MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA

MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA

El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica,

principalmente

mediante

el

movimiento rotatorio. 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. Pero con la llegada de la electrónica su uso ha disminuido en gran medida, pues los motores de corriente alterna, del tipo asíncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios más accesibles para el consumidor medio de la industria. A pesar de esto los motores de corriente continua se siguen utilizando en muchas aplicaciones de potencia (trenes y tranvías) o de precisión (máquinas, micros motores, entre otros.) La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad de regular la velocidad desde vacío a plena carga. 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 en el centro generalmente de forma cilíndrica. En el estator además se encuentran los polos, que pueden ser de imanes permanentes o devanados con hilo de cobre sobre núcleo de hierro. El rotor es generalmente de forma cilíndrica, también devanado y con núcleo, al que llega la corriente mediante dos escobillas. También se construyen motores de C.C. con el rotor de imanes permanentes para aplicaciones especiales. Los Motores de Corriente Directa (CD) o Corriente Continua (CC) se utilizan en casos en los que es importante el poder regular

continuamente la velocidad del motor, además, se utilizan en aquellos casos en los que es imprescindible utilizar corriente directa, como es el caso de motores accionados por pilas o baterías. Este tipo de motores debe de tener en el rotor y el estator el mismo número de polos y el mismo numero de carbones. Los motores de corriente directa pueden ser de tres tipos: • Serie • Paralelo • Mixto

Como su nombre lo indica, un motor eléctrico de corriente continua, funciona con corriente continua. En estos motores, el inductor es el estator y el inducido es el rotor. Fueron los primeros en utilizarse en vehículos eléctricos por sus buenas características en tracción y por la simplicidad de los sistemas de control de la electricidad desde las baterías. Presentan desventajas en cuanto al mantenimiento de algunas de sus piezas (escobillas y colectores) y a que deben ser motores grandes si se buscan potencias elevadas, pues su estructura (y en concreto el rozamiento entre piezas) condiciona el límite de velocidad de rotación máxima.

Esquema de un motor de corriente continua

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

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 90º entre sí. 1, 2: Escobillas; A, B: Delgas; a, b: Lados de la bobina conectados respectivamente a las delgas A y B. 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 F= B x L x I. F: Fuerza en newton. I: Intensidad que recorre el conductor en amperios. L: Longitud del conductor en metros lineales. B: Densidad de campo magnético o densidad de flujo teslas. El rotor no solo tiene un conductor, sino varios 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 son debidas 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 del motor de corriente continua 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 realizarán en la caja de bornes de la máquina, y además el ciclo combinado producido por el rotor produce la F.MM. (fuerza magnetomotriz). El sentido de giro lo podemos determinar con la regla de la mano derecha, la cual nos va a mostrar el sentido de la fuerza. La regla de la mano derecha es de la siguiente manera: el pulgar nos muestra hacia donde va la corriente, el dedo índice apunta en la dirección en la cual se

dirige el flujo del campo magnético, y el dedo medio hacia donde va dirigida 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 al 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. LAS PARTES FUNDAMENTALES DE UN MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA SON: ESTATOR: Es el que crea el campo magnético fijo, al que le llamamos Excitación. En los motores pequeños se consigue con imanes permanentes. Cada vez se construyen imanes más potentes, y como consecuencia aparecen en el mercado motores de excitación permanente, mayores. ROTOR: También llamado armadura. Lleva las bobinas cuyo campo crea, junto al del estator, el par de fuerzas que le hace girar.

INDUCIDO DE C.C. ESCOBILLAS: Normalmente son dos tacos de grafito que hacen contacto con las bobinas del rotor. A medida que éste gira, la conexión se conmuta entre unas y otras bobinas, y debido a ello se producen chispas que generan calor. Las escobillas se fabrican normalmente de grafito, y su nombre se debe a que los primeros motores llevaban en su lugar unos paquetes hechos con alambres de cobre dispuestos de manera que al girar el rotor "barrían", como pequeñas escobas, la superficie sobre la que tenían que hacer contacto. COLECTOR: Los contactos entre escobillas y bobinas del rotor se llevan a cabo intercalando una corona de cobre partida en sectores. El colector consta a su vez de dos partes básicas: DELGAS: Son los sectores circulares, aislados entre sí, que tocan con las escobillas y a su vez están soldados a los extremos de los conductores que conforman las bobinas del rotor. MICAS: Son láminas delgadas del mismo material, intercaladas entre las delgas de manera que el conjunto forma una masa compacta y mecánicamente robusta. CONSTITUCIÓN

