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Tipos de motores de corriente continua

Las tres principales categorías para el motor de corriente continua son serie, derivación y compuesto. Cada tipo tiene características distintas ya que cada uno tiene sus bobinas de campo y armadura conectadas en diferentes disposiciones.

pero existen otras clasificaciones de motores de corriente continua (DC) que se utilizan comúnmente, cada uno con características y aplicaciones específicas. Aquí se presentan algunos de los tipos más comunes:

  1. Motor de corriente continua sin escobillas (BLDC): Este tipo de motor se utiliza cada vez más debido a su alta eficiencia, alta densidad de potencia, bajo mantenimiento y larga vida útil. El motor BLDC no tiene escobillas, lo que reduce el desgaste y el ruido y aumenta la eficiencia. Se utiliza en aplicaciones que requieren alta eficiencia y control de velocidad.

  2. Motor de corriente continua con escobillas: Este es el tipo más común de motor DC. Los motores con escobillas utilizan un conmutador y escobillas para cambiar la dirección de la corriente en el rotor, lo que hace que el motor gire. Son económicos, fáciles de controlar y adecuados para aplicaciones que requieren una velocidad constante, como ventiladores y bombas.

  3. Motor de corriente continua con imanes permanentes (PMDC): Este tipo de motor utiliza imanes permanentes en el rotor para generar un campo magnético. Los motores PMDC son más eficientes que los motores con escobillas y se utilizan en aplicaciones que requieren una alta eficiencia, como motores de herramientas eléctricas y de automóviles.

  4. Motor de corriente continua de excitación independiente (Shunt): Este tipo de motor tiene una bobina en paralelo con el rotor que proporciona un flujo magnético constante. Los motores de excitación independiente son adecuados para aplicaciones que requieren una velocidad constante y un alto par, como en las maquinarias de los laminadores.

  5. Motor de corriente continua compuesta: Este tipo de motor combina las características de los motores de corriente continua con escobillas y los de excitación independiente. Los motores compuestos tienen una bobina adicional en serie con la bobina en paralelo para proporcionar un mayor par de arranque y un mejor control de velocidad. Se utilizan en aplicaciones que requieren alta resistencia al arranque y un control de velocidad preciso.

Estos son algunos de los tipos más comunes de motores de corriente continua, pero existen otros tipos de motores DC, como el motor de corriente continua lineal, el motor de corriente continua de reluctancia variable, el motor de corriente continua de imán de relajación, entre otros. La selección del tipo de motor adecuado dependerá de la aplicación específica y los requisitos de rendimiento.

Los motores de corriente continua pueden ser identificados por dos factores principales. Los motores se clasifican por el tipo de conexión de armadura de campo de utilizado, y por el tipo de servicio para el que están diseñados.

 

a. Conexiones de armadura de campo

Hay tres tipos básicos de motores de corriente continua: (I) motores en serie. (2) motores con derivación, y (3) motores compuestos. Se diferencian en gran medida en el método en el que están conectados a su campo y la armadura

https://youtu.be/0EDwL-Jfhrk

(1) Motor de corriente continua serie

En un motor de corriente continua en serie, el campo está conectado en serie con la armadura. El campo se enrolla con unas pocas vueltas de alambre de diámetro comparativamente grande porque debe transportar la corriente de armadura completa. Hay ventajas y desventajas en este arreglo.

Fig. Curvas características de un motor en serie típico. Curvas velocidad-carga y par motor.carga

Este tipo de motor desarrolla una gran cantidad de fuerza de giro (par) desde su posición de parada. Debido a esta característica, el motor en serie se puede utilizar para operar aparatos eléctricos, herramientas eléctricas portátiles, grúas, cabrestantes, montacargas y para arrancar un motor de automóvil. El motor en serie es apropiado para arrancar con cargas pesadas (impulsando grúas y malacates) porque con una corriente alta en la armadura desarrolla un par alto y funciona a velocidad baja.

