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UNIVERSIDAD FERMIN TORO
                                                                                                          VOLUMEN I, Nº 1
MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA
R evi s ta vi r tua l : f un da m en to s d e I ng . E l éc tr i c a                                      DOMI NGO, 22/07/2012
IS M A E L B U R G O S , JO S E E M IL IO S A E R


Puntos de interés especial:
BASES DEL FUNCIONAMIENTO DE LOS MOTORES DE CORRIENTE DIRECTA


EL MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA (C.D.) Y LA "LEY DE LA FUERZA DE LORENTZ"


FORMA DE DETERMINAR LA POLARIDAD DE UN ELECTROIMÁN


PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA




MOTORES CORRIENTE DIRECTA
En todos los ámbitos de         emplean solamente mo-            Con respecto a varios
la vida moderna pode-           tores de corriente directa       tipos de electrodomésti-
mos encontrar hoy en            de pequeño tamaño, que           cos, en la mayoría de los
día muchos dispositivos         utilizan como fuente su-         casos son equipos que
y equipos que emplean           ministradora de corriente        se conectan directamen-
motores eléctricos de           eléctrica o fuerza electro-      te a la red de corriente        Vista interna de un pequeño
diversos modelos, tama-         motriz (F.E.M.)pilas, ba-        alterna (C.A.) de la casa,      motor de corriente directa
ños y potencias para rea-       tería, o un convertidor de       pero inmediatamente un          (C.D.) de 3 volt, alimentado
lizar un determinado tra-       corriente alterna en dire-       dispositivo electrónico         por dos pilas tipo AA, de 1 ½
bajo. Todos ellos, sin          cta. Podemos encontrar           interno, compuesto por          volt cada una, conectadas en
excepción, funcionan            pequeños motores de              un puente rectificador de       serie.
con corriente alterna           corriente directa instala-       cuatro diodos semicon-
(C.A.), o de lo contrario       dos en infinidad de apa-         ductores de silicio, con-
con corriente directa           ratos y dispositivos elec-       vierten esa corriente al-     Contenido:
(C.D.), conocida también        trodomésticos de funcio-         terna en corriente directa
como corriente continua         namiento eléctrico o             para que el motor o mo-       BASES DEL FUNCIONAMIENTO DE          2
(C.C.). Sin embargo, la         electrónico, como seca-          tores que contiene el         LOS MOTORES DE CORRIENTE DI-
                                                                                               RECTA
mayoría de los dispositi-       doras de pelo, herra-            equipo en cuestión pue-
vos y equipos que re-           mientas de mano, jugue-          dan funcionar adecuada-       EL MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA        3
                                                                                               (C.D.) Y LA "LEY DE LA FUERZA DE
quieren poca potencia           tes y en algunos meca-           mente                         LORENTZ"
para poner en funciona-         nismos de coches y otros
miento sus mecanismos           vehículos de transporte.                                       C ÓM O F U N CI ONA E N L A          3
                                                                                               P R Á CT I C A L A “ L E Y D E L A
                                                                                               F U E R Z A D E L OR E NT Z ”

                                                                                               FORMA DE DETERMINAR LA POLA-
                                                                                               RIDAD DE UN ELECTROIMÁN
                                                                                                                                    4

USO DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA EN LA VIDA DIARIA                                         PARTES QUE INTEGRAN UN MOTOR         4
                                                                                               COMÚN DE CORRIENTE DIRECTA
Se pueden encontrar             nilladores que funcionan         accionar los limpiapara-
motores eléctricos de           directamente con pilas,          brisas, elevalunas eléctri-   PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO          5
corriente directa instala-      baterías o convirtiendo la       cos, así como el ventila-     DEL MOTOR DE CORRIENTE DIRE-
                                                                                               CTA
dos en infinidad de apa-        corriente alterna (C.A.)         dor de refresco del motor
ratos y dispositivos            que toman de la red              de combustión interna de      FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR           6
domésticos, así como en         eléctrica doméstica en           gasolina o de petróleo.       COMÚN DE CORRIENTE DIRECTA

herramientas de mano.           corriente directa (C.D.).
Entre esos equipos se                                                                          TI P OS D E M OTOR E S DE C O-       7
pueden mencionar, por           Muchos coches y otros                                          R R I E N TE C ON TI N UA

ejemplo, desde secado-          vehículos de transporte
ras de pelo hasta destor-       utilizan también motores
                                de corriente directa para
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U N IV E R S IDA D F E R M IN T O R O

BA S ES D EL F UNC IONA MI ENT O D E L OS MO TOR ES D E C ORRIE NTE
DIRE CTA
Un pequeño motor común            una pieza completamente        sur “S”. Su característica
de     c orr i ent e dir ec t a   metálica u obtenida me-        principal radica en que pue-
(C.D.) basa su funciona-          diante un proceso de pulvi-    de atraer algunos metales,
miento en el rechazo que          metalurgia. Puede tener        así como a otro imán que le
se produce entre el campo         sección redonda, cuadrada,     enfrentemos, cuando los
magnético que rodea al            o rectangular y forma recta,   polos magnéticos son dife-
electroimán del rotor y el        curva, en herradura o semi-    rentes (como, por ejemplo,
campo magnético de un             herradura con diferentes       polo norte de un imán con
imán permanente colocado          longitudes. Su principal       polo sur de otro imán) o,
de forma fija en el cuerpo        propiedad es que posee         por el contrario, rechazarlo
d e l           m o t o r .       magnetismo permanente y        cuando sus polaridades           Ilustración de un imán perma-
                                  polaridad diferente en cada    son iguales (polo norte con      nente mostrando sus polos
Característica de los ima-        uno de sus extremos A uno      norte, o polo sur con sur).      norte-sur (N-S) y el campo
nes permanentes                   de los extremos del imán le                                     magnético que posee a su
                                                                                                  alrededor. El sentido de las
                                  corresponde el polo nor-                                        líneas de fuerza del campo
En la mayoría de los casos        te “N” y al otro, el polo                                       magnético del imán parten
un imán se compone de                                                                             siempre del polo norte “N” al
                                                                                                  polo sur “S”.

                                  B AS ES DEL FU NCI ON AMIE NTO D E L OS
                                  MO TOR ES DE C ORRIEN TE DIRE CT A
     La "magnetita" es el         Aunque desde tiempos inme-     unos casos, de forma tempo-      metales, mientras que los
               único imán         moriales se conocen los ima-   ral en otros o, por el contra-   que se magnetizan de forma
     permanente que se            nes naturales con magnetis-    rio, no sufrir ninguna altera-   temporal sólo conservarán
     puede encontrar de           mo permanente, desde hace      ción. Cualquier cambio que       un “magnetismo remanente”
                                  años en la mayoría de las      ocurra dependerá, exclusiva-     por un breve período de
     forma natural en La          aplicaciones prácticas se      mente, de la naturaleza del      tiempo; pasado unos pocos
       Tierra. Constituye         emplean imanes magnetiza-      metal expuesto al campo          segundos o minutos el mag-
               un mineral         dos de forma artificial.       m a g n é t i c o .              netismo remanente se pierde
       compuesto por un                                                                           por completo. Por último
                                  Cuando acercamos determi-      Resulta evidente que un me-      existen otros metales que no
              doble óxido
                                  nados metales al campo         tal que haya quedado mag-        son atraídos ni afectados por
             denominado           magnético de un imán (o        netizado de forma perma-         el magnetismo, por lo que
           "tetraoxido de         igualmente de un elec-         nente, generalmente mantie-      nunca quedan magnetiza-
                 trihierro"       troimán), estos pueden que-    ne el magnetismo de forma        dos.
                                  dar magnetizados también       indefinida y, por tanto, la
                                  de forma permanente en         propiedad de atraer otros


