Motores DC (Corriente Continua) - Tipos y Caracteristicas.

Los motores de corriente continua pueden ser identificados por dos factores principales. Los motores se clasifican por el tipo de conexión de armadura de campo utilizado, y por el tipo de servicio para el que están diseñados.

a. Conexiones de armadura de campo

Hay tres tipos basicos de motores de corriente continua: (1) Motores en serie. (2) Motores con derivacion, (3) motores compuestos. Se diferencian en gran medida en el metodo en el que estan conectados su campo y la armadura.

(1) Motor de corriente continua en serie

En el motor en serie, los devanados de campo constan de un numero relativamente reducido de vueltas de alambre grueso, están conectados en serie con el devanado del inducido. Esta conexión se ilustra en la figura. La misma corriente que fluye a través del devanado de campo, también fluye a través del devanado del inducido. Cualquier aumento en la corriente, por lo tanto, refuerza el magnetismo tanto del campo como del inducido.

Debido a la baja resistencia de los devanados, el motor en serie es capaz de requerir una gran corriente en el arranque. Esta corriente de arranque, al pasar por el campo y bobinas del inducido, produce un alto par de arranque, que es la principal ventaja del motor en serie.

Figura 1. Motor en serie

La velocidad de un motor en serie depende de la carga. Cualquier cambio en la carga es acompañado por un cambio sustancial en la velocidad. Un motor en serie funciona a alta velocidad cuando tiene una carga ligera y a baja velocidad con una carga pesada. Si la carga se elimina por completo, el motor puede funcionar a una velocidad tan alta que el inducido se destruiría, con un alto par de arranque se necesitan trabajar cargas pesadas, siendo así los motores en serie tienen muchas aplicaciones. Estos se utilizan a menudo en aviones como arrancadores de motor y para subir y bajar el tren de aterrizaje, aletas del capó y alerones.

(2) Motor de corriente continua con derivación (Shunt)

En el motor con derivación, el devanado de campo está conectado en paralelo, o en derivación con el devanado del inducido. La resistencia en el devanado de campo es alta. Puesto que el devanado de campo está conectado directamente a través de la fuente de alimentación, la corriente a través del campo es constante. La corriente de campo no varía con la velocidad del motor, como en el motor serie y, por lo tanto, el par del motor con derivación variará sólo con la corriente a través del inducido. El par desarrollado en el arranque es menor que el desarrollado por un motor serie de igual tamaño.

Figura 2. Motor con derivación

La velocidad del motor con derivación varía poco con los cambios en la carga. Cuando toda la carga se quita, este toma una velocidad ligeramente superior a la velocidad con carga. Este motor es particularmente adecuado para su uso cuando se desea una velocidad constante y cuando no se necesita un alto par de arranque.

(3) Motor de corriente continua compuesto

El motor compuesto es una combinación de los motores serie y con derivación. Hay dos bobinados en el campo: un bobinado derivación y un bobinado serie. El bobinado derivación se compone de muchas vueltas de alambre fino y está conectado en paralelo con el devanado del inducido. El devanado en serie consta de unas cuantas vueltas de alambre grueso y está conectado en serie con el devanado del inducido. El par de arranque es mayor que en el motor en derivación, pero menor que en el motor serie. La variación de la velocidad con la carga es menor que en un motor en bobinado en serie, pero mayor que en un motor en derivación. El motor compuesto se usa siempre que las características combinadas de motores serie y en derivación sean las requeridas.

Figura 3. Motor compuesto

b. Tipo de servicio

Los motores eléctricos están llamados a operar bajo diversas condiciones. Algunos motores se utilizan para operaciones intermitentes, mientras que otros pueden funcionar de manera continua. Los motores construidos para servicio intermitente pueden ser operados sólo por períodos breves y después, se debe permitir que se enfríen antes de ser operados de nuevo. Si un motor se hace funcionar durante largos períodos de tiempo bajo carga total, el motor se sobre calienta. Los motores construidos bajo servicio continuo pueden funcionar a regímenes inferiores durante largos períodos.

Velocidad de motor y dirección

Algunas aplicaciones pueden requerir motores cuya velocidad o dirección sean cambiadas. Esto puede incluir desde limpiadores de vidrios de velocidades variables, a cambiar la dirección de retracción del motor del tren de aterrizaje. Ciertos cambios internos o externos pueden hacerse en el diseño del motor para permitir estas operaciones.

a. Inversión de la dirección del motor

Al invertir la dirección del flujo de corriente tanto del inducido como de los devanados de campo, la dirección de la rotación del motor puede ser invertida.

Esto invertirá el magnetismo tanto del inducido como del campo magnético en el que el inducido gira. Si los cables que conectan el motor a una fuente externa se intercambian, la dirección de rotación no será invertida, ya que al cambiar estos cables se invierte el magnetismo de campo y de inducido y deja el par de torsión en la misma dirección que antes.

