Revista fundamentos

UNIVERSIDAD FERMIN TORO
FUNDAMENTOS DE INGENIERIA ELECTRICA
MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

INTEGRANTES:
HENRY MIGUEL
ROMULO FRANCO
RUBEN DARIO CARRILLO

El motor eléctrico permite la transformación de energía eléctrica en
energía mecánica, esto se logra mediante la rotación de un campo magnético
alrededor de una espira o bobinado que toma diferentes formas.
Al pasar la corriente eléctrica por la bobina ésta se comporta como un imán cuyos
polos se rechazan o atraen con el imán que se encuentra en la parte inferior; al
dar media vuelta el paso de corriente se interrumpe y la bobina deja de
comportarse como imán pero por inercia se sigue moviendo hasta que da otra
media vuelta y la corriente pasa nuevamente repitiéndose el ciclo haciendo que el
motor rote constantemente.

MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA O DIRECTA

Campo magnético que rota como Rotor de un motor eléctrico.
suma de vectores magnéticos a partir
de 3 bobinas de la fase.

MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA Página 1

Un motor eléctrico es eléctrica funcionando industriales, comerciales
una máquina como generadores. Los y particulares. Pueden
eléctrica que motores eléctricos de funcionar conectados a
transforma energía tracción usados en una red de suministro
eléctrica enenergía locomotoras realizan a eléctrico o a baterías.
mecánica por medio de menudo ambas tareas, Así, enautomóviles se
campos magnéticos si se los equipa están empezando a
variables electromagnéti con frenos utilizar en vehículos
cas. Algunos de los regenerativos. híbridos para aprovechar
motores eléctricos son las ventajas de ambos.
Son ampliamente
reversibles, pueden
utilizados en
transformar energía
instalaciones
mecánica en energía

Los Motores de Corriente Directa
(CD) o Corriente Continua (CC) se
utilizan en casos en los que es
importante el poder regular
continuamente lavelocidad del motor,
además, se utilizan en aquellos casos
en los que es imprescindible utilizar
corriente directa, como es el caso
de motores accionados por pilas o
baterías. Este tipo de motores debe
de tener en el rotor y el estator el
mismo número de polos y el mismo
numero de carbones. Los motores de
corriente directa pueden ser de tres
tipos:
• Serie
• Paralelo
• Mixto


estos motores, el inductor es el
estator y el inducido es el rotor.
Fueron los primeros en utilizarse
en vehículos eléctricos por sus
buenas características en tracción y
por la simplicidad de
lossistemas de control de
la electricidad desde las baterías.
Presentan desventajas en cuanto
al mantenimiento de algunas de sus
Esquema de un motor de corriente piezas (escobillas y colectores) y a
continua que deben ser motores grandes si se
buscan potencias elevadas, pues
su estructura (y en concreto el
Como su nombre lo indica, un motor rozamiento entre piezas) condiciona
eléctrico de corriente continua, el límite de velocidad de rotación
funciona con corriente continua. En máxima.

Constitución


Además internamente - Cada núcleo de los la superficie del
está conformado por: polos de conmutación colector rozan unos
lleva un arrollamiento contactos
- Inductor.
de conmutación. a presiónmediante
- Polo inductor. unos muelles. Dichas
- Conmutador o
piezas de contacto se
- Inducido, al que va colector, que esta
llaman escobillas. El
arrollado un conductor constituido por varias
espacio libre entre las
de cobre formando el láminas aisladas entre
piezas polares y el
arrollamiento. sí.
inducido se llama
- Núcleos polares, va El arrollamiento del entrehierro.
arrollando, en forma inducido está unido
de hélice al por conductores con
arrollamiento de las laminas del
excitación. colector. Sobre

Parámetros característicos


Clase Par de Corriente Regulación Nombre de clase
arranque de de
NEMA Del motor
Arranque Velocidad
(%)

A 1.5-1.75 5-7 2-4 Normal
B 1.4-1.6 4.5-5 3.5 De propósito general
C 2-2.5 3.5-5 4-5 De doble jaula alto par
D 2.5-3.0 3-8 5-8 , 8-13 De alto par alta resistencia
F 1.25 2-4 mayor de 5 De doble jaula.

