Máquinas de Corriente Continua: Fundamentos, Construcción y Aplicaciones Esenciales

1. Introducción a las Máquinas Rotativas de Corriente Continua

Las máquinas rotativas de corriente continua operan bajo los principios de magnetismo y electromagnetismo. Este documento probablemente comienza con un caso práctico (como se describe en la página 4), que plantea un escenario real, como el mantenimiento de un motor CC en una línea de producción automatizada. Este caso práctico sirve como base para las actividades y preguntas de esta sección.

Definición: Una máquina rotativa de corriente continua es un dispositivo electromecánico que convierte energía eléctrica CC en movimiento mecánico (motor) o movimiento mecánico en energía eléctrica CC (generador), basado en la interacción de campos magnéticos generados por corrientes CC.

2. Construcción de las Máquinas CC

Esta sección detalla los componentes principales de una máquina CC:

• Estator: Parte estacionaria que contiene el sistema de campo, compuesto por devanados de campo o imanes permanentes que generan un campo magnético estático. Incluye el yugo (estructura magnética), polos de campo y bobinas de campo.
• Rotor (Armadura): Parte giratoria con devanados de armadura enrollados en un núcleo de hierro laminado para reducir las pérdidas por corrientes parásitas (como se explica en la Unidad 1, página 13).
• Colector (o Conmutador): Estructura cilíndrica de segmentos de cobre aislados, montada en el eje del rotor, que invierte la dirección de la corriente en los devanados de armadura para mantener un par unidireccional (en motores) o una salida de corriente continua (CC) constante (en generadores).
• Escobillas: Contactos de carbono o grafito que rozan el colector para conectar el circuito estacionario con la armadura giratoria.
• Rodamientos y Eje: Componentes mecánicos que soportan el rotor y transmiten la potencia mecánica.

Definición: El colector es un componente esencial que asegura la inversión de la corriente en los devanados de armadura para mantener la rotación continua en motores o una salida CC estable en generadores.

3. Principios de Funcionamiento

El funcionamiento de las máquinas de corriente continua (CC) se basa en:

• Inducción Electromagnética: Un conductor que se mueve en un campo magnético induce una fuerza electromotriz (FEM) (Ley de Faraday), principio fundamental de los generadores CC.
• Fuerza de Lorentz: Un conductor con corriente en un campo magnético experimenta una fuerza que provoca rotación, principio fundamental de los motores CC.

Esta sección explica cómo la interacción entre el campo magnético del estator y la corriente en los devanados de armadura produce par en los motores o induce voltaje en los generadores. Se destaca el proceso de conmutación, que asegura que el par en un motor permanezca en la misma dirección al invertir la corriente en las bobinas de armadura al pasar por la línea neutra (mencionada en las soluciones de la página 253, pregunta 3).

Definición: La conmutación es el proceso por el cual el colector y las escobillas cambian la dirección de la corriente en los devanados de armadura para mantener un par constante o una salida de voltaje estable.

4. Tipos de Máquinas CC

Esta sección clasifica las máquinas CC según la conexión entre los circuitos de campo y armadura:

• Máquinas de Excitación Independiente: El devanado de campo se alimenta con una fuente de corriente continua (CC) separada, lo que permite un control preciso del campo. Son usadas en aplicaciones que requieren un control de velocidad exacto.
• Máquinas en Derivación (Shunt): El devanado de campo está en paralelo con la armadura, lo que ofrece una velocidad relativamente constante bajo cargas variables. Son adecuadas para aplicaciones como ventiladores o bombas.
• Máquinas en Serie: El devanado de campo está en serie con la armadura, lo que proporciona un alto par de arranque, pero con velocidad variable. Son usadas comúnmente en sistemas de tracción (como trenes eléctricos).
• Máquinas Compuestas: Combinan devanados en derivación y serie, equilibrando un alto par y una buena estabilidad de velocidad. Son empleadas en aplicaciones como laminadoras.

Las soluciones de la página 253 (pregunta 1: “b y c”) sugieren que este contenido evalúa las características de tipos específicos, posiblemente máquinas en derivación o compuestas.

Definición: Un motor CC en derivación tiene el devanado de campo en paralelo con la armadura, lo que resulta en una velocidad relativamente constante, pero con un menor par de arranque que los motores en serie.

5. Devanados de Armadura

Esta sección probablemente cubre el diseño y cálculo de los devanados de armadura, que son esenciales para el rendimiento óptimo de las máquinas CC. El prontuario de la página 244 (Anexo B) ofrece una guía detallada para el cálculo de devanados, incluyendo:

• Devanados Imbricados (Lap): Cada bobina se conecta a segmentos adyacentes del colector, siendo ideales para máquinas de alta corriente y bajo voltaje.
• Devanados Ondulados (Wave): Las bobinas se conectan a segmentos más alejados, siendo adecuados para máquinas de alto voltaje y baja corriente.