Funcionamiento y Clasificación de las Máquinas de Corriente Continua

Máquinas de Corriente Continua (CC): Funcionamiento y Constitución

1. Principio de Funcionamiento

• Motor de CC: la corriente en la bobina dentro de un campo magnético produce una fuerza que hace girar el rotor. Convierte energía eléctrica en energía mecánica.

• Generador de CC: al mover una bobina en un campo magnético se induce una tensión o corriente. Convierte energía mecánica en energía eléctrica.

• Reversibilidad: la misma máquina eléctrica puede funcionar de manera reversible como motor o generador.

2. Partes Principales de la Máquina

Circuito Magnético

• Estator: parte fija de la máquina.

• Rotor o inducido: parte móvil y giratoria.

• Carcasa o culata: elemento exterior que cierra el circuito magnético.

• Piezas polares: concentran y dirigen el flujo magnético hacia el rotor.

• Entrehierro: estrecho espacio de aire entre el estator y el rotor.

• Base: soporte físico y anclaje de la máquina.

Circuito Eléctrico

• Inductor: devanado encargado de crear el campo magnético (excitación).

• Inducido: devanado donde se induce la corriente y la tensión de trabajo.

• Colector o conmutador: dispositivo que conecta eléctricamente el inducido giratorio con el exterior.

• Escobillas: piezas de fricción que transmiten la corriente eléctrica al colector.

3. El Colector de Delgas y las Escobillas

• El colector está formado por múltiples láminas de cobre (denominadas delgas) aisladas eléctricamente entre sí.

• Las escobillas suelen ser de grafito (carbón) y presionan mecánicamente sobre el colector mediante muelles.

• Su función principal es mantener la conexión eléctrica continua entre el circuito exterior estático y el inducido rotativo.

• Es uno de los componentes que sufre mayor desgaste debido al rozamiento y a la conmutación eléctrica.

4. El Inductor y el Inducido

• Inductor: situado generalmente en el estator, es el encargado de generar el campo magnético fijo.

• Inducido: situado en el rotor, es el devanado donde se genera la fuerza electromotriz inducida o donde se aplica la corriente para producir el movimiento.

5. Tipos de Conexión en Máquinas de Corriente Continua

Conexión Serie

• El devanado inductor y el inducido se conectan en serie.

• Ofrece un alto par de arranque.

• Presenta una velocidad muy variable según la carga (peligro de embalamiento en vacío).

• Se utiliza habitualmente en trenes, tranvías y grúas.

Conexión Shunt o Derivación

• El devanado inductor y el inducido se conectan en paralelo.

• Mantiene una velocidad casi constante ante variaciones de carga.

• Posee un menor par de arranque en comparación con la conexión serie.

• Se emplea en máquinas-herramienta, ventiladores y herramientas industriales.

Conexión Compound (Compuesta)

• Combina las características de la conexión serie y paralelo.

• Proporciona una velocidad estable y un excelente par de arranque.

• Se utiliza en aplicaciones donde se requiere arrancar con cargas pesadas manteniendo la estabilidad de velocidad.

Conexión Independiente

• Los devanados inductor e inducido se alimentan mediante fuentes de tensión independientes.

• Permite un control de velocidad óptimo y preciso.

6. Arranque de Motores de Corriente Continua

• Durante el arranque, la corriente de arranque es extremadamente alta debido a que la fuerza contraelectromotriz (FCEM) es nula al estar el rotor parado.

• Para proteger la máquina, se conecta un reóstato de arranque (resistencia variable) en serie con el inducido para limitar dicha corriente.

• Esta resistencia se va reduciendo progresivamente a medida que el motor adquiere su velocidad nominal.

7. Inversión del Sentido de Giro

• Para invertir el sentido de giro del motor, no se deben cambiar las conexiones de ambas bobinas simultáneamente.

• Se debe invertir la polaridad de alimentación de solo uno de los devanados:

  • o bien el devanado inductor,

  • o bien el devanado inducido.

• Si se invierten ambos devanados a la vez, el sentido de giro permanecerá inalterado.

8. Conceptos Clave y Reglas de Examen

• Mayor flujo magnético implica mayor par motor, pero habitualmente se traduce en una menor velocidad de rotación.

• En conexión serie: se obtiene un par elevado pero con una velocidad inestable ante la carga.

• En conexión shunt: la velocidad de funcionamiento es prácticamente constante.

• Las líneas neutras representan las zonas geométricas entre los polos magnéticos donde el efecto de inducción es nulo o mínimo.

• El número de polos de la máquina puede configurarse como bipolar, tetrapolar, multipolar, etc.

Resumen Práctico para Memorizar

Motor: transforma energía eléctrica en movimiento.
Generador: transforma movimiento en energía eléctrica.
Colector: rectifica o conmuta la conexión para asegurar un giro continuo unidireccional.
Escobillas: aseguran la transmisión de corriente eléctrica por contacto deslizante.