Tema8 motores electricos

MOTORES ELÉCTRICOS

Índice

1.- Introducción ........................................................................................ 2
2.- Principios de Funcionamiento ............................................................ 3
3.- Tipos de Motores................................................................................. 7
3.1.- Motores de Pasos o Motores Paso a Paso .................................... 8
3.1.1 Principios de Funcionamiento.................................................. 9
3.1.2 Tipos de Motores de Paso......................................................... 9
3.1.2.1 Motores Unipolares .......................................................... 10
3.1.2.2 Motores Bipolares............................................................. 11
3.1.2.3 Motores de reluctancia variable ...................................... 11
3.1.2.4 Motores de Múltiples Fases.............................................. 12
3.2.- Motores de corriente continua (DC) .......................................... 13
3.3.- Motores de Corriente Alterna. ................................................... 18
3.4.- El Servo Motor............................................................................ 26
4.- Control de motores............................................................................ 30
5.- Bibliografía........................................................................................ 34

1.- Introducción
Los motores eléctricos juegan un papel muy importante en la actualidad. Se encuentran
en infinidad de sistemas tanto en entornos domésticos como en entornos industriales.
Ejemplos cotidianos de sistemas en los que aparecen los motores como elementos
indispensables son ordenadores, juguetes y todo tipo de electrodomésticos. Por otra parte,
la necesidad de los motores eléctricos en las industrias está fuera de toda duda.
Otro de los campos en los que los motores ocupan un lugar irreemplazable es la robótica.
Todos los robots necesitan motores eléctricos para poder moverse. La robótica es una de las
áreas para la que se espera un mayor desarrollo en el futuro. Y por este motivo también
cabe esperar que los motores eléctricos usados en robótica evolucionen refinando sus
prestaciones.
Los motores eléctricos permiten transformar energía eléctrica en mecánica. Este hecho
fundamental hace de los motores eléctricos la solución más adecuada en entornos, tanto
industriales como domésticos. Al ser la energía eléctrica el tipo de energía inicial, el uso de
motores cuenta con todas las ventajas que se derivan de este hecho. En primer lugar la
energía eléctrica es barata, limpia y fácilmente transportable. Por otra parte la naturaleza de
los motores eléctricos les permite adaptarse a un gran margen de cargas de trabajo.
Nuestro objetivo es abordar el estudio de los motores eléctricos dando una perspectiva
general. En primer lugar trataremos los principios físicos en que se basa el funcionamiento
de todos los tipos de motores eléctricos. En este apartado no pretendemos profundizar en el
estudio de estos fenómenos sino únicamente introducir los principios físicos básicos en que
se basa el funcionamiento de los motores.
A continuación se estudiarán en detalle los tipos de motores existentes en la actualidad.
Para cada uno de los tipos se verán las características fundamentales, y las aplicaciones más
frecuentes para las que son usados.
El siguiente punto de nuestro estudio es el control de motores. El control de motores está
relacionado estrechamente con la mayor parte de las aplicaciones en las que se usan los
motores eléctricos. Por este motivo trataremos este punto en nuestro estudio.
Finalmente se facilitará un listado de referencias donde se puede encontrar más
información sobre los temas aquí tratados.

2.- Principios de Funcionamiento
Los motores, generadores y transformadores convierten la energía de una forma en otra al
interactuar con el campo magnético. Para modelar esta interacción se usan los
siguientes cuatro principios físicos:

1 Al circular corriente por un conductor se produce un campo magnético alrededor
de él.
2 Si a través de una espira se pasa un campo magnético variable con el tiempo, se
induce un voltaje en dicha espira.
3 Si un conductor por el cual circula corriente, se encuentra dentro de un campo
magnético, se produce una fuerza sobre dicho conductor.
4 Cuando un conductor en movimiento se encuentra inmerso dentro de un campo
magnético, en dicho conductor se induce un voltaje.
Los transformadores de energía eléctrica se basan en el segundo principio. En el caso de
los motores eléctricos es la tercera ley la que explica su comportamiento. Y finalmente el
cuarto principio es el usado para estudiar los generadores de energía eléctrica a partir de
energía mecánica. Nuestro objetivo es estudiar los motores eléctricos por lo que nos
centraremos en la tercera ley.

Aplicaremos esta ley a nuestro caso relacionándola con la geometría y las piezas de un
motor eléctrico para justificar el movimiento de rotación de los motores.
En primer lugar estudiaremos el campo magnético, más tarde añadiremos una espira
(conductor) por la que circula una corriente eléctrica. El resultado de la interacción de estos
dos elementos es que aparecerá una fuerza sobre la espira que la hará girar.

La producción de un campo magnético por una corriente eléctrica, esta regida por la Ley
de Ampere:

Donde:
H es el campo magnético producido por la corriente INET. H se mide en Amperios/metro y
la Intensidad en Amperios.
Esta expresión quiere decir que la integral de línea del campo magnético H sobre la
curva que describe el campo es igual a la corriente que produce ese campo. Para ilustrar
esta idea podemos considerar el siguiente ejemplo. Colocamos una espira cuadrada de
hierro para que confine el campo Magnético. Es decir, el objetivo de esta espira es

proporcionar un camino para el campo magnético. Así el campo magnético seguirá la
dirección indicada por H en la figura. Por otra parte una corriente eléctrica INET da N vueltas
alrededor de la espira. Los materiales que, como el hierro, confinan el campo magnético
reciben el nombre de Materiales Ferromagnéticos, y se caracterizan por su alta constante
de Permeabilidad Magnética µ. Al aplicar la ley de Ampere a esta situación tendremos
que: El recorrido sobre el que hay que hacer la integral es la espira rectangular de la figura.
El campo magnético puede considerarse aproximadamente constante con lo que ∫H·dl = H·L
donde L es el perímetro de la espira.

Por otra parte la corriente INET da N vueltas a la estructura con lo que la ley de Ampere
aplicada a este caso resulta: H·L = N·INET

Figura 2.1: Ejemplo de la Ley de Ampere

Las conclusiones que sacamos de este ejemplo son dos.
1 Utilizando materiales ferromagnéticos conseguimos confinar el campo
magnético y con esto se maximizará el flujo de campo magnético a través de la
superficie interior al arrollamiento.
2 Arrollar el hilo de alimentación a la espira dando N vueltas equivale a
multiplicar por N la corriente con la que creo el campo magnético.

Estas conclusiones son muy importantes y veremos cómo influyen decisivamente en la
construcción de los motores eléctricos.
Por otra parte, es necesario señalar que el esquema del ejemplo es muy similar al
esquema de un electroimán.

