Motores eléctricos de Corriente Continua (c.c.)

En los motores de corriente continua (c.c.) concurren una serie de características que les hace especialmente indicados para ciertas aplicaciones, por lo que cada día son más empleados en el ámbito industrial.

La amplia gama de velocidad que ofrecen, su fácil control y la gran flexibilidad de las curvas par-velocidad de este tipo de motores, así como el que presenten un alto rendimiento para un amplio margen de velocidades, junto a su elevada capacidad de sobrecarga, los hace más apropiados que los motores de corriente alterna para muchas aplicaciones.

Así como en los equipos lectores de CD, en los giradiscos y en las unidades de almacenamiento magnético, donde se utilizan motores de imán fijo y sin escobillas, estos motores proporcionan un eficaz control de la velocidad y un elevado par de arranque.La idoneidad de este tipo de motores para arrastrar máquinas que precisen una amplia gama de regímenes de velocidad con un preciso y ajustado control de las mismas, han provocado que últimamente, estos motores tengan más presencia en diversos procesos industriales que requieren de esta característica. Igualmente son los motores de elección en el ámbito de la juguetería, del tipo de imanes permanentes se pueden conseguir potencias desde algún vatio a hasta cientos de vatios.

Otra significativa ventaja es la facilidad de inversión de giro de los grandes motores con elevadas cargas, al tiempo que son capaces de actuar de modo reversible, devolviendo energía a la línea durante los tiempos de frenado y reducción de velocidad.

Además de que tienen tamaños muy reducidos y no contaminan el medio ambiente.

Son convertidores electro-mecánicos rotativos de energía que debido a los fenómenos de inducción y de par electromagnético, transforman energía eléctrica, de naturaleza continua, en energía mecánica.

Los primeros motores eléctricos construidos en el siglo XIX por Michael Faraday y Zénobe Gramme, fueron de corriente continua.

La corriente continua captada de la red recorre los devanados del motor, generando campos magnéticos que dan lugar a fuerzas que provocan el movimiento rotativo del motor.

Diremos que el motor trabaja en vacío cuando no tenga acoplado en su eje ningún objeto y no realice por lo tanto ningún trabajo útil, ya que no arrastra ninguna carga, en esas condiciones la potencia eléctrica absorbida de la red es mínima, ya que solamente sería la necesaria para producir el campo magnético inductor, puesto que en vacio el par motor sería cero y también sería nula la intensidad del inducido.

Se dice que un motor funciona con carga cuando está arrastrando algún objeto que le obliga a absorber energía mecánica.

  • Estator

    Es una corona de material ferromagnético, llamado carcasa, culata o yugo, en cuyo interior y regularmente distribuidos se encuentran, en número par, los polos inductores, sujetos mediante tornillos a la carcasa, están constituidos por un núcleo y por unas expansiones en sus extremos. Alrededor de los polos se encuentran unas bobinas, que constituyen el devanado inductor, generalmente de hilo de cobre aislado, que al ser alimentados por una corriente continua, generan el campo inductor de la máquina, presentando alternativamente polaridades norte y sur (siempre debe haber un número par de polos).

En las máquinas de cierta potencia se encuentran distribuidos alternativamente entre éstos, otros polos auxiliares o de conmutación, macizos y sin expansiones, cuya misión es facilitar la conmutación y evitar la generación de chisporroteo en el contacto entre las delgas del colector y las escobillas.

  • Entrehierro

    Así se llama al espacio que hay entre el estator y el rotor, es imprescindible que exista para evitar el rozamiento entre ambos, aunque debe ser lo menor posible, ya que el aire presenta una elevada reluctancia magnética, y si el entrehierro fuese muy amplio se debilitaría el campo magnético inductor.
  • Rótor

    Construido con chapas de acero con bajo contenido en silicio de 0,5 mm de espesor, aisladas unas de otras por una capa de barniz o de óxido, está montada sobre el eje de la máquina. En su superficie externa tiene practicadas unas ranuras de una cierta inclinación respecto a su generatriz donde van alojadas las bobinas del devanado inducido de la máquina, generalmente de hilo de cobre convenientemente aislado.
  • Colector de delgas

