Los motores de corriente continua y sus aplicaciones en eficiencia energética

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Los motores de corriente continua y sus aplicaciones en eficiencia energética 

El motor de corriente continua fue uno de los objetivos centrales de investigación de Thomas A. Edison. Pero por sus ventajas competitivas, los motores de AC pronto llegaron a ser los favoritos de la industria. A pesar de la predominancia de los motores AC trifásicos, los motores DC tienen ventajas en ciertas aplicaciones industriales y son todavía ampliamente usados.

Las ventajas de los motores DC incluyen un excelente control de la velocidad y la capacidad de proporcionar alto par a bajas velocidades. Sin embargo, una mayoría de los motores DC usan escobillas para transferir energía eléctrica al rótor del motor. Los ensamblajes con escobillas no solamente requieren motores más grandes, sino que también se incrementan los requerimientos de mantenimiento. Cuando se desgastan las escobillas, se requiere mantenimiento y se genera polvo de carbón. Las escobillas son también sensibles a la contaminación, especialmente en máquinas que contienen materiales de silicona, y deben ser reemplazados periódicamente.

Ya que la energía eléctrica se suministra como corriente alterna, se requiere un equipo adicional que genere energía DC, tal como un equipo motor generador o un sistema rectificador. Si se utilizan baterías, podemos obtener la energía directamente de ellas. Aunque estas aplicaciones son algo especializadas, se están incrementando ya que la industria cada vez es más sensible a los problemas de calidad de la energía y a los altos costes de la interrupción en la producción.

Hay cuatro clases principales de motores de corriente continua: devanado serie, devanado shunt, devanado continuo y magnetismo permanente. Los devanado serie, devanado shunt, y motores de devanado compuesto todos requieren escobillas para suministrar corriente al estator. Las diferencias entre estos motores se basan en cómo el estator y el rotor se conectan.

Motor serie: En un motor serie, como su nombre indica, el estator y el rotor se conectan en serie y la misma corriente pasa a través de ambos. En esta configuración, el par se incrementa en proporción al cuadrado del incremento de la corriente. Esta relación es verdad hasta que se alcanza la resistencia del motor, una condición conocida como saturación. Más allá de la saturación, cualquier incremento de carga es directamente proporcional al incremento de la corriente.

Motor Shunt: En un motor shunt, los circuitos del rotor y el estator se conectan en paralelo. El par y la velocidad de estos motores son relativamente independientes de la carga. Consecuentemente, ajustando los controles de la resistencia del estator y la resistencia del campo magnético, se obtiene un control relativamente exacto de la velocidad del motor.

Motor compuesto: Un motor compuesto es una combinación de un motor serie y un motor shunt. Tiene dos ramales de circuitos básicos; una envolvente del circuito alrededor del estator, y el otro es un circuito serie que incluye tanto estator como rotor. Una característica de operación clave de este tipo de motor es que puede manejar un incremento repentino de las cargas sin un gran cambio en la velocidad.

Magnetismo permanente (PM): Los motores de magnetismo permanente dependen del magnetismo inherente de los materiales – tales como aleaciones de cobalto, níquel, acero y titanio – para crear un campo magnético con motores que pueden tener hasta 600 HP. Pueden construirse de varias formas diferentes, y en algunas versiones operan con corriente AC. Sin embargo, la mayoría de los motores PM son de tipo DC sin escobillas. Un motor conmutado electrónicamente (ECM) es un tipo de motor sin escobillas que tiene control del par y velocidad. ECMs puede usar corriente alterna monofásica y convertirla en operación trifásica. Y ellos usan sensor de fuerza electromagnética para determinar la posición del rotor y realizar la función de conmutación. Debido a su diseño, ECMs no presentan el desgaste de escobillas y ruido asociado a los motores DC típicos.

Los motores PM tienen ciertas ventajas de rendimiento sobre los motores de inducción AC, especialmente en aplicaciones con amplias variaciones en carga y velocidad. Los motores PM pueden mantener eficiencias relativamente altas a cargas de motor bajas y, como otros motores DC, pueden producir alto par a bajas velocidades del motor. Ya que no requieren escobillas, usando motores PM pueden eludirse muchos problemas de mantenimiento normalmente asociados con los motores DC. Los avances de la tecnología de motores PM han hecho que este tipo de motores sean competitivos con la combinación frecuencia variable/motor de inducción, y por ello son de gran utilidad para desarrollar múltiples aplicaciones de eficiencia energética. Una desventaja de los motores PM es su tendencia a acumular magnetismo, incluso cuando el motor está ocioso.