Motor de CC de bobina compuesta o motor compuesto de CC

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Ultima edición el 21 septiembre, 2023

Un motor de CC de bobina compuesta, también conocido como motor compuesto de CC, es un tipo de motor eléctrico que combina características del motor de corriente continua (CC) y del motor de corriente alterna (CA). Este tipo de motor utiliza tanto una bobina de campo en serie como una bobina de campo en derivación para generar un campo magnético en el rotor y producir un movimiento de giro.

El motor compuesto de CC se utiliza comúnmente en aplicaciones que requieren una alta velocidad de arranque y un par de torsión constante, como en la industria de la aviación para accionar los sistemas de control de vuelo de los aviones. También se utiliza en la industria automotriz para accionar los limpiaparabrisas y los ventiladores del radiador.

En esta presentación, exploraremos en detalle cómo funciona el motor compuesto de CC, sus diferentes componentes y aplicaciones, y las ventajas y desventajas de su uso en comparación con otros tipos de motores eléctricos.

Principio de funcionamiento

El motor de CC de bobina compuesta o motor compuesto de CC es un tipo de motor eléctrico que funciona mediante el principio de la interacción entre un campo magnético y una corriente eléctrica.

Elementos principales

  • Escobillas: son las encargadas de establecer el contacto eléctrico con el rotor.
  • Rotor: es la parte móvil del motor y está formado por una bobina de alambre que gira dentro del campo magnético.
  • Estator: es la parte fija del motor y está formado por imanes que generan el campo magnético.

Principio de funcionamiento

El motor compuesto de CC combina dos tipos de bobinas: una bobina en serie y una bobina en derivación.

La bobina en serie está conectada en serie con el circuito del rotor y la bobina en derivación está conectada en paralelo con la bobina en serie y con el circuito del estator.

Cuando se aplica una corriente eléctrica al motor, ésta circula por ambas bobinas y genera un campo magnético en el rotor y en el estator.

La interacción entre los campos magnéticos generados en la bobina en serie y el campo magnético del estator produce un par de torsión que hace girar el rotor.

La bobina en derivación, por su parte, modifica el campo magnético generado en la bobina en serie y permite controlar la velocidad del motor.

Ejemplo

Un ejemplo de uso del motor de CC de bobina compuesta es en las locomotoras de tren. En este caso, se utiliza un motor compuesto de CC para generar la tracción necesaria para mover el tren. La bobina en serie del motor permite generar un gran par de torsión para mover el tren desde parado, mientras que la bobina en derivación permite controlar la velocidad del motor a medida que el tren gana velocidad.

Características

El motor de CC de bobina compuesta, también conocido como motor compuesto de CC, es un tipo de motor eléctrico que combina las características de los motores de CC en serie y en derivación.

Torque elevado

Una de las principales características de este motor es que ofrece un torque elevado en arranque y a bajas velocidades. Esto se debe a que la bobina en serie produce un campo magnético intenso, lo que a su vez genera un alto torque. Por lo tanto, es ideal para aplicaciones que requieren un alto torque en el arranque, como en la industria textil o en la maquinaria pesada.

Regulación de velocidad limitada

Otra de las características del motor compuesto de CC es que su regulación de velocidad es limitada. A medida que aumenta la carga, la velocidad disminuye, lo que limita su capacidad para trabajar en aplicaciones que requieren una velocidad constante, como en la industria alimentaria.

Control de velocidad

El motor de CC de bobina compuesta ofrece un buen control de velocidad a través de la variación de la tensión aplicada al motor. Al aumentar o disminuir la tensión, se puede controlar la velocidad del motor. Esta característica es muy útil en aplicaciones donde se requiere una velocidad variable, como en la industria de la construcción o en la producción de papel.

Consumo de energía

Otra de las características del motor compuesto de CC es su alto consumo de energía. Debido a que la bobina en serie ofrece un alto torque, consume más energía que otros tipos de motores de CC. Por lo tanto, no es la opción más eficiente en términos de energía, especialmente en aplicaciones que requieren una alta eficiencia energética.

Aplicaciones

El motor de CC de bobina compuesta se utiliza en una amplia variedad de aplicaciones, como en la industria textil, la maquinaria pesada, la producción de papel y la construcción. También se utiliza en aplicaciones que requieren un alto torque en el arranque, como en la industria de la impresión y en las grúas.

Conclusión

Su alto torque en arranque lo hace ideal para aplicaciones pesadas, pero su regulación de velocidad limitada y su alto consumo de energía lo hacen menos adecuado para otras aplicaciones. Es importante considerar cuidadosamente las necesidades de la aplicación antes de elegir el tipo de motor adecuado.

Componentes

1. Bobina de campo

La bobina de campo es la parte del motor que crea el campo magnético para hacer girar el rotor. Está compuesta por un núcleo de hierro y una bobina de alambre de cobre, que se enrolla alrededor del núcleo. La bobina de campo se conecta a una fuente de alimentación externa para crear un campo magnético.

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2. Conmutador

El conmutador es un componente crítico en el motor de CC de bobina compuesta. Está ubicado en el rotor y se utiliza para cambiar la dirección de la corriente eléctrica en la bobina del rotor. Esto hace que el rotor gire en una dirección específica. El conmutador consta de segmentos de cobre separados por aislamiento. Cuando la bobina del rotor gira, los segmentos del conmutador se conectan y desconectan de la fuente de alimentación, cambiando la dirección de la corriente en la bobina del rotor.

3. Escobillas

Las escobillas son componentes críticos que se utilizan para transferir la corriente eléctrica desde la fuente de alimentación a la bobina del rotor. Las escobillas se colocan en contacto directo con los segmentos del conmutador y se mueven con el rotor. Están hechas de carbón, grafito o materiales similares que tienen una resistencia eléctrica baja y pueden soportar altas temperaturas y fricción.

4. Rotor

El rotor es la parte del motor que gira cuando se energiza la bobina del campo. Está compuesto por un eje y una bobina de alambre de cobre. La bobina del rotor se conecta al conmutador y las escobillas transfieren la corriente eléctrica desde la fuente de alimentación a la bobina del rotor. Cuando se energiza la bobina del campo, se crea un campo magnético que interactúa con el campo magnético creado por la corriente en la bobina del rotor, lo que hace que éste gire.

5. Fuente de alimentación

La fuente de alimentación proporciona la energía necesaria para hacer funcionar el motor de CC de bobina compuesta. Puede ser una batería, un generador o una fuente de alimentación de CA que se rectifica y se convierte en CC. La fuente de alimentación se conecta a la bobina del campo y las escobillas transfieren la corriente eléctrica al conmutador y la bobina del rotor.

6. Núcleo de hierro

El núcleo de hierro es una parte importante de la bobina del campo. Está hecho de hierro dulce y actúa como un imán permanente. Cuando se energiza la bobina del campo, el campo magnético creado por el núcleo de hierro se combina con el campo magnético creado por la bobina del campo, lo que hace que el rotor gire.

La bobina de campo crea el campo magnético, el conmutador cambia la dirección de la corriente eléctrica en la bobina del rotor, las escobillas transfieren la corriente eléctrica, el rotor gira cuando se energiza la bobina del campo, la fuente de alimentación proporciona la energía necesaria y el núcleo de hierro actúa como un imán permanente. Cada componente es esencial para el funcionamiento del motor y cualquier problema en uno de ellos puede afectar negativamente el rendimiento del motor.

Ventajas

1. Mayor eficiencia:

El motor de CC de bobina compuesta tiene una mayor eficiencia que otros motores de CC debido a su diseño y construcción. Las bobinas compuestas permiten una mejor distribución del flujo magnético y una mayor densidad de flujo en el entrehierro, lo que se traduce en una mayor eficiencia energética.

2. Amplio rango de velocidad:

El motor compuesto de CC ofrece un amplio rango de velocidad y puede funcionar a velocidades muy bajas o muy altas, lo que lo hace ideal para diversas aplicaciones industriales. Además, el control de velocidad es sencillo y preciso, lo que permite una mayor flexibilidad en el uso del motor.

3. Buena capacidad de arranque:

El motor de CC de bobina compuesta tiene una buena capacidad de arranque y puede arrancar con carga completa sin problemas. Esto lo hace ideal para aplicaciones en las que se requiere un arranque rápido y una alta capacidad de carga.

4. Control de torque:

El motor compuesto de CC ofrece un excelente control de torque, lo que lo hace ideal para aplicaciones en las que se requiere un control preciso de la velocidad y el par motor. El control de torque se logra mediante el ajuste de la corriente de armadura y de campo.

5. Menor mantenimiento:

El motor de CC de bobina compuesta tiene una construcción simple y es menos propenso a fallas y problemas de mantenimiento que otros tipos de motores. Además, las bobinas compuestas tienen una vida útil más larga y requieren menos mantenimiento que otros tipos de bobinas.

Estas características hacen que este tipo de motor sea ideal para una amplia variedad de aplicaciones industriales.

Diferencias con otros motores de CC

El motor de CC de bobina compuesta, también conocido como motor compuesto de CC, tiene algunas diferencias significativas con otros motores de CC. A continuación, explicaremos algunas de ellas:

Tipo de bobinado

Una de las principales diferencias es el tipo de bobinado que utiliza el motor de CC de bobina compuesta. Este motor tiene dos bobinas: una bobina de campo y una bobina de armadura. La bobina de campo se divide en dos partes: una parte está conectada en serie con la armadura y la otra parte está conectada en paralelo con la armadura. Este tipo de bobinado hace que el motor tenga un torque alto y una velocidad constante.

Torque

Otra diferencia importante es el torque que puede generar el motor de CC de bobina compuesta. Este tipo de motor tiene un torque alto en comparación con otros motores de CC, especialmente a bajas velocidades.

Velocidad

La velocidad del motor de CC de bobina compuesta es constante, lo que significa que puede mantener una velocidad estable incluso bajo cargas variables. Esto se debe al diseño de su bobinado y a su capacidad para ajustar la corriente de campo para compensar las variaciones en la carga.

Uso

El motor de CC de bobina compuesta se utiliza comúnmente en aplicaciones que requieren un torque alto y una velocidad constante, como en la industria textil, la industria papelera y la industria de la madera.

Es ideal para aplicaciones que requieren una alta capacidad de torque y una velocidad estable bajo cargas variables.

Aplicaciones

El motor de CC de bobina compuesta, también conocido como motor compuesto de CC, es un tipo de motor eléctrico que se utiliza en diversas aplicaciones debido a sus características y ventajas. A continuación, se detallarán algunas de las aplicaciones más comunes:

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Maquinaria industrial

El motor de CC de bobina compuesta se utiliza en maquinaria industrial para realizar diversas funciones, como mover cintas transportadoras, bombear líquidos, accionar tornos y maquinaria pesada, entre otras. Debido a su capacidad para proporcionar un alto par de arranque, este tipo de motor es especialmente útil en aplicaciones donde se requiere una gran cantidad de fuerza para empezar a mover una carga pesada. Además, los motores de CC de bobina compuesta también se utilizan en máquinas herramienta, como fresadoras, taladros y rectificadoras, ya que pueden controlar la velocidad y el par con precisión.

Vehículos eléctricos

El motor de CC de bobina compuesta también se utiliza en vehículos eléctricos, como autos, motocicletas y bicicletas eléctricas. Debido a su capacidad para proporcionar un alto par de arranque, estos motores son especialmente útiles en vehículos que requieren una gran cantidad de fuerza para acelerar rápidamente, como los autos deportivos y las motocicletas. Además, los motores de CC de bobina compuesta también son populares en vehículos eléctricos porque son más eficientes que los motores de CA y pueden funcionar con baterías de bajo voltaje.

Generadores eléctricos

El motor de CC de bobina compuesta también se utiliza como generador eléctrico en diversas aplicaciones, como en sistemas de energía renovable, como la energía eólica y la energía solar. Estos motores pueden convertir la energía mecánica en energía eléctrica de manera eficiente y pueden controlar la salida de energía con precisión. Además, los motores de CC de bobina compuesta también se utilizan en generadores de emergencia y sistemas de copia de seguridad en caso de fallas en la red eléctrica.

Robótica

El motor de CC de bobina compuesta se utiliza en la robótica para proporcionar movimiento y control de precisión. Debido a su capacidad para controlar la velocidad y el par con precisión, estos motores son especialmente útiles en aplicaciones donde se requiere un control preciso del movimiento, como en brazos robóticos y robots móviles. Además, los motores de CC de bobina compuesta también son populares en la robótica porque son más eficientes que los motores de CA y pueden funcionar con baterías de bajo voltaje.

Otras aplicaciones

Además de las aplicaciones mencionadas anteriormente, el motor de CC de bobina compuesta se utiliza en diversas otras aplicaciones, como en sistemas de control de procesos, sistemas de refrigeración y aire acondicionado, y en juguetes y herramientas eléctricas. En general, este tipo de motor es útil en cualquier aplicación donde se requiere un control preciso del movimiento, una alta eficiencia y un alto par de arranque.

Técnicas de control

Técnicas de control para el Motor de CC de bobina compuesta o motor compuesto de CC

El motor de CC de bobina compuesta o motor compuesto de CC es un tipo de motor eléctrico que combina las características de dos tipos de motores: motor de CC serie y motor de CC shunt. Este motor se utiliza en aplicaciones que requieren un alto par de arranque y una velocidad constante a cargas variables.

Para controlar adecuadamente el Motor de CC de bobina compuesta o motor compuesto de CC, se utilizan diferentes técnicas de control, como:

1. Control de velocidad: Esta técnica se utiliza para controlar la velocidad del motor a diferentes cargas. Se puede lograr mediante la variación de la tensión aplicada al motor o mediante la variación de la resistencia en el circuito del motor. El control de velocidad se puede realizar mediante un controlador de velocidad o mediante un controlador de corriente.

2. Control de par: Esta técnica se utiliza para controlar el par de salida del motor a diferentes cargas. Se puede lograr mediante la variación de la corriente aplicada al motor o mediante la variación de la resistencia en el circuito del motor. El control de par se puede realizar mediante un controlador de par o mediante un controlador de corriente.

3. Control de posición: Esta técnica se utiliza para controlar la posición del motor en aplicaciones de posicionamiento. Se puede lograr mediante la retroalimentación de la posición del motor y la comparación con la posición deseada. El control de posición se puede realizar mediante un controlador de posición o mediante un controlador de velocidad.

4. Control de corriente: Esta técnica se utiliza para controlar la corriente que fluye por el motor. Se puede lograr mediante la variación de la tensión aplicada al motor o mediante la variación de la resistencia en el circuito del motor. El control de corriente se puede realizar mediante un controlador de corriente.

5. Control de frenado: Esta técnica se utiliza para frenar el motor en aplicaciones que requieren un frenado rápido y preciso. Se puede lograr mediante la inversión de la polaridad del motor o mediante la aplicación de una resistencia de frenado en el circuito del motor.

Estas técnicas de control incluyen el control de velocidad, el control de par, el control de posición, el control de corriente y el control de frenado. Cada técnica de control tiene su propio controlador y método de implementación para lograr un control efectivo del motor.

Técnicas de control

Técnicas de control para el Motor de CC de bobina compuesta o motor compuesto de CC

El motor de CC de bobina compuesta o motor compuesto de CC es un tipo de motor eléctrico que combina las características de dos tipos de motores: motor de CC serie y motor de CC shunt. Este motor se utiliza en aplicaciones que requieren un alto par de arranque y una velocidad constante a cargas variables.

Para controlar adecuadamente el Motor de CC de bobina compuesta o motor compuesto de CC, se utilizan diferentes técnicas de control, como:

1. Control de velocidad: Esta técnica se utiliza para controlar la velocidad del motor a diferentes cargas. Se puede lograr mediante la variación de la tensión aplicada al motor o mediante la variación de la resistencia en el circuito del motor. El control de velocidad se puede realizar mediante un controlador de velocidad o mediante un controlador de corriente.

2. Control de par: Esta técnica se utiliza para controlar el par de salida del motor a diferentes cargas. Se puede lograr mediante la variación de la corriente aplicada al motor o mediante la variación de la resistencia en el circuito del motor. El control de par se puede realizar mediante un controlador de par o mediante un controlador de corriente.

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3. Control de posición: Esta técnica se utiliza para controlar la posición del motor en aplicaciones de posicionamiento. Se puede lograr mediante la retroalimentación de la posición del motor y la comparación con la posición deseada. El control de posición se puede realizar mediante un controlador de posición o mediante un controlador de velocidad.

4. Control de corriente: Esta técnica se utiliza para controlar la corriente que fluye por el motor. Se puede lograr mediante la variación de la tensión aplicada al motor o mediante la variación de la resistencia en el circuito del motor. El control de corriente se puede realizar mediante un controlador de corriente.

5. Control de frenado: Esta técnica se utiliza para frenar el motor en aplicaciones que requieren un frenado rápido y preciso. Se puede lograr mediante la inversión de la polaridad del motor o mediante la aplicación de una resistencia de frenado en el circuito del motor.

Estas técnicas de control incluyen el control de velocidad, el control de par, el control de posición, el control de corriente y el control de frenado. Cada técnica de control tiene su propio controlador y método de implementación para lograr un control efectivo del motor.

Problemas comunes

Al igual que cualquier otro tipo de motor, el motor de CC de bobina compuesta o motor compuesto de CC también puede presentar problemas. Conocer los problemas comunes que pueden presentarse en este tipo de motor puede ayudar a identificar y solucionar rápidamente cualquier problema que surja. A continuación se presentan algunos de los problemas comunes que pueden presentarse en un motor compuesto de CC:

Falta de potencia

Uno de los problemas más comunes en un motor compuesto de CC es la falta de potencia. Esto puede ser causado por una variedad de factores, como un problema en la fuente de alimentación, una mala conexión en los cables o una falla en el sistema de control de velocidad. Si el motor no recibe suficiente energía, no podrá generar suficiente potencia para realizar su trabajo.

Sobrecalentamiento

Otro problema común en un motor compuesto de CC es el sobrecalentamiento. Esto puede ocurrir si el motor está trabajando constantemente en condiciones extremas o si hay un problema en el sistema de refrigeración. Si el motor se sobrecalienta, puede dañar los componentes internos y reducir su vida útil.

Desgaste de las escobillas

Las escobillas son los componentes que permiten la conexión eléctrica entre la fuente de alimentación y el rotor del motor. Con el tiempo, las escobillas pueden desgastarse y reducir su eficiencia. Si las escobillas no están funcionando correctamente, el motor puede perder potencia o detenerse por completo.

Falla en el sistema de control de velocidad

El sistema de control de velocidad es el encargado de regular la velocidad del motor. Si hay un problema en este sistema, el motor puede funcionar a una velocidad incorrecta o no funcionar en absoluto. Esto puede ser causado por un problema en el circuito de control, un fallo en el potenciómetro o un problema en el controlador de velocidad.

Falla en el rotor

El rotor es la parte del motor que gira y genera la energía necesaria para realizar el trabajo. Si hay un problema en el rotor, como una falla en los devanados o un problema en los cojinetes, el motor puede perder potencia o detenerse por completo. En algunos casos, puede ser necesario reemplazar el rotor para solucionar el problema.

Conocer los problemas comunes y sus causas puede ayudar a identificar y solucionar rápidamente cualquier problema que surja. Si el problema persiste, es recomendable consultar a un profesional para evitar daños mayores en el motor.

En conclusión, el motor de CC de bobina compuesta o motor compuesto de CC es una opción muy eficiente y versátil en aplicaciones que requieren un control de velocidad preciso y una alta capacidad de arranque. Su diseño permite adaptarse a diferentes situaciones y necesidades, lo que lo convierte en una opción ideal para una amplia variedad de industrias y aplicaciones. Además, su bajo costo y fácil mantenimiento lo hacen aún más atractivo para aquellos que buscan una solución rentable y duradera. En definitiva, el motor compuesto de CC es una tecnología que sigue siendo relevante en el mundo actual y que se espera que siga evolucionando para adaptarse a los nuevos retos y necesidades del mercado.

En conclusión, el motor de CC de bobina compuesta o motor compuesto de CC es una opción popular en la industria debido a su capacidad de proporcionar un alto par de arranque y velocidad constante en una amplia variedad de aplicaciones. Su diseño permite la regulación de velocidad y torque, lo que lo hace ideal para aplicaciones donde se requiere una precisión en el control de la velocidad, como en equipos de transporte, ascensores, herramientas eléctricas y maquinaria pesada. Además, su facilidad de control y mantenimiento lo hacen una opción atractiva para los usuarios. En resumen, el motor de CC de bobina compuesta es una solución rentable y eficiente para muchas aplicaciones en la industria moderna.

JORGE CABRERA BERRÍOS Administrator
Ingeniero Electrónico por la UNI, con maestría y doctorado por la University of Electro-Communications (Japón).

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