                                  BA S ES D EL F UNC IONA MI ENT O D E L OS MO TOR ES D E C ORRIE NTE
                                  DIRE CTA
                                  Característica    de    los    intensidad del campo             troimán provocará la apa-
                                  electroimanes                  magnético que crea la            rición de un polo magnéti-
                                                                 bobina cuando ésta se            co diferente en cada uno
                                  Los electroimanes en su        encuentra energizada, o          de sus extremos: uno nor-
                                  mayoría se componen de         sea,     c on e c t a d a a      te “N” y otro sur “S”, por
                                  un núcleo metálico com-        unafuente de fuerza elec-        lo que se comportará de
                                  puesto por una aleación        tromotriz (F.E.M.). De esa       la misma forma que lo
                                  de acero al silicio. Alrede-   forma el núcleo de hierro        hace un imán permanente
                                  dor de ese núcleo se en-       se convierte en un elec-
                                  rolla un alambre de cobre      t r o i m á n .
Atracción        o    repul-      desnudo (protegido por
sión    que    se    manifies-    una capa de barniz aislan-
ta cuando se.enfrentan las                                       El campo electromagnéti-
                                  te) formando una bobina.       co que acompaña al
polaridades diferentes o igua-
                                  La función del núcleo          núcleo metálico del elec-
les de un imán.permanente.
                                  metálico es reforzar la
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                                                                                                                                  VOLU ME N 1, N º 1




                                      E L M O T OR D E C ORR I E N T E DI R E CT A ( C.D .) Y LA " L EY D E LA
                                      F U ER Z A D E L O R E NT Z "
                                      La “Ley de la Fuerza de                 de Lorentz” empleando la
                                                                                                                      jo    magnético. “      ” del
                                      Lorentz”, descubierta por el            “Regla de la mano izquier-
                                      físico-matemático holandés                                                      imán permanente (del polo.
                                                                              da”
                                      Hendrik Antoon Lorentz                                                          norte al polo sur), el dedo
                                      (1853-1928), postula que                La “Ley de la Fuerza de                 medio señalando el sentido
                                      cuando una partícula carga-             Lorentz” se puede demos-                de circulación de la corriente
                                      da eléctricamente se mueve              trar empleando la “Regla de             eléctrica “I”a. través del
                                      dentro de un campo magné-               la     m ano      izqui er-             cable conductor creando un
                                      tico experimenta una fuerza             da” propuesta por el físico e           campo. electromagnético a
                                      perpendicular a la dirección            ingeniero eléctrico británi-            su alrededor y, finalmente,
                                      de ese movimiento y per-                co John Ambrose Fle-                    el dedo pulgar señalando
Ilustración de la "Regla
                                                                              ming.(1849-1945). En esta               en     la. dirección “F” en
de la mano izquierda".                pendicular, a su vez, a la
                                      dirección del flujo del campo           ilustración se puede obser-             la que se moverá el ca-
                                                                              var el dedo índice de la                ble cuando su campo elec-
                                      magnético.
                                                                              mano izquierda señalan-                 tromagnético interactúe con
                                      Demostración de cómo                    do.en.la dirección que tie-             el    campo        magnéti-
                                      actúa la “Ley de la fuerza              nen las líneas de flu-                  co del imán permanente.


E L M O T OR D E C ORR I E N T E DI R E CT A ( C.D .) Y LA " L EY D E LA
F U ER ZA D E L O R E NT Z "

Regla de la mano dere-                alrededor, cuyas líneas de              za se emplea la “Regla                   La ley de la fuerza
cha” para determinar el               fuerza aparecen siguien-                de la mano derecha”.
sentido de las líneas de              do el mismo sentido de                  Como se puede observar                   de Lorentz junto a
fuerza    del     cam po              las agujas del reloj, o en              en la ilustración, mientras              la regla de la mano
magnético alrededor de                sentido contrario, según                esa mano agarra el cable
un cable por el que cir-              sea la polaridad de la                  conductor y el dedo índice
                                                                                                                       derecha forman un
cula la corriente eléctri-            fuente de fuerza electro-               apunta en el mismo senti-                principio para el
ca.                                   motriz (F.E.M.) que tenga               do que circula la corriente,
                                      conectada suministrándo-                la posición de los cuatro
                                                                                                                       funcionamientos de
Cuando la corriente eléc-             le la corriente eléctrica.              dedos restantes indicará                 las distintas
trica circula o fluye por un          Para determinar en cada                 cuál es el. sentido de las
cable conductor, se crea              caso en que sentido se                  líneas de fuerza que rode-
                                                                                                                       variables de
un campo magnético a su               crean esas líneas de fuer-              an al cable.                             funcionamiento.
C Ó M O F U N CI O N A E N LA PRÁ C T IC A LA “ LE Y D E LA F U E RZA D E
L O R E N TZ ”

En la parte izquierda de esta ilus-   i       m        á         n        .   a la pila o batería, o hasta que se
tración se pueden observar dos                                                invierta la polaridad de ésta en el
polos magnéticos pertenecientes a     En la parte central de la ilustración   c    i r     c     u i t       o   .
un imán permanente (polo nor-         se ha conectado una pila o batería
te “N” y polo sur “S”). Las flechas   a los dos extremos del alambre de       En la parte derecha de la misma
de color violeta representan la       cobre para energizarlo. La flecha       ilustración se puede comprobar
dirección del flujo del campo         de color rojo nos indica el sentido     que al variar la posición de la pila
magnético del imán permanente,        convencional en que circula             y, por tanto, la polaridad de la
moviéndose del polo norte al polo     lacorriente eléctrica a través del      conexión del alambre al circuito,
sur. Entre los dos polos magnéti-     alambre (suministrada por la ba-        éste se mueve hacia la derecha.
cos se ha colocado una especie        tería), mientras la flecha verde        Esa posición la mantendrá tam-
de trapecio compuesto por un          indica la dirección en la que será      bién durante todo el tiempo que se
simple alambre de cobre suspen-       rechazado o empujado el alambre,        encuentre conectado a la pila o
dido de un aditamento de color        o sea, hacia la izquierda obede-        batería, o hasta que se invierta de
negro (no conductor de la corrien-    ciendo a la “Ley de la fuerza de        nuevo la polaridad en el circuito y
te), que le permite al alambre        Lorentz”. La dirección de ese           retorne otra vez a la posición
balancearse libremente. Como          movimiento se puede determinar          izquierda. En caso que desconec-
todavía el alambre no se ha co-       aplicando la “Regla de la Mano          temos la pila o batería del circuito,
nectado a la corriente eléctrica no   Izquierda”. Esa posición que ad-        el alambre retornará a la posición
se encuentra energizado, perma-       quiere el alambre la mantendrá así      de reposo que mantenía al princi-
neciendo en posición de reposo        durante todo el tiempo que se           pio antes de ser energizado.
suspendido entre los dos polos del    encuentre energizado o conectado
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 U N IV E R S IDA D F E R M IN T O R O


