Qué es un motor de corriente continua
Los motores de CC con excitación independiente todavía se encuentran regularmente en las salas de máquinas de los edificios más antiguos. En general, forman parte de un grupo Ward-Leonard que facilita la variación de la velocidad de rotación.
Actualmente, del grupo Ward-Leonard, sólo se mantiene el motor DC que, en esta ocasión, va asociado a un variador estático de velocidad ( variador electrónico ) cuya tecnología es más sencilla y económica a la vez que requiere poco mantenimiento y ofrece un alto rendimiento en un formato muy amplio rango de velocidad (de 1 a 100%).
Tabla de contenido
Principio de funcionamiento motor de corriente continua
El motor de CC consta de:
- el inductor o el estator,
- armadura o rotor,
- conmutador y escobillas.
Cuando el devanado de un inductor de motor se alimenta con corriente continua, en el mismo principio que un motor de imanes permanentes (como la figura a continuación), crea un campo magnético (flujo de excitación) en la dirección Norte – Sur.
Una espiral capaz de girar sobre un eje de rotación se coloca en el campo magnético. Además, los dos conductores que forman la espira están conectados eléctricamente cada uno a un semicolector y alimentados con corriente continua a través de dos escobillas de limpiaparabrisas.
Según la ley de Laplace (cualquier conductor por el que circula una corriente y colocado en un campo magnético está sometido a una fuerza), los conductores del inducido situados a ambos lados del eje de las escobillas (línea neutra) están sometidos a fuerzas F iguales pero en direcciones opuestas, creando un par motor: ¡la armadura comienza a girar!
Si no estuviera presente el sistema cepillo-colector (bobina única alimentada con corriente continua), la bobina dejaría de girar en posición vertical sobre un eje comúnmente llamado “línea neutra”. La función del sistema colector de escobillas es cambiar la dirección de la corriente en los dos conductores al pasar por la línea neutra. Al invertirse la corriente, también se invierten las fuerzas motrices sobre los conductores, lo que permite continuar la rotación de la bobina.
En la práctica, la espira se sustituye por un inducido (rotor) de diseño muy complejo sobre el que se montan devanados (compuestos por un gran número de espiras) conectados a un conmutador “enclavado” en el extremo del eje. En esta configuración, la armadura se puede considerar como un mismo devanado similar a una sola vuelta.
Características motor de corriente continua
Las ventajas y desventajas del motor DC se enumeran a continuación:
| (+)acompañado de un variador electrónico de velocidad, tiene un amplio rango de variación (1 a 100% del rango),regulación precisa del par,su independencia de la frecuencia de la red lo convierte en un motor con un amplio campo de aplicación,…(-)no muy robusto en comparación con la máquina asíncrona ,importante inversión y costoso mantenimiento (mantenimiento del conmutador y escobillas,… |
Máquina reversible
En el modo de funcionamiento de los ascensores de tracción, el cabrestante DC puede:
- A veces operando como un motor cuando el carro y el sistema de contrapeso se oponen al movimiento de rotación (la llamada carga «resistente»); el motor toma energía de la red.
- A veces funciona como generador cuando el mismo sistema tiende a favorecer la rotación (la llamada carga “impulsora”); el generador devuelve energía a la red.
Tipo de motor de CC
Dependiendo de la aplicación, los devanados de campo y de armadura se pueden conectar de diferentes maneras. Generalmente encontramos:
- Motores con excitación independiente.
- Motores de excitación paralela.
- Motores excitados en serie.
- Motores de excitación compuesta.
El inductor
El inductor de un motor DC es la parte estática del motor. Se compone principalmente de:
- cuerpo,
- aspectos,
- bridas de transporte,
- cepillar puertas.
El corazón mismo del motor comprende esencialmente:
- Conjunto de pares de polos formado por un apilamiento de láminas ferromagnéticas.
- Devanados (o bobinado de cobre) destinados a crear el campo o campos magnéticos según el número de pares de polos.
Para motores de cierta potencia, se multiplica el número de pares de polos para aprovechar mejor el material, reducir las dimensiones totales y optimizar la penetración del flujo magnético en el inducido.
Armadura
La armadura del motor de CC consiste en un eje sobre el que se apila un conjunto de discos ferromagnéticos. Se hacen muescas axialmente en la periferia del cilindro formado por los discos apilados. En estas ranuras los devanados (bobinas del inducido) se “bobinan” según un diagrama muy preciso y complejo que requiere mano de obra especial (costos importantes). Por esta razón, generalmente se prefiere cambiar a motores de CA que sean más robustos y simples en su diseño.
Escobas
Las escobillas aseguran el paso de la corriente eléctrica entre la fuente de alimentación y los devanados del inducido en forma de contacto por fricción. las escobillas son de grafito y constituyen, en cierto modo, la pieza de desgaste. A medida que el grafito se desgasta, libera polvo, lo que hace que el motor de CC sea sensible a un mantenimiento correcto y, por lo tanto, costoso.
Control de velocidad de rotación
Relación Velocidad y fuerza contraelectromotriz a flujo constante
Cuando se alimenta al inducido con tensión continua o rectificada U, se produce una fuerza contraelectromotriz E.
Tenemos:
E = U – R x I [voltios]
Donde,
- R = la resistencia de la armadura [ohm].
- I = la corriente en la armadura [amperios].
Back EMF está relacionado con la velocidad del motor y la excitación.
Se tiene :
E = k x ω x Φ[voltios]
Donde,
- k = constante específica del motor (en función del número de conductores del inducido).
- ω = la velocidad angular de la armadura [rad/s].
- Φ= el flujo del inductor [weber].
Al analizar la relación anterior, vemos que a una excitación constante Φ, la fuerza contraelectromotriz E es proporcional a la velocidad de rotación.
Relación Pareja y flujo
En cuanto al par motor, está ligado al flujo inductivo ya la corriente del inducido por la siguiente relación.
Se tiene :
C = k x Φ x yo [Nm]
Donde,
- k = constante específica del motor (en función del número de conductores del inducido).
- Φ= el flujo del inductor [weber].
- I = la corriente en la armadura [amperios].
Analizando la relación anterior, se puede ver que al reducir el flujo, el par disminuye.
Variación de velocidad
En vista de las relaciones entre velocidad, flujo y fuerza contraelectromotriz, es posible variar la velocidad del motor de dos maneras diferentes. Podemos :
- Aumente la fuerza contraelectromotriz E aumentando el voltaje a través de la armadura mientras mantiene constante el flujo del inductor. Tenemos una operación llamada «par constante». Este tipo de operación es interesante a nivel de conducción de ascensores.