Esta conexión se ilustra en la figura . La misma corriente que fluye a través del devanado de campo, también fluye a través del devanado del inducido. Cualquier aumento en la corriente, por lo tanto, refuerza el magnetismo tanto del campo como del inducido.

Debido a la baja resistencia en los devanados, el motor en serie es capaz de requerir una gran corriente en el arranque. Esta corriente de arranque, al pasar por el campo y bobinas del inducido, produce un alto par de arranque, que es la principal ventaja de motor en serie.

Otra característica es que la velocidad varía ampliamente entre funcionamiento sin carga y con carga completa. Cualquier cambio en la carga es acompañado por un cambio sustancial en la velocidad. Los motores en serie no se pueden usar cuando se necesita una velocidad relativamente constante para cargas variables. Un motor en serie funciona a alta velocidad cuando tiene una carga ligera y a baja velocidad y con una carga pesada.

La velocidad de un motor en serie sin carga aumenta hasta el punto en que el motor puede dañarse. Por lo general, los cojinetes están dañados o los devanados salen volando de las ranuras de la armadura porque el motor sigue aumentando su velocidad hasta que se autodestruye, su alto par de arranque se necesita bajo condiciones de carga pesada, los motores serie tienen muchas aplicaciones. Los motores serie se utilizan a menudo en aviones como arrancadores de motor y para subir y bajar el tren de aterrizaje, aletas del capó y alerones.

Figura 1. Motor en serie

Con motores grandes, como grúas, existe cierto peligro tanto para el equipo como para el personal que lo rodea. Una carga siempre debe estar conectada a un motor en serie antes de que se encienda. Esto significa que no puede haber cargas accionadas por correa, ya que la correa puede romperse o deslizarse.

Los motores pequeños, como los que se usan en los taladros manuales eléctricos, tienen suficiente fricción interna (caja de reducción) para hacer de carga a sí mismos. Los motores más grandes deben tratarse con más precaución.

(2) Motor de corriente continua con derivación

Éste es el tipo de motor de cc más común. En el motor con derivación, el devanado de campo está conectado en paralelo, o en derivación con el devanado del inducido. (Véase la figura 2) . La resistencia en el devanado de campo es alta. Puesto que el devanado de campo está conectado directamente a través de la fuente de alimentación, la corriente a través del campo es constante, incluso en condiciones de carga cambiantes. Una razón de esto es que el flujo de campo permanece constante. Un voltaje constante a través del campo hace que el campo sea independiente de las variaciones en el circuito del inducido.

Fig. Curvas velocidad-carga y par motor-carga

La corriente de campo no varía con la velocidad del motor, como en el motor serie y, por lo tanto, el par del motor con derivación variará sólo con la corriente a través del inducido. El par desarrollado en el arranque es menor que el desarrollado por un motor serie de igual tamaño.

Cuando se aumenta la carga en el motor, el motor tiende a disminuir la velocidad. Esta desaceleración disminuye la cantidad de fuerza contra electromotriz generada en el inducido (o armadura ).

Esta disminución de fuerza contra electromotriz disminuye la oposición al flujo de corriente de la batería a través del inducido.

Entonces aumenta la corriente de armadura. El aumento de la corriente de inducido hace que el motor se acelere. Entonces se restablecen las condiciones que establecieron la velocidad original y se mantiene la velocidad original.

 

Figura 2. Motor con derivación

La velocidad del motor con derivación varía poco con los cambios en la carga. Cuando toda la carga se quita, este toma una velocidad ligeramente superior a la velocidad con carga. Este motor es particularmente adecuado para su uso cuando se desea una velocidad constante y cuando no se necesita un alto par de arranque. O sea, si la carga del motor disminuye, el motor tiende a aumentar su velocidad. Sin embargo, la fuerza contra electromotriz aumenta. Esto significa que la corriente de inducido disminuye y la disminución de la corriente de inducido hace que disminuya la velocidad. La disminución de la carga y la disminución de la velocidad provocan una respuesta casi instantánea. Esto significa que la velocidad tiende a parecer constante o a tener una fluctuación tan leve que pasa desapercibida en la mayoría de los casos.