 FOR M A D E D ET E RMI N AR L A POL ARI D AD D E UN EL E C TR OIMÁN
 La “Regla de la mano de-          nistra la corriente eléctri-     bobina, unido al sentido
 recha” permite determinar         ca para energizarla. Se-         del recorrido de la corrien-
 la polaridad que adquiere         guidamente, y aplicando          te eléctrica a través de las
 el núcleo metálico de un          la “Regla de la mano de-         espiras de ese alambre
 electroimán cuando se             recha”, se puede determi-        (asumiendo el sentido
 encuentra energizado.             nar qué polo adquirirá el        convencional de recorrido
 Para ello será necesario          electroimán en cada uno          de la corriente), determina
 observar la forma en que          de sus extremos                  qué polo magnético se
 se encuentran enrolladas                                           creará en cada uno de
 las espiras de alambre de         La forma en que se en-           sus extremos.
 cobre sobre el núcleo y           cuentran enrolladas las
 cuál es la polaridad de la        vueltas de alambre de
 fuente de fuerza electro-         cobre que envolviendo al
 motriz (FEM) que le sumi-         núcleo metálico del elec-
                                   troimán para formar una



                                   P A R T E S Q U E I N TE G R A N U N M O T OR C OM Ú N D E C OR RI E N T E
                                   DIR ECTA
                                   Carcasa metálica o cuer-         silicio, troqueladas con forma   Colector       o conmuta-
                                   po del motor. Aloja en su        circular y montadas en un        dor. Situado en uno de los
                                   interior, de forma fija, dos     mismo eje con sus correspon-     extremos del eje del rotor, se
                                   imanes permanentes con for-      dientes bobinas de alambre de    compone de un anillo desli-
                                   ma de semicírculo, con sus       cobre, que lo convierten en      zante seccionado en dos o
                                   correspondientes polos norte     un electroimán giratorio. Por    más segmentos. Generalmen-
                                   y sur                            norma general el rotor de la     te el colector de los pequeños
                                                                    mayoría de los pequeños mo-      motores comunes de C.D. se
                                                                    tores de C.D. se compone de      divide en tres segmentos.
                                                                    tres enrollados o bobinas que
                                   Rotor o parte giratoria
                                                                    crean tres polos magnéticos.
                                   del motor. Se compone de
Partes de un pequeño motor                                          Los extremos de cada una de
                                   una estructura metálica for-
                                                                    esas bobinas se encuentran
común de corriente directa.        mada por un conjunto de
                                                                    conectados a diferentes seg-
                                   chapas o láminas de acero al
                                                                    mentos del colector

P A R TE S Q U E I N T E GRA N U N M O T OR C OM Ú N D E C ORR I E N T E
D IR E C TA


• Escobillas. Representan        para energizar el elec-          del cuerpo o carcasa del
dos contactos que pueden         troimán. En los pequeños         motor. En su cara interna se
ser metálicos en unos casos,     motores las escobillas nor-      encuentran situadas las es-
o compuesto por dos piezas       malmente se componen de          cobillas de forma fija. El mo-
de carbón en otros. Las es-      dos piezas o flejes metálicos    tor de esta foto utiliza en
cobillas constituyen contac-     que se encuentran fijos en la    función de escobillas dos
tos eléctricos que se desli-     tapa que cierra la carcasa o     flejes metálicos.
zan por encima de los seg-       cuerpo del motor
mentos del colector mien-
tras estos giran. Su misión es
suministrar a la bobina o        • Tapa de la carca-
bobinas del rotor a través       sa (izquierda en la foto). Es
del colector, la corriente       la tapa que se emplea para
eléctrica directa necesaria      cerrar uno de los extremos
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                                                                                                                 VOLU ME N 1, N º 1




                                  P R I N C IP I O D E F U N C I O NAM I EN T O DE L M O T OR D E C O RRI E N T E
                                  D IR E C TA
                                  El principio de funciona-         girar libremente entre los        electroimán giratorio coin-
                                  miento de los motores             polos magnéticos norte y          ciden, se produce un re-
                                  eléctricos de corriente           sur del imán permanente           chazo y un torque magné-
                                  directa o continua se basa        situado dentro de la car-         tico o par de fuerza que
                                  en la repulsión que ejer-         casa o cuerpo del motor.          provoca que el rotor rom-
                                  cen los polos magnéticos                                            pa la inercia y comience a
                                  de un imán permanente             Cuando la corriente eléc-         girar sobre su eje en el
                                  cuando, de acuerdo con            trica circula por la bobina       mismo sentido de las ma-
                                  la Ley de Lorentz, inter-         de este electroimán gira-         necillas del reloj en unos
                                  actúan con los polos              torio, el campo electro-          casos, o en sentido con-
                                  magnéticos de un elec-            magnético que se genera           trario, de acuerdo con la
                                  troimán que se encuentra          interactúa con el campo           forma que se encuentre
                                  montado en un eje. Este           magnético del imán per-           conectada al circuito la
                                  electroimán se denomina           manente. Si los polos del         pila o la batería
                                  “rotor” y su eje le permite       imán permanente y del




F U N C I Ó N D E L C O L E C T O R O C O N MU T AD O R E N E L MO T O R D E C . D .
En el motor de corriente dire-    mento van a ser iguales, se       el electroimán gira media          la función del
cta el colector o conmutador      produce un rechazo constante      vuelta y pasa por la zona neu-     colector es permitir
sirve para conmutar o cambiar     entre.ambos, lo que permite al    tra, momento en que sus po-
constantemente.el sentido de      rotor mantenerse girando          los cambian para que se pue-
                                                                                                       el cambio
circulación de la corriente       ininterrumpidamente sobre su      da mantener el rechazo que         constante de
eléctrica a través del enrolla-   eje durante. todo el.tiempo       proporciona el imán perma-         polaridad de la
do de la bobina del rotor ca-     que se encuentre conectado a      nente. Esto permitirá que el
da vez.que completa media         la corriente eléctrica            electroimán del rotor se man-      corriente en la
vuelta. De esa forma el polo                                        tenga girando constantemente       bobina del
norte del electroimán coinci-     la función del colector es per-   durante todo el tiempo que la
                                  mitir el cambio constante de                                         electroimán del
dirá siempre con el tam-                                            batería o fuente de fuerza
bién.polo. norte del imán per-    polaridad de la corriente en la   electromotriz (F.E.M.) se man-     rotor para que sus
manente y el polo sur con el      bobina del electroimán del        tenga conectada al circuito del    polos cambien
polo sur del propio imán. Al      rotor para que sus polos cam-     motor, suministrándole co-
coincidir siempre dos.polos       bien constantemente. Este         rriente eléctrica.
                                                                                                       constantemente
magnéticos, que en todo mo-       cambio ocurre cada vez que




F U N C I Ó N D E L C O L E C T O R O C O N MU T AD O R E N E L MO T O R D E C . D .
En esta      ilustración se       vo "+" al polo negativo "–        “Regla de la mano izquier-
muestra, de forma es-             " de la batería, según indi-      da” se puede determinar
quemática y simplificada,         can las flechas negras),          que esa mitad de la espira
un motor común de co-             cuando en la mitad iz-            se moverá hacia abajo
rriente directa (C.D.) con        quierda de la espira de           (flecha verde izquierda).
un rotor formado por una          color rojo se forma el polo       Por otra parte, en la mitad
simple bobina de una sola         norte “N” coincidiendo            derecha (de color azul)
espira de color rojo y azul,      con la misma polaridad            ocurrirá lo mismo, pero a
para diferenciar cada mi-         del campo magnético del           la inversa, por lo que apli-
tad. Si seguimos el reco-         imán permanente fijo al           cando la propia regla
rrido de la corriente eléc-       cuerpo del motor, se pro-         comprobaremos que se
trica (I) asumiendo que           duce una fuerza de recha-         moverá hacia arriba
fluye en el sentido con-          zo entre ambos polos              (flecha verde derecha).
vencional (del polo positi-       iguales. Si aplicamos la
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 U N IV E R S IDA D F E R M IN T O R O

