Motor eléctrico C.C.

Los motores de corriente continua tienen varias particularidades que los hacen muy diferentes a los motores de corriente alterna. Una de las particularidades principales es que pueden funcionar a la inversa, es decir, no solamente pueden ser usados para transformar la energía eléctrica en energía mecánica, sino que también pueden funcionar como generadores de energía eléctrica. Esto sucede porque tienen la misma constitución física que un generador o una dinamo. Los motores de corriente continua tienen un par de arranque alto, en comparación con los de corriente alterna, también se puede controlar con mucha facilidad la velocidad. Por estos motivos, son ideales para funciones que requieran un mayor control de la velocidad. Son usados para tranvías, trenes, coches eléctricos, ascensores, cadenas productivas, y todas aquellas actividades donde el control de las funcionalidades del motor es esencial.

Partes de un motor C.C.

Los motores de corriente continua están formados principalmente por:

1. Estátor. El estátor es la parte inductora, la que produce el campo magnético. Esta formado por el yugo o la culata, en donde, se coloca las bobinas encargadas de producir el campo magnético. Estas bobinas reciben una alimentación de C.C. Ahora bien, nos podemos encontrar motores de C.C. que en lugar de llevar bobinas en el estátor lleven imanes permanentes. Estos imanes permanentes son los encargados de generar el campo magnético. Las bobinas en el estátor funcionan bajo las leyes de los electroimanes y, son más potentes que los imanes permanentes. Asimismo, también nos podemos encontrar motores de C.C. que además de llevar las bobinas principales en la culata del estátor, lleven otras bobinas llamadas auxiliares o también llamadas bobinas de conmutación. Estas bobinas auxiliares tienen el objetivo de eliminar los efectos negativos que se producen en la inducción. Por lo explicado hasta ahora el lector puede fácilmente deducir que existen 3 tipos básicos de motores de C.C.

- Motores con estátor de bobinas.
- Motores con estátor de bobinas principales y bobinas auxiliares o de conmutación.
- Motores con estátor de imanes permanentes.

2. Rotor. Esta construido con chapas superpuestas y magnéticas, de forma cilíndrica. Dichas chapas, tienen unas ranuras en donde se alojan los bobinados del rotor o del inducido. El hecho de que sean chapas apiladas y no un trozo de hierro se debe a la necesidad de evitar las pérdidas por histéresis y por las corrientes de Foucault.

3. Colector de delgas. Se podría decir que es la parte más delicada del motor de corriente continua, ya que es la parte que necesita un mantenimiento continuo. En el colector de delgas van situadas las delgas fabricadas con cobre electrolítico. Las delgas están separadas entre si. Aparte, el colector tiene unas escobillas colocadas en unos porta-escobillas y son las encargadas de transmitir la alimentación al colector por rozamiento. Las escobillas están fabricadas con grafito o carbón. Estas escobillas están en contacto con las delgas y sufren un desgaste. Además generan suciedad al estar fabricadas con un material tan débil como es el carbón o el grafito. Así que el mantenimiento de los motores de corriente continua incluye la limpieza de delgas y colector y, de reponer las escobillas desgastadas.

Funcionamiento de un motor C.C.

En el estátor se produce la inducción, ya que es la parte del motor de C.C. en donde están situados los imanes permanentes o las bobinas que hacen de electroimanes y, por tanto, es donde se produce el campo magnético necesario para mover el rotor. El rotor recibe una alimentación externa de corriente continua por medio de un colector de delgas. El colector de delgas esta fabricado con dos contactos aislados eléctricamente y cada contacto esta constituido por 2 escobillas deslizantes (con un muelle) de carbón que hacen pasar la corriente continua por el bobinado del rotor. Al recorrer la corriente continua el bobinado del rotor, se produce una fuerza que da lugar a un par de giro del rotor. Ahora bien, para lograr un par de giro en el rotor que sea continuo o que el rotor gire continuamente, el colector de delgas lo que hace es invertir la polaridad cada media vuelta del rotor, ya que las escobillas del colector de delgas no están conectadas de forma fija al bobinado del rotor. Para cambiar el sentido de giro del rotor y, por tanto, del motor, solamente hay que invertir la polaridad de la fuente de alimentación en su inicio o puesta en marcha del motor de corriente continua.

Características del motor C.C.

Cuando la bobina del rotor recibe alimentación C.C., se genera un par de giro, de esta forma en el proceso del arranque del motor C.C. el rotor comienza a acelerarse hasta alcanzar las revoluciones nominales. Técnicamente en el proceso de funcionamiento del motor de C.C., la bobina del rotor en su movimiento giratorio corta las líneas del campo magnético generadas en el estátor, lo que provoca que se induzca en el bobinado del rotor una f.e.m. Según la ley de Lenz, el sentido de la f.e.m. se opone a la causa que la provocó, es decir, se opone a la corriente del inducido y a la tensión de alimentación del motor. Esta f.e.m. es denominada fuerza contraelectromotriz (f.c.e.m.) y produce el efecto de limitar la corriente del inducido (bobina del rotor). Existe una fórmula matemática para explicar este fenómeno:

Ahora bien, esta fórmula la podemos reducir ya que los valores n, p y a son constantes para un motor C.C.

