Motores Electricos de Corriente Continua (CC)

Motor eléctrico CC

El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, principalmente mediante el movimiento rotatorio. En la actualidad existen nuevas aplicaciones con motores eléctricos que no producen movimiento rotatorio, sino que con algunas modificaciones, ejercen tracción sobre un riel. Estos motores se conocen como motores lineales.
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, micro motores, etc.)
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.

EL INVENTOR

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. Apartir de ese descubrimiento se potencio el estudio sobre la electrónica. Para calcular la inducción magnetica se tiene que aplicar esta formula.

BASES DEL FUNCIONAMIENTO DE LOS MOTORES DE CORRIENTE DIRECTA

Un pequeño motor común de corriente directa (C.C.) basa su funcionamiento en el rechazo que se produce entre el campo magnético que rodea al electroimán del rotor y el campo magnético de un imán permanente colocado de forma fija en el cuerpo del motor. Para que se entienda mejor, a continuación se explican las características de los imanes permanentes y de los electroimanes. Característica de los imanes permanentes En la mayoría de los casos un imán  se compone de una pieza completamente metálica u obtenida mediante un proceso de pulvimetalurgia. Puede tener sección redonda, cuadrada, o rectangular y forma recta, curva, en herradura o semiherradura con diferentes longitudes. Su principal propiedad es que posee magnetismo permanente y polaridad diferente en cada uno de sus extremos. Ilustración de un imán permanente mostrando sus polos norte-sur (N-S) y el campo magnético que posee a su alrededor. El sentido de las líneas de fuerza del campo magnético del imán parten siempre del polo norte “N” al polo sur “S”. Los imanes permanentes pueden tener. formas tan diferentes como las que se muestran  a  la  derecha:  A.- Cuadrada.. B.- Rectangular. C.- Redonda. D.- Con forma de herradura. E.- Con forma de semiherradura. A uno de los extremos del imán le corresponde el polo norte “N” y al otro, el polo sur “S”. Su característica principal radica en que puede atraer algunos metales, así como a otro imán que le enfrentemos, cuando los polos magnéticos son diferentes (como, por ejemplo, polo norte de un imán con polo sur de otro imán) o, por el contrario, rechazarlo cuando sus polaridades son iguales (polo norte con norte, o polo sur con sur). Atracción o repulsión  que  se  manifiesta  cuando  se. enfrentan las polaridades diferentes o iguales de un imán. permanente. En  los  dos  imanes  enfrentados  que. encabezan  esta  ilustración  se  observa  que  sus. polaridades. S - N  (sur-norte)  o  N - S  (norte-sur),. indistintamente, se atraen al ser diferentes, mientras que. más abajo, las polaridades S - S (sur-sur) o N - N. (norte-norte) de los otros imanes enfrentados, se repelen al ser. iguales. Resulta imposible que dos polos. iguales se. atraigan por sí mismos debido a la fuerza de.repulsión que. se manifiesta entre ambos. Aunque desde tiempos inmemoriales se conocen los imanes naturales con magnetismo permanente, desde hace años en la mayoría de las aplicaciones prácticas se emplean imanes magnetizados de forma artificial. Cuando acercamos determinados metales al campo magnético de un imán (o igualmente de un electroimán), estos pueden quedar magnetizados también de forma permanente en unos casos, de forma temporal en otros o, por el contrario, no sufrir ninguna alteración. Cualquier cambio que ocurra dependerá, exclusivamente, de la naturaleza del metal expuesto al campo magnético. Resulta evidente que un metal que haya quedado magnetizado de forma permanente, generalmente mantiene el magnetismo de forma indefinida y, por tanto, la propiedad de atraer otros metales, mientras que los que se magnetizan de forma temporal sólo conservarán un “magnetismo remanente” por un breve período de tiempo; pasado unos pocos segundos o minutos el magnetismo remanente se pierde por completo. Por último existen otros metales que no son atraídos ni afectados por el magnetismo, por lo que nunca quedan magnetizados. Los minerales, aleaciones o elementos que son fuertemente atraídos por el campo magnético de un imán y que se pueden magnetizar para convertirlos en imanes permanentes se denominan “ferromagnéticos”. Entre estos se encuentran el hierro, hierro fundido, acero, cobalto, níquel y algunas de sus aleaciones. Otros que son atraídos débilmente por el imán y sólo se magnetizan por períodos cortos de tiempo se denominan “paramagnéticos”. Entre estos se pueden mencionar el aluminio, magnesio, estaño, platino, titanio, wolframio, manganeso y el oxígeno, entre otros. Por último existen otros minerales y elementos químicos que el campo magnético de un imán repele débil o completamente y nunca se magnetizan. Estos se denominan “diamagnéticos” y son los siguientes: cobre, plata, oro, mercurio, plomo, bronce, silicio, zinc, azufre, cloro y agua. Característica de los electroimanes Los electroimanes en su mayoría se componen de un núcleo metálico compuesto por una aleación de acero al silicio. Alrededor de ese núcleo se enrolla un alambre de cobre desnudo (protegido por una capa de barniz aislante) formando una bobina. La función del núcleo metálico es reforzar la intensidad del campo magnético que crea la bobina cuando ésta se encuentra energizada, o sea, conectada a una fuente de fuerza electromotriz (F.E.M.). De esa forma el núcleo de hierro se convierte en un electroimán. El campo electromagnético que acompaña al núcleo metálico del electroimán provocará la aparición de un polo magnético diferente en cada uno de sus extremos: uno norte “N” y otro sur “S”, por lo que se comportará de la misma forma que lo hace un imán permanente. Pequeño electroimán compuesto por un núcleo metálico rodeado por una bobina de muchas espiras o vueltas de alambre de cobre barnizado de muy poco grosor. El barniz protector que reviste el alambre evita que las espiras se pongan en contacto directo unas con las otras,  quedando así protegidas de la formación de cortos circuitos que puedan llegar a quemar la bobina o dejarla inutilizada.