Figura 2.2: Electroimán

Los electroimanes serán muy útiles en los motores eléctricos, ya que como veremos para
que se produzca el giro del rotor es necesario que exista campo magnético. Este campo
magnético será generado por un imán o un electroimán según el tipo de motor.
Hasta el momento hemos visto cómo se crea el campo magnético pero ¿cómo es posible
que el eje gire? La clave, como ya se adelantó, está en el tercero de los principios que se
enunciaron al principio de este apartado. Si un conductor por el cual circula corriente, se
encuentra dentro de un campo magnético, se produce una fuerza sobre dicho conductor.
En la siguiente figura se ilustra este fenómeno:

Figura 2.3: Una espira recorrida por una corriente que esté inmersa en un campo magnético
experimenta una fuerza que hará girar a la espira

En la figura se representan los polos norte y sur de un imán que genera un campo
magnético. Por otra parte aparece una espira inmersa en el campo magnético que es
recorrida por una corriente eléctrica. En estas condiciones se ejercerá una fuerza sobre la
espira que la hará girar respecto al eje de rotación representado en la figura con trazo
discontinuo.

Un esquema más próximo a un motor eléctrico es el siguiente:

Figura 2.4: Esquema de un motor eléctrico (de corriente continua).

En la figura puede apreciarse como los imanes tienen una forma cilíndrica para que la
espira pueda girar en su interior. También puede apreciarse como es necesario utilizar un
mecanismo especial para suministrar corriente a la espira que se encuentra en continuo
movimiento. Para solucionar este problema se usan unas escobillas que proporcionan la
alimentación necesaria a la espira en movimiento.
Este es el principio básico de funcionamiento en el que se basan los motores eléctricos.
Pero los motores reales incluyen numerosos elementos adicionales para conseguir las
prestaciones deseadas. Por ejemplo, el número de espiras es mucho mayor, con ello se
consigue como vimos, multiplicar los efectos de la intensidad que recorre la espira. Otra
posibilidad es usar electroimanes en lugar de imanes. Los motores paso a paso explotan las
ventajas de este hecho para conseguir controlar la posición del eje.
Para finalizar este estudio sobre los principios básicos de funcionamiento, es necesario
decir que en la práctica los motores eléctricos generan fuertes interferencias
electromagnéticas, por lo que este hecho debe ser tenido en cuenta al diseñar sistemas
reales previendo las interacciones entre los motores y el resto de sistemas electrónicos.
Estas interferencias pueden llegar incluso a dañar de modo permanente otros equipos, por
lo que deben ser controladas de antemano. También es necesario decir que existe una
legislación rigurosa al respecto que todos los equipos deben cumplir.

3.- Tipos de Motores
Los motores pueden clasificarse según cual sea la naturaleza de la fuente que los
alimenta. Así, utilizaremos esta clasificación en nuestro estudio sobre motores para
estructurar los contenidos:
1 Motores de Corriente Continua (DC).
2 Motores de Corriente Alterna (AC).
3 Otros Motores.
Los Motores de Corriente Continua (DC) tienen como principales características que
permiten regular la velocidad de rotación del eje en todo momento y tener un torque de
arranque elevado. Este tipo de motores se utilizan en trenes, automóviles eléctricos y en
general, se empleará este tipo de motores en todos aquellos casos en los que la fuente de
alimentación sea de tipo continua, por ejemplo pilas, baterías, etc.
Este tipo de motores necesitan para funcionar un circuito eléctrico y un campo magnético
que se obtienen con un imán o con un electroimán. El campo magnético generado permite
la transformación de la energía eléctrica recibida por la armadura en energía mecánica
entregada a través del eje.
Otro tipo de motor es el Motor de Corriente Alterna (AC). Y a su vez, podemos clasificar
los motores de corriente alterna en dos subtipos.
1 Motor Síncrono
2 Motor Asíncrono o de Inducción.
El Motor Síncrono se caracteriza porque su velocidad de giro es directamente
proporcional a la frecuencia de la red de corriente alterna que lo alimenta. Así la velocidad
de giro de este motor será constante y dependiente de la frecuencia de la fuente de
alimentación utilizada. Este tipo de motor es muy utilizado en la generación de energía
eléctrica, por ejemplo, las centrales hidroeléctricas y termoeléctricas utilizan generadores
sincrónicos trifásicos.
El Motor Asincrónico o de Inducción tiene la peculiaridad de que no necesitan un campo
magnético alimentado con corriente continua como en los casos del motor de corriente
directa o del motor sincrónico. Una fuente de corriente alterna (trifásica o monofásica)
alimenta a un estator. La corriente en las bobinas del estator induce corriente alterna en el
circuito eléctrico del rotor (de manera algo similar a un transformador) y el rotor es
obligado a girar.
Según la forma de construcción del rotor, los motores asíncronicos se clasifican en:

1 Motor Asincrónico de Rotor Bobinado
2 Motor Asincrónico tipo Jaula de Ardilla
El Motor Asincrónico de Rotor Bobinado se utiliza en aquellos casos en los que la
transmisión de potencia es demasiado elevada (a partir de 200 kW) y es necesario reducir
las corrientes de arranque. También se utiliza cuando se desea regular la velocidad del eje.
Es posible regular la velocidad de rotación colocando resistencias variables en serie a los
bobinados del rotor. Un detalle interesante es que la velocidad del eje nunca podrá ser
superior que la velocidad correspondiente si el motor fuera síncrono.
El Motor Asincrónico tipo Jaula de Ardilla es el motor eléctrico por excelencia. Es el
motor relativamente más barato, eficiente, compacto y de fácil construcción y
mantenimiento. Tanto es así que siempre que sea necesario utilizar un motor eléctrico, se
debe procurar seleccionar un motor asincrónico tipo jaula de ardilla y preferentemente
trifásico. La diferencia con el motor de rotor bobinado consiste en que el rotor esta formado
por un grupo de barras de aluminio o de cobre en formas similar al de una jaula de ardilla.
Otro de los tipos de motores habitualmente usados es el Motor Universal. Tiene la forma
de un motor de corriente continua en conexión serie. La principal diferencia es que es
diseñado para funcionar con corriente alterna. Se utiliza en taladros, aspiradoras,
licuadoras, lustradoras, etc. Su eficiencia es baja (de orden del 51%), pero como se utilizan
en maquinas de pequeña potencia esta ineficiencia no es importante.
El Motor de Pasos se caracteriza porque las cantidades de giro del eje están
discretizadas. Estos motores son muy utilizados en impresoras de computadores, en
unidades de disco.
En entornos industriales los motores más empleados son motores síncronos trifásicos.

3.1.- Motores de Pasos o Motores Paso a Paso
Los motores paso a paso son muy utilizados en la práctica. Ejemplos de aplicaciones de
este tipo de motores son las unidades de disco flexible de los ordenadores personales,
impresoras, robótica, y en general en todos aquellos casos en los que sea preciso controlar
la cantidad que gira el motor en un sentido dado. Son ligeros y fiables, aunque su estructura
interna es más compleja que en el resto de motores que veremos.
Un motor paso a paso es, en esencia, un conversor electromecánico, que transforma la
energía eléctrica en mecánica. Pero tiene una característica peculiar que le hace distinto al
resto de los motores. Mientras que un motor convencional gira libremente al aplicar una
tensión comprendida dentro de ciertos límites, el motor paso a paso está concebido de tal
manera que gira un determinado ángulo proporcional a la "codificación" de tensiones
aplicadas a sus entradas (4, 6, etc.). La posibilidad de controlar en todo momento esta
codificación permite realizar desplazamientos angulares lo suficientemente precisos,
dependiendo el ángulo de paso (o resolución angular) del tipo de motor (puede ser tan

pequeño como 1,80º hasta unos 15º). De este modo, si por ejemplo el número de grados por
paso es de 1,80º, para completar una vuelta serán necesarios 200 pasos.
De la misma manera que se puede posicionar el eje del motor, es posible controlar la
velocidad del mismo, la cual será función directa de la frecuencia de variación de las
codificaciones en las entradas.