1. Carcasa 2. Tapa Anterior (Frente) 3. Base 4. Flecha o Eje del Rotor 5. Caja de Conexiones 6. Tapa Posterior.

ADEMÁS INTERNAMENTE ESTÁ CONFORMADO POR: - Inductor. - Polo inductor. - Inducido, al que va arrollado un conductor de cobre formando el arrollamiento. - Núcleos polares, va arrollando, en forma de hélice al arrollamiento de excitación. - Cada núcleo de los polos de conmutación lleva un arrollamiento de conmutación. - Conmutador o colector, que esta constituido por varias láminas aisladas entre sí. El arrollamiento del inducido está unido por conductores con las laminas del colector. Sobre la superficie del colector rozan unos contactos a presión mediante unos muelles. Dichas piezas de contacto se llaman escobillas. El espacio libre entre las piezas polares y el inducido se llama entrehierro. Visto el fundamento por el que se mueven los motores de C.C., es fácil intuir que la velocidad que alcanzan éstos dependen en gran medida del equilibrio entre el par motor en el rotor y el par antagonista que presenta la resistencia mecánica en el eje. EXCITACIÓN. La forma de conectar las bobinas del estator es lo que se define como tipo de excitación. Podemos distinguir entre: INDEPENDIENTE: Los devanados del estator se conectan totalmente por separado a una fuente de corriente continua, y el motor se comporta exactamente igual que el de imanes permanentes. En las aplicaciones industriales de los motores de C.C. es la configuración más extendida.

SERIE: Consiste en conectar el devanado del estator en serie con el de la armadura. Se emplea cuando se precisa un gran par de arranque, y precisamente se utiliza en los automóviles. Los motores con este tipo de excitación se embalan en ausencia de carga mecánica. Los motores con esta configuración funcionan también con corriente alterna. PARALELO: Estator y rotor están conectados a la misma tensión, lo que permite un perfecto control sobre la velocidad y el par. COMPOUND: Del inglés, compuesto, significa que parte del devanado de excitación se conecta en serie, y parte en paralelo. Las corrientes de cada sección pueden ser aditivas o sustractivas respecto a la del rotor, lo que da bastante juego, pero no es este el lugar para entrar en detalles al respecto.

VELOCIDAD DEL MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA Como ya hemos dicho, la configuración más popular es la de excitación independiente, y a ella se refieren las dos expresiones que vienen a continuación: 1.

La velocidad es proporcional al valor de la tensión media de C.C.

esto es válido siempre que se mantengan constantes, las condiciones de excitación y el par mecánico resistente. 2.

El valor de la tensión media aplicada a las conexiones de la

armadura del motor se distribuye fundamentalmente de la forma: U= (R x I) + E (1) U: Tensión media aplicada. R x I: Caída de tensión debida a la corriente que circula por el inducido. E: Fuerza contra electromotriz inducida (velocidad). Según el punto (1), la velocidad se puede variar empleando rectificadores controlados para proporcionarle en todo momento la tensión media adecuada. Para medir su velocidad podemos emplear, según el punto (2), un método alternativo a la dinamo tacométrica y que consiste en restar a la ecuación (1) la caída de tensión (R x I) en la resistencia de las

bobinas

quedándonos

de solo

armadura, con

el

(con valor

amplificadores correspondiente

operacionales) a

la

fuerza

contraelectromotriz (E), muestra directa de la velocidad. En nuestro entorno, tendemos a pensar que allá donde encontremos motores de corriente continua es muy posible que sea debido a la necesidad de tener que poder variar la velocidad de forma sencilla y con gran flexibilidad. CAJA DE BORNES El bornero de un motor de C.C. suele proporcionar dos parejas de conexiones, una para la excitación, y otra para la armadura. Al tratarse de

devanados para corriente continua sus bornes estarán coloreados, habitualmente de rojo y negro.

Las tomas de estator y rotor deben ir debidamente diferenciadas, pero aún sin señales puede distinguirse entre unas y otras porque las de la armadura son de sección sensiblemente mayor.