Con motores de cc se usan arrancadores que limitan la corriente de la armadura durante el arranque entre 125 y 200% de la corriente a plena carga. Debe tenerse cuidado de nunca abrir el circuito del campo de un motor en derivación que funcione sin carga o en vacio porque la velocidad del motor crecería sin limite hasta que el motor se destruyera.

(3) Motor de corriente continua compuesto

Un motor compuesto tiene dos devanados de campo. El motor compuesto es una combinación de los motores serie y con derivación.

Uno es un campo de derivación; está conectado en paralelo con el inducido. El otro es un campo en serie; está conectado en serie con el inducido. El campo de derivación le da al motor una ventaja de velocidad constante. El campo en serie le da la ventaja de poder desarrollar un gran par cuando el motor arranca bajo una carga pesada.

Figura 3. Motor compuesto

 

Un diagrama esquemático de un motor compuesto se muestra en la figura 3. El bobinado derivación se compone de muchas vueltas de alambre fino y está conectado en paralelo con el devanado del inducido. El devanado en serie consta de unas cuantas vueltas de alambre grueso y está conectado en serie con el devanado del inducido. El par de arranque es mayor que en el motor en derivación, pero menor que en el motor serie. La variación de la velocidad con la carga es menor que en un motor en bobinado en serie, pero mayor que en un motor en derivación. El motor compuesto se usa siempre que las características combinadas de motores serie y en derivación sean las requeridas.

Fig. Curvas características de un motor compuesto típico. Curvas velocidad-carga y par motor-carga

Hay dos tipos de motores compuestos, el de derivación larga y el de derivación corta. En la derivación larga, el campo de derivación está conectado en paralelo con el campo en serie y el inducido. En la derivación corta, el campo de derivación está a través del inducido y el campo en serie está en serie con esta disposición en paralelo (derivación).

Fig. 3a - Diagrama de motor de CC de devanado compuesto: (A) derivación larga; (B) derivación corta.

Fig. Curvas características comparativas de los motores en derivación, serie y compuesto.

 

 

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Armature factor , número de espiras del inducido
Armature grooves , ranuras del inducido
Armature hub , cubo del inducido
Armature inductor , hilo del inducido
Armature iron , hierro del inducido
Armature leakage , dispersión del inducido
Armature pawl , gatillo de armadura
Armature pocket , ranura del inducido
Armature reactance , reacción del inducido
Armature reaction , (motor controls - control de motores) reacción de armadura , reacción de inducido.  
Armature relay , relé de armadura. Los relés de armadura tienen armaduras pivotantes que activan los contactos eléctricos en respuesta a pequeñas señales de control (control signals).

Figura : relé de armadura

Armature rotation , rotación del inducido
Armature shoe , pieza polar del intercambiable
Armature slot , ranura del inducido
Armature spider , estrella del inducido
Armature spindle , eje del inducido
Armature stand , soporte para inducidos
Armature stray flux , flujo de dispersión en el inducido
Armature structure , cuerpo del inducido
Armature teeth , dientes del inducido
Armature tester (instruments) , probador de inducidos
Armature tooth , diente del inducido
Armature tunnel , inducido perforado
Armature varnish , barniz para inducidos
Armature wave , arrollamiento ondulado
Armature winding , arrollamiento del inducido , devanado del inducido
Armature , armadura , inducido , rotor. The movable component of an electric motor , which consists of a conductor wound around a laminated iron core and is used to create a magnetic field. Pieza móvil de un motor eléctrico , compuesta de un conductor devanado sobre un núcleo de hierro laminado y que se utiliza para producir un campo magnético. Double armature , inducido doble; ignition armature , inducido del encendido; radial armature , inducido radial , balanced armature , inducido centrado; bar wound armature , inducido de barras; boiler armature , accesorios de caldera; cylindrical armature , arrollamiento de tambor; disc armature , inducido de disco; double spoke armature , inducido de brazos dobles; drum armature , inducido al tambor; girder armature , inducido Siemens; H armature , inducido de doble T; hinged armature , inducido articulado; isthmus armature relay , relé de armadura estrangulada , milled armature , inducido fresado; radial coil armature , inducido de polos interiores; revolving armature , inducido giratorio; shuttle armature , inducido de doble T; tunnel armature , inducido de agujeros; two circuit armature , inducido de dos circuitos; wire wound armature , inducido devanado con alambre.

