Sistemas de Excitación y Aplicaciones de Motores DC: Tipos y Funcionamiento

Sistemas de Excitación para Generadores de Corriente Continua

Los generadores de corriente continua requieren un sistema de excitación para crear el campo inductor necesario para su funcionamiento. Existen principalmente dos tipos:

1. Excitación Independiente

En este sistema, la corriente que va a crear el campo inductor se obtiene de una fuente o generador distinto del considerado. El principal inconveniente es el uso de un segundo generador para producir la corriente de excitación. La ventaja es que es fácil variar la tensión de salida, por lo que se usa mucho en aplicaciones donde se requiere un control preciso de la tensión.

2. Autoexcitación

En los sistemas de autoexcitación, el propio generador suministra la energía necesaria para su campo inductor. Existen tres tipos principales:

• 2.1. Excitación Shunt (Paralelo)

  El devanado inductor se conecta en paralelo con la carga exterior. Se construye con muchas espiras y una elevada resistencia. La corriente de excitación es proporcional a la tensión de salida del generador.

• 2.2. Excitación en Serie

  El devanado inductor se conecta en serie con la carga exterior, por lo que la corriente de excitación es la propia corriente de carga. Se construye con pocas espiras y poca resistencia. La corriente de excitación varía directamente con la corriente de carga.

• 2.3. Excitación Compound (Compuesta)

  El flujo inductor es creado a la vez por un devanado serie y otro paralelo, los cuales suelen estar arrollados sobre las mismas piezas polares. La excitación compound puede ser de tipo larga o corta, dependiendo de cómo se conecte el devanado shunt respecto al devanado serie y la carga.

Selección de Motores de Corriente Continua para Aplicaciones Específicas

Al considerar el uso de un motor de corriente continua como medio de tracción, por ejemplo, para un tranvía, la elección del tipo de motor es crucial y depende de las características de la carga y la velocidad requerida.

1. Motor Shunt

El motor shunt es el más empleado cuando se trata de conseguir que la velocidad de la máquina se mantenga constante independientemente de la carga. Presenta la ventaja de poder regular esta velocidad de un modo muy sencillo, ya que solo basta con modificar el valor de una resistencia que se habrá conectado en serie con el inductor.

2. Motor Serie

Cuando las cargas son variables, pero no interesa mantener constante la velocidad, se puede utilizar un motor serie. Presenta la ventaja de que si la carga aumenta mucho, su velocidad disminuye rápidamente, con lo que evita un consumo de energía demasiado elevado. Una desventaja importante es que, si no hubiera carga, la velocidad aumentaría demasiado y se produciría un embalamiento. Por ello, su principal aplicación es para tracción eléctrica, donde es imposible que se quede sin carga alguna (ej. tranvías, trenes).

3. Motor Compound (Compuesto)

La excitación compuesta es adecuada para el caso de cargas y velocidades variables y tiene la ventaja de que no existe el peligro de embalamiento. Son interesantes en el caso de cargas que lleven consigo un volante de regulación. Si la velocidad tiende a disminuir, el volante cede energía a la carga para evitarlo, y el motor es capaz de devolverle esta energía cuando la carga vuelva a disminuir.

Efecto del Desplazamiento de las Escobillas

¿Qué ocurre cuando desplazamos las escobillas del eje neutro geométrico al eje neutro magnético?

El desplazamiento del eje neutro magnético lleva consigo la aparición de una chispa en el colector. Esto ocurre porque, durante la conmutación, la escobilla correspondiente pondrá en cortocircuito una sección del devanado en la cual se induce una cierta fuerza electromotriz (f.e.m.) debido a la existencia de flujo magnético en esa zona. Este fenómeno puede causar desgaste en las escobillas y el colector.