Clasificación Motores de Corriente Continua

Motores de corriente continúa de Existen motores de imán permanente
imán permanente: (PM, permanent magnet), en tamaños
de fracciones de caballo y de


números pequeños enteros de adecuado para cualquier tipo de
caballos. Tienen varias ventajas regulación, por
respecto a los del tipo de campo la independencia entre el control por
devanado. No se necesitan las el inductor y el control por el inducido.
alimentaciones de energía eléctrica El sistema de excitación más fácil de
para excitación ni el devanado entender es el que supone una fuente
asociado. Se mejora la confiabilidad, exterior de alimentación para el
ya que no existen bobinas arrollamiento inductor. En la siguiente
excitadoras del campo que fallen y no figura, se representa el inducido por
hay probabilidad de que se presente un círculo; la flecha recta interior
una sobrevelocidad debida a pérdida representa el sentido de la corriente
del campo. Se mejoran la eficiencia y principal y la flecha curva, el sentido
el enfriamiento por la eliminación de de giro del inducido; el arrollamiento
pérdida de potencia en un campo inductor o de excitación, se
excitador. Así mismo, la característica representa esquemáticamente, y el
par contra corriente se aproxima más sentido de la corriente de excitación,
a lo lineal. Un motor de imán por medio de una flecha similar.
permanente (PM) se puede usar en
Autoexcitación:
donde se requiere un motor por
completo encerrado para un ciclo El sistema de excitación
de servicio de excitación continua. independiente, solamente se emplea
en la práctica en casos especiales
Excitación Independiente:
debido, sobre todo, al inconveniente
Los motores de excitación de necesitar una fuente
independiente tienen como independiente de energía eléctrica.
aplicaciones industriales el torneado y Este inconveniente puede eliminarse
taladrado de materiales, extrusión de con el denominado principio
materiales plásticosy goma, dinamoeléctrico o principio de
ventilación de horno, retroceso rápido autoexcitación, que ha hecho posible
en vacío de ganchos de grúas, el gran desarrollo alcanzado por
desenrollado de bobinas y retroceso las máquinas eléctricas de corriente
de útiles para serrar. El motor de continua en el presente siglo.
excitación independiente es el más


Excitación serie: independiente. Cuando el circuito
exterior está abierto, la máquina tiene
Es el motor cuya velocidad disminuye
excitación máxima porque toda la
sensiblemente cuando el par
corriente producida se destina a la
aumenta y cuya velocidad en vacío
alimentación del circuito de
no tiene límite teóricamente.
excitación; por lo tanto, la tensión en
Los motores con excitación en serie bornes es máxima. Cuando el circuito
son aquellos en los que el inductor exterior está cortocircuitado, casi toda
esta conectado en serie con el la corriente producida pasa por el
inducido. El inductor tiene un número circuito del inducido y la excitación es
relativamente pequeño de espiras de mínima, la tensión disminuye
hilo, que debe ser de sección rápidamente y la carga se anula. Por
suficiente para que se pase por él la lo tanto, un cortocircuito en la línea no
corriente de régimen que requiere el compromete la máquina, que se
inducido. En los motores serie, el flujo desexcita automáticamente, dejando
depende totalmente de la intensidad de producir corriente. Esto es una
de la corriente del inducido. Si ventaja sobre el generador de
el hierro del motor se mantiene a excitación independiente en donde un
saturación moderada, el flujo será cortocircuito en línea puede producir
casi directamente proporcional a graves averías en la máquina al no
dicha intensidad.Excitación en existir éste efecto de desexcitación
paralelo (shunt): automática.
El generador con excitación shunt Compuesta:
suministra energía eléctrica a una
Es el motor cuya velocidad disminuye
tensión aproximadamente constante,
cuando el par aumenta y cuya
cualquiera que sea la carga, aunque
velocidad en vacío es limitada. Las
no tan constante como en el caso del
características del motor Compuesta
generador con excitación