The rotating wire coils in motors and generators. It is also the moving part of a solenoid or relay , as well as the pole piece in a permanent magnet generator. El conjunto de bobinados giratorio se enrolla en motores y generadores.También es la parte móvil de un solenoide o relé , así como la pieza polar de un generador de imanes permanentes. Rotating part of an electric motor or generator. May also be the moving part of a relay , buzzer , or speaker. Parte giratoria de un motor o generador eléctrico. También puede ser la parte móvil de un relé , un zumbador o un altavoz.

 

The armature is constructed with a laminated core made of several thin iron stampings that are placed next to each other. Laminated construction is used because , in a solid iron core , the magnetic fields would generate eddy currents. These are counter voltajes induced in a core. They cause heat to build up in the core and waste energy. By using laminated construction , eddy currents in the core are minimized.

The slots on the outside diameter of the laminations hold the armature windings. The windings loop around the core and are connected to the commutator. Each commutator segment is insulated from the adjacent segments. A typical armature can have more tan 30 commutator segments.

A steel shaft is fitted into the center hole of the core laminations. The commutator is insulated from the shaft.

Two basic winding patterns are used in the armature: lap winding and wave winding. In the lap winding , the two ends of the winding are connected to adjacent commutator segments (see Figure ). In this pattern , the wires passing under a pole field have their current flowing in the same direction.

In the wave-winding pattern , each end of the winding connects to commutator segments that are 90 or 180 degrees apart (Figure ). In this pattern design , some windings will have no current fl ow at certain positions of armature rotation. This occurs because the segment ends of the winding loop are in contact with brushes that have the same polarity. The wave-winding pattern is the most commonly used due to its lower resistance.

El inducido está construido con un núcleo laminado hecho de varios estampados finos de hierro que se colocan uno al lado del otro. La construcción laminada se utiliza porque , en un núcleo de hierro sólido , los campos magnéticos generarían corrientes parásitas. Estos son contra voltajes inducidos en un núcleo. Producen la acumulación de calor en el núcleo y un desperdicio de energía. Mediante el uso de la construcción laminada , las corrientes parásitas en el núcleo se minimizan.

Las ranuras en el diámetro exterior de las laminaciones sostienen los devanados del inducido. Las espiras del bobinado se encuentran devanadas alrededor del núcleo y están conectadas al conmutador. Cada segmento del conmutador (bloque de delgas y carbones) está aislado de los segmentos adyacentes. Un inducido típico puede tener más de 30 segmentos de conmutador.

Un eje de acero va colocado en el orificio central de las laminaciones de núcleo. El conmutador se encuentra aislado del eje.

Se utilizan dos patrones básicos de bobinado en el inducido: bobinado imbricado y bobinado ondulado.

En el devanado imbricado , los dos extremos del devanado están conectados a segmentos de conmutador adyacentes (ver figuras). En este patrón , los cables que pasan por debajo de un campo polar tienen su corriente fluyendo en la misma dirección.

En el patrón de devanado ondulado , cada extremo del devanado se conecta a segmentos del conmutador que están separados 90 o 180 grados (Figura). En este patrón de diseño , algunos devanados no tendrán flujo de corriente en ciertas posiciones de rotación del inducido. Esto ocurre porque los extremos del segmento del circuito de bobinado están en contacto con escobillas que tienen la misma polaridad. El patrón de devanado ondulado es el más utilizado debido a su menor resistencia.

Armco iron (trademark) , hierro de alta pureza (contiene menos de 0.1% de impurezas)

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