    Va montado sobre el eje de giro y debe disponer de tantas delgas como bobinas tiene el devanado inducido, cada delga está unida eléctricamente al punto de conexión de una bobina con otra. Las delgas están fabricadas de cobre de elevada pureza y están separadas unas de otras por unas delgadas películas de mica que las mantienen aisladas.
  • Escobillas

    Son los elementos que aseguran el contacto eléctrico entre las delgas del colector y el circuito de corriente continua exterior, están fabricadas de carbón (grafiito) y permanentemente están rozando sobre el colector, van sujetas en un collarín portaescobillas que mantiene la presión prevista mediante elementos elásticos para asegurar que el contacto sea el adecuado, por ello se produce un desgaste progresivo que acorta su vida útil, teniendo que sustituirlas cada cierto tiempo. Desde las escobillas se conecta con la placa de bornes de la máquina.

Se distinguen claramente varias fases de funcionamiento de los motores de c.c.

  • Arranque

    Es el momento inicial en el que, partiendo del reposo, se conecta a la red, en ese instante el motor debe vencer el par resistente que se le opone constituido por las resistencias debidas a la inercia y a los rozamientos de los órganos móviles del motor, este par resistente debe ser inferior al par de arranque del motor, porque de no ser así el motor no arrancaría. 
    Este régimen es crucial para el motor ya que la intensidad captada de la línea alcanza picos muy elevados que podrían ocasionar graves daños a la línea y quemar los bobinados del motor.
  • Aceleración

    Es el periodo en que el motor va ganando velocidad hasta alcanzar la de régimen nominal, por ello el par motor debe ser muy poderoso en esta fase, ya que además de vencer el par resistente debe acelerar el motor hasta alcanzar la velocidad de funcionamiento normal.
  • Régimen nominal

    Es cuando el motor ha alcanzado su marcha nominal y se mantienen todos los parámetros, en este instante el par motor debe ser igual al par resistente y de signo opuesto.
  • Estabilidad en los motores de c.c.

    Tras alcanzar el régimen nominal, pueden modificarse los parámetros del motor de forma inesperada, debido a pérdidas de carga,… para que el motor se comporte de modo estable es preciso que responda a estas variaciones de modo que trate de anularlas, para recuperar el régimen nominal, de no ser así, se dice que el sistema es inestable, es decir, cuando tras producirse una acción que modifica los parámetros, estos continúan separándose más y más de sus valores nominales.
    Por lo tanto cuando se produce un aumento brusco de velocidad el motor estable responde con un par motor inferior al resistente, para tratar de reducir la velocidad y así recuperar el régimen nominal. Si el motor fuese inestable el par motor sería mayor que el resistente con lo que aumentaría progresivamente la velocidad, embalándose el motor.
    Si las variaciones de régimen son en el sentido de disminuir la velocidad un motor estable responde amentando su par motor frente al resistente para tratar de corregir la velocidad y recuperar el régimen nominal de trabajo.
  • Inversión del sentido de giro

    El motor puede funcionar en ambos sentidos de giro, para lo que es necesario intercambiar las conexiones de ambos devanados.
    Recordemos que el sentido del par motor depende de la polaridad del campo magnético y del sentido de la corriente del inducido; si invertimos las conexiones del inducido, invertimos el sentido de la corriente en él, y si lo hacemos en el inductor invertiremos la polaridad del campo magnético.
    Si se cambia el sentido de giro con el motor detenido, no importa cuál sea el devanado en el que se permutan las conexiones, pero si el cambio de sentido de giro se realiza con el motor en marcha, es necesario que sea el devanado inducido el que cambie de conexión, porque si se hiciera con el bobinado inductor, durante un instante quedará la máquina sin excitación, lo que provocaría el embalamiento del motor.
  • Frenado de un motor de c.c.

    Para detener un motor no es suficiente con desconectarlo de la red, ya que por inercia éste continuaría girando. Existen tres procedimientos distintos para frenar un motor:
  • Frenado dinámico

    Se hace funcionar al motor como generador, transformando la energía mecánica de rotación en energía eléctrica, que puede ser inmediatamente consumida en unas resistencias conectadas al efecto (frenado reostático), o bien se cede a la red de alimentación eléctrica (frenado regenerativo).
  • Frenado en contramarcha

    Para lo que se precisa invertir el sentido del par electromagnético mientras el motor está en marcha.

 

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