Figura 4. Motor serie de campo partido.

Un método para invertir la dirección de rotación emplea dos devanados de campo enrollados en direcciones opuestas en el mismo polo. Este tipo de motor se llama motor de campo partido. La figura 4 muestra un motor serie con un devanado de campo partido. La llave conmutadora de polo único y doble contacto hace posible circular corriente continua en cualquiera de los dos devanados. Cuando llave conmutadora está en la posición más baja, la corriente fluye a través del campo inferior del bobinado, creando un polo norte en el devanado de campo inferior y en la pieza polar inferior, y un polo sur en la parte superior del polo. Cuando la llave conmutadora está en la posición superior, la corriente fluye a través del devanado de campo superior, el magnetismo del campo se invierte, y el inducido gira en la dirección opuesta. Algunos motores campo partido se construyen con dos devanados de campo separados enrollados en polos alternativos. El inducido de tal motor, un motor de cuatro polos reversible, gira en una dirección cuando la corriente fluye a través de los devanados de un conjunto de piezas polares opuestas, y en la dirección opuesta cuando la corriente fluye a través de la otra serie de devanados.

Figura 5. Método de conmutación para inversión de dirección de motor

Otro método de reversión, llamado el método de cambio, emplea una llave de doble polo, doble juego de contactos que cambia la dirección del flujo de corriente, ya sea en el inducido como en el campo. En la ilustración de la llave mostrada en la figura 5, la dirección de la corriente se puede invertir a través del campo, pero no a través de la inducido.


Cuando el interruptor está en la posición ;arriba, la corriente fluye a través de los devanados de campo para establecer un polo norte en el lado derecho del motor y un polo sur en el lado izquierdo del motor. Cuando el interruptor se mueve a la posición "abajo", esta polaridad se invierte y el inducido gira en la dirección opuesta.

(b) Cambio de la velocidad del motor

La velocidad del motor puede ser controlada variando la corriente en los devanados de campo. Cuando la cantidad de corriente que fluye a través de los devanados de campo se incrementa, también lo hace la resistencia de campo, entonces el motor se ralentiza debido a que una mayor cantidad de campo opuesto es generada en los devanados del inducido. Cuando la corriente de campo se disminuye, y disminuye la intensidad de campo, y el motor se acelera porque la fuerza contra electromotriz se reduce. Un motor en el que se puede controlar la velocidad se denomina motor de velocidad variable, éste puede ser un motor serie o bien en derivación.

Figura 6. Motor con derivación con control de velocidad variable

En el motor en derivación, la velocidad está controlada por un reóstato en serie con el devanado de campo (figura 6). La velocidad depende de la cantidad de corriente que fluye a través del reóstato para los devanados de campo. Para aumentar la velocidad del motor, la resistencia en el reóstato se aumenta, lo que disminuye la corriente de campo. Como resultado de ello, hay una disminución en la fuerza del campo magnético y de la fuerza contra electromotriz (fcem). Esto aumenta momentáneamente la corriente de inducido y el torque, el motor acelerará automáticamente hasta que la fcem aumente y haga que la corriente de inducido disminuya a su valor anterior. Cuando esto ocurre. El motor funcionará a una velocidad fija más alta que antes.
Para disminuir la velocidad del motor, la resistencia del reóstato se disminuye. Más corriente circula a través de los devanados de campo y aumenta la fuerza del campo, y luego, la fcem aumenta momentáneamente y disminuye la corriente del inducido. Como resultado, el par disminuye y el motor se frena hasta la fcem disminuya a su valor anterior, y luego el motor funcionará a una velocidad fija más baja que antes.

Figura 7. Controlando la velocidad de un motor serie

En el motor de serie (figura 7), el reóstato de control de velocidad está conectado ya sea en paralelo o en serie con la excitación del motor, o en paralelo con el inducido del motor. Cuando el reóstato está configurado para su máxima resistencia, la velocidad del motor se incrementa en la conexión en paralelo del inducido por una disminución de la corriente. Cuando la resistencia del reóstato es máxima en la conexión en serie, la velocidad del motor se reduce por una reducción de la tensión a través del motor. Para el funcionamiento a velocidad superior a la normal, el reóstato está en paralelo con el campo de serie. Parte del campo serie se desvía y el motor se acelera.

Pérdidas de energía en motores de corriente continua

Las pérdidas se producen cuando la energía eléctrica se convierte en energía mecánica (en el motor), o la energía mecánica se convierte en energía eléctrica (en el generador), para que la máquina sea eficiente, estas pérdidas se deben mantener a un mínimo. Algunas pérdidas son eléctricas, otras son mecánicas. Las pérdidas eléctricas se clasifican como pérdidas en el cobre y las pérdidas en el hierro; las pérdidas mecánicas se producen al superar la fricción en varias partes de la máquina.

