Motor de corriente continua con escobillas

Motor de corriente continua con imán permanente
El motor de corriente continua de imán permanente (PMDC) es el más común entre los motores de corriente continua con escobillas. El inductor de este motor incluye imanes permanentes que crean un campo magnético del estator. Los motores de corriente continua de imán permanente se utilizan normalmente en tareas que no requieren una gran potencia. Los motores PMDC son más baratos de producir que los motores de corriente continua de campo bobinado. Al mismo tiempo, el par del motor PMDC está limitado por el campo de los imanes permanentes del estator. El motor PMDC reacciona muy rápidamente a los cambios de tensión. Gracias al campo constante del estator, es fácil controlar la velocidad del motor. La desventaja de un motor de corriente continua de imán permanente es que con el tiempo los imanes pierden sus propiedades magnéticas, como resultado de lo cual el campo del estator disminuye y el rendimiento del motor disminuye.

Motores con excitación independiente y bobinado en derivación
En los motores eléctricos con excitación independiente, el devanado de campo no está conectado eléctricamente al devanado de inducido (figura anterior). Por lo general, la tensión de excitación UFW difiere de la tensión en el circuito de inducido U. Si las tensiones son iguales, entonces el devanado de campo está conectado en paralelo con el devanado de inducido. El uso en el accionamiento eléctrico de un motor con excitación independiente o de bobinado en derivación está determinado por el esquema de accionamiento eléctrico. Las propiedades (características) de estos motores son las mismas. En los motores de corriente continua con escobillas de bobinado en derivación, las corrientes del devanado de campo (inductor) y del inducido son independientes entre sí, y la corriente total del motor es igual a la suma de la corriente del devanado de campo y la corriente del inducido. Durante el funcionamiento normal, el aumento de la tensión de alimentación aumenta la corriente total del motor, lo que conduce a un aumento de los campos del estator y del rotor. Con un aumento de la corriente total del motor, también aumenta la velocidad y disminuye el par. Cuando aumenta la carga del motor, aumenta la corriente del inducido, con el resultado de que aumenta el campo del inducido. A medida que aumenta la corriente de armadura, la corriente del inductor (devanado de campo) disminuye, lo que produce una disminución del campo del inductor, lo que conduce a una disminución de la velocidad del motor y a un aumento del par.
El motor de corriente continua con bobinado en derivación tiene una característica de par/velocidad con un par decreciente a altas velocidades y un par alto, pero más constante a bajas velocidades. La corriente en el devanado del inductor y la armadura no dependen una de la otra, por lo que la corriente total del motor eléctrico es igual a la suma de las corrientes del inductor y la armadura. Como resultado, este tipo de motor tiene excelentes características de control de velocidad. El motor de corriente continua con escobillas con bobinado en derivación se utiliza comúnmente en aplicaciones que requieren una potencia de más de 3 kW, en particular en aplicaciones automotrices e industriales. En comparación con el motor PMDC, el motor de corriente continua con bobinado en derivación no pierde sus propiedades magnéticas con el tiempo y es más confiable. Las desventajas del motor de corriente continua con escobillas con bobinado en derivación son un mayor costo y la posibilidad de que el motor se descontrole si la corriente del inductor disminuye a cero, lo que a su vez puede provocar una falla del motor.

Motor de corriente continua de bobinado en serie
En los motores de corriente continua con escobillas de bobinado en serie, el devanado de campo está conectado en serie con el devanado del inducido y la corriente de excitación es igual a la corriente del inducido (Ie=Ia), lo que confiere a los motores propiedades especiales. Con cargas pequeñas, cuando la corriente del inducido es menor que la corriente nominal (Ia < Irat) y el sistema magnético del motor no está saturado (Ф ~ Iа), el par electromagnético es proporcional al cuadrado de la corriente en el devanado del inducido.
M=cm∙Ф∙Ia=c'm∙Ia^2, donde M es el par del motor, N∙m, сМ es un coeficiente constante determinado por los parámetros de diseño del motor, Ф es el flujo magnético principal, Wb, Ia es la corriente de armadura, A.
Al aumentar la carga, el sistema magnético del motor se satura y se altera la proporcionalidad entre la corriente Ia y el flujo magnético Ф. En caso de saturación importante, el flujo magnético Ф al aumentar Ia prácticamente no aumenta. La gráfica de la dependencia M=f(Ia) en la parte inicial (cuando el sistema magnético no está saturado) tiene forma de parábola, luego, cuando está saturado, se desvía de la parábola y en la región de cargas grandes se convierte en una línea recta.
El motor de corriente continua con escobillas devanado en serie tiene un par elevado a baja velocidad y desarrolla una alta velocidad sin carga. Este motor eléctrico es ideal para dispositivos que necesitan desarrollar un par elevado (grúas y cabrestantes), ya que la corriente del estator y del rotor aumenta bajo carga. A diferencia de los motores PMDC y los motores de corriente continua con escobillas devanado en derivación, los motores de corriente continua devanados en serie no tienen las características exactas de control de velocidad y, en caso de cortocircuito del devanado de campo, pueden volverse incontrolables.

