1

I. PRINCIPIO DE

FUNCIONAMIENTO DE UN

MOTOR

En las máquinas de corriente continua, el inductor

(campo) produce el campo magnético necesario

para que se produzcan corrientes inducidas.

En el inducido se desarrollan las corrientes

inducidas por medio campo magnético producido en

el inductor. Finalmente, el colector es el órgano que

recoge las corrientes producidas por el inducido,

obteniéndose corriente continua; esto, en el caso de

un generador. O, por el contrario, sirve para recoger

la corriente de la línea de alimentación para que, por

reacción sobre el campo magnético inductor se

produzca un movimiento rotatorio, en el caso de un

motor.

Representación de las partes esenciales de una máquina CC

A. Funcionamiento del inductor (campo)

El sistema inductor produce el campo magnético

necesario para crear las corrientes inducidas. Este

campo magnético puede ser producido por imanes

permanentes o por electroimanes.

Generalmente, el campo magnético inductor está

producido por electroimanes montados sobre la

carcasa de la máquina; estos se llaman polos

inductores y están constituidos por un núcleo

magnético de hierro o de acero y un arrollamiento

conductor que lo rodea (arrollamiento de excitación

ó devanados de campo)

Las bobinas que constituyen los arrollamientos de

excitación de los diferentes polos, están conectadas

entre sí de manera que formen, alternativamente, un

polo Norte y un polo Sur.

B. Funcionamiento del inducido

El inducido de una máquina de corriente continua,

consta de un núcleo formado por chapas magnéticas

de hierro, de la calidad denominada chapa de

dinamo o chapa de inducido, aisladas entre sí por

medio de papel o barniz; esto se hace así para

disminuir las corrientes de Foucault que se

producen en el núcleo magnético, hasta límites

admisibles.

El núcleo lleva en su parte periférica unas ranuras,

para alojar los conductores que constituyen el

arrollamiento del inducido ó devanados del

inducido; en este arrollamiento se produce la fuerza

electromotriz inducida a causa del flujo magnético

que lo atraviesa y que procede del sistema inductor.

Los conductores que forman el arrollamiento del

inducido van conectados entre sí, de forma que las

fuerzas electromotrices que se producen en cada

uno de ellos, se suman para producir la fuerza

electromotriz total.

C. Función del colector o conmutador en el

motor de C.D.

En la siguiente figura se representa, de forma

esquemática y simplificada, la vista frontal de un

colector seccionado en dos partes, perteneciente a

un motor de corriente directa (C.D.) muy simple.

Patricio Guaraca, Andrés Guzhñay, Pablo Zumba

pato3118@hotmail.com, pzumbap@est.ups.edu.ec, andi_esteban@yahoo.com

Ing. Omar Álvarez

Universidad Politécnica Salesiana

MAQUINAS DE CORRIENTE CONTINUA

2

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 otra por un círculo azul, identificados

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 otro terminal a la

sección “b”.

En el motor de corriente directa el colector o

conmutador sirve para conmutar o cambiar

constantemente. El sentido de circulación 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 a ser iguales,

se produce un rechazo constante entre. Ambos, lo

que permite al rotor mantenerse girando

ininterrumpidamente sobre su eje durante. Todo el.

Tiempo que se encuentre conectado a la corriente

eléctrica.

Tal como vemos, en “A” de la figura, la bobina del

electroimán se encuentra colocada entre los polos

norte “N” y sur “S” del campo magnético del imán

permanente. A su vez, el polo positivo (+) de la

batería se encuentra conectado siguiendo el sentido

convencional de la corriente (del signo positivo al

negativo) en la mitad “a” del colector a través de la

escobilla identificada también con el signo (+). De

esa forma la mitad de la bobina de color rojo (1) se

energiza positivamente para formar el polo

norte “N”, mientras que la otra mitad, la de color

azul (2) se energiza negativamente para formar el

polo sur “S”.