Las pérdidas en el cobre se producen cuando los electrones son forzados a circular a través de los arrollamientos de cobre del inducido y del campo. Estas pérdidas son proporcionales al cuadrado de la corriente. A veces se llaman pérdidas, ya que son debido a la potencia disipada en forma de calor en la resistencia del campo y bobinas del inducido.

Las pérdidas en el hierro se subdividen en pérdidas por histéresis y por corrientes parásitas (corrientes de Foucault). Las pérdidas de histéresis son causadas por la rotación del inducido en un campo magnético alterno. Este, por lo tanto, se magnetiza primero en una dirección y luego en la otra. El magnetismo residual del hierro o del acero del que está hecho el inducido causa estas pérdidas, ya que los imanes de campo siempre están magnetizados en una dirección (campo de corriente continua), estos no tienen pérdidas por histéresis.

Las pérdidas por corrientes parásitas se producen porque el núcleo de hierro del inducido es un conductor que gira en un campo magnético. Esto produce una fuerza electromotriz a través de partes del núcleo, haciendo que las corrientes fluyan dentro del mismo, estas corrientes calientan el núcleo y, si llegan a ser excesivas, pueden dañar los devanados. En cuanto a la producción se refiere, la potencia consumida por corrientes de Foucault es una pérdida. Para reducir las corrientes de Foucault a un mínimo, se utiliza normalmente un núcleo laminado. Un núcleo laminado está hecho de láminas delgadas de hierro aisladas eléctricamente unas de otras. La aislación entre laminaciones reduce las corrientes de Foucault, porque es ;transversal; a la dirección en que estas corrientes tienden a fluir. Sin embargo, no tiene ningún efecto sobre el circuito magnético. Cuanto más delgadas las laminaciones, más eficaz es este método para reducir las pérdidas por corrientes parásitas.

Inspección y mantenimiento de motores de corriente continua
La inspección y el mantenimiento de motores de corriente continua deben estar en conformidad con las directrices establecidas por el fabricante. A continuación se indican los tipos de controles de mantenimiento requeridos:

a. Verificar el funcionamiento de la unidad accionada por el motor de acuerdo con las instrucciones relacionadas con la instalación específica.

b. Revise estado general y de seguridad de todo el cableado, conexiones, terminales, fusibles e interruptores.
c. Mantener los motores limpios y pernos de montaje ajustados.
d. Controlar las escobillas para ver la condición, longitud y tensión del resorte. Longitudes mínimas de escobillas, la tensión correcta del resorte y los procedimientos para la sustitución de las escobillas se dan en las instrucciones del fabricante correspondiente.
e. Inspeccione estado del conmutador, limpieza, picaduras, desgaste, robustez, corrosión o quemaduras. Verifique las alturas de la mica (si el cobre se desgasta por debajo de la mica, la mica aislará las escobillas del colector). Limpie los conmutadores sucios con un paño humedecido con el solvente de limpieza recomendado. Pula los colectores ásperos o corroídos con papel de lija fino (000 o más fino) y sóplelo con aire comprimido. Nunca use papel de esmeril, ya que contiene partículas metálicas que podrían causar cortocircuitos. Cambie el motor si el conmutador está quemado, muy picado, con ranuras, o desgastado hasta el punto de que el aislamiento de mica esté al ras de la superficie del colector.
f. Inspeccione todo el cableado expuesto para ver si hay evidencia de sobrecalentamiento. Reemplace el motor si el aislamiento en los conductores o devanados está quemado, agrietado o frágil.
g. Lubricar sólo si se requiere en las instrucciones del fabricante. La mayoría de los motores utilizados en los aviones de hoy en día no requieren lubricación entre revisiones técnicas
h. Ajustar y lubricar la caja de reducciones, o la unidad a la que el motor transmite movimiento, de acuerdo con las instrucciones del fabricante correspondiente que corresponde a la unidad.

Cuando los problemas se presentan en un sistema de motor de corriente continua, trate primero de determinar el origen del problema. Cambie el motor sólo cuando el problema se debe a un defecto en el motor mismo. En la mayoría de los casos, la falla operativa de un motor es causada por un defecto en el circuito eléctrico externo, o por un fallo mecánico en el mecanismo accionado por el motor.

Motores DC (Corriente Continua) - ¿Como funciona?

PRINCIPIOS DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR DE CORRIENTE CONTINUA.

El principio fisico que actua sobre los motores electricos es la "Ley de Lorentz"

Es conocido que un conductor por el que circula una corriente sufre una fuerza en presencia de un campo magnético. Puesto que la corriente está constituida por cargas eléctricas en movimiento, empezaremos por estudiar la fuerza sobre una única carga.

Fuerza de Lorentz

Al observar experimentalmente cómo es la fuerza que un campo B ejerce sobre una carga eléctrica q se cumple que:

• Si la carga está en reposo, el campo B no ejerce ninguna fuerza sobre ella.
• La fuerza es máxima cuando la velocidad de la carga v y el campo B son perpendiculares y es nula cuando son paralelos.
• La fuerza es perpendicular al plano formado por v y B.
• La fuerza es proporcional al valor de la carga q y a la velocidad v.
• Si la carga cambia de signo, la fuerza cambia de sentido

Resumiendo todos estos hechos, se concluye que la fuerza que un campo B ejerce sobre una carga eléctrica q que se mueve con una velocidad v viene dada por la expresión:

La fuerza electrostática es tangente en cada punto a las líneas de campo eléctrico, sin embargo, para el campo magnético se cumple que:

La fuerza magnética es perpendicular a las líneas de campo B

Si la carga q se encuentra además bajo la acción de un campo eléctrico E, la fuerza resultante que actúa sobre ella es:

conocida como la fuerza de Lorentz.

El funcionamiento de un motor de c.c. se basa en la fuerza que se produce sobre un conductor eléctrico recorrido por una intensidad de corriente eléctrica en el seno de un campo magnético, según la expresión:

 F = B * L * I

En la que:

B es la inducción de campo magnético (teslas).

L es la longitud del conductor cortado por líneas de campo magnético (metros).

I es la intensidad que recorre al conductor (amperios).

F es la fuerza que se produce sobre el conductor (newton).

He aquí una demostración visual dinámica de las lineas de fuerzas que actúan en el trabajo de un motor DC

Una característica importante de como se desarrolla el giro del rotor sucede gracias a un par de anillos conmutadores los cuales cambian continuamente la polaridad del rotor asegurando que el torque siempre siga un mismo sentido. En la imagen se puede apreciar como las lineas de F ( Color verde ) cambian cada vez que las partes del anillo alternan su contacto con la fuente de poder.

(Recomiendo mucho ver este vídeo para entender el funcionamiento de cada parte del motor DC, y las diferencias entre un motor shunt o en serie. El vídeo tiene substitulos, activar de ser necesarios)

Motores DC ( Corriente Continua) - Resumen histórico.

Historia de los motores DC

Entre 1831 y 1851 el Herrero estadounidense Thomas Davenport construye un motor eléctrico que produce la energía suficiente para alimentar un modelo de tren eléctrico pequeño. Más tarde se iba a utilizar su motor para suministrar energía a las máquinas en su taller. 

La etapa de 1851 hasta 1871, se caracteriza por el paso a las máquinas del tipo electromagnético, al principio, con excitación independiente, y luego, con autoexcitación, y así como por el paso de la máquina bipolar a la multipolar. 

En 1869 Zénobe-Théophile Gramme, un ingeniero eléctrico nacido en Bélgica, inventa una práctica continua-generador de corriente eléctrica conocida como el dinamo de Gramme(Figura inferior), que unos años más tarde se descubre por accidente al ser reversible de modo que también puede ser utilizado como un motor eléctrico.

El desarrollo posterior de las máquinas de corriente continua tuvo gran importancia la creación del convertidor con un inducido de corriente alterna a continua y el convertidor inverso de corriente continua a alterna.

GENERALIDADES DE LAS MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA

Principio de Funcionamiento  de un Motor de Corriente Continua

El principio de funcionamiento de los motores eléctricos de corriente continua se basa en la repulsión que ejercen los polos magnéticos de un imán permanente cuando, de acuerdo con la Ley de Lorentz, interactúan con los polos magnéticos de un  electroimán que se encuentra montado en un eje. Este electroimán se denomina rotor y su eje le permite girar libremente entre los polos magnéticos norte y sur del imán permanente situado dentro de la carcasa o cuerpo del motor.
Cuando la corriente eléctrica circula por la bobina de este electroimán giratorio, el campo electromágnetico que se genera interactúa con  el campo magnético del imán permanente. Si los polos del imán permanente y del electroimán giratorio coinciden, se produce un rechazo y un torque magnético o par de fuerza que provoca que el rotor rompa la inercia y comience a girar sobre su eje en el mismo sentido de las manecillas del reloj en unos casos, o en sentido contrario, de acuerdo con la forma que se encuentre conectada al circuito la pila o la batería.
En la siguiente ilustración se muestra, de forma esquemática y simplificada, de un motor común de corriente continua con un rotor formado por una simple bobina de una sola espira de color rojo y azul, para diferenciar cada mitad. Si seguimos el recorrido de la corriente eléctrica (I) asumiendo que fluye en sentido convencional (del polo positivo al polo negativo de la batería, según indica las flechas negras), cuando la mitad izquierda de la espira de color rojo se forma el polo norte "N" coincidiendo con la misma polaridad del campo magnético del imán permanente, dijo al cuerpo del motor, se produce una fuerza de rechazo entre ambos polos iguales. Si aplicamos la "Regla de la mano izquierda (Ley de Lorentz)". Por otra parte, en la mitad derecha (de color azul) ocurrirá lo mismo, pero a la inversa, por lo que aplicando la propia regla comprobaremos que se moverá hacia arriba (flecha verde derecha)

Función del Colector o Conmutador en el Motor de Corriente Continua:

En la siguiente figura se representa, de forma esquemática y simplificada, la vista frontal de un colector seccionado en dos partes, pertenecientes a un motor de corriente continua, muy simple. También se muestra el enrollado de la bobina del electroimán que gira a modo de rotor, diferenciada por un color diferente en cada una de sus mitades. Una de las mitades se representa por un círculo rojo y la otro por un círculo azul, identificado como "1" y "2". Como se puede ver, uno de los terminales de dicha bobina se encuentra conectado a la sección "a" del colector y el oto terminal a la sección "b".

En el motor de corriente continua el colector o conmutador sirve para conmutar o cambiar constantemente el sentido de la corriente eléctrica a través del enrollado de la bobina del rotor cada vez que completa media vuelta. De esa forma el polo norte del electroimán coincidirá siempre con el también  polo norte del imán permanente y el polo sur con el polo sur del propio imán. Al coincidir siempre dos polos magnéticos, que en todo momento van hacer iguales, se produce un rechazo constante entre ambos, por lo que permite al rotor mantenerse girando interrumpidamente sobre su eje durante todo el tiempo que se encuentre conectado la corriente eléctrica.

Principio de Funcionamiento como Generador de Corriente Continua

El principio de funcionamiento de los generadores se basa en el fenómeno de inducción electromagnética.

La Ley de Faraday. Esta ley nos dice que el voltaje inducido en un circuito es directamente proporcional al cambio del flujo magnético en un conductor o espira.  Esto quiere decir que si tenemos un campo magnético generando un flujo magnético, necesitamos una espira por donde circule una corriente para conseguir que se genere la f.e.m. (fuerza electromotriz).

Representación del experimento que realizó Faraday

El disco de Faraday consiste en un imán en forma de U, con un disco de cobre de doce pulgadas de diámetro y !/5 de pulgada de espesor en medio colocado sobre un eje, que esta girando, dentro de un potente electroimán. Al colocar una banda conductora rozando el exterior del disco y otra banda sobre el eje, comprobó con un galvanómetro que se producía elecetridad mediante imanes permanentes. Fue el comienzo de las modernas dinamos; es decir, generadores eléctricos que funcionan por medio de un campo magnético. Era muy poco eficiente y no tenía ningún uso como fuente de energía práctica, pero demostró la posibilidad de generar elecricida usando magnetismo y abrió la puerta a los conmutadores, dinamos de corriente continua y finalmente a los alternadores de corriente.
Cuando dentro de un campo magnético tenemos una espira por donde circula una corriente eléctrica aparecen un par de fuerzas que provocan que la espira gire alrededor de su eje. De esta manera, si dentro de un campo magnético introducimos una espira y la hacemos girar provocaremos la corriente inducida. Esta corriente inducida es la responsable de la f.e.m. y será variable en dunción de la posición de la espira y el campo magnético.
La cantidad de corriente inducida  o f.e.m. dependerá de la cantidad de flujo magnético (también llamado líneas) que la espira pueda cotar, cuanto mayor sea el número, mayor la variación de flujo generada y por tanto mayor fuerza electromotriz.

Se observa los dos casos mas extremos, cuando la espia esta situada a 0° o 180° y no corta líneas, y cuando está a 90° y 270° y las cota todas.

Al hacer girar la espira dentro de un imán conseguiremos una tensión que variará en función del tiempo. Está tensión tendra una forma alterna, puesto que de 180 grados a 360 grados los polos estarán invertidos y el valor de la tensión será negativo.
El principio de funcionamiento de la dinamo se basa en que convierte la corriente alterna en corriente continua.

Disposición Constructiva

Debido a que el proceso de conversión de la energía mecánica en energía eléctrica es reversible, la constitución de la máquina es idéntica para una dinamo o un motor. La máquina consta de las partes siguientes:

Inductor

La bobina o inductor por su forma (espiras de alambres enrollados) almacena energía de campo magnético. El símbolo de una bobina/ inductor se muestra en el gráfico:

El inductor es diferente del condensador/capacitor, que almacena energía en forma de campo eléctrico. 

Todo cable por el que circula una corriente tiene a su alrededor un campo magnético, siendo el sentido de flujo del campo magnético, el que establece la ley de la mano derecha (ver electromagnetismo). Al estar el inductor hecho de espiras de cable, el campo magnético circula por el centro del inductor y cierra su camino por su parte exterior.

Una característica interesante de los inductores es que se oponen a los cambios bruscos de la corriente que circula por ellas. Esto significa que a la hora de modificar la corriente que circula por ellos (ejemplo: ser conectada y desconectada a una fuente de alimentación de corriente continua), esta intentará mantener su condición anterior.

