Este documento describe los fundamentos de los motores de corriente continua. Explica que estos motores convierten energía eléctrica en mecánica a través de un campo magnético y se componen de un estator fijo y un rotor giratorio. También describe conceptos como la tensión inducida, el momento de torsión, los generadores elementales, los conmutadores y las fuerzas electromagnéticas involucradas.

1. INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO”
EXTENSIÓN “MARACAIBO”
Escuela de Ingeniería Eléctrica
Maquinas Eléctrica III
Fundamento de las Maquinas de
Corriente Continua
Autor: Alexis Fidel Bracho.
Maracaibo, Marzo 2017

2. Introduccion
El motor de corriente continua (denominado también motor de corriente
directa, motor CC o motor DC) es una máquina que convierte la energía
eléctrica en mecánica, provocando un movimiento rotatorio, gracias a la acción
que se genera del campo magnético.
Una máquina de corriente continua (generador o motor) se compone
principalmente de dos partes. El estator da soporte mecánico al aparato y contiene
los devanados principales de la máquina, conocidos también con el nombre de
polos, que pueden ser de imanes permanentes o devanados con hilo
de cobre sobre un núcleo de hierro. El rotor es generalmente de forma cilíndrica,
también devanado y con núcleo, alimentado con corriente directa mediante
escobillas fijas (conocidas también como carbones).
El principal inconveniente de estas máquinas es el mantenimiento, muy caro y
laborioso, debido principalmente al desgaste que sufren las escobillas al entrar en
contacto con las delgas.
Algunas aplicaciones especiales de estos motores son los motores lineales,
cuando ejercen tracción sobre un riel, o bien los motores de imanes permanentes.
Los motores de corriente continua (CC) también se utilizan en la construcción
de servomotores y motores paso a paso. Además existen motores de DC sin
escobillas llamados brushless utilizados en el aeromodelismo por su bajo torque y
su gran velocidad

3. Tensión inducida en una espira giratoria.
A medida que la espira gira se va a producir una tensión tensión inducida en
sus terminales. Hay que notar que la espira está formada por 4 lados o segmentos
y cada uno de ellos puede generar una Ҽ inducida parcial, las cuales al sumarlas
generan una Ҽ inducida total.
Ҽ ind = (VxB)I=( vBsenθ )(l cos β )
Cuando una o varias espiras giran dentro de un campo magnético de forma
que el flujo varíe junto con la variación del ángulo sobre el eje, se induce
una fuerza electromotriz que puede calcularse como:
E = Fuerza electromotriz inducida [V]
N = Número de espiras [sin unidad]
B = Campo magnético [T]
A = Área de la espira [m2]
ω = Velocidad angular = 2 π f [rad/s]
t = Instante de tiempo [s]
Debido a que la tensión inducida es de forma senoidal se deja t para poder
reemplazarlo por un tiempo y obtener el valor instantáneo en ese momento.
Este es el principio de funcionamiento de los generadores de corriente
alterna. Los mismos están compuestos por una parte fija que llamada
estator y otra móvil llamada rotor, que gira dentro del estator. El estator
genera un campo magnético a través del cual giran espiras que se
encuentran en el rotor sobre las que se induce la corriente.

4. MOMENTO DE TORSIÓN
Momento de torsión es el trabajo que hace que un dispositivo gire cierto ángulo
en su propio eje, oponiéndose este una resistencia al cambio de posición.
Para calcular el momento de torsión de una única espira se utiliza la formula:
T = B I A cos a
Si la espira se remplaza por un embobinado compacto, con N espiras, la formula
para determinar el momento de torsión resultante es:
T = NB I A cos a
Donde:
T= momento d torsion
N=numero de vueltas del devanado
B=inducción magnética
I=corriente que pasa por el alambre
A=área que abarca la espira
a= ángulo de inclinación de a espira respecto a las líneas de campo magnético
El dispositivo que sirve para detectar una corriente eléctrica se llama galvanómetro
y se basa en el momento de torsión ejercido sobre una bobina colocada en un
campo magnético.