Estas fórmulas nos explican que la fuerza contraelectromotriz es proporcional al flujo inductor y al n° de revoluciones del motor. Si el motor trabaja en vacío, el par de motor del rotor, al no encontrar la resistencia de una carga, aumenta la velocidad del rotor, lo que da lugar a una mayor fuerza contraelectromotriz (f.c.e.m.) que limita la corriente absorbida por el motor. Sin embargo, cuando el motor C.C. trabaja con una carga, a la vez que disminuye la velocidad también lo hace la f.c.e.m., y por consiguiente, la intensidad absorbida por el motor C.C. aumenta. Así tenemos que la intensidad que necesita el motor C.C. dependerá directamente del trabajo que tenga que realizar:

Ahora bien, en el momento del arranque del motor, la f.c.e.m. es nula, ya que el rotor esta parado. La única intensidad que absorbe el motor será la caída de tensión de las escobillas y por la resistencia del bobinado del rotor. Así tenemos que la anterior fórmula se nos simplifica de la siguiente manera:

Así, en el momento del arranque del motor, la intensidad de arranque del motor C.C. es muy elevada. Para limitar la intensidad de arranque en un motor de C.C. se suele colocar unas resistencias en serie con el rotor. A medida que el motor C.C. va aumentando la velocidad, se va disminuyendo el valor de las resistencias.

Control de la velocidad de giro del motor C.C.

Como ya hemos mencionado anteriormente, el rotor al ser alimentado con una C.C. por medio del colector de delgas, produce una fuerza contraelectromotriz o f.c.e.m. Este campo magnético se suma vectorialmente al campo magnético provocado por el estátor. campo magnético resultante esta desviado respecto al campo magnético del estátor o inductor, lo cual provoca problemas en el buen funcionamiento del motor C.C., se originan chispas eléctricas cuando el colector de delgas se conmuta entre las escobillas. Para evitar estos problemas existen 2 soluciones:

a) Desviar las escobillas: Este método solamente se utiliza con motores pequeños y con un solo sentido de giro. Las escobillas deben desplazarse en el sentido contrario al del giro del motor.

b) Con polos de conmutación: Son polos que se colocan en la culata del motor con la intención de provocar un campo magnético transversal de idéntico valor y con sentido contrario al campo magnético del inducido. Los polos de conmutación se conectan en serie con el inducido. Con este método da igual el sentido de giro del motor, ya que al invertir el giro se invierte la polaridad de la corriente del inducido y también se invierte la corriente de los polos de conmutación.

Tipos de conexión de un motor C.C.

Existen 4 formas de conexión del bobinado de excitación respecto al inducido:

Motor de excitación independiente.
Motor de excitación en derivación o shunt.
Motor de excitación en serie.
Motor de excitación compuesta o compound.

Motor de excitación independiente.

Como podemos observar en el dibujo, los dos devanados son alimentados con fuentes diferentes. Tiene las mismas ventajas que un motor conectado en shunt, pero con más posibilidades de regular su velocidad.
Para saber más visitar esta página: Motor de excitación independiente

Motor de excitación en derivación o shunt.

Como podemos observar, el devanado de excitación está conectado en paralelo al devanado del inducido. Se utiliza en máquinas de gran carga, ya sea en la industria del plástico, metal, etc. Las intensidades son constantes y la regulación de velocidad se consigue con un reostato regulable en serie con el devanado de excitación.
Para saber más visitar esta página: Motor de excitación en derivación o Shunt

Motor de excitación en serie.

La conexión del devanado de excitación se realiza en serie con el devanado del inducido, como se puede observar en el dibujo. El devanado de excitación llevará pocas espiras y serán de una gran sección.
Los motores de excitación en serie se usan para situaciones en los que se necesita un gran par de arranque como es el caso de tranvías, trenes, etc. La velocidad es regulada con un reostato regulable en paralelo con el devanado de excitación. La velocidad disminuye cuando aumenta la intensidad.
Para saber más visitar esta página: Motor de excitación en serie

Motor de excitación compuesta o compound.

El devanado es dividido en dos partes, una está conectada en serie con el inducido y la otra en paralelo, como se puede ver con el dibujo. Se utilizan en los casos de elevación como pueden ser montacargas y ascensores.
Con carga, el devanado en serie hace que el flujo aumente, de este modo la velocidad disminuye, no de la misma manera que si hubiésemos conectado solamente en serie.
Para saber más visitar esta página: Motor de excitación compuesta o compound.

Conexión de bornes de un motor eléctrico.

En la caja de bornes del motor disponemos de unas bornas numeradas alfabéticamente, que corresponden con los diferentes conexionados que podemos hacer en el motor.
Para el inducido serán la A-B.
Para el devanado de excitación en shunt o derivación serán C-D.
Para el devanado de excitación en serie serán E-F.
Para el devanado de excitación independiente serán J-K.
Para el devanado de compensación y de conmutación serán G-H.