Motores y Generadores de Corriente Continua: Componentes, Tipos y Mantenimiento

Componentes y Funcionamiento de las Máquinas de Corriente Continua (CC)

Las máquinas de corriente continua son dispositivos electromecánicos que convierten energía. Se clasifican en dos tipos principales:

• Motor: Convierte la energía eléctrica en energía mecánica.
• Generador (Dinamo): Convierte la energía mecánica en energía eléctrica en forma de corriente continua.

El principio de funcionamiento de una máquina eléctrica de corriente continua se basa en la inducción electromagnética, que describe la relación entre un campo magnético y los conductores de la máquina.

Partes Principales de una Máquina de CC

Una máquina de CC consta de las siguientes partes:

• Inducido (Rotor): Parte giratoria de la máquina donde se encuentra el bobinado inducido.
• Estator: Parte fija de la máquina que alberga los polos inductores y otros componentes.
• Colector: Cilindro adherido al eje del inducido, conectado al bobinado inducido.
• Escobillas: Piezas fijas de carbón que establecen contacto eléctrico con el colector.
• Polos inductores (de excitación): Producen el campo magnético principal.
• Polos auxiliares (de conmutación): Mejoran la conmutación y reducen las chispas en las escobillas.
• Bobinado de excitación (inductor): Produce el campo magnético en el estator.
• Bobinado auxiliar (de conmutación): Conectado en serie con el bobinado inducido, genera un campo magnético suplementario.
• Bobinado del inducido: Donde se induce la corriente eléctrica (en el generador) o se aplica la corriente (en el motor).
• Carcasa (Culata): Estructura externa que protege y soporta los componentes internos.
• Núcleo polar de un polo inductor: Masas magnéticas que alojan el bobinado de excitación.
• Pieza polar de un polo inductor (Expansión polar): Parte cercana al inducido que optimiza el flujo magnético.
• Núcleo polar de un polo auxiliar (de conmutación): Núcleo magnético para el bobinado auxiliar.
• Pieza polar de un polo auxiliar (de conmutación): Pieza para el polo auxiliar, de dimensiones más reducidas.
• Entrehierro: Espacio de aire entre el estator y el rotor.

Tipos de Excitación en Máquinas de CC

La excitación se refiere a la forma en que se alimenta el bobinado de excitación para generar el campo magnético. Existen diferentes métodos de conexión, que afectan el comportamiento de la máquina, tanto en modo motor como generador:

• Excitación Independiente: El bobinado de excitación se alimenta con una fuente de CC externa.
• Autoexcitadas: El bobinado de excitación se alimenta del propio inducido de la máquina. Dentro de esta categoría, encontramos:
  • Excitación Serie: El bobinado de excitación se conecta en serie con el bobinado inducido.
  • Excitación Shunt (Derivación): El bobinado de excitación se conecta en paralelo (derivación) con el bobinado inducido.
  • Excitación Compound (Compuesta): Combina bobinados de excitación en serie y en paralelo.

Máquinas de Excitación Independiente

En estas máquinas, una fuente de energía eléctrica de corriente continua exterior alimenta el bobinado de excitación. Esto produce el campo magnético necesario para inducir corriente en el rotor.

Máquinas Autoexcitadas

La fuente de alimentación del bobinado de excitación proviene del propio inducido. El flujo inicial de excitación se debe al fenómeno de la histéresis (magnetismo remanente).

Máquina de Excitación en Serie

El bobinado inductor está conectado en serie con el bobinado inducido. Presenta alta inestabilidad, con variaciones de tensión significativas al cambiar la carga. Como motor, es inestable en vacío (se embala) y puede dañarse. Tiene un buen par de arranque y se usa en aplicaciones como grúas y montacargas.

Máquina de Excitación Shunt (Derivación)

El bobinado inductor se conecta en derivación con los bornes del inducido. Ofrece una tensión relativamente constante y soporta bien los cortocircuitos. Es muy utilizada por su estabilidad.

Máquina de Excitación Compound (Compuesta)

Posee dos bobinados inductores: uno en serie y otro en derivación con el inducido. Combina características de las conexiones serie y shunt.

Componentes Específicos y su Función

Inducido

Es la parte giratoria de la máquina. Está formado por chapas magnéticas aisladas entre sí. Su eje se apoya en cojinetes. Existen tres tipos principales de inducidos:

• De anillo
• De disco
• De tambor

Colector

Cilindro adherido al eje del inducido. Conecta el bobinado inducido mediante pletinas de cobre (delgas) aisladas con mica. El material del colector suele ser cobre.

Escobillas

Piezas fijas, generalmente de carbón, que hacen contacto con el colector. Deben ser resistentes al rozamiento pero sin dañar el colector. Se alojan en un portaescobillas y se mantienen en contacto mediante un resorte.

Mantenimiento Preventivo de Máquinas de CC

El mantenimiento preventivo es crucial para asegurar la vida útil y el correcto funcionamiento de las máquinas de CC. Incluye los siguientes procesos:

• Planificación: Programar las tareas de mantenimiento.
• Observación: Inspeccionar visualmente la máquina.
• Actuación: Realizar las tareas de mantenimiento (limpieza, lubricación, ajustes, etc.).
• Comprobación: Verificar el correcto funcionamiento después del mantenimiento.
• Puesta en funcionamiento: Poner la máquina en servicio.
• Barnizado: Aplicar barniz aislante a los bobinados para mejorar el aislamiento y la solidez. Métodos comunes: brocha, pulverización, inmersión.
• Descebado: Pérdida del magnetismo remanente en un generador de CC.

Herramientas Comunes en el Mantenimiento

• Extractor de poleas: Para extraer poleas, cojinetes y tapas de carcasas.
• Galgas de espesores: Para ajustar uniones de poleas o medir el entrehierro.
• Nivel de burbuja: Para equilibrar máquinas.
• Nivelador: Para alinear ejes en el acople de dos máquinas.

Conservación de Cojinetes y Entrehierro

Un cojinete desgastado causa un movimiento descentrado del inducido y un entrehierro desigual. Esto puede provocar rozamiento entre el estator y el rotor, dañando las chapas magnéticas. Es importante comprobar la holgura de los cojinetes.

Tipos de Generadores de CC según su Excitación

• Generador de excitación independiente: La corriente de excitación proviene de una fuente externa.
• Generador autoexcitado: Produce su propia excitación.
• Generador con excitación serie: Bobinado inductor en serie con el inducido. La intensidad es la misma en todo el circuito.
• Generador con excitación derivación (shunt): Bobinado inductor en paralelo con el inducido.
• Generador con excitación compuesta (compound): Dos bobinados inductores, uno en serie y otro en paralelo con el inducido.