3.1.1 Principios de Funcionamiento

La estructura de los motores paso a paso es sensiblemente diferente a la del resto de
motores que veremos. En este caso en el rotor hay un imán permanente. Por otra parte el
estator contiene varios electroimanes colocados adecuadamente para que el efecto del
campo magnético que generan sea máximo en una determinada zona. Estas zonas se
encuentran distribuidas uniformemente a lo largo de toda la trayectoria que sigue el rotor en
su giro. La siguiente figura ilustra de modo cualitativo el modo en el que se disponen los
electroimanes del estator.

Figura 3.1: Estructura de un motor paso a paso.

Externamente se aplican pulsos de corriente a cada uno de los electroimanes de la figura,
con ello se consigue llevar al rotor a la posición deseada y mantenerlo allí. También es
posible hacer que el rotor gire libremente si no se activa ninguno de los electroimanes del
estator. Otra posibilidad que ofrece el motor de pasos es el control de la velocidad de giro.
Para conseguir que el motor de pasos gire no hay más que aplicar los pulsos de corriente de
modo que se respete la secuencia adecuada para este fin. Y en estas condiciones la
velocidad de giro dependerá directamente de la frecuencia con que se presenten estos
pulsos de corriente al motor.

3.1.2 Tipos de Motores de Paso
Existen dos tipos de motores de paso, los de imán permanente y los de reluctancia
variable. Los de imán permanente muestran resistencia cuando intentamos girar el eje con
los dedos, mientras que los de reluctancia variable, casi siempre giran libremente o con
menos dificultad. Sin embargo pueden mostrar cierta resistencia debido a una
magnetización residual en el rotor.
Dentro de los de imán permanente se distinguen tres subtipos. Motores Unipolares,
Bipolares y Multifases. Vemos a continuación cada uno de estos tipos.
3.1.2.1 Motores Unipolares

Son relativamente fáciles de controlar. Su característica principal es tener un terminal
central común, de modo que el esquema de cableado consiste en tomar estos terminales
centrales comunes y conectarlos a la fuente de alimentación positiva. El circuito
controlador se encargará de poner cada bobina a tierra para alimentarla de manera
secuencial. El número de fases es el doble al número de bobinas, ya que cada bobina es
dividida en dos por medio del terminal central común.

Figura 3.2: Motor Paso a Paso de tipo Unipolar.

A parte de la secuencia de manejo estándar, existen otras posibles secuencias que nos
serán útiles en determinadas ocasiones. Por ejemplo, es posible aumentar la potencia de
giro del motor y existe una configuración de medio paso que nos permitirá duplicar el
número de posiciones del motor. Para aumentar la potencia de giro del motor será
suficiente con activar dos electroimanes en lugar de uno para que el motor gire. Para
duplicar el número de pasos, se alimenta con la secuencia estándar pero para que el rotor
quede en posiciones intermedias se activan dos electroimanes a la vez. Estos dos tipos de
secuencia se muestran en la siguiente figura.

Figura 3.3: Secuencia de pasos para alto torque(izq) y Secuencia que duplica el número de pasos
(der).

3.1.2.2 Motores Bipolares
Los motores de paso bipolares, ya sean de imán permanente o híbridos, están diseñados
de la misma forma que un motor unipolar, la única diferencia es que ya no tienen terminal
central común. Están formados por dos bobinas separadas y cuyas polaridades necesitan ser
invertidas o cambiadas en cada operación para que haga girar el rotor.

El motor es simple, pero el circuito manejador o driver que necesita invertir la polaridad
de cada par de polos del motor es mas complejo. Dicho circuito permite que la polaridad de
la fuente de alimentación aplicada al final de cada bobinado sea controlada de manera
independiente. La siguiente figura muestra la secuencia de pulsos necesaria para hacer girar
el motor.

Figura 3.4: Secuencia de control de un motor bipolar.

Los motores bipolares manejan la misma secuencia que un motor unipolar, pero los 0 y 1
corresponden a la polaridad del voltaje aplicado a las bobinas, ya no son simplemente
signos de on-off. Cada bobina necesita su propio circuito controlador llamado H-bridge
(puente H) disponibles en circuitos integrados.

3.1.2.3 Motores de reluctancia variable
Son los motores de pasos más simples de controlar. La secuencia de control es

simplemente activar cada una de las bobinas en orden, una después de otra. Tiene un cable
de alimentación que es común a un extremo de cada bobina. El resto de terminales del
motor corresponde a cada uno de los terminales no comunes de cada bobina. Al girar este
motor con la mano se aprecia que el rotor gira libremente y no se sienten los pasos debido a
que no esta permanentemente magnetizado como los tipos anteriores, unipolares y
bipolares. La siguiente figura muestra la secuencia de alimentación necesaria para que el
motor gire en el sentido de las agujas del reloj.

Figura 3.5: Secuencia de control de un motor de Reluctancia Variable.

3.1.2.4 Motores de Múltiples Fases

Es un tipo de motor poco común. Todas las bobinas están conectadas en serie con un
terminal entre cada par de bobinas. La mayoría es de 3 y/o 5 fases y pueden dar mayores
torques debido a que todas (o todas menos una) las bobinas del motor son activadas en
cada punto en un ciclo de paso, es decir, que para realizar un paso hay que cambiar
únicamente la polaridad de un terminal de forma secuencial. La siguiente figura muestra los
terminales.

Figura 3.6: Terminales en motores de múltiples fases.

Por ejemplo, para un motor de 5 fases, hay una secuencia de 10 pasos que se repite par
hacer girar el motor. Notar que para ejecutar un paso basta cambiar la polaridad de un
terminal, el paso siguiente activa la bobina que no estaba activada en el paso anterior.
Terminal 1 +++-----+++++-----++
Terminal 2 --+++++-----+++++---
Terminal 3 +-----+++++-----++++
Terminal 4 +++++-----+++++-----
Terminal 5 ----+++++-----+++++-

3.2.- Motores de corriente continua (DC)

En la imagen anterior se observan algunos clásicos micro motores DC (Direct Current) o
también llamados CC (corriente continua) de los usados generalmente en robótica. Los hay
de distintos tamaños, formas y potencias, pero todos se basan en el mismo principio de
funcionamiento.