5. El galvanómetro tiene una bobina, entre los polos de un imán permanente,
soportada por cojines metálicos. Su movimiento es rotacional y depende del tipo
de corriente que se va a medir. La aguja rotara en sentido de las manecillas del
reloj.
GENERADOR ELEMENTAL
Sabemos que se puede producir electricidad haciendo que un conductor
atraviese un campo magnético. Este es el principio de producción de corriente de
cualquier generador dinamo eléctrico. El generador elemental está constituido
por una espira de alambre colocada de manera que pueda girar dentro de un
campo magnético fijo y que produzca una tensión inducida en la espira. Para
conectar la espira al circuito exterior y aprovechar la f.e.m. inducida se utilizan
contactos deslizantes. Las piezas polares son los polos norte y sur del imán que
suministran el campo magnético. La espira de alambre que gira a través del
campo magnético se llama inducido o armadura. Los cilindros a los cuales están
conectados los extremos del inducido se denominan "anillos rozantes"o de
contacto, los cuales giran a la vez que el inducido. Unas escobillas van rozando
los anillos de contacto para recoger la electricidad producida en la armadura y
transportarla al circuito exterior
Conmutadores
Un conmutador es un interruptor eléctrico rotativo en ciertos tipos de motores
eléctricos y generadores eléctricos que periódicamente cambia la dirección de
la corriente entre el rotor y el circuito externo. En un motor, proporciona la energía
a la mejor ubicación en el rotor, y en un generador, recibe la energía de forma
similar. Como un interruptor, tiene una excepcional larga vida útil, tomando en
cuenta el número de aperturas y cierres que ocurren en operación normal.
Un conmutador, es una característica común en máquinas rotativas
de corriente continua. Al revertir el sentido de la corriente en la bobina en
movimiento de la armadura de un motor, una fuerza constante rotativa (torque) es
producido. De manera similar, en un generador, revirtiendo la conexión de la
bobina al circuito externo provee de corriente directa unidireccional al circuito
externo

6. Fuerza Electromagnética
La fuerza electromagnética es una interacción que ocurre entre las partículas con carga
eléctrica. Desde un punto de vista macroscópico y fijado un observador, suele separarse
en dos tipos de interacción, la interacción electrostática, que actúa sobre cuerpos
cargados en reposo respecto al observador, y la interacción magnética, que actúa
solamente sobre cargas en movimiento respecto al observador.
Las partículas fundamentales interaccionan electromagnéticamente mediante el
intercambio entre partículas cargadas. La electrodinámica cuántica proporciona la
descripción cuántica de esta interacción, que puede ser unificada con la
interacción nuclear débil según el modelo actual.
Escobilla
Las escobillas deben poner en cortocircuito todas las bobinas situadas en la
zona neutra. Si la máquina tiene dos polos, tenemos también dos zonas neutras.
En consecuencia, el número total de delgas ha de ser igual al número de polos de
la máquina. En cuanto a su posición, será coincidente con las líneas neutras de
los polos. En realidad, si un motor de corriente continua en su inducido lleva un
bobinado imbricado, se deberán poner tantas escobillas como polos tiene la
máquina, pero si en su inducido lleva un bobinado ondulado, como solo existen
dos trayectos de corriente paralela dentro de la máquina, en un principio es
suficiente colocar dos escobillas, aunque si se desea se pueden colocar tantas
escobillas como polos
En electricidad, es necesario, frecuentemente, establecer una conexión eléctrica
entre una parte fija y una parte rotatoria en un dispositivo. Este es el caso de
los motores o generadores eléctricos, donde se debe establecer una conexión de
la parte fija de la máquina con las bobinas del rotor.
Para realizar esta conexión, se fijan dos anillos en el eje de giro, generalmente
de cobre, aislados de la electricidad del eje y conectados a los terminales de la
bobina rotatoria. Enfrente de los anillos se disponen unos bloques de grafito, que
mediante unos resortes, hacen presión sobre ellos para establecer el contacto
eléctrico necesario. Estos bloques de grafito se denominan escobillas y los anillos
rotatorios reciben el nombre de colector.
En determinado tipo de máquinas electromagnéticas, como los motores o
generadores de corriente continua, los anillos del colector están divididos en dos o
más partes, aisladas unas de otras y conectadas a una o más bobinas. En este
caso, cada una de las partes en que está dividido el colector se denomina delga.

7. Debido a que, por el roce que se ocasiona al girar el dispositivo se produce un
desgaste por abrasión, las escobillas deben ser sustituidas periódicamente. Por
este motivo se han inventado los motores eléctricos sin escobillas.