 F UN CI O NA MI EN T O DE UN M OT OR C OM ÚN D E C ORRI E NT E
 D IRE C TA
 La siguiente figura mues-          troimán que a modo de               cobilla derecha y el polo
 tra, de forma animada, el          rotor gira entre los polos          negativo (–) a la escobilla
 funcionamiento de un mo-           magnéticos del imán per-            izquierda. Cada escobilla
 tor común bipolar de co-           manente. En el eje del              hace pleno contacto con
 rriente directa. Como se           rotor se muestra un colec-          las secciones del colector,
 puede observar, éste               tor dividido en dos seg-            incluso mientras el rotor
 consta de un imán perma-           mentos y dos escobillas             se encuentra girando.
 nente en forma de semi-            haciendo contacto con los
 círculo, dividido en dos           mismos. La batería se
 partes fijas al cuerpo del         encuentra conectada de
 motor. La parte de color           tal forma que la corriente
 rojo del imán corresponde          eléctrica fluye en el senti-
 al polo norte “N” y la azul        do convencional con el                                                 Animación de un motor común
 al polo sur “S”. También           p o l o       p o s i t i -                                            de corriente directa C.D. con
 encontramos un elec-               vo (+) conectado a la es-                                              rotor formado por dos polos
                                                                                                           (rotor bipolar).


                                    F UNC ION AMIENT O DE UN M OTO R COM ÚN DE CO RR IENTE
                                    DI RECT A
      De acuerdo con la Ley
                                    Como la bobina del rotor            con el signo (+), recorre            la parte correspondiente a
      de Lorentz y aplicando
                                    se encuentra conectada a            las espiras correspondien-           las espiras de color rojo,
       la “Regla de la mano
                                    ambos segmentos del                 tes a esa mitad de la bobi-          el electroimán adquiere
        izquierda” podremos
                                    colector, éste se energiza          na del electroimán (de               polaridad norte “N” en
          comprobar que, en
                                    con la corriente eléctrica          color rojo) y continúa re-           ese extremo y polaridad
         esas condiciones, el
                                    directa que suministra la           corriendo las espiras de la          sur“S” en el extremo
        electroimán del rotor
                                    fuente de fuerza electro-           mitad derecha (de color              opuesto representado por
            comienza a girar
                                    motriz (F.E.M.) (en este            azul) para retornar, final-          las espiras de color azul
             debido al torque
                                    caso la batería), que le            mente, a la batería por su
           magnético que se
                                    llega a través de las esco-         polo      n eg ati vo   (–
          produce en sentido
                                    billas. De esa forma la             ), completando así el cir-
               contrario a las
                                    corriente la recibe el co-          cuito eléctrico del motor
          manecillas del reloj
                                    lector a través de la esco-         Cuando la corriente eléc-
                                    billa izquierda identificada        trica comienza a fluir por


                                    Cada vez que el electroimán         que los segmentos del colector       permanente, permitiendo que
                                    del rotor da media vuelta y         pasan a ocupar la posición           el rotor gire ininterrumpida-
                                    alcanza la posición vertical o      opuesta a la que tenían. En          mente durante todo el tiempo
                                    neutra, los segmentos del           esta nueva posición la bobina        que la fuente de fuerza elec-
                                    colector (que giran también de      se vuelve a energizar, pero al       tromotriz (F.E.M.) se manten-
                                    forma conjunta con el rotor         cambiar la polaridad de la           ga conectada al circuito eléctri-
                                    cambiando constantemente su         corriente eléctrica que le sumi-     c o      d e l     m o t o r .
                                    posición), dejan de hacer con-      nistra el colector, los polos
                                    tacto con las escobillas. En        magnéticos en cada extremo           Como se puede apreciar en la
                                    esa posición el suministro de       del electroimán del rotor tam-       propia ilustración, de acuerdo
                                    corriente eléctrica a las espiras   b i é n       c a m b i a n .        con la forma en que se en-
                                    de la bobina cesa, por lo que                                            cuentra conectada la batería,
Motor común de corriente dire-      el campo electromagnético           El cambio constante de polari-       el rotor gira en contra de las
cta C.D. con rotor formado por      desaparece por completo por         dad de la corriente en la bobi-      manecillas del reloj. Ahora
tres polos (rotor tripolar) y co-   unos instantes. La fuerza de        na permite que los polos del         bien, si queremos que gire en
lector seccionado en tres par-      inercia o impulso que mantie-       electroimán sean siempre los         sentido contrario, sólo será
tes o segmentos. Este tipo de       ne el electroimán al llegar a la    mismos a cada lado del eje del       necesario cambiar la conexión
rotor es el más empleado en         posición neutra permite que         rotor. Así pueden ser rechaza-       invirtiendo nosotros mismos su
los motores de corriente dire-      continúe girando y sobrepase        dos una y otra vez por los           polaridad
cta de pequeño tamaño               ese punto de inmediato, por lo      polos magnéticos del imán
Página 7


                                                                                                                     VOLU ME N 1, N º 1




                                   TIPOS DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA
                                                                      ejerc en tracción s obre un
                                   El motor de corriente conti-
                                                                      riel. Estos motores se cono-      cesos. Pero con la llegada
                                   nua es una máquina
                                                                      cen como motores lineales.        de la electrónica su uso ha
                                   que c onvierte la energía
                                                                                                        disminuido en gran medida,
                                   eléctrica continua en mecáni-      Esta máquina de corriente
                                                                                                        pues los motores de corrien-
                                   c a, provoc ando un m ovi-         continua es una de las más
                                                                                                        te alterna, del tipo asíncrono,
                                   miento rotatorio. En la actua-     versátiles en la industria. Su
                                                                                                        pueden ser controlados de
                                   lidad existen nuevas aplica-       fácil control de posición, paro
                                                                                                        igual forma a precios más
                                   ciones conmotores eléctri-         y velocidad la han convertido
                                                                                                        accesibles para el consumi-
                                   cos que no producen movi-          en una de las mejores opcio-
                                                                                                        dor medio de la industria.
                                   miento rotatorio, sino que         nes en aplicaciones de con-
                                   con algunas modificaciones,        trol y automatización de pro-
Diversos motores eléctricos




 TIPOS DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA
 A pesar de esto los moto-         continua se clasifican             Motor eléctrico sin es-            Los tipos de
 res de corriente continua         según la forma como
                                                                      cobillas                           motores son muy
 se siguen utilizando en           estén conectados, en:                                                 variados cada uno
 muchas aplicaciones de            Motor serie
                                                                      En este mismo sentido los
                                                                      motores se pueden clasifi-
                                                                                                         de ellos tiene
 potencia (trenes y tranv-                                            car también según su ex-           aplicaciones y usos
                                                                      citación,
 ías) o de precisión               Motor compound
                                                                                                         especiales
                                                                      Motores de exitacion
 (máquinas, micro moto-                                               independiente
 res, etc.)
                                   Motor shunt                        Motores autoexitados

 Los motores de corriente



 OPINIÓN
 El uso de los motores eléctri-    motores eléctricos viene a         te importantes para el uso de
 cos en la industria como en la    constituir un gran reto y for-     la humanidad.
 vida cotidiana ha pasado a ser    ma parte de la evolución pro-
 una verdadera revolución,         pia de la historia, los motores
 puesto que el uso de la energ-    eléctrico constituyen una
 ía y de el trabajo a sido estu-   nueva forma de energía que
 diado desde siempre para          trae múltiples ventajas, mayor
 poder dar potencia a los arte-    energía y mayor potencia,
 factos, equipos y maquinarias     mayor rapidez en la ejecución
 que el hombre ha venido for-      de tareas y mayor rendimien-
 mando a lo largo de la histo-     to en los procesos producti-
 ria, ocurre pues que luego el     vos, la electricidad es la prin-
 amplio uso del vapor en la        cipal fuente de energía del
 historia como fuente para la      planeta y su uso hace de los
 maquinaria la creación de los     motores eléctricos sumamen-
UNIVERSIDAD FERMIN TORO



