Motor de corrente continua

O motor de corrente continua (denominado tamén motor de corrente directa, motor CC ou motor DC polas iniciais en inglés direct current) é unha máquina que converte enerxía eléctrica en mecánica, provocando un movemento rotatorio, grazas á acción dun campo magnético.

Un motor de corrente continua componse principalmente de dúas partes. O estator dá soporte mecánico ao aparello e contén os polos da máquina, que poden ser ou ben devanados de fío de cobre sobre un núcleo de ferro, ou imáns permanentes. O rotor é xeralmente de forma cilíndrica, tamén devanado e con núcleo, alimentado con corrente directa a través de delgas, que están en contacto alternante con vasoiriñas fixas (tamén chamadas carbóns).

O principal inconveniente destas máquinas é o mantemento, moi custoso e laborioso, debido principalmente ao desgaste que sofren as escobillas ou carbóns ao entrar en contacto coas delgas.

Algunhas aplicacións especiais destes motores son os motores lineais, cando exercen tracción sobre un raíl, servomotores e motores paso a paso. Ademais existen motores de DC sen vasoiriñas (brushless en inglés) utilizados no aeromodelismo polo seu baixo par motor e a súa gran velocidade.

É posible controlar a velocidade e o par destes motores utilizando técnicas de control de motores de corrente continua.

Principio de funcionamento

Un motor de corrente directa produce un par grazas á conmutación mecánica da corrente. Nesta imaxe existe un campo magnético permanente producido por imáns no estator. O fluxo de corrente no devanado do rotor produce unha forza de Lorentz sobre o devanado, representada polas frechas verdes. Debido a que neste caso o motor ten dous polos, a conmutación faise por medio dun anel partido á metade, onde o fluxo de corrente invístese cada media volta (180 graos).

Esquema do funcionamento dun motor de corrente continua elemental de dous polos cunha soa bobina e dúas delgas no rotor. Móstrase o motor en tres posicións do rotor desfasadas 90° entre si.1, 2: Escobillas; A, B: Delgas; a, b: Lados da bobina conectados respectivamente ás delgas A e B.

Cando un condutor, polo que pasa unha corrente eléctrica, mergúllase nun campo magnético, o condutor sofre unha forza perpendicular ao plano formado polo campo magnético e a corrente, de acordo coa Forza de Lorentz:

${\displaystyle }$

• F: Forza en newtons
• I: Intensidade que percorre o condutor en amperios
• L: Lonxitude do condutor en metros
• B: Densidade de campo magnético ou densidade de fluxo teslas
• Φ: Ángulo que forma I con B

Forza contraelectromotriz inducida nun motor

É a tensión que se crea nos condutores dun motor como consecuencia do corte das liñas de forza. A polaridade da tensión nos xeradores é oposta á aplicada nos bornes do motor. Durante o arranque dun motor de corrente continua prodúcense fortes picos de corrente xa que, ao estar a máquina parada, non hai forza contraelectromotriz e o bobinado compórtase como un simple condutor de baixa resistencia.

A forza contraelectromotriz no motor depende directamente da velocidade de xiro do motor e do fluxo magnético do sistema indutor.

Número de escobillas

As vasoiriñas deben pór en curtocircuíto todas as bobinas situadas na zona neutra. Se a máquina ten dúas polos, temos tamén dúas zonas neutras. En consecuencia, o número total de delgas ha de ser igual ao número de polos da máquina. En canto á súa posición, será coincidente coas liñas neutras dos polos. En realidade, se un motor de corrente continua no seu inducido leva un bobinado imbricado, deberanse pór tantas vasoiriñas como polos ten a máquina, pero si no seu inducido leva un bobinado ondulado, como só existen dous traxectos de corrente paralela dentro da máquina, nun principio é suficiente colocar dúas vasoiriñas, aínda que se se desexa pódense colocar tantas escobillas como polos.

Sentido de xiro

En máquinas de corrente directa de mediana e gran potencia, é común a fabricación de rotores con láminas de aceiro eléctrico para diminuír as perdas asociadas aos campos magnéticos variables, como as correntes de Foucault e as producidas por histéresis.

Reversibilidad

Os motores e os xeradores de corrente continua están constituídos esencialmente polos mesmos elementos, diferenciándose unicamente na forma de utilización. Por reversibilidad entre o motor e o xerador enténdese que si se fai virar o rotor, prodúcese no devanado inducido unha forza electromotriz capaz de transformarse en enerxía eléctrica. En cambio, se se aplica unha tensión continua ao devanado inducido do xerador a través do colector delga, o comportamento da máquina agora é de motor, capaz de transformar a forza contraelectromotriz en enerxía mecánica.

En ambos os casos o inducido está sometido á acción do campo magnético do inductor principal no estator.

Variacións no deseño do motor

Os motores de corrente continua constrúense con rotores bobinados, e con estátores bobinados ou de imáns permanentes. Ademais existen moitos tipos de motores especiais, por exemplo os motores sen escobillas, os servomotores e o motores paso a paso, que se fabrican utilizando un motor de corrente continua como base.

Motores con estator bobinado

Se o estator é bobinado, existen distintas configuracións posibles para conectar os dous bobinados da máquina:

• Motor serie ou motor de excitación en serie: o devanado de estator e o devanado de rotor conéctanse en serie.
• Motor shunt ou de excitación en paralelo: o devanado de estator e de rotor conéctanse en paralelo.
• Motor de excitación composta ou motor compound: utilízase unha combinación de ambas as configuracións.

• 
  Motor eléctrico serie.
• 
  Motor eléctrico paralelo.
• 
  Motor eléctrico compound.

Rotor dunha pequena máquina de corrente directa de 12 V, con imáns permanentes, de dous polos, cinco devanados, cinco delgas e dúas vasoiriñas.

Conmutación dunha bobina (A) dun devanado en anel. A bobina A está conectada ás delgas 1 e 2. A vasoiriña (E) está situada sobre a liña neutra e ten igual ancho que as vasoiriñas (na realidade unha vasoiriña adoita ser máis ancha e contacta con varias delgas simultaneamente). Suponse que só hai dúas vasoiriñas polo que a corrente que circula por unha vasoiriña é a corrente total do inducido Ii. Na Fig. (a) comeza a conmutación da bobina A e en (c) termina. Na Fig. (b) móstrase un instante intermedio durante a conmutación.

Motores de imán permanente

Os motores de imán permanente teñen algunhas vantaxes de rendemento fronte aos motores síncronos de corrente continua de tipo excitado e chegaron a ser o predominante nas aplicacións de potencia fraccionaria. Son máis pequenos, máis lixeiros, máis eficaces e fiables que outras máquinas eléctricas alimentadas individualmente.

Motores sen escobillas

Os motores de corrente directa sen escobillas están deseñados para conmutar a tensión nas súas devanados, sen sufrir desgaste mecánico. Para este efecto utilizan controladores dixitais e sensores de posición. Estes motores son frecuentemente utilizados en aplicacións de baixa potencia, por exemplo nos ventiladores de computadoras.

Véxase tamén

Outros artigos

• Máquina eléctrica
• Motor eléctrico
• Motor serie
• Motor shunt
• Motor compound

Ligazóns externas

• Como funciona un motor (en inglés)
• Información sobre os motores de corrente continua