Motor DC
Qué es y cómo funciona un motor DC?
Uno de los aspectos más destacados del motor de corriente continua (DC) es su capacidad para transformar energía eléctrica en energía mecánica. Este tipo de motor, también conocido como motor DC, tiene como característica principal la creación de un campo magnético que actúa sobre el rotor, permitiendo así la conversión de energía.
Para entender su funcionamiento, es esencial reconocer que este campo magnético es clave en el proceso de transformación de la energía eléctrica en mecánica. Además, los motores de corriente continua pueden encontrarse en diversas configuraciones, dependiendo de cómo se conecten sus bobinados.
Por último, es importante señalar que los motores DC operan con corriente continua y funcionan como máquinas de conmutación mecánica.
Para que sirve?
El motor de corriente continua (DC) se utiliza para transformar energía eléctrica en energía mecánica, lo que permite su aplicación en diversos objetos que requieren movimiento.
Podemos encontrar motores de corriente continua en juguetes, giradiscos, electrodomésticos, y modelado de trenes, entre otros. En el ámbito industrial, son útiles en compresores, máquinas de rotación y ascensores.
En resumen, el motor de corriente continua es adecuado para cualquier máquina que necesite movimiento mecánico y que pueda producirlo fácilmente a partir de una fuente de energía.
Características de un motor DC
Es momento de conocer las características y particularidades principales de los motores de corriente continua (DC), lo cual nos ayudará a entender mejor este tipo de motor.
Primero, es importante señalar que los motores de corriente continua vienen en una amplia variedad de tamaños y potencias. Pueden encontrarse en aplicaciones tan pequeñas como juguetes y electrodomésticos, así como en versiones mucho más grandes que se utilizan para mover vehículos, ascensores, y otros equipos pesados.
Otra característica destacada de los motores DC es su alta demanda en el sector industrial. Esto se debe a la facilidad con la que se puede regular la velocidad del motor, simplemente cambiando la polaridad para modificar el sentido de giro.
Para comprender la popularidad de los motores de corriente continua, es esencial considerar las numerosas ventajas que ofrecen. Son fáciles de controlar, tanto en el encendido y apagado como en el frenado, lo que los hace muy prácticos y eficientes.
Ahora, analicemos las partes principales de un motor DC: el estator y el rotor.
El estator es la parte fija e inmóvil, generalmente compuesto por imanes y bobinas. Por otro lado, el rotor es la parte móvil que gira dentro del estator, y usualmente está formado por un eje con capas magnéticas o bobinas.
Partes de un motor DC
Estator (Inductor)
El estator, también conocido como inductor, consta de un electroimán encargado de crear un campo magnético fijo. Este componente está formado por una corona de material ferromagnético llamada culata o yugo. En su interior, regularmente distribuidos y en número par, se encuentran unos salientes radiales con una expansión en su extremo, denominados polos, que están sujetos a la culata por tornillos.
Rodeando los polos, hay bobinas de hilo o pletina de cobre aislado cuya misión es, al ser alimentadas por corriente continua, crear el campo magnético inductor de la máquina, que presentará polaridades norte y sur alternativamente.
En las máquinas de mayor potencia, generalmente superiores a 1 kW, encontramos también en el estator, alternando con los polos principales, otros polos llamados de conmutación, compensación o auxiliares.
Rotor (Inducido)
El rotor, también conocido como inducido, es un cilindro en el que se enrollan bobinas de cobre. Al girar a cierta velocidad, estas bobinas cortan el flujo del campo magnético inductor. El rotor está formado por una columna de material ferromagnético, compuesta de chapas de hierro aisladas unas de otras por una capa de barniz o de óxido.
La corona de chapa magnética presenta en su superficie externa un ranurado donde se aloja el devanado inducido de la máquina. Este devanado está constituido por bobinas de hilo o de pletina de cobre convenientemente aisladas, formando un circuito cerrado al conectar el final de la última bobina con el principio de la primera.
