Motores de Corriente Continua: Funcionamiento, Principio y Aplicaciones
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Motor de corriente continua
El motor de corriente continua (CC) es una máquina que convierte energía eléctrica en mecánica, principalmente mediante movimiento rotatorio. Actualmente, existen nuevas aplicaciones con motores eléctricos que, con algunas modificaciones, ejercen tracción sobre un riel sin producir movimiento rotatorio. Estos se conocen como motores lineales.
Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición, paro y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos. Sin embargo, la llegada de la electrónica ha disminuido su uso, ya que los motores de corriente alterna (CA), del tipo asíncrono, pueden controlarse de igual forma a precios más accesibles. A pesar de esto, los motores de CC se siguen utilizando en muchas aplicaciones de potencia (trenes y tranvías) o de precisión (máquinas, micromotores, etc.).
La principal característica del motor de CC es la posibilidad de regular la velocidad desde vacío a plena carga.
Su principal inconveniente es el mantenimiento, que resulta muy caro y laborioso.
Una máquina de corriente continua (generador o motor) se compone principalmente de dos partes: un estator que da soporte mecánico al aparato y tiene un hueco central generalmente cilíndrico. En el estator se encuentran los polos, que pueden ser de imanes permanentes o devanados con hilo de cobre sobre núcleo de hierro. El rotor, generalmente cilíndrico, también está devanado y con núcleo, y recibe corriente mediante dos escobillas.
También se construyen motores de CC con rotor de imanes permanentes para aplicaciones especiales.
Principio de funcionamiento
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Esquema del funcionamiento de un motor de c.c. elemental de dos polos con una sola bobina y dos delgas en el rotor. Se muestra el motor en tres posiciones del rotor desfasadas 90° entre sí.
1, 2: Escobillas;
A, B: Delgas;
a, b: Lados de la bobina conectados respectivamente a las delgas A y B.
Principio de funcionamiento
Según la Ley de Lorentz, cuando un conductor por el que pasa una corriente eléctrica se sumerge en un campo magnético, el conductor sufre una fuerza perpendicular al plano formado por el campo magnético y la corriente, siguiendo la regla de la mano derecha, con módulo
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- F: Fuerza en newtons
- I: Intensidad que recorre el conductor en amperios
- l: Longitud del conductor en metros
- B: Densidad de campo magnético o densidad de flujo en teslas
El rotor tiene varios conductores repartidos por la periferia. A medida que gira, la corriente se activa en el conductor apropiado.
Normalmente se aplica una corriente con sentido contrario en el extremo opuesto del rotor para compensar la fuerza neta y aumentar el momento.
Fuerza contraelectromotriz inducida en un motor
Es la tensión que se crea en los conductores de un motor como consecuencia del corte de las líneas de fuerza; es el efecto generador de pines.
La polaridad de la tensión en los generadores es inversa a la aplicada en bornes del motor.
Las fuertes puntas de corriente de un motor en el arranque se deben a que, con la máquina parada, no hay fuerza contraelectromotriz y el bobinado se comporta como una resistencia pura del circuito.
Número de escobillas
Las escobillas deben poner en cortocircuito todas las bobinas situadas en la zona neutra. Si la máquina tiene dos polos, tenemos también dos zonas neutras. En consecuencia, el número total de escobillas ha de ser igual al número de polos de la máquina.
En cuanto a su posición, será coincidente con las líneas neutras de los polos.
Sentido de giro
El sentido de giro de un motor de corriente continua depende del sentido relativo de las corrientes circulantes por los devanados inductor e inducido.
La inversión del sentido de giro se consigue invirtiendo el sentido del campo magnético o de la corriente del inducido.
Si se permuta la polaridad en ambos bobinados, el eje del motor gira en el mismo sentido.
Los cambios de polaridad de los bobinados, tanto en el inductor como en el inducido, se realizan en la caja de bornes de la máquina, y el ciclo combinado producido por el rotor produce la fmm (fuerza magnetomotriz).
El sentido de giro se puede determinar con la regla de la mano derecha: el pulgar indica la dirección de la corriente, el índice la dirección del flujo del campo magnético, y el medio la dirección de la fuerza resultante y, por lo tanto, el sentido de giro.
Reversibilidad
Los motores y los generadores de corriente continua están constituidos esencialmente por los mismos elementos, diferenciándose únicamente en la forma de utilización.
Por reversibilidad entre el motor y el generador se entiende que, si se hace girar el rotor, se produce en el devanado inducido una fuerza electromotriz capaz de transformarse en energía en el circuito de carga.
En cambio, si se aplica una tensión continua al devanado inducido del generador a través del colector de delgas, el comportamiento de la máquina ahora es de motor, capaz de transformar la fuerza contraelectromotriz en energía mecánica.
En ambos casos, el inducido está sometido a la acción del campo inductor principal.