son menos frecuentes en equipos nuevos.