Motor de corriente continua de bobinado compuesto
El motor de corriente continua con escobillas de bobinado compuesto tiene dos devanados de campo, uno de ellos está conectado en paralelo con el devanado de la armadura y el segundo está conectado en serie. La relación entre las fuerzas magnetizantes de los devanados puede ser diferente, pero normalmente uno de los devanados crea una gran fuerza magnetizante y este devanado se llama principal, el segundo devanado se llama auxiliar. Si los devanados están conectados de forma que el campo en serie ayuda al campo en derivación, entonces el motor se llama motor de corriente continua con escobillas compuesto acumulativo. Por otro lado, si los devanados están conectados de forma que los dos campos se oponen entre sí, entonces el motor se llama motor de corriente continua con escobillas compuesto diferencial. Las características de velocidad del motor de corriente continua con escobillas compuesto acumulativo se encuentran entre las características de velocidad de los motores de corriente continua con bobinado en derivación y bobinado en serie. La conexión opuesta de los devanados (compuesto diferencial) se utiliza cuando es necesario obtener una velocidad de rotación constante o un aumento de la velocidad de rotación con un aumento de la carga. Por lo tanto, las características de rendimiento de un motor de CC de bobinado compuesto son cercanas a las de un motor de CC con escobillas de bobinado en serie o en derivación, dependiendo de qué devanado de campo desempeña el papel principal.
Los motores de CC con escobillas de bobinado compuesto tienen las características de rendimiento de los motores de CC con escobillas de bobinado en serie y en derivación. Tienen un par elevado a baja velocidad, así como un motor de CC con escobillas de bobinado en serie y un buen control de velocidad, como un motor de CC con escobillas de bobinado en derivación. El descontrol del motor de CC con escobillas de bobinado compuesto es menos probable, porque la corriente de derivación debe disminuir a cero y el devanado del campo en serie debe estar en cortocircuito.

El entorno en el que se utilizará un motor de CC con escobillas desempeña un papel importante en el ciclo de vida de un motor de CC con escobillas y otros dispositivos eléctricos y electrónicos del sistema. Los entornos secos y cálidos pueden aumentar el desgaste de las escobillas y acelerar la avería del conmutador y los cojinetes, lo que en última instancia acorta la vida útil del motor. Hacer funcionar el motor de CC con escobillas en un entorno más frío, con refrigeración externa por aire forzado, puede hacer que el motor de CC con escobillas funcione mejor. Sin embargo, las caídas extremas de temperatura pueden aumentar potencialmente la viscosidad de los lubricantes del motor de CC con escobillas, lo que hace que funcione a una corriente más alta.

Las siguientes consideraciones ambientales y de seguridad deben observarse durante todas las fases de operación, servicio y reparación de un sistema de motor de CC con escobillas. El incumplimiento de estas precauciones viola los estándares de seguridad de diseño, fabricación y uso previsto del motor de CC con escobillas y del controlador (si también se utiliza). Tenga en cuenta que incluso con un motor de CC con escobillas bien construido, los productos operados e instalados incorrectamente pueden ser peligrosos. El usuario debe tomar precauciones con respecto a la carga y el entorno operativo. El cliente es el responsable final de la selección, instalación y operación adecuadas del sistema de motor de CC con escobillas.

La atmósfera en la que se utiliza un motor de CC con escobillas debe ser propicia para las buenas prácticas generales de los equipos eléctricos y electrónicos. No utilice el motor de CC con escobillas en presencia de gases inflamables, polvo, aceite, vapor o humedad. Para uso en exteriores, el motor de CC con escobillas y el controlador deben estar protegidos de los elementos mediante una cubierta adecuada, a la vez que se proporciona un flujo de aire y una refrigeración adecuados. La humedad puede provocar un peligro de descarga eléctrica o provocar una avería del sistema. Se debe tener la debida consideración para evitar líquidos y vapores de cualquier tipo. Póngase en contacto con la fábrica si su aplicación requiere clasificaciones IP específicas. Es aconsejable instalar el motor de CC con escobillas y el controlador en un entorno libre de condensación, polvo, ruido eléctrico, vibración y descargas eléctricas.

Además, es preferible trabajar con el sistema de motor de CC con escobillas en un entorno protector y sin estática. Los circuitos expuestos siempre deben estar debidamente protegidos y/o encerrados para evitar el contacto humano no autorizado con los circuitos activos. No se debe realizar ningún trabajo mientras esté conectada la alimentación. No enchufe ni desenchufe los conectores cuando la alimentación esté ENCENDIDA. Espere al menos 5 minutos antes de realizar trabajos de inspección en el motor de CC con escobillas y el sistema del controlador después de apagar la alimentación, porque incluso después de apagar la alimentación, todavía quedará algo de energía eléctrica en los condensadores del circuito interno del controlador.