Este caso se da en forma continua, cuando una bobina o inductor esta conectada a una fuente de corriente alterna y causa un desfase entre el voltaje que se aplica y la corriente que circula por ella. En otras palabras: "La bobina o inductor es un elemento que reacciona contra los cambios en la corriente a través de él, generando un voltaje que se opone al voltaje aplicado y es proporcional al cambio de la corriente".

APLICACIONES DEL INDUCTOR / BOBINA

• En los sistemas de iluminación con lámparas fluorescentes existe un elemento adicional que acompaña al tubo y que comúnmente se llama balastro.
• en las fuentes de alimentación tmabién se usan bobinas para filtrar componentes de corriente alterna y solo obtener corriente continua en la salida.
• En muchos circuitos osciladores se incluye una bobina o inductor. Por ejemplo circuitos RLC serie o paralelo.

NOTAS: Bobina = Inductor.


PARTES DEL INDUCTOR:

• Cabeza polar: Es la parte del circulo magnético situada entre la culata y el entrehierro, incluyendo el núcleo y la expansión polar.
• Núcleo: Es la parte del circuito magnético rodeada por el devanado inductor.
• Devanado inductor: Es el conjunto de espiras destinado a producir el flujo magnético, al ser recorrido por la corriente eléctrica.
• Expansión polar: Es la parte de la pieza polar próxima al inducido y que bordea el entrehierro.
• Polar auxiliar o conmutación: Es un polo magnético suplementario, provisto o no, de devanados y destinado a mejorar la conmutación. Suelen emplearse en las máquinas de mediana potencia y gran potencia. 
• Culata es la pieza de sustancia ferromagnética, no rodeada por devanados, y destinada a unir los polos de la máquina.

Inducido

El inducido es la parte de la máquina rotativa donde se produce la transformación de energía eléctrica en energía mecánica mediante inducción electromagnética.

En las máquinas de corriente continua el inducido es la parte giratorio, y está formado por un tambor construido de chapas apiladas de hierro al silicio de 1/2 mm de espesor con una serie de ranuras longitudinales en periferia, en cuyo interior se alojan las bobinas donde se induce la fuerza electromotriz cuando este gira dentro del campo magnético creado por el inductor.

Los extremos de las bobinas están conectadas a unas láminas de cobre, llamado colector, que se encarga de  conectar las bobinas en el circuito exterior de la máquina mediante escobillas de carbón estáticas que rozan sobre las delgas.

PARTES DEL INDUCIDO (ROTOR):

• Núcleo: El núcleo del inducido esta formado por un cilindro de chapas magnéticas generalmente construidas de acero laminado con un 2% de silicio para reducir las pérdidas. Este cilindro se fija al eje de la máquina descansando sobre cojinetes que facilitan la posibilidad de giro del mismo. Las chapas que forman el núcleo tienen unas ranuras donde se alojan los hilos de cobre que forman las espiras del devanado del inducido.
• Devanado inducido: Se encuentra conectado al circuito exterior por medio del colector y sus delgas (ve figura próxima). En él es donde se produce la conversión de energía Este devanado se suele construir de cobre electrolítico cuya resistividad es 1.7*10^-3 mm^2/m a 20° de tempeatura.

Figura.

Colector

Constituido esencialmente por piezas planas de cobre duro de sección trapezoidal, llamadas delgas, separadas y aisladas unas de otras por delgadas láminas de mica, formado el conjunto un tubo cilíndrico aprisionado fuertemente. El colector tiene tantas delgas como bobinas posee el devanado inducido de la máquina. (Ver la imagen siguiente)

En la imagen se aprecia la ubicación y constitución real del colector con sus delgas separadas y aisladas unas de otras por delgadas láminas de mica.

Escobillas

En electricidad, es necesario, frecuentemente, establecer una conexión eléctrica entre una parte fija y una parte rotatoria en un dispositivo. Este es el caso de los motores o generadores eléctricos, donde se debe establecer una conexión de la parte fija de la máquina con las bobinas del rotor (inductor)

Para realizar esta conexión, se fijan dos anillos en el eje de giro, generalmente de cobre, aislados de la electricidad del eje y conectados a los terminales de la bobina rotatoria. En frente de los anillos se disponen unos bloques de grafito, que mediante unos resortes, hacen presión sobre ellos para establecer el contacto eléctrico necesario (ver imagen siguiente). Estos bloques de grafito se denominan escobillas y los anillos rotatorios reciben el nombre de colector

Debido a que, el roce que se ocasiona al girar el dispositivo se produce un desgaste por abrasión, las escobillas se deben sustituidas periódicamente. Por este motivo se han inventado los motores eléctricos sin escobillas.

