Polos de conmutación, motor shunt, pérdidas y arranque en máquinas de corriente continua

Polos de Conmutación en Máquinas de Corriente Continua

Los polos de conmutación son elementos utilizados para conseguir una correcta conmutación en máquinas de corriente continua. Se trata de pequeños polos colocados simétricamente entre las piezas polares, cuyos devanados están conectados en serie con el inducido. La fuerza magnetomotriz (f.m.m.) de estos polos es proporcional a la corriente absorbida o cedida por la máquina. Con estos nuevos polos conectados adecuadamente, se conseguirá compensar exactamente la reacción del inducido. Bastará que su f.m.m. sea exactamente igual para todas las cargas.

Si la máquina actúa como generador, los devanados de los polos de conmutación deben conectarse en el sentido en que gira la máquina, y viceversa para un motor. Una vez construida una máquina provista de polos de conmutación, puede utilizarse tanto como motor como generador, ya que, al cambiar de uno a otro, se invertirá el sentido de la corriente y, a su vez, la polaridad de los polos automáticamente.

Motor Shunt: Características y Funcionamiento

El motor shunt, también conocido como motor de excitación en derivación, tiene las siguientes características:

• En el instante de arranque, el par motor que se desarrolla es menor que en el motor en serie.
• Al disminuir la intensidad absorbida, el régimen de giro apenas sufre variación.
• Su velocidad apenas disminuye cuando el par aumenta.
• Son adecuados para aplicaciones donde se necesite que la velocidad se mantenga constante.

Las ecuaciones que rigen el comportamiento del motor shunt son:

• Tensión: V = E + I_aR_a
• Velocidad: N = k' (V - I_aR_a / flujo) = k' / flujo
• Par motor: M = k' I_a

Pérdidas en Máquinas de Corriente Continua

En cualquier máquina rotatoria electromagnética, las pérdidas pueden clasificarse en tres grupos: pérdidas mecánicas, pérdidas en el cobre y pérdidas magnéticas o en el hierro. Toda esta energía se transformará en calor, que se invertirá en elevar la temperatura de la máquina.

Pérdidas Mecánicas

Las pérdidas mecánicas son debidas a los rozamientos en los cojinetes, en las escobillas, así como a la potencia invertida en accionar el ventilador de la máquina, etc. Estas pérdidas son función de la velocidad.

Pérdidas en el Cobre

Las pérdidas en el cobre son debidas al efecto Joule originado en los diversos arrollamientos de la máquina por la corriente que circula por ellos (P_cu = R_ind⸳I²_ind + R_exc⸳I²_exc).

Pérdidas en el Hierro

Las pérdidas en el hierro se presentan en el circuito magnético de la máquina y son debidas a dos causas: la histéresis y las corrientes de Foucault. Las primeras se originan en el rotor de la máquina porque, al ir pasando por debajo de los sucesivos polos, su flujo va sufriendo variaciones y, por lo tanto, aparece el conocido ciclo de histéresis. Las corrientes de Foucault son debidas a corrientes parásitas sobre las partes de la máquina sometidas a un flujo variable y dependen del cuadrado de la velocidad y la inducción máxima.

Arranque de Máquinas de Corriente Continua

En condiciones nominales, la tensión en bornes (V) y la fuerza contraelectromotriz (f.c.e.m.) inducida (E) difieren muy poco, siendo la corriente relativamente pequeña. Sin embargo, en el momento del arranque, el rotor está parado (E = 0) y toda la tensión exterior se aplica directamente a las resistencias de los devanados, circulando así una corriente excesivamente elevada que se debe evitar.

Para que esto no suceda, se hace uso de los reóstatos de arranque. Estos son resistencias conectadas en serie con el inducido, con el fin de reducir la corriente inicialmente absorbida por R_a. Dichas resistencias se van suprimiendo gradualmente conforme la máquina se va acelerando. Los reóstatos llevan, además, los elementos de protección correspondientes.

Las ecuaciones que rigen el comportamiento del arranque son:

• En paralelo: V = E + I_aR_a -> I_a = (V - E) / R_a
• En serie: V = E + I_a(R_a + R_exc) -> I_a = (V - E) / (R_a + R_exc)