RE VI S T A V IRT U AL F UN D A M EN T O S
DE I N G EN IE R I A EL EC TR I CA



ISMAEL BURGOS
JOSE EMILIO SAER




  MOTORES DE
  CORRIENTE
  CONTINUA




LOS MOTORES ELECTRICOS… Y DEJA
ATRÁS EL TRABAJO MECANICO


USO DE LOS MOTORES ELECTRICOS
En algunos equipos de           funciona también sin esco-     do de forma fija en la car-
oficina podemos encontrar       billas, lo emplean los escá-   casa o cuerpo del motor,
pequeños motores de C.D.        neres para mover la            mientras el imán perma-
en función de ventiladores      lámpara interna que barre      nente pasa a ser el rotor.
para refrescar, por ejem-       e ilumina las imágenes
plo,      el interior de        que deseamos digitalizar,
los ordenadores y otros         las impresoras láser y de
equipos periféricos. Sin        tinta para mover el papel y
embargo, esos motores           sus rodillos internos, las
poseen características          grabadoras-lectoras para
diferentes a los comunes        hacer girar los discos de
de C.D. ya explicados,          CDs y DVDs, así como
pues funcionan “sin esco-       otros dispositivos periféri-
billas”. Igualmente se fabri-   cos para mover sus meca-
can infinidad de juguetes       nismos internos.
que se mueven emplean-
do motores de ese tipo          La diferencia principal en-
Otros equipos de oficina        tre los motores comunes
utilizan un tipo de motor de    de C.D. y los motores “sin
C.D. diferente al común y       escobillas” y “paso a paso”
al de tipo “sin escobillas” y   radica en que el elec-
se denomina “paso a pa-         troimán de estos dos últi-
so”. Este otro motor, que       mos se encuentra coloca-

