Los motores de CC son máquinas omnipresentes que se encuentran en una variedad de equipos electrónicos utilizados en diversas aplicaciones.

Normalmente, estos motores se implementan en equipos que requieren algún tipo de control giratorio o que produzca movimiento.Los motores de corriente continua son componentes esenciales en muchos proyectos de ingeniería eléctrica.Tener una buena comprensión del funcionamiento y la regulación de la velocidad del motor de CC permite a los ingenieros diseñar aplicaciones que logren un control del movimiento más eficiente.

Este artículo analizará de cerca los tipos de motores de CC disponibles, su modo de operación y cómo lograr el control de velocidad.

¿Qué son los motores de corriente continua?

Comomotores de corriente alterna, Los motores de CC también convierten la energía eléctrica en energía mecánica.Su funcionamiento es el inverso al de un generador de CC que produce una corriente eléctrica.A diferencia de los motores de CA, los motores de CC funcionan con energía CC: energía unidireccional no sinusoidal.

Construcción Básica

Aunque los motores de CC se diseñan de diversas formas, todos contienen las siguientes piezas básicas:

• Rotor (la parte de la máquina que gira; también conocida como “inducido”)
• Estator (los devanados de campo o parte "estacionaria" del motor)
• Conmutador (puede ser con o sin escobillas, según el tipo de motor)
• Imanes de campo (proporcionan el campo magnético que hace girar un eje conectado al rotor)

En la práctica, los motores DC funcionan en base a interacciones entre los campos magnéticos producidos por una armadura giratoria y el del estator o componente fijo.

Un controlador de motor DC sin escobillas y sin sensores.Imagen utilizada cortesía deKenzi Mudge.

Principio de operación

Los motores de CC funcionan según el principio de electromagnetismo de Faraday, que establece que un conductor que transporta corriente experimenta una fuerza cuando se coloca en un campo magnético.Según la “Regla de la mano izquierda para motores eléctricos” de Fleming, el movimiento de este conductor siempre es en dirección perpendicular a la corriente y al campo magnético.

Matemáticamente, podemos expresar esta fuerza como F = BIL (donde F es la fuerza, B es el campo magnético, I representa la corriente y L es la longitud del conductor).

Tipos de motores de CC

Los motores de CC se dividen en diferentes categorías, según su construcción.Los tipos más comunes incluyen con o sin escobillas, de imán permanente, en serie y en paralelo.

Motores con y sin escobillas

Un motor DC con escobillasUtiliza un par de escobillas de grafito o carbón que sirven para conducir o entregar corriente desde la armadura.Estas escobillas generalmente se mantienen muy cerca del conmutador.Otras funciones útiles de las escobillas en los motores de CC incluyen garantizar un funcionamiento sin chispas, controlar la dirección de la corriente durante la rotación y mantener limpio el conmutador.

Motores CC sin escobillasno contienen escobillas de carbón o grafito.Generalmente contienen uno o más imanes permanentes que giran alrededor de una armadura fija.En lugar de escobillas, los motores de CC sin escobillas utilizan circuitos electrónicos para controlar la dirección de rotación y la velocidad.

Motores de imanes permanentes

Los motores de imanes permanentes constan de un rotor rodeado por dos imanes permanentes opuestos.Los imanes suministran un flujo de campo magnético cuando pasa CC, lo que hace que el rotor gire en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario, dependiendo de la polaridad.Una ventaja importante de este tipo de motor es que puede funcionar a velocidad síncrona con una frecuencia constante, lo que permite una regulación óptima de la velocidad.

Motores CC bobinados en serie

Los motores en serie tienen los devanados del estator (generalmente hechos de barras de cobre) y los devanados de campo (bobinas de cobre) conectados en serie.En consecuencia, las corrientes de armadura y de campo son iguales.La alta corriente fluye directamente desde el suministro hacia los devanados de campo, que son más gruesos y menos que en los motores en derivación.El espesor de los devanados de campo aumenta la capacidad de carga del motor y también produce potentes campos magnéticos que dan a los motores de CC en serie un par muy alto.

Motores de CC en derivación

Un motor de corriente continua en derivación tiene su armadura y sus devanados de campo conectados en paralelo.Gracias a la conexión en paralelo, ambos devanados reciben la misma tensión de alimentación, aunque se excitan por separado.Los motores en derivación suelen tener más vueltas en los devanados que los motores en serie, lo que crea potentes campos magnéticos durante el funcionamiento.Los motores de derivación pueden tener una excelente regulación de velocidad, incluso con cargas variables.Sin embargo, normalmente carecen del elevado par de arranque de los motores en serie.

Un circuito de control de velocidad y motor instalado en un mini taladro.Imagen utilizada cortesía deDilshan R. Jayakody

Control de velocidad del motor de CC

Hay tres formas principales de lograr la regulación de velocidad en motores de CC en serie: control de flujo, control de voltaje y control de resistencia del inducido.

1. Método de control de flujo

En el método de control de flujo, se conecta un reóstato (un tipo de resistencia variable) en serie con los devanados de campo.El propósito de este componente es aumentar la resistencia en serie en los devanados lo que reducirá el flujo y, en consecuencia, aumentará la velocidad del motor.

2. Método de regulación de voltaje

El método de regulación variable se utiliza normalmente en motores de CC en derivación.Nuevamente hay dos formas de lograr el control de regulación de voltaje:

• Conectar el campo en derivación a un voltaje de excitación fijo mientras se suministra a la armadura diferentes voltajes (también conocido como control de voltaje múltiple)
• Variar el voltaje suministrado a la armadura (también conocido como método Ward Leonard)

3. Método de control de la resistencia de la armadura

El control de la resistencia del inducido se basa en el principio de que la velocidad del motor es directamente proporcional a la fuerza contraelectromotriz.Entonces, si el voltaje de alimentación y la resistencia del inducido se mantienen en un valor constante, la velocidad del motor será directamente proporcional a la corriente del inducido.