están comprendidas entre las del ayuda al devanado en derivación, el
motor de derivación y las del motor flujo magnético por polo aumenta con
en serie. Los tipos de motor la carga, de modo que el par se
Compuesta son los mismos que para incrementa con mayor rapidez y la
los generadores, resumiéndose el velocidad disminuye más
aditivo y el diferencial. El motor en rápidamente que si no estuviera
Compuesta es un término medio conectado el devanado en serie; pero
entre los motores devanados en serie el motor no se puede desbocar con
y los de en derivación. En virtud de la cargas ligeras, por la presencia de la
existencia del devanado en serie, que excitación en derivación.
Principio de funcionamiento

Esquema del funcionamiento de un
motor de c.c. elemental de dos polos
con una sola bobina y dos delgas en
el rotor. Se muestra el motor en tres
posiciones del rotor desfasadas 90º
entre sí.
1, 2: Escobillas;

A, B: Delgas;

a, b: Lados de la bobina conectados
respectivamente a las delgas A y B.

Según la Ley de Lorentz, 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 izquierda, con módulo

 F: Fuerza en newtons
 I: Intensidad que recorre el conductor en amperios


 l: Longitud del conductor en metros
 B: Densidad de campo magnético o densidad de flujo teslas
El rotor tiene varios repartidos por la periferia. A medida que gira, la corriente se
activa en el conductor apropiado.

Normalmente se aplica una corriente con sentido contrario en el extremo opuesto
del rotor, para compensar la fuerza neta y aumentar el momento.

Fuerza resistencia pura del El sentido de giro de
contraelectromotriz circuito. un motor de corriente
inducida en un motor continua depende del
Número de
Es la tensión que se sentido relativo de las
escobillas
crea en los corrientes circulantes
Las escobillas deben
conductores de un por los devanados
poner en cortocircuito
motor como inductor e inducido.
todas las bobinas
consecuencia del corte situadas en la zona La inversión del
de las líneas de neutra. Si la máquina sentido de giro del
fuerza, es el efecto tiene dos polos, motor de corriente
generador de pines. continua se consigue
tenemos también dos
La polaridad de la zonas neutras. En invirtiendo el sentido
tensión en los consecuencia, el del campo magnético
generadores es número total de o de la corriente del
inversa a la aplicada escobillas ha de ser inducido.
en bornes del motor. igual al número de Si se permuta la
polos de la máquina. polaridad en ambos
Las fuertes puntas de
corriente de un motor En cuanto a su bobinados, el eje del
en el arranque son posición, será motor gira en el mismo
debidas a que con la coincidente con las sentido.
máquina parada no líneas neutras de los Los cambios de
hay fuerza polos. polaridad de los
contraelectromotriz y bobinados, tanto en el
Sentido de giro
el bobinado se inductor como en el
comporta como una inducido se realizarán


en la caja de bornes campo magnético, y el una fuerza
de la máquina, y dedo medio hacia electromotriz capaz de
además el ciclo donde va dirigida la transformarse en
combinado producido fuerza resultante y por energía en el circuito
por el rotor produce la lo tanto el sentido de de carga.
fmm (fuerza giro.
En cambio, si se aplica
magnetomotriz).
Reversibilidad una tensión continua al
El sentido de giro lo devanado inducido del
Los motores y los
podemos determinar generador a través del
generadores de
con la regla de la colector de delgas, el
corriente continua
mano derecha, la cual comportamiento de la
están constituidos
nos va a mostrar el máquina ahora es de
esencialmente por los
sentido de la fuerza. motor, capaz de
mismos elementos,
La regla de la mano transformar la fuerza
diferenciándose
derecha es de la contraelectromotriz en
únicamente en la
siguiente manera: el energía mecánica.
forma de utilización.
pulgar nos muestra
En ambos casos el
hacia donde va la Por reversibilidad entre
inducido está sometido
corriente, el dedo el motor y el generador
a la acción del campo
índice apunta en la se entiende que si se
inductor principal.
dirección en la cual se hace girar al rotor, se
dirige el flujo del produce en el
devanado inducido