CONCLUSIONES Un motor eléctrico de corriente continua es esencialmente una máquina que convierte energía eléctrica en movimiento o trabajo mecánico, a través de medios electromagnéticos, que para funcionar se vale de las fuerzas de atracción y repulsión que existen entre los polos. Los motores de CC son empleados para grandes potencias. Son motores industriales que necesitan una gran cantidad de corriente para el arranque. Los motores de corriente continua son de menos utilización que los motores de corriente alterna en el área industrial, debido que los motores de corriente alterna se alimentan con los sistemas de distribución de energías "normales". Los motores de CC llevan circuitos integrados para regular la toma de corriente de la línea y así no generar bajones de intensidad de la corriente. El motor de corriente continua está compuesto de 2 piezas fundamentales: - Rotor - Estator Dentro de éstas se ubican los demás componentes como: - Escobillas y porta escobillas - Colector - Eje - Núcleo y devanado del rotor - Imán Permanente - Armazón -Tapas o campana

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_corriente_continua http://www.infowarehouse.com.ve/pugoz/ingelect/ingelec_motorcc.pdf http://perso.wanadoo.es/luis_ju/ebasica2/mcc_01.html http://www.unicrom.com/Tut_MotorCC.asp Máquinas Eléctricas, Chapman Máquinas Eléctricas y Transformadores, Kosow www.infowarehouse.com.ve www.unicrom.com

INTRODUCCIÓN Un físico y químico británico que estudió el electromagnetismo y la electroquímica. Faraday, Michael (1791-1867), fue el que descubrió el principio de el motor eléctrico el descubrió la inducción. Inducción es la generación de una corriente eléctrica en un conductor en movimiento en el interior de un campo magnético físico. A partir de ese descubrimiento se potencio el estudio sobre la electrónica. Para calcular la inducción magnética se tiene que aplicar esta formula. El motor eléctrico permite la transformación de energía eléctrica en energía mecánica, esto se logra mediante la rotación de un campo magnético alrededor de una espira o bobinado que toma diferentes formas. Al pasar la corriente eléctrica por la bobina ésta se comporta como un imán cuyos polos se rechazan o atraen con el imán que se encuentra en la parte inferior; al dar media vuelta el paso de corriente se interrumpe y la bobina deja de comportarse como imán pero por inercia se sigue moviendo hasta que da otra media vuelta y la corriente pasa nuevamente repitiéndose el ciclo haciendo que el motor rote constantemente. Los

motores

de

corriente

directa

son

insuperables

para

aplicaciones en las que debe ajustarse la velocidad, así como para aplicaciones en las que requiere un par grande. En la actualidad se utilizan millones de motores de C.D. cuya potencia es de una fracción de caballo en la industria del transporte como: automóviles, trenes y aviones, donde impulsan ventiladores, de diferentes tipos para aparatos de a/c, calentadores y descongeladores: también mueven los limpiadores de parabrisas y acción de levantamiento de asiento y ventanas. También son muy útiles para arrancar motores de gasolina y diesel en autos, camiones, autobuses tractores y lanchas. El motor de C.D. tiene un estator y un rotor (ARMADURA). El estator contiene uno no más devanados por cada polo, los cuales están

diseñados para llevar intensidades de corriente directas que establecen un campo magnético. La ARMADURA, y su devanado están ubicados en la trayectoria de este campo magnético y cuando el devanado lleva Intensidades de Corriente, se desarrolla un par-motor que hace girar el motor. Hay un COMUTADOR conectado al devanado de la armadura, si no se utilizara un conmutador, el Motor solo podría dar una fracción de vuelta y luego se detendría. Para que un motor de C.D. pueda funcionar, es necesario que pase una Intensidad de Corriente por el devanado de Armadura. El estator debe de producir un campo m (flujo) magnético con un devanado de derivación o serie (o bien, una combinación de ambos). El par que se produce en un motor de C.D. es directamente proporcional a la Intensidad de Corriente de la armadura y al campo del estado. Por otro lado, la velocidad de motor la determinara principalmente la Tensión de la Armadura y el campo del Estator. La velocidad del motor también aumenta cuando se reduce el campo del estator. En realidad, la velocidad puede aumentar en forma peligrosa cuando, por accidente, se anula el campo del estator. Como ya sabemos los motores de CD pueden explotar cuando trabajan a velocidades muy altas. El motor de C.D. que se usa aquí, ha sido diseñado para soportar posibles condiciones de exceso de velocidad.