Principios de Máquinas de Corriente Continua

Introducción a las Máquinas de Corriente Continua

Las máquinas de corriente continua (CC) son dispositivos que convierten energía mecánica en energía eléctrica (generadores) o viceversa (motores). Este documento describe los principios fundamentales de su funcionamiento.

Ley de Faraday y Ley de Lenz

La Ley de Faraday relaciona el flujo magnético (Φ) que pasa a través de una espira con la magnitud de la fuerza electromotriz inducida (E) en la espira: E = dΦ/dt. La Ley de Lenz complementa la Ley de Faraday indicando que la dirección de la corriente inducida se opone al cambio de flujo que la produce: E = -dΦ/dt. El campo generado por una corriente inducida siempre va en dirección opuesta al cambio de flujo.

Explicación del Motor de CC

Partes del Motor de CC

• Estator: Parte fija del motor que soporta toda la máquina. Contiene las bobinas inductoras (o imanes permanentes) que crean un campo magnético constante. Este campo se conduce mediante las expansiones polares.
• Carcasa: Estructura de hierro que soporta la máquina y a la que se fijan los componentes.
• Bobinas inductoras: Devanados que almacenan energía en forma de campo magnético a través del fenómeno de inducción.
• Expansiones polares: Piezas polares próximas al inducido que bordean el entrehierro.
• Núcleo polar: Parte del circuito magnético rodeada por el devanado inductor.
• Rotor: Parte móvil del motor, de formato cilíndrico, formado por un conjunto de chapas ferromagnéticas. Sobre éste van las bobinas (devanados) del inducido, donde se introduce la corriente que crea un campo magnético.
• Colector de delgas: Conjunto de placas de cobre aisladas (delgas) conectadas a los extremos de cada bobina del inducido.
• Escobillas: Permiten establecer la conexión eléctrica con la parte rotatoria. Se sitúan en la línea neutra donde la FEM es nula (0V) para evitar chispas durante la conmutación entre delgas. Las escobillas rozan con el colector de delgas y se desgastan con el tiempo.

La interacción de los campos magnéticos del estator y del rotor produce las fuerzas de atracción y repulsión que hacen girar el rotor.

Máquinas Compensadas

La reacción del inducido se produce cuando la corriente que circula en el inducido crea un campo magnético (Bri). Este campo se suma al campo de excitación (B), resultando en un campo total (Bt): Bt = B + Bri. El campo total (Bt) queda distorsionado, desplazando la línea neutra (L.N) un ángulo β en el sentido de rotación. Para eliminar este efecto, existen dos opciones:

• Desplazar las escobillas: Se desplazan las escobillas un ángulo β en el sentido de rotación. Se utiliza en máquinas pequeñas y de corriente constante.
• Crear un campo de compensación (B'): Se crea un campo B' tal que B' = -Bri (sentido contrario) para compensar la distorsión. Para crear B' existen dos opciones:
  • Polos de conmutación: Se colocan enfrentados en la L.N y se conectan en serie con el inducido.
  • Devanado compensador: Un devanado en serie con el devanado del inducido que crea un campo igual y opuesto.

Conmutación

Independiente: +a1.a2-b1.b2-

Shunt: +a1-e1.e2- / a2-b1.b2-

Serie: +a1.a2-b1.b2-d2.d1-

Fórmulas

Independiente: n = 0 (reposo), E = 0, E = k ⋅ n ⋅ Φ, Iia = U/Ri, Ra = U/Iia

Serie: E = U - (Ri + Re) ⋅ In, Ra = U/Ii - (Ri + Re)

Derivación: Ia = U/Ri + Ie, Ii = (U - E)/Ri

n = Put/Pabs, P = U ⋅ I