Principio de funcionamiento por el que circula una corriente
eléctrica se encuentra dentro de la
Los motores de corriente alterna y los
acción de un campo magnético, éste
de corriente continua se basan en el
tiende a desplazarse
mismo principio de funcionamiento, el
perpendicularmente a las líneas de
cual establece que si un conductor
acción del campo magnético.

El conductor tiende a funcionar como Partiendo del hecho de que cuando
un electroimán debido a la corriente pasa corriente por un conductor
eléctrica que circula por el mismo produce un campo magnético,
adquiriendo de esta manera además si lo ponemos dentro de la
propiedades magnéticas, que acción de un campo
provocan, debido a la interacción con magnético potente, el producto de la
los polos ubicados en el estátor, el interacción de ambos campos
movimiento circular que se observa magnéticos hace que el conductor
en el rotor del motor. Aprovechando tienda a desplazarse produciendo así
el estator y rotor ambos de acero la energía mecánica.
laminado al silicio se produce un Dicha energía es comunicada al
campo magnético uniforme en el exterior mediante un dispositivo
motor. llamado flecha.

Ventajas

En diversas circunstancias presenta muchas ventajas respecto a los motores de
combustión:

 A igual potencia, su tamaño y peso son más reducidos.
 Se pueden construir de cualquier tamaño.
 Tiene un par de giro elevado y, según el tipo de motor, prácticamente
constante.
 Su rendimiento es muy elevado (típicamente en torno al 75%, aumentando
el mismo a medida que se incrementa la potencia de la máquina).
 Este tipo de motores no emite contaminantes, aunque en la generación de
energía eléctrica de la mayoría de las redes de suministro sí emiten
contaminantes.

Diversos motores eléctricos.

Los motores de corriente continua se clasifican según la forma como estén
conectados, en:


 Motor serie
 Motor compound
 Motor shunt
 Motor eléctrico sin escobillas
Además de los anteriores, existen otros tipos que son utilizados en electrónica:

 Motor paso a paso
 Servomotor
 Motor sin núcleo

Motor serie - Se embala cuando funciona en
vacío, debido a que la velocidad de
un motor de corriente continua
aumenta al disminuir el flujo inductor
y, en el motor serie, este disminuye al
aumentar la velocidad, puesto que la
intensidad en el inductor es la misma
Motor eléctrico serie. que en el inducido.

El motor serie o motor de - La potencia es casi constante a
cualquier velocidad.
excitación en serie, es un tipo
de motor eléctrico de corriente - Le afectan poco la variaciones
continua en el cual el inducido y el bruscas de la tensión de
devanado inductor o de excitación alimentación, ya que un aumento de
van conectados en serie. Por lo tanto, esta provoca un aumento de la
la corriente de excitación o del intensidad y, por lo tanto, del flujo y
inductor es también la corriente del de la fuerza contraelectromotriz,
inducido absorbida por el motor. estabilizándose la intensidad
absorbida.
Las principales características de
este motor son:
Motor compound


tal que su flujo se añade al flujo del
campo principal shunt. Los motores
compound se conectan normalmente
de esta manera y se denominan
como compound acumulativo.