Como resultado, cuando en el electroimán se forma

el polo norte, de inmediato el también polo norte del

imán permanente lo rechaza. Al mismo tiempo el

polo sur que se forma en el extremo opuesto, es

rechazado igualmente por el polo sur del propio

imán; por tanto se produce una fuerza de repulsión

en ambos extremos del rotor al enfrentarse y

coincidir con dos polos iguales en el imán

permanente. Si bajo esas condiciones aplicamos la

“Regla de la mano izquierda” y tomamos como

referencia, por ejemplo, la parte de la bobina donde

se ha formado el polo norte en el electroimán,

comprobaremos que al romper la inercia inicial,

comenzará a girar en dirección contraria a las

manecillas del reloj, como indica la flecha de color

verde.

Una vez que la bobina del electroimán gira y asume

una posición vertical (como se muestra en la parte

“B” de la ilustración), las escobillas dejan de hacer

contacto con ambos segmentos del colector. En esa

posición neutra la corriente que suministra la batería

deja de circular y la bobina se des energiza, por lo

que ambos extremos del electroimán pierden

momentáneamente sus polos magnéticos. No

obstante, debido a la fuerza de inercia o impulso de

giro que mantiene el electroimán, esa posición la

rebasa de inmediato y sus extremos pasan a ocupar

la posición opuesta a la que tenían, tal como se

muestra en la parte “C” de la misma ilustración.

Ahora en “C” se puede ver que la mitad de la

bobina que anteriormente tenía color azul (2) con

polaridad sur cuando se encontraba situada a la

derecha del eje del rotor pasa a ocupar la parte

izquierda junto con la mitad (b) del colector al que

se encuentra conectado. Esa parte de la bobina que

ha girado, al ocupar ahora la posición opuesta, se

convierte en el polo norte (2) del electroimán por lo

que es rechazado de nuevo por el polo norte del

imán permanente, que como ya se explicó se

encuentra fijo al cuerpo del motor. Seguidamente el

electroimán, al continuar girando y dar otra media

vuelta, pasa de nuevo por la zona neutra (como

en “B”) repitiéndose de nuevo el mismo ciclo. Esos

cambios continuos en los polos del electroimán del

rotor que proporciona el colector, son los que

permiten que se mantenga girando de forma

ininterrumpida mientras se mantenga energizado.

En resumen, la función del colector es permitir el

cambio constante de polaridad de la corriente en la

bobina del electroimán del rotor para que sus polos

cambien constantemente. Este cambio ocurre cada

vez que el electroimán gira media vuelta y pasa por

3

la zona neutra, momento en que sus polos cambian

para que se pueda mantener el rechazo que

proporciona el imán permanente. Esto permitirá que

el electroimán del rotor se mantenga girando

constantemente durante todo el tiempo que la

batería o fuente de fuerza electromotriz (F.E.M.) se

mantenga conectada al circuito del motor,

suministrándole corriente eléctrica.

La combinación de esas dos fuerzas o vectores

actuando de forma opuesta y al unísono (de acuerdo

con la Fuerza de Lorenz), provocará que el

electroimán del rotor, formado aquí por esa simple

espira, comience a girar en torno a su eje imaginario

(representado por una línea de puntos en la figura)

en dirección contraria a las manecillas de reloj en

este ejemplo. Ese movimiento de rotación se

encuentra señalado por la flecha negra en forma de

semicírculo, que se encuentra dibujada al fondo de

la espira.

II. EL COLECTOR DE DELGAS:

El colector de delgas, que es un conjunto de

láminas de cobre, llamadas delgas, aisladas entre sí

por una capa de mica y que giran solidariamente

con el rotor. Las delgas están conectadas

eléctricamente a las bobinas del devanado inducido

y por medio de ellas dicho devanado se puede

conectar con el exterior. Cada delga está unida

eléctricamente al punto de conexión de dos bobinas

del devanado inducido, de tal forma que habrá

tantas delgas como bobinas simples posea el

devanado.

La porta escobillas y las escobillas, fabricados los

primeros con un material estructural metálico,

mientras que las segundas son generalmente de

grafito. Las escobillas permanecen fijas, sin realizar

movimiento alguno, y al deslizar sobre ellas el

colector de delgas se efectúa el contacto eléctrico

entre el devanado inducido y los bornes de conexión

de la máquina al exterior.