Accionar un motor DC es muy simple y solo es necesario aplicar la tensión de
alimentación entre sus bornes. Para invertir el sentido de giro basta con invertir la
alimentación y el motor comenzará a girar en sentido opuesto.

A diferencia de los motores paso a paso y los servomecanismos, los motores DC no
pueden ser posicionados y/o enclavados en una posición específica. Estos simplemente
giran a la máxima velocidad y en el sentido que la alimentación aplicada se lo permite.

Un motor de corriente continua se compone de un imán fijo o electroimán que constituye
el inductor o estator y un bobinado llamado inducido o rotor que es capaz de girar en el
interior del primero, cuando recibe una corriente continua de excitación.

Si sobre la bocina se hace pasar una corriente se creará en la misma un campo magnético
que la hará girar al crearse unas fuerzas de atracción y repulsión con respecto al imán del
estator. Durante este giro se producen una serie de efectos que condicionan la construcción
del motor, el primero de ellos se produce cuando se enfrentan dos polos de distinto signo,
momento en que la atracción será máxima y la bobina tiende a detenerse, sin embargo, por
inercia pasará de largo pero el sentido de giro se invertirá y volverá hacia atrás
deteniéndose al cabo de unas cuantas oscilaciones. Ahora bien si en el momento en que los
polos opuestos se enfrentan, se invierte el sentido de circulación de la corriente en la
bobina, automáticamente se producirá un cambio de signo en los polos magnéticos creados
por la misma, dando origen a que aparezcan unas fuerzas de repulsión entre ellos que
obligarán a aquella a seguir girando otra media vuelta, debiéndose invertir la corriente
nuevamente y así sucesivamente.

El método empleado para producir estos cambios es el de dividir el anillo colector, por el
que recibe la bobina la corriente de alimentación, en dos mitades iguales separadas por un
material aislante, que giran deslizándose sobre dos contactos eléctricos fijos o escobillas,
uno conectado al polo positivo y el otro al negativo. De esta forma, dichos contactos
cruzarán dos veces por cada rotación la división entre los semianillos, invirtiéndose así el
sentido de circulación de la corriente de la bobina.

CLASIFICACIÓN DE LOS MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

El motor de corriente continua está compuesto de 2 piezas fundamentales:

1 Rotor
2 Estator

Dentro de éstas se ubican los demás componentes como:

1 Escobillas y portaescobillas
2 Colector
3 Eje
4 Núcleo y devanado del rotor
5 Imán Permanente
6 Armazón
7 Tapas o campanas

Tabla de Estructura
La siguiente tabla muestra la distribución de las piezas del motor:

Rotor
Constituye la parte móvil del motor, proporciona el torque para mover a la carga.

Está formado por:
1 Eje: Formado por una barra de acero fresada. Imparte la rotación al núcleo,
devanado y al colector.

2 Núcleo: Se localiza sobre el eje. Fabricado con capas laminadas de acero, su
función es
proporcionar un trayecto magnético entre los polos para que el flujo magnético del
devanado circule.

Las laminaciones tienen por objeto reducir las corrientes parásitas en el núcleo. El acero del

núcleo debe ser capaz de mantener bajas las pérdidas por histéresis. Este núcleo laminado
contiene ranuras a lo largo de su superficie para albergar al devanado de la armadura
(bobinado).

3 Devanado: Consta de bobinas aisladas entre sí y entre el núcleo de la armadura.
Estas
bobinas están alojadas en las ranuras, y están conectadas eléctricamente con el colector, el
cual debido a su movimiento rotatorio, proporciona un camino de conducción conmutado.

4 Colector: Denominado también conmutador, está constituido de láminas de
material
conductor separadas entre sí y del centro del eje por un material aislante, para evitar
cortocircuito con dichos elementos. El colector se encuentra sobre uno de los extremos del
eje del rotor, de modo que gira con éste y está en contacto con las escobillas. La función del
colector es recoger la tensión producida por el devanado inducido, transmitiéndola al
circuito por medio de las escobillas (llamadas también cepillos)

Estator

Constituye la parte fija de la máquina. Su función es suministrar el flujo magnético que será
usado por el bobinado del rotor para realizar su movimiento giratorio.

Está formado por :

5 Armazón: Denominado también yugo, tiene dos funciones primordiales : servir
como
soporte y proporcionar una trayectoria de retorno al flujo magnético del rotor y del imán
permanente, para completar el circuito magnético.

6 Imán permanente: Compuesto de material ferromagnético altamente remanente,
se
encuentra fijado al armazón o carcasa del estator. Su función es proporcionar un campo
magnético uniforme al devanado del rotor o armadura, de modo que interactúe con el
campo formado por el bobinado, y se origine el movimiento del rotor como resultado de la
interacción de estos campos.

7 Escobillas: Las escobillas están fabricadas de carbón, y poseen una dureza menor
que
la del colector, para evitar que éste se desgaste rápidamente. Se encuentran albergadas
por los porta escobillas. Ambos, escobillas y porta escobillas, se encuentran en una de
las tapas del estator.

La función de las escobillas es transmitir la tensión y corriente de la fuente de
alimentación hacia el colector y, por consiguiente, al bobinado del rotor.

El porta escobillas mantiene a las escobillas en su posición de contacto firme con los

segmentos del colector. Esta función la realiza por medio de resortes, los cuales hacen una
presión moderada sobre las escobillas contra el colector. Esta presión debe mantenerse en
un nivel intermedio pues, de ser excesiva, la fricción desgastaría tanto a las escobillas como
al colector; por otro lado, de ser mínima esta presión, se produciría lo que se denomina
"chisporroteo", que es cuando aparecen chispas entre las superficies del colector y las
escobillas, debido a que no existe un buen contacto.

3.3.- Motores de Corriente Alterna.

Bajo el título de motores de corriente alterna podemos reunir a los siguientes tipos de
motor.

8 Motor Síncrono
9 El Motor Asíncrono o de Inducción

Motor síncrono.
El motor síncrono es en esencia un alternador trifásico con funcionamiento inverso a
éste. Los imanes del campo se montan sobre un rotor y se excitan mediante corriente
continua, y las bobinas de la armadura están divididas en tres partes y alimentadas con
corriente alterna trifásica. La variación de las tres ondas de corriente en la armadura
provoca una reacción magnética variable con los polos de los imanes del campo, y hace que
el campo gire a una velocidad constante, que se determina por la frecuencia de la corriente
en la línea de potencia de corriente alterna.

La velocidad constante de un motor síncrono es ventajosa en ciertos aparatos. Sin embargo,
no pueden utilizarse este tipo de motores en aplicaciones en las que la carga mecánica sobre
el motor llega a ser muy grande, ya que si el motor reduce su velocidad cuando está bajo
carga puede quedar fuera de fase con la frecuencia de la corriente y llegaría a pararse. Los
motores síncronos pueden funcionar con una fuente de potencia monofásica mediante la
inclusión de los elementos de circuito adecuados para conseguir un campo magnético
rotatorio.

Según la ubicación del campo magnético, los generadores síncronos se clasifican en:

10 Campo en el estator: la resistencia variable nos permite hacer más o menos intenso
el campo del electroimán.
11 Campo en el rotor: con este tipo se consigue una mayor eficiencia, pues se
necesita menor energía para hacer lo mismo que el anterior. Se puede decir que el
imán es una especie de catalizador el cual permite convertir potencia mecánica en
potencia eléctrica.

Según la forma del campo magnético:

1 Polos salientes: existe una inclinación para la magnetización en la dirección de las
expansiones polares.
2 Polos cilíndricos: el entrehierro es constante. Entonces el flujo es independiente de
la posición.

-Ecuaciones Características del Generador Síncrono.
Generador Síncrono Monofásico
La ecuación básica del generador síncrono monofásico es
N = 120 f / p
donde
N: número de revoluciones por minuto

f: frecuencia en Hz
p: número de polos
A diferencia del motor asíncrono, esta relación se cumple exactamente en una máquina
síncrona. En el caso más típico la frecuencia será 60 Hz y el generador tendrá 2 polos, así
que la velocidad de giro será de 3600 RPM.
El generador síncrono puede ser monofásico o trifásico, pero a partir de los 5 kW resulta
más económico fabricar generadores trifásicos, igualmente a medida que aumenta el
tamaño de la máquina el campo se encuentra en el rotor.
Un generador pequeño a condiciones nominales tiene baja eficiencia, por ejemplo un
generador de 1 kW puede tener una eficiencia de 50 a 60%, mientras que uno de 10 MW
puede tener una eficiencia de 90% y uno de 1000 MW puede alcanzar 99% de eficiencia.
El siguiente modelo corresponde a un generador alimentado con una fuente de corriente
continua llamada excitador. Antiguamente este excitador era un generador de cc en
conexión paralela y alimentaba al campo del generador síncrono mediante un sistema de
anillos, escobillas y carbones. Hoy en día se usa un excitador que consiste en un pequeño
generador síncrono con el campo en el estator. La corriente alterna generada en el estator es
rectificada y así se alimenta el campo del generador síncrono sin el uso de anillos ni
escobillas. El siguiente modelo es válido para un generador de rotor cilíndrico y pierde
precisión cuando el generador es de polos salientes.

Rexi: resistencia de excitación interna
Rexe: resistencia de excitación externa (con la que se regula Iex y el flujo Øm)
Del circuito deducimos que

Ea = U + Ia (ra + jXs)

Π
Pero Ea = 4.44 f Øm w = k Øm w, donde w = 2Π f
Por otro lado, la potencia mecánica suministrada por el generador viene dada por
Pmec = Tw = Ea Ia cos Øt

donde Øt : ángulo de ra + jXs + Z
Entonces
Tw = k Øm Ia cos Øt
Adicionalmente deducimos la ecuación

Uex = Iex (Rexe + Rexi)
Normalmente la resistencia ra es despreciable.
Este modelo es correcto en el caso del rotor cilíndrico. Cuando la máquina es de polos
salientes se prefiere utilizar otro modelo llamado el modelo d-q, que toma en cuenta el
efecto de tensiones que aparecen porque el campo no es totalmente sinusoidal.

Generador Síncrono Trifásico
Para el caso del generador síncrono trifásico, el circuito equivalente es

Similarmente al circuito monofásico, las ecuaciones características por fase son

Eaf = Uf + Ia (ra + jXs)
Eaf = 4.44 f Øm w = k Øm w
Uex = Iex (Rexe + Rexi)
Y la potencia mecánica total será
Pmec = Tw = 3 k Øm Ia cos Øt

Motores asincrónicos.
De acuerdo a la forma de construcción del rotor, los motores asincrónicos se clasifican en:

1 Motor Asincrónico de Rotor Bobinado
2 Motor Asincrónico tipo Jaula de Ardilla

El método empleado en este tipo de motores, consiste en emplear dos electroimanes
formando un ángulo recto a los que se aplican a su vez dos corriente alternas de la misma
frecuencia pero desfasadas 90º.

Al emplear una corriente alterna sinusoidal, se obtendrá un campo que varía en la misma
forma, que al combinarse con el otro similar a él pero con una magnitud diferente, debida a
la diferencia de fase y con otra orientación creada por la distinta situación, se produce el
efecto deseado. Este conjunto de dos bobinados constituye el inductor o estator y provoca
sobre el rotor, en el que el disco se ha sustituido pro otro elemento, una velocidad de giro N
(r.p.s)=f, siendo f la frecuencia de la corriente alterna aplicada.

En el de Rotor Bobinado, el rotor se aloja un conjunto de bobinas que además se pueden
conectar al exterior a través de anillos rotantes. Colocando resistencias variables en serie a
los bobinados del rotor se consigue suavizar las corrientes de arranque. De la misma
manera, gracias a un conjunto de resistencias conectadas a los bobinados del rotor, se
consigue regular la velocidad del eje. Un detalle interesante es que la velocidad del eje
nunca podrá ser superior que la velocidad correspondiente si el motor fuera síncrono.

El más simple de todos los tipos de motores eléctricos es el motor de inducción de caja de
ardilla que se usa con alimentación trifásica. La armadura de este tipo de motor consiste en
tres bobinas fijas y es similar a la del motor síncrono.

El elemento rotatorio consiste en un núcleo, en el que se incluyen una serie de
conductores de gran capacidad colocados en círculo alrededor del árbol y paralelos a él.
Cuando no tienen núcleo, los conductores del rotor se parecen en su forma a las jaulas
cilíndricas que se usaban para las ardillas. El flujo de la corriente trifásica dentro de las
bobinas de la armadura fija genera un campo magnético rotatorio, y éste induce una
corriente en los conductores de la jaula. La reacción magnética entre el campo rotatorio y
los conductores del rotor que transportan la corriente hace que éste gire. Si el rotor da
vueltas exactamente a la misma velocidad que el campo magnético, no habrá en él
corrientes inducidas, y, por tanto, el rotor no debería girar a una velocidad síncrona. En
funcionamiento, la velocidad de rotación del rotor y la del campo difieren entre sí de un 2 a
un 5%. Esta diferencia de velocidad se conoce como caída.

Los motores con rotores del tipo jaula de ardilla se pueden usar con corriente alterna
monofásica utilizando varios dispositivos de inductancia y capacitancia, que alteren las
características del voltaje monofásico y lo hagan parecido al bifásico. Este tipo de motores
se denominan motores multifásicos o motores de condensador (o de capacidad), según los
dispositivos que usen.

Los motores de jaula de ardilla monofásicos no tienen un par de arranque grande, y se
utilizan motores de repulsión-inducción para las aplicaciones en las que se requiere el par.
Este tipo de motores pueden ser multifásicos o de condensador, pero disponen de un
interruptor manual o automático que permite que fluya la corriente entre las escobillas del
conmutador cuando se arranca el motor, y los circuitos cortos de todos los segmentos del
conmutador, después de que el motor alcance una velocidad crítica. Los motores de
repulsión-inducción se denominan así debido a que su par de arranque depende de la
repulsión entre el rotor y el estator, y su par, mientras está en funcionamiento, depende de
la inducción. Los motores de baterías en serie con conmutadores, que funcionan tanto con
corriente continua como con corriente alterna, se denominan motores universales. Éstos se
fabrican en tamaños pequeños y se utilizan en aparatos domésticos.