Las escobillas son usadas para establecer el contacto eléctrico necesario que ponga en correcto funcionamiento la máquina de corriente continua (generador y/o motor).

Entrehierro

Es el espacio comprendido entre las expansiones polares y el inducido (ver figura siguiente); suele se normalmente de 1 a 3 mm, lo imprescindible para evitar el rozamiento entre la parte fija y la móvil.

En esta imagen se representativa de un motor se puede apreciar los elementos o componentes del mismo y el espacio que existe entre el rotor y el estátor conocido como entrehierro.

Generador de Corriente Continua. Algunos usos.

Un generador de corriente continua funciona girando un eje que utiliza imanes para producir una carga eléctrica. Puedes utilizar esta energía instantáneamente o almacenarla en baterías. Los generadores no realizan ninguna función por su cuenta, pero crean electricidad que puedes utilizar para alimentar casi cualquier cosa. El truco es utilizar un generador de corriente continua de una manera en la que produzca una cantidad consistente de energía y que implique el uso de un generador de tal manera que el trabajo produzca más energía de la que debes utilizar en el momento.

Molinos de viento

Un simple molino de viento puede activar un generador de corriente continua. La energía producida depende de la velocidad del viento y de su dirección, pero puedes redirigir la energía almacenada a cualquier tipo de dispositivo eléctrico. A través del agregado de un inversor de corriente continua, incluso puedes utilizar la energía generada en dispositivos de corriente alterna. Además de la electricidad creada con el generador de corriente continua, la energía creada por los molinos también está lista para usar de otras maneras, como para alimentar ventiladores mecánicos o para ser utilizada en una bomba de riego.

Ruedas de agua

Una rueda de agua es más dependiente que un molino de viento. Salvo en casos de corriente extrema, la fuerza que fluye por una rueda de agua generalmente se mantiene a un nivel constante. Un experimento artesanal muy útil es conectar un generador de corriente continua a una rueda de agua ornamental y utilizar la electricidad generada para alimentar tu cubierta o las luces del jardín.

Energía humana

Monta un generador de corriente continua a una bicicleta y podrá producir la energía suficiente como para alimentar un televisor, una radio o un sistema de iluminación. En lugar de alimentar dispositivos directamente, lo que podría causar que se ralenticen o se detengan con el pedaleo, la mayoría de los generadores de corriente continua están conectados a un sistema de almacenamiento por baterías. La energía almacenada es canalizada hacia donde sea necesario, ya sea directamente al dispositivo de corriente continua o a través de un inversor que puede potenciar los sistemas de corriente alterna.

Generador de Corriente Continua. Tipos.

Dínamo Serie

En este tipo de máquina. las bobinas inductoras están conectadas en serie con el inducido y la carga. El bobinado inductor suele estar compuesto de alambre o platina de cobre muy gruesos, de modo que pue­da soportar sin recalentarse la corriente de plena carga.

Si no hay ninguna carga conectada a la línea, será imposible que pase ninguna corriente por el arrollamiento inductor en serie y que por consiguiente, la dínamo no podrá desarrollar voltaje. Por lo cual, para que un dínamo serie desarrolle voltaje cuando arranca es preciso que haya alguna carga conectada al circuito de línea.

Dinamo compuesto

En los dínamos compuesto, las bobinas inductoras están formadas por arrollamientos en serie y en paralelo, sobre cada polo están conectados dos bobinados distintos. La bobina inductora shunt está conectada en paralelo. La bobina inductora en serie, estando en serie con el inducido y la carga tendrá su intensidad variable según la carga. Por consiguiente estas máquinas tendrán algunas de las características de los dínamos Shunt y de los Serie. Hemos visto que el voltaje del dínamo shunt tiende a bajar cuando aumenta la carga y que el voltaje del dínamo serie aumenta con la carga. Por consi­guiente, diseñando un dínamo compound con las proporciones adecuadas entre los inductores en derivación y en serie, podemos construir una máquina. que mantenga, un voltaje casi constante con cualquier variación de la carga.

El bobinado inductor shunt de una dínamo Compound suele ser el principal y produce la mayor parte, con mucho del flujo inductor. Los bobinados inductores en serie suelen componerse de sólo unas cuantas vueltas, o sea las suficientes para reforzar el campo magnético cuando aumenta la carga y compensar la caída, de voltaje en el inducido y las escobillas. El campo magnético en derivación de es­tos dínamos puede ajustarse mediante un reóstato en serie con el arrollamiento, también por medio de un shunt en paralelo con las bobinas inductoras en serie. sin embargo, el reóstato de campo shunt de esas máquinas no suele emplearse, por lo general, para hacer frecuentes ajustes en su voltaje, sino que se destina a establecer un ajuste correcto entre las intensidades inductoras en serie en de­rivación cuando los dínamos se ponen en marcha.