Al mismo tiempo el colector permite rectificar las

tensiones alternas que se generan en los conductores

del inducido de tal forma que merced a la presencia

del mismo se obtiene una tensión continua.

Colector de delgas

A. Número de polos de las dinamos

Las máquinas grandes exigen para su

funcionamiento un flujo magnético de considerable

valor. Si dichas máquinas fueran bipolares, la

culata, polos y demás partes del conjunto magnético

tendrían que ser de secciones excesivamente

grandes para que la inducción se mantuviera dentro

de límites aceptables, lo que daría, como

consecuencia, máquinas pesadas y caras.

Se evita este inconveniente construyendo máquinas

con más de dos polos, con el fin de que el flujo total

de la máquina se subdivida en varios flujos

parciales.

Circuito magnético de las dinamos

a) Bipolar, b) tetrapolar

4

Número de líneas de escobillas: La f.e.m. inducida

en cada conductor del inducido cambia de sentido

cuando éste pasa por la línea neutra.

Ahora bien, en una máquina multipolar habrá tantas

líneas neutras como polos, ya que entre cada dos

polos existirá una zona en la que se compensen las

acciones de ambos polos.

Según lo dicho en los dos párrafos anteriores, las

escobillas deben ser colocadas sobre delgas

conectadas con conductores situados sobre una línea

neutra, luego podremos colocar tantas líneas de

escobillas como número de polos tiene la máquina.

Como estas líneas de escobillas deben ser

equidistantes, ya que también lo están las líneas

neutras, se deduce que el ángulo geométrico de

separación entre líneas de escobillas "aesc" debe ser

igual a

Por otra parte, en los dibujos de esquemas se suelen

representar las líneas de escobillas, por lo que

conviene calcular su distancia en delgas.

Siendo “D” el número total de delgas del colector,

la distancia en delgas entre dos líneas de escobillas

consecutivas o “paso de escobillas (Yesc)”, será

igual a

III. PROBLEMAS CON LAS

MÁQUINAS DE CORRIENTE

CONTINUA:

A. Reacción de Inducido

Cuando el dinamo está en carga el flujo del inductor

se distorsiona debido al flujo magnético creado por

la corriente del inducido, el cual es perpendicular al

flujo magnético principal creado por los polos

inductores FP.

Aunque aparentemente el flujo principal FP no

varía, pues se reduce en los cuernos de entrada pero

aumenta en los cuernos de salida, en realidad el

flujo principal disminuye pues la distorsión del

mismo aumenta su recorrido, es decir su reluctancia

magnética, se crea saturación de los cuernos polares

y además aumentan las fugas magnéticas,

provocando todo lo anterior la disminución de FP y

disminuyendo por tanto la fem en carga EC respecto

a la fem en vacío EV. Este fenómeno se conoce con

el nombre de reacción magnética del inducido.

A consecuencia de la reacción del inducido la línea

neutra (línea que une los conductores que no

producen fem) en carga, adelanta respecto del

sentido de giro un ángulo ?, tomada como

referencia la línea neutra en vacío:

B. Inconvenientes de la reacción de inducido

5

Disminuye la fem en la carga EC.

Disminuye indirectamente el rendimiento (pues

se ha de aumentar la corriente de excitación para

compensar el efecto anterior, aumenta las PJ del

estator).

Crea peligro de chispas en el colector.

Aumenta las dificultades para realizar una buena

conmutación.

C. Disminución de la Reacción del Inducido

Por todo lo anterior es conveniente minimizar la

reacción del inducido, a través de:

D. Reducir la deformación de la curva

de inducción en el entrehierro. Mediante,

por ejemplo:

E. Combatir la reacción transversal

mediante flujos opuestos (arrollamientos

de compensación).

Se emplean arrollamientos de compensación

dispuestos en ranuras colocadas en las piezas

polares, y conectados en serie con el arrollamiento

del inducido.