Esto provee una característica de
velocidad que no es tan “dura” o
plana como la del motor shunt, ni tan
Motor eléctrico compound. “suave” como la de un motor serie.
Un motor compound tiene un limitado
Un motor compound (o motor de
rango de debilitamiento de campo; la
excitación compuesta) es un Motor
debilitación del campo puede resultar
eléctrico de corriente continua cuya
en exceder la máxima velocidad
excitación es originada por dos
segura del motor sin carga. Los
bobinados inductores independientes;
motores de corriente continua
uno dispuesto en serie con el
compound son algunas veces
bobinado inducido y otro conectado
utilizados donde se requiera una
en derivación con el circuito formado
respuesta estable de par constante
por los bobinados: inducido, inductor
para un rango de velocidades amplio.
serie e inductor auxiliar.
El motor compound es un motor de
Los motores compuestos tienen un
excitación o campo independiente
campo serie sobre el tope del
con propiedades de motor serie. El
bobinado del campo shunt. Este
motor da un par constante por medio
campo serie, el cual consiste de
del campo independiente al que se
pocas vueltas de un alambre grueso,
suma el campo serie con un valor de
es conectado en serie con la
carga igual que el del inducido.
armadura y lleva la corriente de
armadura. Cuantos más amperios pasan por el
inducido mas campo serie se origina,
El flujo del campo serie varia claro está, siempre sin pasar del
directamente a medida que la consumo nominal.
corriente de armadura varía, y es
Motor shunt
directamente proporcional a la carga.
El campo serie se conecta de manera


En el instante del arranque, el par
motor que se desarrolla es menor
que el motor serie, (también uno de
los componentes del motor de
corriente continua). Al disminuir la
intensidad absorbida, el régimen de
giro apenas sufre variación.

Es el tipo de motor de corriente
continua cuya velocidad no
disminuye mas que ligeramente
cuando el par aumenta. Los
Motor eléctrico paralelo. motores de corriente continua en
derivación son adecuados para
El motor shunt o motor de
aplicaciones en donde se necesita
excitación en paralelo es
velocidad constante a cualquier
un motor eléctrico de corriente
ajuste del control o en los casos en
continua cuyo
que es necesario un rango
bobinado inductor principal está
apreciable de velocidades (por
conectado en derivación o paralelo
medio del control del campo). El
con el circuito formado por los
motor en derivación se utiliza en
bobinados inducido e inductor
aplicaciones de velocidad
auxiliar.
constante, como en los
Al igual que en los dinamos shunt, accionamientos para los
las bobinas principales están generadores de corriente continua
constituidas por muchas espiras y en los grupos motogeneradores de
con hilo de poca sección, por lo corriente continua
que la resistencia del bobinado
inductor principal es muy grande.


Motor eléctrico sin disminuyen el El inversor debe
escobillas
rendimiento, convertir la corriente
desprenden calor y alterna en corriente
ruido, requieren mucho continua, y otra vez en
mantenimiento y alterna de otra
pueden producir frecuencia. Otras
partículas de carbón veces se puede
que manchan el motor alimentar directamente
de un polvo que, con corriente continua,
además, puede ser eliminado el primer
Ventiladores de conductor. paso. Por este motivo,
ordenador estos motores de
Los primeros motores
desmontados. Se corriente alterna se
muestra el circuito sin escobillas fueron
pueden usar en
impreso que controla los motores
aplicaciones de
el motor. de corriente
corriente continua, con
alterna asíncronos.
Un motor eléctrico un rendimiento mucho
Hoy en día, gracias a
sin escobillas o mayor que un motor
la electrónica, se
motor brushless es de corriente continua
muestran muy
un motor eléctrico que con escobillas.
ventajosos, ya que son
no Algunas aplicaciones
más baratos de
empleaescobillas para serían los coches y
fabricar, pesan menos
realizar el cambio de aviones
y requieren menos
polaridad en el rotor. conradiocontrol, que
mantenimiento, pero
funcionan con pilas.
Los motores eléctricos su control era mucho
solían tener un más complejo. Esta Otros motores sin
colector de delgas o complejidad escobillas, que sólo
un par de anillos prácticamente se ha funcionan con
rozantes. Estos eliminado con corriente continua son
sistemas, que los controles los que se usan en
producen rozamiento, electrónicos. pequeños aparatos
eléctricos de baja

