Motores de Corriente Continua: Componentes, Funcionamiento y Usos

Componentes Principales del Motor de Corriente Continua

• Estator: Es un electroimán fijo formado por un número par de polos magnéticos.
• Rotor: Es la pieza giratoria, formada por un núcleo magnético alrededor del cual va el devanado de inducido, sobre el que actúa el campo magnético del estator.
• Colector de delgas: Es un anillo compuesto por láminas de cobre llamadas delgas, dispuesto sobre el eje del rotor. Sirve para conectar las bobinas del inducido con el circuito exterior a través de las escobillas.
• Escobillas: Son unas piezas de grafito (u otro material conductor) que hacen contacto sobre el colector de delgas, permitiendo la conexión eléctrica entre las delgas (y por tanto, el rotor) y los bornes de conexión exteriores del motor.

Funcionamiento

La fuente de campo magnético principal proviene del devanado inductor (ubicado en el estator). Este campo magnético actúa sobre el devanado inducido (ubicado en el rotor), generando una fuerza que lo hace girar. El rotor recibe la corriente eléctrica necesaria desde la fuente de alimentación a través del sistema formado por el colector y las escobillas.

El colector actúa esencialmente como un conmutador mecánico sincronizado con el giro del rotor. Conmuta la conexión de las bobinas del inducido de forma que el ángulo relativo entre el campo magnético del rotor y el campo magnético del estator se mantenga aproximadamente constante, independientemente de la posición angular del rotor. Esto permite que el par motor (la fuerza de giro) sea relativamente constante y la máquina pueda girar.

Al aplicar corriente eléctrica, el rotor inicia el giro, lo que provoca una variación del flujo magnético a través de los devanados en el tiempo. Durante el arranque, especialmente en motores de cierta potencia, se suele conectar una resistencia en serie con el devanado del rotor para limitar la corriente inicial, la cual se retira una vez el motor alcanza su velocidad de régimen.

Es interesante notar que, en ciertas condiciones (por ejemplo, si la carga arrastra al motor a una velocidad superior a la que le correspondería por la tensión aplicada), un motor de corriente continua puede funcionar como generador. En este caso, el motor absorbe energía cinética de la carga giratoria, la convierte en energía eléctrica y la corriente circula en sentido inverso al de funcionamiento como motor. Este principio se utiliza para el frenado regenerativo, que permite reducir la velocidad de forma controlada y, en algunos casos, devolver energía a la fuente de alimentación.

Aplicaciones y Ventajas de los Motores de Corriente Continua

La principal ventaja de los motores de corriente continua es su gran variabilidad de velocidad, junto con la relativa facilidad para su control y la flexibilidad de sus características par-velocidad. Además, mantienen un rendimiento alto en un amplio margen de velocidades y poseen una alta capacidad de sobrecarga temporal, lo que los hace muy adecuados para numerosas aplicaciones donde estas características son primordiales, superando en estos aspectos a muchos motores de corriente alterna.

Ejemplos comunes de aplicación incluyen:

• Motores pequeños para juguetes, que suelen ser del tipo de imán permanente y proporcionan potencias bajas (desde vatios hasta cientos de vatios).
• Motores para tracción eléctrica (trenes, tranvías, vehículos eléctricos).
• Aplicaciones industriales que requieren control preciso de velocidad y par (laminadoras, máquinas herramienta, robótica).
• Motores de precisión como los usados en giradiscos, unidades lectoras de CD/DVD, y discos duros. Muchos de estos son motores brushless (sin escobillas), donde el rotor es de imán permanente y el estator contiene las bobinas. Un circuito electrónico se encarga de conmutar la corriente en las bobinas del estator para sincronizarse con la posición del rotor, eliminando la necesidad de colector y escobillas, lo que aumenta la durabilidad y reduce el mantenimiento. Este tipo de motores ofrece un excelente par de arranque y un eficiente control de la velocidad.

Otra ventaja significativa, especialmente en motores de gran tamaño que mueven cargas con alta inercia, es la facilidad para la inversión de marcha y la capacidad de actuar como generador durante el frenado (frenado regenerativo), devolviendo energía a la línea eléctrica y logrando una deceleración controlada y eficiente.