MOTORES ELÉCTRICOS

MOTORES ELÉCTRICOS DE CORRIENTE CONTINUA.

El motor eléctrico es un dispositivo que convierte la energía eléctrica en energía mecánica de rotación por medio de la acción de los campos magnéticos generados en sus bobinas. Son máquinas eléctricas rotatorias compuestas por un estator y un rotor.

Algunos de los motores eléctricos son reversibles, ya que pueden convertir energía mecánica en energía eléctrica funcionando como generadores o dinamo. Los motores eléctricos de tracción usados en locomotoras o en automóviles híbridos realizan a menudo ambas tareas, si se diseñan adecuadamente.

1. PRINCIPALES APLICACIONES

Son utilizados en infinidad de sectores tales como instalaciones industriales, comerciales y particulares. Su uso está generalizado en ventiladores, vibradores para teléfonos móviles, bombas, medios de transporte eléctricos, electrodomésticos, esmeriles angulares y otras herramientas eléctricas, unidades de disco, etc. Los motores eléctricos pueden ser impulsados por fuentes de corriente continua (CC), y por fuentes de corriente alterna (CA).

2. CONSTITUCIÓN DE LOS MOTORES DE CORRIENTE CONTINÚA. 

Los motores de corriente continua (CC) se basan en los principios de la fuerza electromagnética y de la fuerza electromotriz inducida. Para llevar a cabo estos principios, los motores constan del inductor y del inducido.

Inductor: tiene como misión crear el campo magnético y se encuentra alojado en la parte fija del motor o estáctor. El inductor está formado por unas bobinas de hilo de cobre colocadas alrededor de una expansión polar de material ferromagnético. 

Por la bobina circulará una corriente eléctrica, de cuyo sentido dependerá el signo del campo magnético creado. También pueden ser de imanes permanentes.

Inducido: tiene como misión crear campos magnéticos que se opongan a los del motor. Esta formado por conductores de cobre dispuestos en forma de bobinas. Las bobinas están alojadas en unas ranuras practicadas en un cilindro de chapa de material ferromagnético, el cual está sujeto al eje de giro del motor y constituye la parte móvil o rotor de la máquina.

La separación de aire existente entre el estáctor y el rotor de denomina entrehierro. Los principios y finales de las distintas bobinas están conectados eléctricamente a una pieza de cobre, denominada colector de delgas, que gira con el eje. Los delgas son las partes en que se divide el colector, y están aisladas unas de otras.

Para introducir la corriente en los conductores del inducido se utilizan las escobillas, que son unas piezas de grafito que están en contacto con el colector de delgas y que, por tanto, conectan el circuito exterior con el interior de la máquina.

3. FUNCIONAMIENTO

Vamos a tomar como ejemplo un motor de corriente continua, con el inductor y el inducido colocados en serie.

Al conectar el motor a la fuente de alimentación, la corriente eléctrica circula por las bobinas inductoras generando un electro-imán y un campo magnético.

Esta corriente también circula por las bobinas inducidas a través de las escobillas y colector, generando también un electro-imán y un campo magnético.

La interacción de los campos magnéticos provoca fuerzas que actúan sobre las bobinas inducidas, las obligan a girar y con ellas girará todo el rotor.

4. POTENCIA Y PÉRDIDAS DE POTENCIA

Al conectar un motor de corriente continua a la red absorbe una potencia, denominada potencia absorbida, cuyo valor es:

Pab = U·I

Siendo:
 -U tensión aplicada (voltios)
 -I la intensidad (amperios)

Esto ocurriría en un sistema ideal en la realidad hay perdidas de potencia

Pab = Pu + Pp

Siendo:
 -Pu: Potencia útil
 -Pp: Potencia perdida

4.1 Pérdidas de potencia:

Efecto Juole. Una parte de la potencia se pierde en forma de calor en el cobre de los conductores del devanado inductor y de devanado inducido. 

PCu1 = Ri . Ii2 y PCu2 = Rex . Iex2

Pérdidas en el hierro (PFe):  pérdidas por calentamiento provocado por las corrientes de Foucault* que aparecen en el núcleo debido al cambio constante de magnetización en el hierro mismo. Se suelen despreciar en los cálculos.

Pérdidas mecánicas (Pm): son pérdidas debidas al rozamiento en los puntos de unión de las partes móviles de la máquina. Se suelen despreciar en los cálculos.

Si sumamos todas las perdidas de potencia obtenemos la ecuación:

Pérdidas de potencia= Pp = PCu1 + PCu2 + PFe + Pm

Por otro lado se define rendimiento como la parte de energía que se aporta al motor y se pierde:

ƞ=Pútil/Pabsorbida

*Foucault o corrientes parásitas. La corriente de Foucault es un fenómeno eléctrico descubierto por el físico francés Léon Foucault en 1851. Se produce cuando un conductor atraviesa un campo magnético variable. El movimiento relativo causa una circulación de electrones, o corriente inducida dentro del conductor. Estas corrientes circulares de Foucault crean electro-imanes con campos magnéticos que se oponen al efecto del campo magnético aplicado. Cuanto más fuerte sea el campo magnético aplicado, o mayor la conductividad del conductor, o mayor la velocidad relativa de movimiento, mayores serán las corrientes de Foucault y los campos opositores generados.

En los núcleos de bobinas y transformadores se generan tensiones inducidas debido a las variaciones de flujo magnético a que se someten aquellos núcleos. Estas tensiones inducidas son causa de que se produzcan corrientes parásitas en el núcleo, que no son óptimas para la buena eficiencia eléctrica de éste.