Generador en derivación

Los generadores de corriente continua en derivación son un tipo común de generador y a menudo funcionan como cargadores de baterías o excitadores para otros generadores. Se los denomina de acuerdo a la forma en la que está conectado su devanado a la armadura del generador. El devanado de un generador es la bobina que genera el campo magnético que motiva al generador. En un generador en derivación de CC, el bobinado está situado en paralelo con la armadura o el elemento que gira del generador.

La característica que define a un generador en derivación de CC es cómo está orientado su bobinado. Los generadores de corriente en derivación tienen un devanado de campo situado en paralelo con la armadura del generador. Esto hacé que el voltaje sea aplicado directamente a través del circuito de campo, que a su vez implica que se crea un flujo adicional y la salida de voltaje total se incrementa.

 

Corriente de excitación

La corriente de excitación de un generador en derivación de CC es definida por la tensión de salida y la resistencia de campo del generador. En la mayoría de los generadores en derivación de CC la excitación se mantiene en aproximadamente entre un 0,5 por ciento y un 5 por ciento de la producción eléctrica global del generador.

Voltaje de los dinamos shunt

Puesto que circuito inductor y el circuito de la carga están ambos conectados a través de los terminales de la dinamo, cualquier corriente engendrada en el inducido tiene que dividiese entre esas dos trayectorias en proporción inversa a sus resistencias y, puesto que la parte de la corriente pasa por el circuito inductor es relativamente elevada, la mayor parte de la corriente pasa por el circuito de la carga, impidiendo así el aumento de la intensidad del campo magnético esencial para producir el voltaje normal entre los terminales.

Características del voltaje del dinamo shunt.

El voltaje de un generador shunt variara en razón inversa de la carga. El aumento de la carga hace que aumente la caída de voltaje en el circuito de inducción, reduciendo así el voltaje aplicado al inductor, esto reduce la intensidad del campo magnético y por con siguiente , el voltaje del generador . Si se aumenta bruscamente la carga aplicada a un dinamo shunt la caída de voltaje puede ser bastante apreciable; mientras que si se suprime casi por entero la carga, la regulación de voltaje de una dinamo shunt es muy defectuosa debido a que su regulación no es inherente ni mantiene su voltaje constante.
Adaptan bien a trabajos fuertes, pero pueden emplearse para el alumbrado por medio de lámparas incandescentes o para alimentar otros aparatos de potencia constante en los que las variaciones de carga no sean demasiado pronunciadas. El generador shunt funciona con dificultad en paralelo por que no se reparte por igual la carga entre ellas. 

El generador con excitación shunt suministra energía eléctrica a una tensión aproximadamente constante, cualquiera que sea la carga, aunque no tan constante como en el caso del generador con excitación independiente. Cuando el circuito exterior está abierto, la máquina tiene excitación máxima porque toda la corriente producida se destina a la alimentación del circuito de excitación; por lo tanto, la tensión en bornes es máxima. Cuando el circuito exterior está cortocircuitado, casi toda la corriente producida pasa por el circuito del inducido y la excitación es mínima, la tensión disminuye rápidamente y la carga se anula. Por lo tanto, un cortocircuito en la línea no compromete la máquina, que se desexcita automáticamente, dejando de producir corriente. Esto es una ventaja sobre el generador de excitación independiente en donde un cortocircuito en línea puede producir graves averías en la máquina al no existir éste efecto de desexcitación automática.

Respecto a los generadores de excitación independiente, los generadores shunt presentan el inconveniente de que no pueden excitarse si no están en movimiento, ya que la excitación procede de la misma máquina. El circuito de excitación no lleva fusibles por las razones ya indicadas en el caso del generador de excitación independiente; en este circuito no es necesario un interruptor porque para excitar la máquina simplemente hay que ponerla en marcha y para desexcitarla no hay más que pararla. El amperímetro en el circuito de excitación puede también suprimirse, aunque resulta conveniente su instalación para comprobar si, por alguna avería, el generador absorbe una corriente de excitación distinta de la normal.

Generador de Corriente Continua. Principios de funcionamiento.

Según la ley de Fuerza simplificada, cuando un conductor por el que pasa una corriente eléctrica se sumerge en uncampo magnético, el conductor sufre una fuerza perpendicular al plano formado por el campo magnético y la corriente, siguiendo la regla de la mano derecha. Es importante recordar que para un generador se usará la regla de la mano derecha mientras que para un motor se usará la regla de la mano izquierda para calcular el sentido de la fuerza.

• F:Fuerza en newtons
• I:Intensidad que recorre el conductor en amperios
• l:Longitud del conductor en metros
• B:Densidad de campo magnético o densidad de flujo teslas

El rotor tiene varios repartidos por la periferia. A medida que gira, la corriente se activa en el conductor apropiado. Normalmente se aplica una corriente con sentido contrario en el extremo opuesto del rotor, para compensar la fuerza neta y aumentar el momento.