Motores Eléctricos (CC)

1. MOTORES DE CORRIENTE DIRECTA

De una forma muy básica y sencilla, un motor de energía continua consta de una fuente de energía, una escobilla y un conmutador o anillo partido a la mitad, también muy elemental es el estator que es el encargado de mantener los polos unidos al chasis del motor.

Lo que hace la “magia”, es el conmutador que se invierte cada media vuelta (180 grados) para poder generar el movimiento rotatorio sobre el núcleo de acero recubierto por una gran cantidad de cable de cobre, conocido como “bobina”, luego esta un imán que por lo general se encuentra en la parte inferior del motor que son los que juntos, convierten la energía en energía mecánica.

Figura 1. Motor de corriente directa.

El principio básico de funcionamiento es el siguiente: La corriente continua pasa de una manera constante por un cable, este se dirige a su vez a la escobilla y luego al conmutador, la energía pasa a la bobina energizándola y creando un campo magnético junto al imán, pero lo que produce el movimiento rotacional es el aro partido a la mitad que permite invertir las fuerzas cada media vuelta generando el giro. Con poleas o correas dentadas de transmisión de energía es como se logra pasar esta fuerza giratoria a fuerza mecánica obteniendo así, el poder del motor.

Algunas aplicaciones especiales de estos motores son los motores lineales, cuando ejercen tracción sobre un riel, o bien, los motores de imanes permanentes.

Los motores de corriente continua (CC) también se utilizan en la construcción de servomotores y motores paso a paso. Además existen motores de CD sin escobillas. Es posible controlar la velocidad y el par de estos motores utilizando técnicas de control de motores CD.

Algunos ejemplos de aparatos cotidianos que funcionan con energía continua son:

• Linterna: La bombilla es el dispositivo encargado de transformar la energía eléctrica de la pila en energía luminosa.

• Ventilador de automóvil: En este caso, el pequeño ventilador toma la energía de la batería del auto y con su pequeño motor que tiene el mismo principio de funcionamiento explicado anteriormente, convierte esta energía en energía mecánica produciendo así el movimiento en las aspas del ventilador.

• Líneas térmicas del automóvil: Convierte la energía de la batería en energía calorífica, logrando así, el efecto de desempañado sobre el vidrio.

1.1. FUNCIONAMIENTO

Es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, provocando un movimiento rotatorio, gracias a la acción del campo magnético.

El motor de corriente continua utiliza la corriente eléctrica que fluye sin interrupción en un solo sentido. Se compone de una armadura que gira en un campo magnético. La armadura tiene una bobina de cable enrollada alrededor de un núcleo de hierro. La fuente de electricidad se conecta a las escobillas que hacen contacto con el conmutador de la armadura. El conmutador es un tipo de interruptor que cambia la dirección de flujo de corriente en la bobina según va girando.

Los cables de la bobina que transportan la corriente experimentan una fuerza en presencia del campo magnético, cuando la corriente fluye por la bobina en el siguiente sentido (Figuras 2, 3 y 4).

Figura 2

Figura 3

Figura 4

Figuras 2, 3 y 4. Sentido de giro de un motor eléctrico.

El imán ejerce una fuerza hacia abajo sobre el segmento del cable encontrado cerca del polo electromagnético y una fuerza contraria sobre el segmento situado sobre el polo norte. Esto hace que la armadura gire después de cada media vuelta, el conmutador invierte el sentido de la corriente, la fuerza sobre la bobina cambia de sentido y el giro se completa este ciclo se repite una y otra vez proporcionando un movimiento continuo.

Cada vez que el electroimán del rotor da media vuelta y alcanza la posición vertical o neutra, los segmentos del colector (que giran también de forma conjunta con el rotor cambiando constantemente su posición), dejan de hacer contacto con las escobillas. En esa posición el suministro de corriente eléctrica a las espiras de la bobina cesa, por lo que el campo electromagnético desaparece por completo por unos instantes. La fuerza de inercia o impulso que mantiene el electroimán al llegar a la posición neutra permite que continúe girando y sobrepase ese punto de inmediato, por lo que los segmentos del colector pasan a ocupar la posición opuesta a la que tenían. En esta nueva posición la bobina se vuelve a energizar, pero al cambiar la polaridad de la corriente eléctrica que le suministra el colector, los polos magnéticos en cada extremo del electroimán del rotor también cambian.

Figura 5. Principio básico de un motor eléctrico CC.

Según la ley de Fuerza simplificada, 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. Es importante recordar que para un generador se usará la regla de la mano derecha mientras que para un motor se usará la regla de la mano izquierda para calcular el sentido de la fuerza.

Un motor eléctrico opera primordialmente en base a dos principios: El de inducción, descubierto por Michael Faraday en 1831; que señala, que si un conductor se mueve a través de un campo magnético o está situado en las proximidades de otro conductor por el que circula una corriente de intensidad variable, se induce una corriente eléctrica en el primer conductor. Y el principio que André Ampere observo en 1820, en el que establece: que si una corriente pasa a través de un conductor situado en el interior de un campo magnético, éste ejerce una fuerza mecánica o f.e.m. (fuerza electromotriz), sobre el conductor.

El movimiento giratorio de los motores de C.C. se basa en el empuje derivado de la repulsión y atracción entre polos magnéticos. Creando campos constantes convenientemente orientados en estator y rotor, se origina un par de fuerzas que obliga a que la armadura (también le llamamos así

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