PARTES QUE INTEGRAN UN MOTOR COMÚN DE CORRIENTE CONTINUA

Partes de un pequeño motor común de corriente directa. (C.C.) desarmado. Un motor común de corriente directa o continua se compone de las siguientes partes o piezas: • Carcasa metálica o cuerpo del motor. Aloja en su interior, de forma fija, dos imanes permanentes con forma de semicírculo, con sus correspondientes polos norte y sur. • Rotor o parte giratoria del motor. Se compone de una estructura metálica formada por un conjunto de chapas o láminas de acero al silicio, troqueladas con forma circular y montadas en un mismo eje con sus correspondientes bobinas de alambre de cobre, que lo convierten en un electroimán giratorio. Por norma general el rotor de la mayoría de los pequeños motores de C.C. se compone de tres enrollados o bobinas que crean tres polos magnéticos. Los extremos de cada una de esas bobinas se encuentran conectados a diferentes segmentos del colector. • Colector o conmutador. Situado en uno de los extremos del eje del rotor, se compone de un anillo deslizante seccionado en dos o más segmentos. Generalmente el colector de los pequeños motores comunes de C.C. se divide en tres segmentos. • Escobillas. Representan dos contactos que pueden ser metálicos en unos casos, o compuesto por dos piezas de carbón en otros. Las escobillas constituyen contactos eléctricos que se deslizan por encima de los segmentos del colector mientras estos giran. Su misión es suministrar a la bobina o bobinas del rotor a través del colector, la corriente eléctrica directa necesaria para energizar el electroimán. En los pequeños motores las escobillas normalmente se componen de dos piezas o flejes metálicos que se encuentran fijos en la tapa que cierra la carcasa o cuerpo del motor. • Tapa de la carcasa (izquierda en la foto). Es la tapa que se emplea para cerrar uno de los extremos del cuerpo o carcasa del motor. En su cara interna se encuentran situadas las escobillas de forma fija. El motor de esta foto utiliza en función de escobillas dos flejes metálicos.

MOTORES DE C.C. "SIN ESCOBILLAS" Y "PASO A PASO"

En algunos equipos de oficina podemos encontrar pequeños motores de C.C. en función de ventiladores para refrescar, por ejemplo, el interior de los ordenadores y otros equipos periféricos. Sin embargo, esos motores poseen características diferentes a los comunes de C.C. ya explicados, pues funcionan “sin escobillas”. Igualmente se fabrican infinidad de juguetes que se mueven empleando motores de ese tipo.

A la izquierda se muestra un motor de C.C. sin escobillas con una hélice acoplada para que funcione como ventilador para refrescar el interior de los ordenadores y otros equipos informáticos. A la derecha vemos un minihelicóptero de juguete controlado por. radio, que también emplea ese mismo tipo de motor. Las puntas de flecha de color rojo señalan la ubicación de los motores que emplea este minihelicóptero para elevarse y permitir dirigir el vuelo por control remoto.

Otros equipos de oficina utilizan un tipo de motor de C.C. diferente al común y al de tipo “sin escobillas” y se denomina “paso a paso”. Este otro motor, que funciona también sin escobillas, lo emplean los escáneres para mover la lámpara interna que barre e ilumina las imágenes que deseamos digitalizar, las impresoras láser y de tinta para mover el papel y sus rodillos internos, las grabadoras-lectoras para hacer girar los discos de CDs y DVDs, así como otros dispositivos periféricos para mover sus mecanismos internos.

Izquierda: escáneres que emplean motores de C.C. del tipo “paso a paso” para mover la lámpara interna que barre e ilumina las imágenes durante el proceso de digitalización. Derecha: reproductor de discos CDs-DVDs, que emplea también este tipo de motor.

La diferencia principal entre los motores comunes de C.C. y los motores “sin escobillas” y “paso a paso” radica en que el electroimán de estos dos últimos se encuentra colocado de forma fija en la carcasa o cuerpo del motor, mientras el imán permanente pasa a ser el rotor.