Colector y Escobillas
El inducido suele tener muchas espiras, y el anillo colector está dividido en un mayor número de partes o delgas, aisladas entre sí. El colector está compuesto esencialmente por piezas planas de cobre duro de sección trapezoidal, llamadas delgas, que están separadas y aisladas unas de otras por delgadas láminas de mica, formando un tubo cilíndrico fuertemente compactado. El número de delgas en el colector corresponde al número de bobinas en el devanado inducido de la máquina.
Las escobillas, hechas de grafito o carbón puro, están montadas sobre porta-escobillas que, mediante un resorte, aseguran un buen contacto. Este contacto establece el enlace eléctrico entre las delgas del colector y el circuito de corriente continua exterior.
A medida que se incrementa el número de delgas, la tensión obtenida presenta menor ondulación, acercándose más a la tensión continua deseada. Al girar el rotor, las escobillas rozan contra las delgas, conectando la bobina de inducido correspondiente a cada par de delgas con el circuito exterior.
Aplicaciones de los motores DC
Los motores de corriente continua (DC) se utilizan principalmente en actuadores sencillos. Un gran campo de aplicación para estos actuadores con motores DC es la industria automotriz, donde se emplean en flaps y válvulas. Además, en el ámbito del modelismo, se utilizan numerosos motores DC para servoaccionamientos en aeromodelos, así como en coches y barcos teledirigidos.
Control de Motores de Corriente Continua (DC)
El sentido de giro de un motor DC puede ajustarse fácilmente cambiando la polaridad de sus dos terminales. Por ejemplo, aplicando +12V para girar en sentido horario y -12V para girar en sentido contrario. Es importante consultar la hoja de datos del fabricante para conocer la tensión de alimentación exacta y el sentido de giro específico del motor DC.
La velocidad del motor puede variarse ajustando la tensión de alimentación. Sin embargo, para un control preciso de la velocidad, se requiere un sensor o codificador para detectarla. También existen métodos para calcular la velocidad basados en la corriente del motor.
Para controlar la velocidad de manera efectiva, se puede utilizar un controlador proporcional-integral (PI), que ajusta la tensión aplicada en función de la diferencia entre la velocidad deseada y la velocidad real. Esta tensión modificada regula la corriente continua que fluye a través del motor, manteniendo así la velocidad deseada del motor DC de manera estable.
Clasificación
El motor DC se divide en dos categorías principales: motor de excitación independiente y motor de autoexcitación.
- Motor de excitación independiente: En este tipo, el bobinado de la armadura es excitado por una fuente de corriente separada. Esta fuente externa proporciona la corriente necesaria para el funcionamiento del motor.
- Motor de autoexcitación: Este tipo de motor se subdivide a su vez en tres tipos según la conexión del bobinado de campo:
- Motor de autoexcitación en serie: El bobinado de campo se conecta en serie con el bobinado de la armadura.
- Motor de autoexcitación Shunt o derivación: Aquí, el bobinado de campo está conectado en paralelo (Shunt) con el bobinado de la armadura.
- Motor de autoexcitación compuesta: Este tipo combina características de los motores serie y Shunt, utilizando tanto un bobinado en serie como uno en Shunt para lograr propiedades específicas de funcionamiento.
Tipos de motores DC
Motor de corriente continua de cepillos (Brushed DC motor): Este tipo de motor utiliza escobillas para conmutar la corriente en el rotor, generando así el movimiento.
- Motor de corriente continua sin escobillas (Brushless DC motor, BLDC): También conocidos como motores brushless, utilizan un control electrónico para conmutar la corriente en el estator en lugar de usar escobillas. Son más eficientes y requieren menos mantenimiento que los motores brushed.
- Motor de corriente continua de imanes permanentes (Permanent Magnet DC motor, PMDC): Estos motores tienen imanes permanentes tanto en el rotor como en el estator, lo que les proporciona características de rendimiento específicas.