OTRA CLASIFICACION DE LOS MOTORES ASINCRONOS TRIFASICOS
1 Clasificación NEMA
Los motores trifásicos de potencias mayores de 1 HP son clasificados por las normas
NEMA, según el diseño de la jaula del rotor de la siguiente manera:

2 Motor de diseño NEMA A
Torque alto, deslizamiento nominal bajo y corriente de arranque alta.
Es un motor de inducción con rotor tipo jaula de ardilla, diseñado con características de
torque y corriente de arranque que exceden los valores correspondientes al diseño NEMA
B, son usados para aplicaciones especiales donde se requiere un torque máximo mayor que
el normal, para satisfacer los requerimientos de sobrecargas de corta duración.
Estos motores también son aplicados a cargas que requieren deslizamientos nominales muy
bajos y del orden del 1% o menos (velocidades casi constantes).
3 Motor de diseño NEMA B
Torque normal, corriente de arranque normal y deslizamiento nominal normal.
Son motores con rotor tipo jaula de ardilla diseñados con características de torque y
corriente de arranque normales, así como un bajo deslizamiento de carga de
aproximadamente 4% como máximo. En general es el motor típico dentro del rango de 1 a
125 HP. El deslizamiento a plena carga es de aproximadamente 3%.
Este tipo de motor proporcionará un arranque y una aceleración suave para la mayoría de
las cargas y también puede resistir temporalmente picos elevados de carga sin detenerse.
4 Motor de diseño NEMA C
Torque alto, deslizamiento nominal normal, corriente de arranque normal. Son motores de
inducción con rotor de doble jaula de ardilla, que desarrollan un alto torque de arranque y
por ello son utilizados para cargas de arranque pesado. Estos motores tienen un
deslizamiento nominal menor que el 5%.
5 Motor de diseño NEMA D
Torque alto, alto deslizamiento nominal, baja corriente de arranque.
Este motor combina un alto torque de arranque con un alto deslizamiento nominal.
Generalmente se presentan dos tipos de diseño, uno con deslizamiento nominal de 5 a 8% y
otro con deslizamiento nominal de 8 a 13%. Cuando el deslizamiento nominal puede ser
mayor del 13%, se les denomina motores de alto deslizamiento o muy alto deslizamiento
(ULTRA HIGH SLIP). El torque de arranque es generalmente de 2 a 3 veces el par nominal
aunque para aplicaciones especiales puede ser más alto. Estos motores son recomendados
para cargas cíclicas y para cargas de corta duración con frecuentes arranques y paradas.
6 Motores de diseño NEMA F
Torque de arranque bajo, corriente de arranque baja, bajo deslizamiento nominal.
Son motores poco usados, destinándose a cargas con frecuentes arranques. Pueden ser de
altos torques y se utiliza en casos en los que es importante limitar la corriente de arranque.

Otras Clasifícaciones

Para casos especiales en que se necesitan características especiales que no se encuentran en
la clasificación NEMA, tenemos los siguientes tipos de motor:
7 Motores con rotor de jaula para mecanismos elevadores
En el servicio de los mecanismos elevadores, raras veces los motores funcionan durante
largo tiempo a plena velocidad de rotación. No tiene por tanto, gran importancia que exista
una elevada pérdida de velocidad (deslizamiento elevado). Debido a ello, es posible
fabricar los motores con una capacidad de deslizamiento máximo mayor. De esta manera
resulta un arranque elástico.
Para el servicio de los mecanismos elevadores, los motores con rotor dejaula se construyen
con capacidad de entrega de torque de las clases KL 13h y KL 16h es decir, que el motor
puede arrancar con seguridad venciendo un par resistente del 130% o del 160% del par
nominal. La letra "h" indica que el curso de la característica del par motor se ha adaptado a
las condiciones particulares del servicio de ésta clase de mecanismos.
Por ejemplo, con una duración de conexión del 40%, estos motores, en lo que afecta a la
potencia, ofrecen un par de arranque doble o triple del normal y una intensidad de arranque
aproximadamente cuatro o cinco veces mayor que la normal. En este caso, el par de
arranque es el par máximo que puede presentarse en la gama comprendida entre el estado
de reposo y la velocidad de rotación nominal.
8 Motores con rotor de jaula para accionamiento de prensas
Para accionar prensas con grados de inercia elevados, se utilizan frecuentemente motores
provistos de rotores llamados de deslizamiento o de resistencia. Estos motores tienen una
capacidad aproximadamente a sólo el 80% de la potencia nominal normal, y presentan un
deslizamiento igual al doble de lo normal.
La clasificación del torque es, por ejemplo, KLI OS (rotor de deslizamiento). Los motores
tienen un torque de arranque de 1,7 veces el torque nominal (aproximadamente) y absorben
una intensidad inicial en el arranque que es igual a unas cuatro veces la intensidad nominal.
9 Motores de muy alto deslizamiento para unidades de bombeo de petróleo
El motor de muy alto deslizamiento está específicamente diseñado para impulsar unidades
de bombeo de petróleo tipo balancín por varilla de succión.
Este es un motor asíncrono trifásico de rotor bobinado; sus características eléctricas y
mecánicas son diseñadas para tener un óptimo comportamiento, libre de fallas, en el duro
trabajo de los campos petroleros. Poseen características que los hacen superiores a los
motores con diseño NEMA D y con deslizamientos nominales del 5 al 8%.
Considerando las características particulares, como el funcionamiento y la instalación a la
intemperie en zonas polvorientas, con lluvia y alta humedad relativa, etc., donde deben
funcionar durante largo tiempo casi sin mantenimiento, estos motores se construyen
completamente cerrados y con ventilación externa. La clase de protección de IP 45 o IP 55
y el aislamiento es de clase F.

Los motores de muy alto deslizamiento, comúnmente disponen de 9 terminales, lo que
permite conectar el motor en cualquiera de las cuatro modalidades de torque: alto, medio,
medio-bajo y bajo; para una óptima utilización de la capacidad y para facilitar el esfuerzo
operacional en la unidad de bombeo. Se fabrican con torques de arranque promedio 330,
230, 200 y 180% del nominal para sus modalidades de alto, medio, medio-bajo y bajo
torque, respectivamente. Mientras que los motores convencionales se fabrican con torques
promedio de 200% del nominal. Si en el motor convencional la demanda de torque excede
este nivel, el motor arrancará y se frenará. Lo contrario sucede en el motor de muy alto
deslizamiento, que, con el aumento de la demanda de torque disminuirá su velocidad a
medida que la demanda de torque aumenta. Los motores de muy alto deslizamiento
presentan, respecto a los del diseño NEMA D una enorme ventaja: la corriente de arranque
es mucho más baja, aproximadamente la mitad, lo que significa caídas de tensión en los
bornes del motor mucho menores, requisito sumamente importante para un arranque
satisfactorio, pues el torque del motor, como ya se ha visto, varía en forma proporcional
con el cuadrado de la tensión en los bornes.

