Introducción al Motor Eléctrico de Corriente Continua
El motor eléctrico de corriente continua (CC) es aquel que recibe la energía eléctrica en forma de corriente continua y la transforma en energía mecánica como consecuencia del giro de sus partes móviles.
Componentes Principales del Motor CC
Estator: La Parte Fija
El Estator es la parte fija del motor, responsable del establecimiento del campo magnético. Para ello, tiene una serie de bobinas, denominadas bobinas inductoras, situadas alrededor de los polos del electroimán. Estos polos van sujetos a la carcasa.
Rotor: La Parte Móvil
El Rotor es la parte móvil del motor. Consta de otro conjunto de bobinas, denominadas bobinas inducidas, que van arrolladas sobre las ranuras de un núcleo de hierro que recibe el nombre de inducido. Los extremos de las bobinas se sueldan a una serie de láminas de cobre, llamadas delgas, que forman el colector. El conjunto se monta sobre un eje.
Escobillas y Colector
Además, el motor dispone de escobillas, montadas sobre los portaescobillas. Estos dispositivos están en contacto permanente con el colector y suministran la corriente eléctrica a las bobinas inducidas.
La Fuerza Contraelectromotriz (f.c.e.m.)
La f.c.e.m. aparece cuando el motor entra en funcionamiento. Los motores absorben una fuerza electromotriz (f.e.m.) de la red y el devanado inducido gira dentro de un campo magnético creado por el devanado excitador. Como consecuencia, aparece una f.e.m. inducida contraria a la que circula por el devanado inducido, llamada f.c.e.m..
- Si el motor está parado, la f.c.e.m. es cero, lo que ocurre específicamente en el momento del arranque.
Clasificación de los Motores de Corriente Continua
Motor Serie
El Motor Serie tiene un gran par en el arranque y proporciona el mayor incremento de par ante un incremento determinado de la corriente.
Características Operacionales:
- Su velocidad varía con la carga de forma que la potencia permanece casi constante, por lo que se llama autorregulado en potencia.
- No se puede usar sin carga porque en vacío corre el peligro de embalamiento (aumento descontrolado de la velocidad).
- Se usa comúnmente en tranvías, grúas, etc.
- Si la intensidad de inducido tiende a cero, la velocidad crece mucho; si el par tiende a cero, la velocidad toma valores muy elevados.
Motor en Derivación (Shunt)
En el Motor en Derivación, su velocidad se mantiene constante independientemente de la carga.
Aplicaciones y Regulación:
- Se emplea en máquinas donde la velocidad debe mantenerse constante, como en máquinas-herramientas y en máquinas de elevación en las que la carga se puede suprimir bruscamente.
- El par es proporcional a la corriente.
- Es un motor autorregulable en velocidad, pues al aumentar la velocidad disminuye el par motor y, si desciende la velocidad, aumenta el par motor.
Motor Compound (Compuesto)
El Motor Compound tiene características intermedias entre el motor en derivación y el motor serie.
- Se puede emplear en cualquier aplicación, siendo ideal cuando la velocidad no debe variar mucho y se necesita un elevado par de arranque.
Pérdidas en las Máquinas Eléctricas y Rendimiento
Definimos la potencia como el trabajo hecho por unidad de tiempo. Podemos hablar de potencia útil, que es la producida por la máquina, y la potencia nominal o absorbida, que es la consumida.
- Si una máquina trabaja a potencia nominal, se dice que lo hace a plena carga.
- Si lo hace a potencia superior, se considera sobrecarga.
- Si es inferior, puede ser a media carga, tres cuartos de carga, etc.
La potencia útil suministrada depende de la resistencia de los mecanismos accionados por dicho motor. En el balance de energía, hemos de considerar que la potencia útil de un motor siempre es menor que la absorbida. Las pérdidas son debidas a:
Pérdidas en los Conductores (Pérdidas por Efecto Joule)
Son producidas por el efecto Joule debido al choque de los electrones con los iones del metal y disipan energía en forma de calor.
Pérdidas en el Hierro
El hierro es usado para concentrar las líneas de fuerza del campo magnético (c.m.). Estas pérdidas se deben a dos fenómenos:
- Corrientes de Foucault: Son corrientes cerradas formadas en conductores macizos por inducción al variar el flujo magnético que los atraviesa, con pérdida de energía en su formación y por efecto Joule. Por ello, se laminan los núcleos de hierro para evitar o debilitar dichas corrientes.
- Histéresis: Pérdida de energía en forma de calor ante la magnetización cíclica con un campo magnético que cambia de sentido (como ocurre en los motores de corriente alterna, aunque también presente en CC). Esto se evita usando chapa magnética de calidad.
Pérdidas Mecánicas
Debidas al rozamiento de las partes móviles, como los cojinetes, escobillas, etc.
Estabilidad de la Máquina Eléctrica
La Estabilidad define la capacidad de la máquina para retornar a su régimen nominal tras una perturbación.
Motor Estable
Una máquina es estable cuando, frente a una variación de los valores característicos de su régimen nominal, responde automáticamente con una acción correctora que la devuelva a la marcha nominal.
- Ejemplo: Si aumenta la velocidad, un motor estable reduce el par motor para hacerlo menor que el resistente y llegar al equilibrio.
- Ejemplo: Si disminuye la velocidad, un motor estable aumenta el par motor para hacerlo superior al resistente y que aumente la velocidad hasta llegar al equilibrio.
Motor Inestable
Una máquina es inestable cuando, ante una variación de los valores característicos de su régimen nominal, responde automáticamente con una acción que refuerza la alteración.
- Ejemplo: Si aumenta la velocidad, uno inestable elevaría el par motor y aumentaría más la velocidad.
- Ejemplo: Si disminuye la velocidad, uno inestable disminuiría el par motor y, por tanto, la velocidad.