Para poder construir un modelo equivalente del motor de corriente directa, necesitas tener presente que el motor se compone de dos circuitos separados, pero que funcionan juntos acoplados magnéticamente.

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El circuito de campo y el circuito de armadura se alimentan de forma separada, por lo que a estas máquinas se les conoce como de excitación separada. El circuito de campo tiene su propia fuente, y el circuito de armadura tiene la suya.

Analiza la siguiente figura:

Figura 4. Circuito de campo (izq.) y circuito de armadura (der.).

Fuente: Chapman, S. (2012). Máquinas eléctricas (5ª ed.). México: McGraw-Hill.

Donde:

• F1 y F2: son las terminales del circuito de campo, donde se aplica un voltaje de corriente directa.
• A1 y A2: son las terminales del circuito de armadura. IA representa la corriente que circulará por la armadura.
• R_F: es una resistencia variable, que representa la posibilidad de hacer variar la corriente en el circuito de campo, como si lo estuvieras alimentando de una fuente variable (el cual es normalmente el caso).
• L_F: representa una pequeña inductancia en el circuito, que puedes despreciar.
• E_A: representa el voltaje inducido en la armadura.
• R_A: la resistencia del conductor de la armadura. Esta resistencia es innata a cualquier conductor y siempre estará presente por el simple hecho de existir.

Sin importar si se trata de un motor o un generador, se producen voltajes internos en la máquina que dependen de la intensidad del campo magnético generado por el circuito de campo (o por imanes permanentes, en su caso). El voltaje interno generado no es lineal, ya que el campo magnético debe viajar a través de materiales magnéticos distintos al aire. Las láminas de un motor de CD están hechas de material ferromagnético que ayuda al campo a desplazarse mejor dentro de la máquina. Sin embargo, hay un límite en la cantidad de campo magnético que puede viajar a través de este material. Si intentas hacer que el material conduzca más campo magnético, éste experimentará un fenómeno conocido como saturación, y ya no podrá conducir más campo magnético. Si no hay más campo magnético, no puede haber un voltaje inducido mayor. Observa la figura 5:

Analiza la siguiente figura:

Figura 5. Curva de magnetización de un motor de CD

Fuente: Chapman, S. (2012). Máquinas eléctricas (5ª ed.). México: McGraw-Hill.

En la figura se observa una relación muy clara entre IF (corriente del circuito de campo) y EA (voltaje producido en el circuito de armadura). Al aumentar IF, aumenta la magnitud del voltaje inducido en la armadura casi de forma lineal, pero llega un punto (conocido como punto de saturación), donde los incrementos de corriente de campo, producen un efecto mucho menor en el voltaje inducido de la armadura. Obviamente, si la máquina carece de un circuito de campo y tiene un montaje de imanes permanentes, esta curva no existe, ya que el valor de la magnetización es constante, además de no existir una corriente de campo.

Uno de los motores más populares que se encuentran en dispositivos que requieren de un control preciso de posición, tal como algunos de los motores encontrados dentro de los automóviles (asientos, ventanas, espejos, etcétera) es el motor de pasos. Estos motores tienen un principio de operación muy parecido a lo que has visto hasta ahora, con la diferencia de que su rotación no es continua. La rotación de estos motores se da por intervalos o pasos (de ahí su nombre).

Estos motores se alimentan a través de pulsos, los cuales hacen que el rotor tenga un desplazamiento angular previamente determinado, por lo general 7.5° o 15° por cada pulso. El control de este tipo de motores suele ser muy preciso y es por eso que se utiliza en sistemas donde la posición deba cambiar con precisión y facilidad. La mayoría de este tipo de motores está construida con imanes permanentes, es decir, no necesitan la alimentación de un circuito de campo. Esto hace que su tamaño, su costo, y sus requisitos de mantenimiento sean menores, pero limita la potencia que se puede obtener de estos motores. Su esquema de control es algo parecido a la figura 6.

Figura 6. Esquema de control de un motor de paso

Fuente: Chapman, S. (2012). Máquinas eléctricas (5ª ed.). México: McGraw-Hill.

Estos motores se alimentan de una fuente de corriente directa, y además necesitan una señal de control de pulsos. La fuente de pulsos sólo se encarga de mandar señales, sus requerimientos de potencia son mínimos. Al enviar pulsos al motor (cero y uno), las terminales de la máquina ven un voltaje intermitente, lo cual hace que su giro sea por pasos y no continuo. Como se mencionó anteriormente, estos motores pueden controlarse con gran precisión, ya que el circuito de control puede saber, con base en la posición inicial, la posición final y la velocidad a la que gira el motor en relación a la frecuencia de los pulsos de alimentación.

Un motor eléctrico es una máquina que convierte energía eléctrica en energía mecánica. Actualmente, millones de motores son usados por nuestra sociedad. Los motores eléctricos son utilizados para proporcionar potencia en aplicaciones industriales, de negocios, transporte y aplicaciones domésticas.

Revisa a continuación el Checkpoint: