Esta guía está diseñada para proporcionar información detallada sobre todo lo relacionado con los motores de corriente continua (CC), incluido cómo funcionan estos mecanismos, quién fue el pionero del motor de CC, los distintos tipos de motores disponibles y las numerosas aplicaciones de estos componentes.
¿Qué es un motor de corriente continua?
Un motor de corriente continua (CC) es un tipo de máquina eléctrica que convierte la energía eléctrica en energía mecánica. Los motores de CC toman la energía eléctrica a través de la corriente continua y la convierten en rotación mecánica.
Los motores de CC utilizan campos magnéticos que se producen a partir de las corrientes eléctricas generadas, que impulsan el movimiento de un rotor fijado dentro del eje de salida. El par y la velocidad de salida dependen tanto de la entrada eléctrica como del diseño del motor.
Partes de un motor de corriente continua
Un motor de corriente continua se compone de las siguientes partes principales:
Armadura o Rotor
La armadura de un motor de CC es un cilindro de láminas magnéticas que están aisladas entre sí. La armadura es perpendicular al eje del cilindro. La armadura es una pieza giratoria que gira sobre su eje y está separada de la bobina de campo por un espacio de aire.
Bobina de campo o Estator
La bobina de campo de un motor de CC es una pieza inmóvil en la que se enrolla un devanado para producir un campo magnético. Este electroimán tiene una cavidad cilíndrica entre sus polos.
Conmutador
El conmutador de un motor de corriente continua es una estructura cilíndrica que está hecha de segmentos de cobre apilados entre sí, pero aislados entre sí mediante mica. La función principal de un conmutador es suministrar corriente eléctrica al bobinado del inducido.
Escobillas
Las escobillas de un motor de corriente continua están hechas con una estructura de grafito y carbono. Estas escobillas conducen la corriente eléctrica desde el circuito externo hasta el conmutador giratorio. Por lo tanto, entendemos que el conmutador y la unidad de escobillas se ocupan de transmitir la potencia desde el circuito eléctrico estático hasta la región mecánicamente giratoria o el rotor.
Cómo funcionan los motores de corriente continua
El término «motor de corriente continua» se utiliza para referirse a cualquier máquina eléctrica rotativa que convierte la energía eléctrica de corriente continua en energía mecánica. Los motores de corriente continua pueden variar en tamaño y potencia, desde pequeños motores en juguetes y electrodomésticos hasta grandes mecanismos que impulsan vehículos, tiran de ascensores y montacargas y accionan laminadores de acero. Pero, ¿cómo funcionan los motores de corriente continua?
Los motores de CC incluyen dos componentes clave: un estator y una armadura. El estator es la parte estacionaria de un motor, mientras que la armadura gira. En un motor de CC, el estator proporciona un campo magnético giratorio que impulsa la rotación de la armadura.
Un motor de CC simple utiliza un conjunto estacionario de imanes en el estator y una bobina de alambre por la que circula una corriente para generar un campo electromagnético alineado con el centro de la bobina. Uno o más devanados de alambre aislado se envuelven alrededor del núcleo del motor para concentrar el campo magnético.
Los devanados de alambre aislado están conectados a un conmutador (un interruptor eléctrico giratorio) que aplica una corriente eléctrica a los devanados. El conmutador permite que cada bobina de la armadura se active por turno, lo que crea una fuerza de rotación constante (conocida como par).
Cuando las bobinas se encienden y se apagan en secuencia, se crea un campo magnético giratorio que interactúa con los diferentes campos de los imanes estacionarios en el estator para crear un par que hace que gire. Estos principios operativos clave de los motores de corriente continua les permiten convertir la energía eléctrica de la corriente continua en energía mecánica a través del movimiento giratorio, que luego se puede utilizar para la propulsión de objetos.
Principio de funcionamiento del motor de CC
Al estar en un campo magnético, un conductor que transporta corriente gana par y desarrolla una tendencia a moverse. En resumen, cuando los campos eléctricos y magnéticos interactúan, surge una fuerza mecánica. Este es el principio en el que se basan los motores de corriente continua.
Te Puede Interesar: Generador de CC Generador de CA Motor Universal¿Quién inventó el motor de corriente continua?
Este asombroso aparato eléctrico ha revolucionado nuestras vidas de muchas maneras, pero ¿Quién inventó el motor de corriente continua? Como sucede con todas las grandes innovaciones, hay muchas personas que tuvieron un papel que desempeñar en el desarrollo de mecanismos similares.
En los EE. UU., Thomas Davenport es ampliamente reconocido como el inventor del primer motor eléctrico y, sin duda, fue el primero en patentar un motor eléctrico utilizable en 1837. Sin embargo, Davenport no fue la primera persona en construir un motor eléctrico, ya que varios inventores en Europa ya habían desarrollado versiones más potentes cuando Davenport presentó su patente.
En 1834, Moritz Jacobi había presentado un motor que era tres veces más potente que el que Davenport patentaría más tarde, mientras que Sibrandus Stratingh y Christopher Becker fueron los primeros en demostrar una aplicación práctica de un motor eléctrico, haciendo funcionar un pequeño modelo de automóvil en 1835.
El primer motor de corriente continua práctico fue inventado unos años más tarde, en 1886, por Frank Julian Sprague, cuya invención dio lugar al primer sistema de tranvía propulsado por motor en 1887 y al primer ascensor eléctrico en 1892. El motor de corriente continua de Sprague fue un desarrollo enormemente significativo, que dio lugar a una variedad de aplicaciones que transformarían la faz de la industria y la fabricación.
Tipos de motores de corriente continua
Los motores de CC tienen una amplia gama de aplicaciones, desde máquinas de afeitar eléctricas hasta automóviles. Para satisfacer esta amplia gama de aplicaciones, se clasifican en diferentes tipos según las conexiones del devanado de campo a la armadura, como:
- Motor de corriente continua autoexcitado
- Motor de corriente continua con excitación independiente
Ahora, analicemos en detalle los distintos tipos de motores de CC.
Motor de corriente continua autoexcitado
En los motores de CC autoexcitados, el devanado de campo está conectado en serie o en paralelo al devanado de armadura. En función de esto, el motor de CC autoexcitado se puede clasificar en:
- Motor de corriente continua con devanado en derivación
- Motor de corriente continua con devanado en serie
- Motor de corriente continua con devanado compuesto
Motor de corriente continua en derivación
En un motor devanado en derivación, el devanado de campo está conectado en paralelo a la armadura como se muestra en la figura.
Motor de corriente continua con devanado en serie
En un motor de CC con devanado en serie, el devanado de campo está conectado en serie con el devanado de armadura como se muestra en la figura.
Motor de corriente continua con devanado compuesto
Los motores de CC que tienen devanados de campo en serie y en derivación se conocen como motores de CC compuestos, como se muestra en la figura. El motor compuesto se divide a su vez en:
- Motor compuesto acumulativo
- Motor compuesto diferencial
En un motor compuesto acumulativo, el flujo magnético producido por ambos devanados tiene la misma dirección. En un motor compuesto diferencial, el flujo producido por los devanados de campo en serie es opuesto al flujo producido por el devanado de campo en derivación.
Motor de corriente continua con excitación independiente
En un motor de CC con excitación independiente, las bobinas de campo se activan desde una fuente externa de suministro de CC como se muestra en la figura.
Motor de CC con escobillas vs motor de CC sin escobillas
Un motor de CC sin escobillas, también conocido como motor de CC síncrono, a diferencia de los motores de CC con escobillas, no tiene conmutador. El conmutador de un motor de CC sin escobillas se reemplaza por un servomecanismo electrónico que puede detectar y ajustar el ángulo del rotor.
Un motor de CC con escobillas tiene un conmutador que invierte la corriente cada medio ciclo y crea un par unidireccional. Si bien los motores de CC con escobillas siguen siendo populares, muchos han sido reemplazados por modelos sin escobillas más eficientes en los últimos años.
Aplicaciones del motor de CC
A continuación se enumeran las aplicaciones de los diferentes tipos de motores de CC:
Motores de CC en derivación
Debido a la velocidad bastante constante y al par de arranque medio de los motores de CC en derivación, se utilizan en las siguientes aplicaciones:
- Bombas centrífugas y reciprocantes
- Máquinas de torno
- Sopladores y ventiladores
- Taladradoras
- Fresadoras
- Herramientas mecánicas
Motores de CC en serie
Debido al alto par de arranque y la velocidad variable de los motores de CC en serie, se utilizan en las siguientes aplicaciones:
- Transportadores
- Montacargas, Elevadores
- Grúas
- Locomotoras Eléctricas
Motores de CC de tipo compuesto acumulativo
Debido al alto par de arranque de los motores de corriente continua de tipo compuesto acumulativo, se utilizan en las siguientes aplicaciones:
- Cizallas
- Cepilladoras pesadas
- Trenes de laminación
- Elevadores
Preguntas más frecuentes
¿Puede un motor de CC funcionar con CA?
Sí, el motor de CC en serie funciona con una fuente de alimentación de CA monofásica. Esto se debe a que el par, que varía como el producto de la corriente de armadura y de campo, siempre es positivo. Por lo tanto, un par medio positivo hace que el motor gire.
¿Qué es un motor universal?
Un motor universal es un tipo especial de motor que puede funcionar con corriente continua o con corriente alterna monofásica.
¿Cuándo es preferible un motor de CC a un motor de CA?
- Cuando se necesita un control preciso, los motores de corriente continua ofrecen una amplia gama de posibilidades en cuanto al control de velocidad. Por este motivo, la maquinaria industrial que requiere una alta precisión funciona con motores de corriente continua.
- Los motores de corriente continua ofrecen excelentes características de respuesta al arrancar, parar e invertir su sentido de giro.
- La energía almacenada en las baterías de los vehículos eléctricos se encuentra en forma de corriente continua. Por tanto, los motores de corriente continua son compatibles con los vehículos eléctricos.
¿Cuándo se inventó el motor de corriente continua?
William Sturgeon inventó el primer motor de corriente continua en 1886.