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Revista ismael, jose emilio

  • 1. UNIVERSIDAD FERMIN TORO VOLUMEN I, Nº 1 MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA R evi s ta vi r tua l : f un da m en to s d e I ng . E l éc tr i c a DOMI NGO, 22/07/2012 IS M A E L B U R G O S , JO S E E M IL IO S A E R Puntos de interés especial: BASES DEL FUNCIONAMIENTO DE LOS MOTORES DE CORRIENTE DIRECTA EL MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA (C.D.) Y LA "LEY DE LA FUERZA DE LORENTZ" FORMA DE DETERMINAR LA POLARIDAD DE UN ELECTROIMÁN PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA MOTORES CORRIENTE DIRECTA En todos los ámbitos de emplean solamente mo- Con respecto a varios la vida moderna pode- tores de corriente directa tipos de electrodomésti- mos encontrar hoy en de pequeño tamaño, que cos, en la mayoría de los día muchos dispositivos utilizan como fuente su- casos son equipos que y equipos que emplean ministradora de corriente se conectan directamen- motores eléctricos de eléctrica o fuerza electro- te a la red de corriente Vista interna de un pequeño diversos modelos, tama- motriz (F.E.M.)pilas, ba- alterna (C.A.) de la casa, motor de corriente directa ños y potencias para rea- tería, o un convertidor de pero inmediatamente un (C.D.) de 3 volt, alimentado lizar un determinado tra- corriente alterna en dire- dispositivo electrónico por dos pilas tipo AA, de 1 ½ bajo. Todos ellos, sin cta. Podemos encontrar interno, compuesto por volt cada una, conectadas en excepción, funcionan pequeños motores de un puente rectificador de serie. con corriente alterna corriente directa instala- cuatro diodos semicon- (C.A.), o de lo contrario dos en infinidad de apa- ductores de silicio, con- con corriente directa ratos y dispositivos elec- vierten esa corriente al- Contenido: (C.D.), conocida también trodomésticos de funcio- terna en corriente directa como corriente continua namiento eléctrico o para que el motor o mo- BASES DEL FUNCIONAMIENTO DE 2 (C.C.). Sin embargo, la electrónico, como seca- tores que contiene el LOS MOTORES DE CORRIENTE DI- RECTA mayoría de los dispositi- doras de pelo, herra- equipo en cuestión pue- vos y equipos que re- mientas de mano, jugue- dan funcionar adecuada- EL MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA 3 (C.D.) Y LA "LEY DE LA FUERZA DE quieren poca potencia tes y en algunos meca- mente LORENTZ" para poner en funciona- nismos de coches y otros miento sus mecanismos vehículos de transporte. C ÓM O F U N CI ONA E N L A 3 P R Á CT I C A L A “ L E Y D E L A F U E R Z A D E L OR E NT Z ” FORMA DE DETERMINAR LA POLA- RIDAD DE UN ELECTROIMÁN 4 USO DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA EN LA VIDA DIARIA PARTES QUE INTEGRAN UN MOTOR 4 COMÚN DE CORRIENTE DIRECTA Se pueden encontrar nilladores que funcionan accionar los limpiapara- motores eléctricos de directamente con pilas, brisas, elevalunas eléctri- PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO 5 corriente directa instala- baterías o convirtiendo la cos, así como el ventila- DEL MOTOR DE CORRIENTE DIRE- CTA dos en infinidad de apa- corriente alterna (C.A.) dor de refresco del motor ratos y dispositivos que toman de la red de combustión interna de FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR 6 domésticos, así como en eléctrica doméstica en gasolina o de petróleo. COMÚN DE CORRIENTE DIRECTA herramientas de mano. corriente directa (C.D.). Entre esos equipos se TI P OS D E M OTOR E S DE C O- 7 pueden mencionar, por Muchos coches y otros R R I E N TE C ON TI N UA ejemplo, desde secado- vehículos de transporte ras de pelo hasta destor- utilizan también motores de corriente directa para
  • 2. Página 2 U N IV E R S IDA D F E R M IN T O R O BA S ES D EL F UNC IONA MI ENT O D E L OS MO TOR ES D E C ORRIE NTE DIRE CTA Un pequeño motor común una pieza completamente sur “S”. Su característica de c orr i ent e dir ec t a metálica u obtenida me- principal radica en que pue- (C.D.) basa su funciona- diante un proceso de pulvi- de atraer algunos metales, miento en el rechazo que metalurgia. Puede tener así como a otro imán que le se produce entre el campo sección redonda, cuadrada, enfrentemos, cuando los magnético que rodea al o rectangular y forma recta, polos magnéticos son dife- electroimán del rotor y el curva, en herradura o semi- rentes (como, por ejemplo, campo magnético de un herradura con diferentes polo norte de un imán con imán permanente colocado longitudes. Su principal polo sur de otro imán) o, de forma fija en el cuerpo propiedad es que posee por el contrario, rechazarlo d e l m o t o r . magnetismo permanente y cuando sus polaridades Ilustración de un imán perma- polaridad diferente en cada son iguales (polo norte con nente mostrando sus polos Característica de los ima- uno de sus extremos A uno norte, o polo sur con sur). norte-sur (N-S) y el campo nes permanentes de los extremos del imán le magnético que posee a su alrededor. El sentido de las corresponde el polo nor- líneas de fuerza del campo En la mayoría de los casos te “N” y al otro, el polo magnético del imán parten un imán se compone de siempre del polo norte “N” al polo sur “S”. B AS ES DEL FU NCI ON AMIE NTO D E L OS MO TOR ES DE C ORRIEN TE DIRE CT A La "magnetita" es el Aunque desde tiempos inme- unos casos, de forma tempo- metales, mientras que los único imán moriales se conocen los ima- ral en otros o, por el contra- que se magnetizan de forma permanente que se nes naturales con magnetis- rio, no sufrir ninguna altera- temporal sólo conservarán puede encontrar de mo permanente, desde hace ción. Cualquier cambio que un “magnetismo remanente” años en la mayoría de las ocurra dependerá, exclusiva- por un breve período de forma natural en La aplicaciones prácticas se mente, de la naturaleza del tiempo; pasado unos pocos Tierra. Constituye emplean imanes magnetiza- metal expuesto al campo segundos o minutos el mag- un mineral dos de forma artificial. m a g n é t i c o . netismo remanente se pierde compuesto por un por completo. Por último Cuando acercamos determi- Resulta evidente que un me- existen otros metales que no doble óxido nados metales al campo tal que haya quedado mag- son atraídos ni afectados por denominado magnético de un imán (o netizado de forma perma- el magnetismo, por lo que "tetraoxido de igualmente de un elec- nente, generalmente mantie- nunca quedan magnetiza- trihierro" troimán), estos pueden que- ne el magnetismo de forma dos. dar magnetizados también indefinida y, por tanto, la de forma permanente en propiedad de atraer otros BA S ES D EL F UNC IONA MI ENT O D E L OS MO TOR ES D E C ORRIE NTE DIRE CTA Característica de los intensidad del campo troimán provocará la apa- electroimanes magnético que crea la rición de un polo magnéti- bobina cuando ésta se co diferente en cada uno Los electroimanes en su encuentra energizada, o de sus extremos: uno nor- mayoría se componen de sea, c on e c t a d a a te “N” y otro sur “S”, por un núcleo metálico com- unafuente de fuerza elec- lo que se comportará de puesto por una aleación tromotriz (F.E.M.). De esa la misma forma que lo de acero al silicio. Alrede- forma el núcleo de hierro hace un imán permanente dor de ese núcleo se en- se convierte en un elec- rolla un alambre de cobre t r o i m á n . Atracción o repul- desnudo (protegido por sión que se manifies- una capa de barniz aislan- ta cuando se.enfrentan las El campo electromagnéti- te) formando una bobina. co que acompaña al polaridades diferentes o igua- La función del núcleo núcleo metálico del elec- les de un imán.permanente. metálico es reforzar la
  • 3. Página 3 VOLU ME N 1, N º 1 E L M O T OR D E C ORR I E N T E DI R E CT A ( C.D .) Y LA " L EY D E LA F U ER Z A D E L O R E NT Z " La “Ley de la Fuerza de de Lorentz” empleando la jo magnético. “ ” del Lorentz”, descubierta por el “Regla de la mano izquier- físico-matemático holandés imán permanente (del polo. da” Hendrik Antoon Lorentz norte al polo sur), el dedo (1853-1928), postula que La “Ley de la Fuerza de medio señalando el sentido cuando una partícula carga- Lorentz” se puede demos- de circulación de la corriente da eléctricamente se mueve trar empleando la “Regla de eléctrica “I”a. través del dentro de un campo magné- la m ano izqui er- cable conductor creando un tico experimenta una fuerza da” propuesta por el físico e campo. electromagnético a perpendicular a la dirección ingeniero eléctrico británi- su alrededor y, finalmente, de ese movimiento y per- co John Ambrose Fle- el dedo pulgar señalando Ilustración de la "Regla ming.