potencia, como velocidad de giro, o si Actualmente, los
lectores de CD-ROM, está parado, e incluso alternadores tienen el
ventiladores de cortar la corriente si se campo magnético
ordenador, casetes, detiene para que no se inductor en el rotor,
etc. Su mecanismo se queme. Tienen la que induce el campo
basa en sustituir la desventaja de que no magnético al estátor,
conmutación (cambio giran al revés al que a la vez es
de polaridad) cambiarles la polaridad inducido. Como el
mecánica por otra (+ y -). Para hacer el campo magnético del
electrónica sin cambio se deberían inductor necesita
contacto. En este cruzar dos mucha menos
caso, la espira sólo es conductores del corriente que la que se
impulsada cuando el sistema electrónico. va generar en el
polo es el correcto, y Un sistema algo inducido, se necesitan
cuando no lo es, el parecido, para evitar unos anillos con un
sistema electrónico este rozamiento en los rozamiento menor.
corta el suministro de anillos, se usa en Esta configuración la
corriente. Para los alternadores. En usan desde pequeños
detectar la posición de este caso no se evita alternadores de coche
la espira del rotor se el uso de anillos hasta los generadores
utiliza la detección de rozantes, sino que se de centrales con
un campo magnético. evita usar uno más potencias del orden
Este sistema del megavatio.
robusto y que frenaría
electrónico, además, mucho el motor.
puede informar de la

El uso de motores de corriente continua
Los motores de corriente continua se
configuran en muchos tipos y
tamaños, entre los que encontramos
sin escobillas, servo y motor de
engranajes. Un motor consiste en un
rotor y un estator de campo
permanente. El campo magnético se
mantiene usando imanes


permanentes o devanados comúnmente en aplicaciones de
electromagnéticos. Los motores de velocidad variable y de par. .
corriente continua se usan
comúnmente en aplicaciones de par y El movimiento y los controles cubren
velocidad variable. un amplio rango de componentes que
de alguna forma se usan para
. generar y/o controlar movimiento.
Áreas dentro de esta categoría
Los motores de corriente continua sin incluyen rodamientos, embragues y
escobillas tienen conmutación frenos, controles y transmisiones,
integrada, lo que significa que el componentes de transmisión,
motor rota, las escobillas mecánicas decodificadores, controles de
automáticamente conmutan bobinas movimiento integrados, interruptores
en el rotor. Los motores DC sin
limitadores, actuadores lineales,
escobillas usan una transmisión de
etapas de posicionamiento lineal,
energía externa que permiten la
deslizadores y guías, sellos, anillas,
conmutación de serpentines en el
solenoides y resortes de transmisión
estator. Los motores con escobillas de potencia.
se usan cuando el coste es una
prioridad, mientras que los motores .
sin escobillas se usan para cumplir
requerimientos específicos, tales Los motores son dispositivos que
como las operaciones libres de proporcionan la velocidad actual en
mantenimiento, velocidades altas, y un sistema de transmisión. Esta
ambientes peligrosos donde el familia incluye tipos de motores de
chisporreteo puede ser peligroso. corriente continua (motores
monofásicos y multifásicos, servo
. Los motores de engranajes de motores, universales, inducción,
corriente continua se configuran en síncronos, y motores de engranaje) y
muchos tipos y tamaños, incluyendo motores de corriente continua (sin
sin escobillas y servo. Un motor de escobillas, servo motores, y motores
engranajes de corriente continua de engranaje) así como lineal, por
consiste en un rotor y un estator de pasos y motores de aire, y
campo magnético permanente y una contactores de motor y
caja de engranajes integral o cabezal arrancadores. .
de engranajes. El campo magnético
se mantiene usando devanados
electromagnéticos o magnetismo
permanente. Los motores de
corriente continua se usan


Los motores de CC son empleados
para grandes potencias. Son
motores industriales que necesitan
una gran cantidad de corriente
para el arranque.

Los motores de CC
llevan circuitos integrados para
regular la toma de corriente de la
línea y así no generar bajones de
intensidad de la corriente.


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