F. Commutation

La conmutación es el conjunto de fenómenos que acompañan a la inversión del sentido de la corriente

en la sección cortocircuitada por una escobilla.

Durante el tiempo t en que la sección está corto

circuitada, es decir, mientras sus

conductores activos franquean la línea neutra, en

dicha sección se crean dos fem:

a) Una fem de autoinducción ea=L di/dt

variando la corriente i en el tiempo t, del valor I

a –I.

b) Una fem de inducción ei=dFa/dt dónde Fa es

el flujo transversal del inducido cortado por laso

conductores activos en el tiempo t. Esta fem se

suma a la anterior pues el sentido del flujo

transversal es el mismo que el del polo del que

procede el conductor como hemos visto

anteriormente.

Estas dos fem tienen un efecto desfavorable. Sin

ellas, el reparto de las corrientes ia e ib que circulan

entre las delgas correspondientes y las escobillas, se

resaltaría según las conductancias de las

derivaciones, de forma lineal, pero debido a estas

dos fem, el reparto no es lineal, generando chispas.

G. Medidas para Mejorar la Conmutación

La conmutación se aproximará tanto más a la ideal (reparto lineal de las corrientes en a-escobilla y b-

escobilla según las conductancias) cuanto más

reducida sea la corriente j producida por las fem ea

y ei. Para ello se aplican los principios siguientes:

Hacer las fem ea y ei lo más pequeña posible:

Aumentando el número de delgas del colector.

6

Aumentando el número de escobillas.

Disminuyendo el flujo transversal, por

los métodos vistos para disminuir la reacción del

inducido.

Aumentar la resistencia que se opone a la

corriente j:

La resistencia del circuito de la corriente j consta

de la resistencia de la sección en conmutación,

de la resistencia de las escobillas y de las

resistencias de contacto a-escobilla y b-escobilla.

Crear, en la sección de conmutación, una fem

opuesta a ea y ei:

Desplazamiento de las escobillas un adelanto

suplementario (en el sentido de rotación) al

correspondiente al de la línea neutra en carga, tal

que, se produzca en la sección en conmutación

una fem de sentido opuesto a la suma de eay ei.

Polos de conmutación o auxiliares que: anulan el

flujo transversal sobre la línea neutra y además

producen en la sección de conmutación una fem

opuesta a ea

De estos dos métodos, excepto para tensiones

y potencia muy bajas (<= 3 kW) se emplea

exclusivamente los polos de conmutación.

Si bien con unos polos auxiliares bien calculados se

alcanza una conmutación correcta en todo el campo

de funcionamiento normal de la máquina, ellos sin

embargo no evitan la distorsión de la curva de

inducción bajo los polos principales con su secuela

de los inconvenientes, el más grave de los cuales

puede ser arco entre escobilla cuando la máquina

está sujeta a bruscas sobrecargas o trabajos muy

duros. En estos casos es obligado recurrir, además

de los polos auxiliares, al devanado de

compensación.

VI. BIBLIOGRAFÍA

[1]

http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_corriente_co

ntinua

[2]

http://www.tuveras.com/maquinascc/estructura.htm

Generadores y motores de corriente continúa

[3] http://html.rincondelvago.com/generadores-y-

motores-de-corriente-continua.html

Máquinas Eléctricas

[4] http://html.rincondelvago.com/maquinas-

electricas_3.html

Bobinados de máquinas de c_ c

[5]

http://endrino.pntic.mec.es/rpel0016/Bobinados.htm

Inducido

[6] http://joseluisojer.iespana.es/inducido.htm

[7] “Maquinas corriente continua” disponible en:

http://www.monografias.com/trabajos79/maquinas-

corriente-continua/maquinas-corriente-

continua2.shtml

[8] “Maquinas DC” disponible en:

http://www.taringa.net/posts/ciencia-

educacion/9194603/Maquinas-DC.html

[9]”Partes de una maquina DC” disponible en:

http://www.buenastareas.com/ensayos/Partes-De-

Una-Maquina-De-c-d/1860051.html