(1849-1945). En esta en la. dirección “F” en de la mano izquierda". pendicular, a su vez, a la dirección del flujo del campo ilustración se puede obser- la que se moverá el ca- var el dedo índice de la ble cuando su campo elec- magnético. mano izquierda señalan- tromagnético interactúe con Demostración de cómo do.en.la dirección que tie- el campo magnéti- actúa la “Ley de la fuerza nen las líneas de flu- co del imán permanente. E L M O T OR D E C ORR I E N T E DI R E CT A ( C.D .) Y LA " L EY D E LA F U ER ZA D E L O R E NT Z " Regla de la mano dere- alrededor, cuyas líneas de za se emplea la “Regla La ley de la fuerza cha” para determinar el fuerza aparecen siguien- de la mano derecha”. sentido de las líneas de do el mismo sentido de Como se puede observar de Lorentz junto a fuerza del cam po las agujas del reloj, o en en la ilustración, mientras la regla de la mano magnético alrededor de sentido contrario, según esa mano agarra el cable un cable por el que cir- sea la polaridad de la conductor y el dedo índice derecha forman un cula la corriente eléctri- fuente de fuerza electro- apunta en el mismo senti- principio para el ca. motriz (F.E.M.) que tenga do que circula la corriente, conectada suministrándo- la posición de los cuatro funcionamientos de Cuando la corriente eléc- le la corriente eléctrica. dedos restantes indicará las distintas trica circula o fluye por un Para determinar en cada cuál es el. sentido de las cable conductor, se crea caso en que sentido se líneas de fuerza que rode- variables de un campo magnético a su crean esas líneas de fuer- an al cable. funcionamiento. C Ó M O F U N CI O N A E N LA PRÁ C T IC A LA “ LE Y D E LA F U E RZA D E L O R E N TZ ” En la parte izquierda de esta ilus- i m á n . a la pila o batería, o hasta que se tración se pueden observar dos invierta la polaridad de ésta en el polos magnéticos pertenecientes a En la parte central de la ilustración c i r c u i t o . un imán permanente (polo nor- se ha conectado una pila o batería te “N” y polo sur “S”). Las flechas a los dos extremos del alambre de En la parte derecha de la misma de color violeta representan la cobre para energizarlo. La flecha ilustración se puede comprobar dirección del flujo del campo de color rojo nos indica el sentido que al variar la posición de la pila magnético del imán permanente, convencional en que circula y, por tanto, la polaridad de la moviéndose del polo norte al polo lacorriente eléctrica a través del conexión del alambre al circuito, sur. Entre los dos polos magnéti- alambre (suministrada por la ba- éste se mueve hacia la derecha. cos se ha colocado una especie tería), mientras la flecha verde Esa posición la mantendrá tam- de trapecio compuesto por un indica la dirección en la que será bién durante todo el tiempo que se simple alambre de cobre suspen- rechazado o empujado el alambre, encuentre conectado a la pila o dido de un aditamento de color o sea, hacia la izquierda obede- batería, o hasta que se invierta de negro (no conductor de la corrien- ciendo a la “Ley de la fuerza de nuevo la polaridad en el circuito y te), que le permite al alambre Lorentz”. La dirección de ese retorne otra vez a la posición balancearse libremente. Como movimiento se puede determinar izquierda. En caso que desconec- todavía el alambre no se ha co- aplicando la “Regla de la Mano temos la pila o batería del circuito, nectado a la corriente eléctrica no Izquierda”. Esa posición que ad- el alambre retornará a la posición se encuentra energizado, perma- quiere el alambre la mantendrá así de reposo que mantenía al princi- neciendo en posición de reposo durante todo el tiempo que se pio antes de ser energizado. suspendido entre los dos polos del encuentre energizado o conectado
  • 4. Página 4 U N IV E R S IDA D F E R M IN T O R O FOR M A D E D ET E RMI N AR L A POL ARI D AD D E UN EL E C TR OIMÁN La “Regla de la mano de- nistra la corriente eléctri- bobina, unido al sentido recha” permite determinar ca para energizarla. Se- del recorrido de la corrien- la polaridad que adquiere guidamente, y aplicando te eléctrica a través de las el núcleo metálico de un la “Regla de la mano de- espiras de ese alambre electroimán cuando se recha”, se puede determi- (asumiendo el sentido encuentra energizado. nar qué polo adquirirá el convencional de recorrido Para ello será necesario electroimán en cada uno de la corriente), determina observar la forma en que de sus extremos qué polo magnético se se encuentran enrolladas creará en cada uno de las espiras de alambre de La forma en que se en- sus extremos. cobre sobre el núcleo y cuentran enrolladas las cuál es la polaridad de la vueltas de alambre de fuente de fuerza electro- cobre que envolviendo al motriz (FEM) que le sumi- núcleo metálico del elec- troimán para formar una P A R T E S Q U E I N TE G R A N U N M O T OR C OM Ú N D E C OR RI E N T E DIR ECTA Carcasa metálica o cuer- silicio, troqueladas con forma Colector o conmuta- po del motor. Aloja en su circular y montadas en un dor. Situado en uno de los interior, de forma fija, dos mismo eje con sus correspon- extremos del eje del rotor, se imanes permanentes con for- dientes bobinas de alambre de compone de un anillo desli- ma de semicírculo, con sus cobre, que lo convierten en zante seccionado en dos o correspondientes polos norte un electroimán giratorio. Por más segmentos. Generalmen- y sur norma general el rotor de la te el colector de los pequeños mayoría de los pequeños mo- motores comunes de C.D. se tores de C.D. se compone de divide en tres segmentos. tres enrollados o bobinas que Rotor o parte giratoria crean tres polos magnéticos. del motor. Se compone de Partes de un pequeño motor Los extremos de cada una de una estructura metálica for- esas bobinas se encuentran común de corriente directa. mada por un conjunto de conectados a diferentes seg- chapas o láminas de acero al mentos del colector P A R TE S Q U E I N T E GRA N U N M O T OR C OM Ú N D E C ORR I E N T E D IR E C TA • Escobillas. Representan para energizar el elec- del cuerpo o carcasa del dos contactos que pueden troimán. En los pequeños motor. En su cara interna se ser metálicos en unos casos, motores las escobillas nor- encuentran situadas las es- o compuesto por dos piezas malmente se componen de cobillas de forma fija. El mo- de carbón en otros. Las es- dos piezas o flejes metálicos tor de esta foto utiliza en cobillas constituyen contac- que se encuentran fijos en la función de escobillas dos tos eléctricos que se desli- tapa que cierra la carcasa o flejes metálicos. zan por encima de los seg- cuerpo del motor mentos del colector mien- tras estos giran. Su misión es suministrar a la bobina o • Tapa de la carca- bobinas del rotor a través sa (izquierda en la foto). Es del colector, la corriente la tapa que se emplea para eléctrica directa necesaria cerrar uno de los extremos
  • 5. Página 5 VOLU ME N 1, N º 1 P R I N C IP I O D E F U N C I O NAM I EN T O DE L M O T OR D E C O RRI E N T E D IR E C TA El principio de funciona- girar libremente entre los electroimán giratorio coin- miento de los motores polos magnéticos norte y ciden, se produce un re- eléctricos de corriente sur del imán permanente chazo y un torque magné- directa o continua se basa situado dentro de la car- tico o par de fuerza que en la repulsión que ejer- casa o cuerpo del motor. provoca que el rotor rom- cen los polos magnéticos pa la inercia y comience a de un imán permanente Cuando la corriente eléc- girar sobre su eje en el cuando, de acuerdo con trica circula por la bobina mismo sentido de las ma- la Ley de Lorentz, inter- de este electroimán gira- necillas del reloj en unos actúan con los polos torio, el campo electro- casos, o en sentido con- magnéticos de un elec- magnético que se genera trario, de acuerdo con la troimán que se encuentra interactúa con el campo forma que se encuentre montado en un eje. Este magnético del imán per- conectada al circuito la electroimán se denomina manente. Si los polos del pila o la batería “rotor” y su eje le permite imán permanente y del F U N C I Ó N D E L C O L E C T O R O C O N MU T AD O R E N E L MO T O R D E C . D . En el motor de corriente dire- mento van a ser iguales, se el electroimán gira media la función del cta el colector o conmutador produce un rechazo constante vuelta y pasa por la zona neu- colector es permitir sirve para conmutar o cambiar entre.ambos, lo que permite al tra, momento en que sus po- constantemente.el sentido de rotor mantenerse girando los cambian para que se pue- el cambio circulación de la corriente ininterrumpidamente sobre su da mantener el rechazo que constante de eléctrica a través del enrolla- eje durante. todo el.tiempo proporciona el imán perma- polaridad de la do de la bobina del rotor ca- que se encuentre conectado a nente. Esto permitirá que el da vez.que completa media la corriente eléctrica electroimán del rotor se man- corriente en la vuelta. De esa forma el polo tenga girando constantemente bobina del norte del electroimán coinci- la función del colector es per- durante todo el tiempo que la mitir el cambio constante de electroimán del dirá siempre con el tam- batería o fuente de fuerza bién.polo. norte del imán per- polaridad de la corriente en la electromotriz (F.E.M.) se man- rotor para que sus manente y el polo sur con el bobina del electroimán del tenga conectada al circuito del polos cambien polo sur del propio imán. Al rotor para que sus polos cam- motor, suministrándole co- coincidir siempre dos.polos bien constantemente. Este rriente eléctrica. constantemente magnéticos, que en todo mo- cambio ocurre cada vez que F U N C I Ó N D E L C O L E C T O R O C O N MU T AD O R E N E L MO T O R D E C . D . En esta ilustración se vo "+" al polo negativo "– “Regla de la mano izquier- muestra, de forma es- " de la batería, según indi- da” se puede determinar quemática y simplificada, can las flechas negras), que esa mitad de la espira un motor común de co- cuando en la mitad iz- se moverá hacia abajo rriente directa (C.D.) con quierda de la espira de (flecha verde izquierda). un rotor formado por una color rojo se forma el polo Por otra parte, en la mitad simple bobina de una sola norte “N” coincidiendo derecha (de color azul) espira de color rojo y azul, con la misma polaridad ocurrirá lo mismo, pero a para diferenciar cada mi- del campo magnético del la inversa, por lo que apli- tad. Si seguimos el reco- imán permanente fijo al cando la propia regla rrido de la corriente eléc- cuerpo del motor, se pro- comprobaremos que se trica (I) asumiendo que duce una fuerza de recha- moverá hacia arriba fluye en el sentido con- zo entre ambos polos (flecha verde derecha). vencional (del polo positi- iguales. Si aplicamos la