3.4.- El Servo Motor.

Un Servo es un dispositivo pequeño que tiene un eje de rendimiento controlado. Este puede
ser llevado a posiciones angulares específicas al enviar una señal codificada. El servo
mantendrá la posición angular del engranaje según sea la señal codificada existente en la
línea de entrada. Cuando la señala codificada cambia, la posición angular de los piñones
cambia. En la práctica, se usan servos para posicionar superficies de control como el
movimiento de palancas, pequeños ascensores y timones. Ellos también se usan en radio
control y por supuesto, en robots.

Los Servos son sumamente útiles en robótica. Los motores son pequeños, usualmente
tienen internamente una circuitería de control interna y es bastante poderoso para su
tamaño. Un servo normal o Standard como el HS-300 de Hitec tiene 42 onzas por pulgada
o mejor 3kg por cm. de torque que es bastante fuerte para su tamaño. También potencia
proporcional para cargas mecánicas. Un servo, por consiguiente, no consume mucha
energía. Se muestra la composición interna de un servo motor en el cuadro de abajo.

En la imagen del servo desmontado que se muestra se puede observar la circuitería de
control, el motor, un juego de piñones, y la caja. Tiene además 3 alambres de conexión
externa. Uno es para alimentación Vcc (+5volts), conexión a tierra GND y el alambre
blanco es el alambre de control.

Servo desmontado.

Funcionamiento de un servo
El motor del servo tiene algunos circuitos de control y un potenciómetro (una resistencia
variable) esta es conectada al eje central del servo motor. En la figura se puede observar al
lado derecho del circuito. Este potenciómetro permite a la circuitería de control, supervisar
el ángulo actual del servo motor. Si el eje está en el ángulo correcto, entonces el motor está
apagado. Si el circuito chequea que el ángulo no es el correcto, el motor girará en la
dirección adecuada hasta llegar al ángulo correcto. El eje del servo es capaz de llegar
alrededor de los 180 grados. Normalmente, en algunos llega a los 210 grados, pero varía
según el fabricante. Un servo normal se usa para controlar un movimiento angular de entre
0 y 180 grados. Un servo normal no es mecánicamente capaz de retornar a su lugar, si hay
un mayor peso que el sugerido por las especificaciones del fabricante.

La cantidad de voltaje aplicado al motor es proporcional a la distancia que éste necesita
viajar. Así, si el eje necesita regresar una distancia grande, el motor regresará a toda
velocidad. Si este necesita regresar sólo una pequeña cantidad, el motor correrá a una
velocidad más lenta. A esto se le llama control proporcional.

Codificación del ángulo al cual el servo debe posicionarse
El cable de control se usa para comunicar el ángulo. El ángulo está determinado por la
duración de un pulso que se aplica al alambre de control. A esto se le llama PCM
Modulación codificada de Pulsos. El servo espera ver un pulso cada 20 milisegundos (.02
segundos). La longitud del pulso determinará los giros de motor. Un pulso de 1.5 ms., por
ejemplo, hará que el motor se torne a la posición de 90 grados (llamado la posición neutra).
Si el pulso es menor de 1.5 ms., entonces el motor se acercará a los 0 grados. Si el pulso es
mayor de 1.5ms, el eje se acercará a los 180 grados.

Como se observa en la figura, la duración del pulso indica o dictamina el ángulo del eje
(mostrado como un círculo verde con flecha). Nótese que las ilustraciones y los tiempos
reales dependen del fabricante de motor. El principio, sin embargo, es el mismo.

Para los Hitec: 0.50 ms = 0 grados, 1.50 ms = 90 grados y 2.5 ms = 180 grados.
NEUTRAL
0 GRADOS
180 GRADOS

Características generales:
Los servos generalmente tienen un amplificador, servo motor, piñonería de reducción y un
potenciómetro de realimentación; todo incorporado en el mismo conjunto.

Un servo de posición (lo cual significa que uno le indica a qué posición debe ir), con un
rango de aproximadamente 180 grados. Tienen tres cables de conexión eléctrica; Vcc,
GND, y entrada de control.

Especificaciones de los CABLES según fabricantes.
Los cables del servo son normalmente codificados en colores como en el esquemático.
Hitec, Futaba y Hobbico usan la misma convención. JR y Graupner tienen el control de

color Naranja (pero el orden de la instalación eléctrica es igual que Futaba). Otros como
Sanwa (Airtronics) tienen la línea de GND azul. Otros Sanwa tienen todos los cables
negros, con la raya roja a un lado. El alambre rayado es Vcc, el siguiente es GND y el
último es la señal de control (clasificación diferente que Futaba).

Los números y las posiciones de los cables en el esquemático son arbitrarias, hay que
verificar el servo antes de conectarlo. Una señal de voltaje mal polarizada puede dañar el
servo.

En la siguiente tabla se expone la disposición de cables de varias marcas que comercializan
servos.

disposición de cables
+
Fabricante -batt pwm.
batt
Futaba rojo negro blanco
Hitech rojo negro amarillo
Graupner/Jr rojo marrón naranja
Multiplex rojo negro amarillo
Robbe rojo negro blanco
Simprop rojo azul negro

Suministro de Voltaje
El voltaje nominal es el que un pack de pilas de 4x1.2V de NiCd puede dar; 4.8V. En la
práctica, esto puede variar significativamente. Algunas compañías de Servos producen
paquetes de pilas de 5 unidades de NiCd, con un voltaje nominal de 6.0V, pero tienen entre
6.5 ~ 7V cuando están recién cargadas. Futaba da especificaciones de Servo
velocidad/torque para 6V Consideremos 7V como un máximo seguro.
También supongamos que los servos trabajan con un paquete de pilas NiCd de 4 unidades,
a 4.4V. Pero la respuesta sería algo lenta. Así que se puede trabajar entre 4.4 V y 7.0 V,.
Eso lo decide cada cual.

Se suele usar 5V sin problemas. Se puede usar una fuente de voltaje de 5V, incluso usar
integrados reguladores, como el 7805; no sólo alimenta el protoboard o su circuito impreso
con un buen desempeño, sino que también puede alimentar dos servos. La corriente que
requiere depende del tamaño del servo. Normalmente el fabricante indica cual es la
corriente que consume el Servo. Eso no significa mucho si todos los servos van a estar
moviéndose todo el tiempo. La corriente depende principalmente del torque usado por el
servo motor y puede exceder más de un amperio si el servo está enclavado. Es mejor medir
las especificaciones del servo.

4.- Control de motores.

Control de un servo motor
En este apartado se describen las operaciones (en parte ya comentadas en el apartado
anterior 3.4) para realizar el Control de un servo.

En resúmen, para controlar un servo tendremos que aplicar un pulso de duración y
frecuencia específicos todos los servos disponen de tres cables dos para alimentación Vcc y
Gnd y otro cable para aplicar el tren de pulsos de control que harán que el circuito de
control diferencial interno ponga el servo en la posición indicada por la anchura del pulso.

En el control se ordena un cierto ángulo, medido desde 0 grados. Se envía una serie de
pulsos. En un tiempo ON de pulso indica el ángulo al que debe posicionarse; 1ms = 0
grados, 2.0ms = máx. grado (cerca de 120) y algún valor entre ellos da un ángulo de salida
proporcional. Generalmente se considera que en 1.5ms está el "centro." Entre límites de 1 ~
2ms son las recomendaciones de los fabricantes se puede usar un rango mayor de 1.5ms
para obtener un ángulo mayor e incluso de 2ms para un ángulo de rendimiento de 180
grados o más. El factor limitante es el tope del potenciómetro y los límites mecánicos
construidos en el servo. Un sonido de zumbido normalmente indica que está forzando por
encima al servo, entonces debe disminuir un poco.

El tiempo de OFF en el servo no es crítico; puede estar alrededor de los 20ms. Hemos
usado entre 10ms y 30 ms. Esto no tiene que ser de ésta manera, puede variar de un pulso a
otro. Los pulsos que ocurren frecuentemente en el tiempo de OFF pueden interferir con el
sincronismo interno del servo y podría escucharse un sonido de zumbido o alguna vibración
en el eje. Si el espacio del pulso es mayor de 50ms (depende del fabricante), entonces el
servo podría estar en modo SLEEP entre los pulsos. Entraría a funcionar en pasos pequeños
y el rendimiento no sería el óptimo.

Este es un ejemplo de la señal que debería tener el servo:

El tiempo de OFF está variando, como se puede observar. Esto no tiene efectos adversos
con tal de que esté entre 10 ~ 30ms. El tiempo de ON determina la posición del brazo de
salida.

Hay que tener mucho cuidado porque hay servos viejos que usan polaridad de pulso
invertido (es decir donde tiempo de OFF es importante). De todos modos son difíciles de
encontrar en estos días. También, hay algunos servos que tienen el "centro" en posición
diferente y rangos de tiempo diferentes. Esto no es lo usual pero en este caso simplemente
se cambia su tiempo de pulso o polaridad y el resto es lo mismo.

Para girar el servo a los grados que se requieran.
Para controlarlo a 30 grados, por ejemplo; se debe calcular la longitud (ancho) del pulso:

La premisa básica es que la relación es lineal, por tanto no hay que hacer más que una regla
de 3:

En 0 grados =1ms, 120 grados = 2ms => 30 grados =1.16ms.

Así, si seguimos enviándole pulsos de 1.16ms, incrementaremos su posición en 30 grados.
Si hay una fuerza externa que intenta bloquearlo, el servo intentará resistir activamente (es
decir, si el brazo se mueve externamente, el servo dará entradas al motor para corregir el
error).

También es posible dejar de enviar pulsos después que el servo se ha movido a su posición.
Si dejamos de enviar pulsos por más de 50ms (dependiendo del servo), este podría caerse.
Esto significa, que este no estaría aplicando ninguna entrada al motor, o activamente
resistiendo fuerzas externas; solamente la fricción sostendrá el brazo (del servo) en su
lugar.

En la siguiente tabla están indicados los valores de control de varias marcas que
comercializan servos.

Duración pulso (ms)
Fabricant neutra
min. máx.. Hz
e l.
Futaba 0.9 1.5 2.1 50
Hitech 0.9 1.5 2.1 50
Graupner/
0.8 1.5 2.2 50
Jr
Multiplex 1.05 1.6 2.15 40
Robbe 0.65 1.3 1.95 50
Simprop 1.2 1.7 2.2 50

Un circuito Driver del Servo
Esta es una versión. Puede usarse para verificar que ellos funcionen, o para conectarle
servos a un Robot. Lo primero para este Driver es encontrar los pulsos requeridos con un
osciloscopio para programarlo en un microcontrolador.

Este usa un IC TIMER "Timer" 555. El nombre usual es NE555 o LM555, pero casi todos
los fabricantes de IC´s lo han hecho.

El circuito esquemático se encuentra en las hojas de datos de los manuales ECG, Nacional
Instruments, Motorola u otros, con los valores de resistor/capacitor calculados de las
fórmulas. La única diferencia es la presencia del potenciómetro P1, el cual cambia el
tiempo constantemente como usted lo mueva.

La señal de salida del IC (pin3) tiene mala polaridad. Para Invertir esta, es necesario el
transistor. El
transistor se conecta en configuración "colector común" y se usa en modo de saturación
(esto significa APAGADO ó ENCENDIDO), así podría usar cualquier transistor npn para

trabajar sin problemas (en este caso el ejemplo usa un C1959Y).

Lista de las partes del esquema anterior:
R1: 220K R2: 15K R3: 10K R4: 10K P1: 10K C1: 100nF C2: 100nF V1: 4~6V
Pilas o baterías 4 AA ó usar una fuente de voltaje a 5 Voltios.
Cualquier transistor npn de baja señal.

Control de motores para CC

El motor eléctrico es un dispositivo electromotriz, esto quiere decir que convierte la energía
eléctrica en energía motriz. Todos los motores disponen de un eje de salida para acoplar un
engranaje, polea o mecanismo capaz de transmitir el movimiento creado por el motor.

El funcionamiento de un motor se basa en la acción de campos magnéticos opuestos que
hacen girar el rotor (eje interno) en dirección opuesta al estator (imán externo o bobina),
con lo que si sujetamos por medio de soportes o bridas la carcasa del motor el rotor con el
eje de salida será lo único que gire.

Para cambiar la dirección de giro en un motor de Corriente Continua tan solo tenemos que
invertir la polaridad de la alimentación del motor.

Para modificar su velocidad podemos variar su tensión de alimentación con lo que el motor
perderá velocidad, pero también perderá par de giro (fuerza) o para no perder par en el eje
de salida podemos hacer un circuito modulador de anchura de pulsos (pwm) con una salida
a transistor de mas o menos potencia según el motor utilizado.

5.- Bibliografía

• Centro Superior de Informática. Universidad de la Laguna (Tenerife)
www.csi.ull.es/~jplatas/web/ca/teoria/tema5-27.htm

• Ediciones Técnicas REDE
http://www.redeweb.com

• Redeya
http://www.redeya.com

• Tecnocom
http://www.tecnocom.biz/noticia.asp?idnoticia=447

• TodoRobot
http://todorobot.com.ar

• Universidad Católica de Perú
http://alek.pucp.edu.pe/cursos/pregrado/iee215/introduccion/introduccion
.htm

• Universidad de Vigohttp:
http://www.aisa.uvigo.es/DOCENCIA/AyRobotica/Motores.pdf

• Gran Enciclopedia de la Electrónica. Tomo 1. Ed. Nueva Lente.

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