  • 6. Página 6 U N IV E R S IDA D F E R M IN T O R O F UN CI O NA MI EN T O DE UN M OT OR C OM ÚN D E C ORRI E NT E D IRE C TA La siguiente figura mues- troimán que a modo de cobilla derecha y el polo tra, de forma animada, el rotor gira entre los polos negativo (–) a la escobilla funcionamiento de un mo- magnéticos del imán per- izquierda. Cada escobilla tor común bipolar de co- manente. En el eje del hace pleno contacto con rriente directa. Como se rotor se muestra un colec- las secciones del colector, puede observar, éste tor dividido en dos seg- incluso mientras el rotor consta de un imán perma- mentos y dos escobillas se encuentra girando. nente en forma de semi- haciendo contacto con los círculo, dividido en dos mismos. La batería se partes fijas al cuerpo del encuentra conectada de motor. La parte de color tal forma que la corriente rojo del imán corresponde eléctrica fluye en el senti- al polo norte “N” y la azul do convencional con el Animación de un motor común al polo sur “S”. También p o l o p o s i t i - de corriente directa C.D. con encontramos un elec- vo (+) conectado a la es- rotor formado por dos polos (rotor bipolar). F UNC ION AMIENT O DE UN M OTO R COM ÚN DE CO RR IENTE DI RECT A De acuerdo con la Ley Como la bobina del rotor con el signo (+), recorre la parte correspondiente a de Lorentz y aplicando se encuentra conectada a las espiras correspondien- las espiras de color rojo, la “Regla de la mano ambos segmentos del tes a esa mitad de la bobi- el electroimán adquiere izquierda” podremos colector, éste se energiza na del electroimán (de polaridad norte “N” en comprobar que, en con la corriente eléctrica color rojo) y continúa re- ese extremo y polaridad esas condiciones, el directa que suministra la corriendo las espiras de la sur“S” en el extremo electroimán del rotor fuente de fuerza electro- mitad derecha (de color opuesto representado por comienza a girar motriz (F.E.M.) (en este azul) para retornar, final- las espiras de color azul debido al torque caso la batería), que le mente, a la batería por su magnético que se llega a través de las esco- polo n eg ati vo (– produce en sentido billas. De esa forma la ), completando así el cir- contrario a las corriente la recibe el co- cuito eléctrico del motor manecillas del reloj lector a través de la esco- Cuando la corriente eléc- billa izquierda identificada trica comienza a fluir por Cada vez que el electroimán que los segmentos del colector permanente, permitiendo que del rotor da media vuelta y pasan a ocupar la posición el rotor gire ininterrumpida- alcanza la posición vertical o opuesta a la que tenían. En mente durante todo el tiempo neutra, los segmentos del esta nueva posición la bobina que la fuente de fuerza elec- colector (que giran también de se vuelve a energizar, pero al tromotriz (F.E.M.) se manten- forma conjunta con el rotor cambiar la polaridad de la ga conectada al circuito eléctri- cambiando constantemente su corriente eléctrica que le sumi- c o d e l m o t o r . posición), dejan de hacer con- nistra el colector, los polos tacto con las escobillas. En magnéticos en cada extremo Como se puede apreciar en la esa posición el suministro de del electroimán del rotor tam- propia ilustración, de acuerdo corriente eléctrica a las espiras b i é n c a m b i a n . con la forma en que se en- de la bobina cesa, por lo que cuentra conectada la batería, Motor común de corriente dire- el campo electromagnético El cambio constante de polari- el rotor gira en contra de las cta C.D. con rotor formado por desaparece por completo por dad de la corriente en la bobi- manecillas del reloj. Ahora tres polos (rotor tripolar) y co- unos instantes. La fuerza de na permite que los polos del bien, si queremos que gire en lector seccionado en tres par- inercia o impulso que mantie- electroimán sean siempre los sentido contrario, sólo será tes o segmentos. Este tipo de ne el electroimán al llegar a la mismos a cada lado del eje del necesario cambiar la conexión rotor es el más empleado en posición neutra permite que rotor. Así pueden ser rechaza- invirtiendo nosotros mismos su los motores de corriente dire- continúe girando y sobrepase dos una y otra vez por los polaridad cta de pequeño tamaño ese punto de inmediato, por lo polos magnéticos del imán
  • 7. Página 7 VOLU ME N 1, N º 1 TIPOS DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA ejerc en tracción s obre un El motor de corriente conti- riel. Estos motores se cono- cesos. Pero con la llegada nua es una máquina cen como motores lineales. de la electrónica su uso ha que c onvierte la energía disminuido en gran medida, eléctrica continua en mecáni- Esta máquina de corriente pues los motores de corrien- c a, provoc ando un m ovi- continua es una de las más te alterna, del tipo asíncrono, miento rotatorio. En la actua- versátiles en la industria. Su pueden ser controlados de lidad existen nuevas aplica- fácil control de posición, paro igual forma a precios más ciones conmotores eléctri- y velocidad la han convertido accesibles para el consumi- cos que no producen movi- en una de las mejores opcio- dor medio de la industria. miento rotatorio, sino que nes en aplicaciones de con- con algunas modificaciones, trol y automatización de pro- Diversos motores eléctricos TIPOS DE MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA A pesar de esto los moto- continua se clasifican Motor eléctrico sin es- Los tipos de res de corriente continua según la forma como cobillas motores son muy se siguen utilizando en estén conectados, en: variados cada uno muchas aplicaciones de Motor serie En este mismo sentido los motores se pueden clasifi- de ellos tiene potencia (trenes y tranv- car también según su ex- aplicaciones y usos citación, ías) o de precisión Motor compound especiales Motores de exitacion (máquinas, micro moto- independiente res, etc.) Motor shunt Motores autoexitados Los motores de corriente OPINIÓN El uso de los motores eléctri- motores eléctricos viene a te importantes para el uso de cos en la industria como en la constituir un gran reto y for- la humanidad. vida cotidiana ha pasado a ser ma parte de la evolución pro- una verdadera revolución, pia de la historia, los motores puesto que el uso de la energ- eléctrico constituyen una ía y de el trabajo a sido estu- nueva forma de energía que diado desde siempre para trae múltiples ventajas, mayor poder dar potencia a los arte- energía y mayor potencia, factos, equipos y maquinarias mayor rapidez en la ejecución que el hombre ha venido for- de tareas y mayor rendimien- mando a lo largo de la histo- to en los procesos producti- ria, ocurre pues que luego el vos, la electricidad es la prin- amplio uso del vapor en la cipal fuente de energía del historia como fuente para la planeta y su uso hace de los maquinaria la creación de los motores eléctricos sumamen-
  • 8. UNIVERSIDAD FERMIN TORO RE VI S T A V IRT U AL F UN D A M EN T O S DE I N G EN IE R I A EL EC TR I CA ISMAEL BURGOS JOSE EMILIO SAER MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA LOS MOTORES ELECTRICOS… Y DEJA ATRÁS EL TRABAJO MECANICO USO DE LOS MOTORES ELECTRICOS En algunos equipos de funciona también sin esco- do de forma fija en la car- oficina podemos encontrar billas, lo emplean los escá- casa o cuerpo del motor, pequeños motores de C.D. neres para mover la mientras el imán perma- en función de ventiladores lámpara interna que barre nente pasa a ser el rotor. para refrescar, por ejem- e ilumina las imágenes plo, el interior de que deseamos digitalizar, los ordenadores y otros las impresoras láser y de equipos periféricos. Sin tinta para mover el papel y embargo, esos motores sus rodillos internos, las poseen características grabadoras-lectoras para diferentes a los comunes hacer girar los discos de de C.D. ya explicados, CDs y DVDs, así como pues funcionan “sin esco- otros dispositivos periféri- billas”. Igualmente se fabri- cos para mover sus meca- can infinidad de juguetes nismos internos. que se mueven emplean- do motores de ese tipo La diferencia principal en- Otros equipos de oficina tre los motores comunes utilizan un tipo de motor de de C.D. y los motores “sin C.D. diferente al común y escobillas” y “paso a paso” al de tipo “sin escobillas” y radica en que el elec- se denomina “paso a pa- troimán de estos dos últi- so”. Este otro motor, que mos se encuentra coloca-