Máquina de corrente continua

Unha máquina de corrente continua é unha máquina capaz de converter enerxía mecánica en enerxía eléctrica (xerador) ou enerxía eléctrica en mecánica (motor).

Pequeno motor eléctrico

Utilidade das máquinas de corrente continua

A forma de enerxía eléctrica utilizada hoxe en día na distribución e transporte é a corrente alterna; porén os motores de corrente continua teñen tradicionalmente grandes aplicacións nas industrias. Estes motores son os que permiten variación tanto de velocidade como de torque imprescindíbeis nalgunhas aplicacións como as locomotoras de ferrocarril. Existen compoñentes electrónicos que xa conseguen variar facilmente a velocidade dos motores asíncronos, con menor mantemento, polo que están a substituír os motores de corrente continua na maior parte das aplicacións.

Partes constituíntes da máquina de corrente continua

• Rotor (armadura): Parte xirante da máquina, montada sobre o eixo da mesma. Feito con chapas de aceiro con baixo contido en silicio, de 0,5 mm de espesor, illadas unhas doutras por unha capa de verniz ou de óxido, está montada sobre o eixo da máquina. Na súa superficie externa ten unhas fendas cunha certa inclinación respecto da súa xeratriz, onde van aloxadas as bobinas do debandado inducido da máquina, xeralmente de fío de cobre convenientemente illado.

Colector de delgas: Vai montado sobre o eixo de xiro e debe dispor de tantas delgas como bobinas teña o debandado inducido. Cada delga está unida electricamente ó punto de conexión dunha bobina coa outra. As delgas están fabricadas de cobre de elevada pureza, e están separadas unhas das outras por finas películas de mica que as mantén illadas.

Vasoiriñas: Son os elementos que aseguran o contacto eléctrico entre as delgas do colector e o circuíto de corrente continua exterior. Están feitas de carbón (grafito), e rozan continuamente o colector. Están suxeitas por un colariño portavasoiras que mantén a presión prevista mediante elementos elásticos, para asegurar que o contacto sexa o adecuado. Isto causa un desgaste progresivo que acurta a súa vida útil, tendo que ser substituídas cada certo tempo. As vasoiriñas conéctanse coa placa de bornes da máquina.

Entreferro: É o espazo que hai entre o estator e o rotor. É imprescindible para evitar o rozamento entre os dous; porén, debe ser o menor posible: o aire presenta unha elevada reluctancia magnética, e se o entreferro fose moi amplo, o campo magnético indutor veríase moi debilitado.

• Estator (Campo): Parte estática da máquina, montada en volta do rotor, de maneira que este poida xirar internamente. Tamén está constituído por material ferromagnético, envolto nun enrolamento de baixa potencia chamado de enrolamento de campo. Este enrolamento ten a función de producir un campo magnético fixo para interaxir co campo da armadura.
• Vasoiriñas: Permiten a circulación da corrente entre o estator e rotor.

Principio de Funcionamento

Operando como xerador de corrente continua

Cando se trata dun xerador, a enerxía mecánica é fornecida pola aplicación dun torque e da rotación do eixo do mesmo. Un exemplo de fonte de enerxía mecánica pode ser unha turbina hidráulica.

A fonte de enerxía mecánica produce o movemento relativo entre os condutores eléctricos dos enrolamentos de armadura e o campo magnético producido polo enrolamento de campo. Dese modo, provocaa unha variación temporal da intensidade do mesmo, e así, pola lei de Faraday, induce tensión entre os terminais do condutor.

Operando como Motor de corrente continua

No caso dos motores, o funcionamento é á inversa: a enerxía eléctrica é fornecida aos condutores do enrolamento da armadura pola aplicación de tensión eléctrica nos seus terminais (polo anel conmutador ou colector), facendo que circule unha corrente eléctrica nese enrolamento. Isto produce un campo magnético no enrolamento da armadura.

O corpo do estator está constituído por materiais ferromagnéticos, polo que cando se aplica tensión nos terminais do enrolamento de campo aparecen nel campos magnéticos, o que implica polos magnéticos (Norte e Sur) espallados por toda a extensión do estator.

Por mor do anel conmutador (que ten como función alternar o sentido de circulación da corrente no enrolamento da armadura), cando se aplica tensión no mesmo coa máquina parada, esa tensión transfírese ao enrolamento da armadura. Deste xeito, a corrente circula nela, xerando así un campo magnético.

Para que a orientación dese campo (a posición dos polos norte e sur) permaneza fixa, simultaneamente aplícase tensión eléctrica no enrolamento de campo no estator. Así, ao termos a interacción entre os campos magnéticos da armadura no rotor e do campo no estator, os mesmos tentaránse aliñar: o polo norte dun dos campos tentará se aproximar do polo sur do outro.

Como o eixo da máquina pode xirar, caso os campos da armadura e do estator non estean aliñados, xurdirá un binario de forzas que producirá un torque no eixo, facéndoo rotar. Ao xirar o eixo, o anel conmutador montado sobre o mesmo vai xirar tamén, polo que vai mudar o sentido de aplicación da tensión. Deste xeito, a corrente circula no sentido contrario, mudando o sentido do campo magnético producido.

Así, ao xirar o anel conmutador muda a posición dos polos norte e sur do campo da armadura, e como o campo producido polo enrolamento de campo no estator fica fixo, temos novamente a produción do binario de forzas que mantén a mudanza dos pólos, e consecuentemente, o movemento do eixo da máquina.

Clasificación das máquinas de corrente continua segundo súa excitación

• Máquina de excitación independente. O enrolamento de excitación en circuíto separado.
• Máquina serie. O enrolamento de excitación en serie co inducido.
• Máquina shunt. Con excitación en derivación
• Máquina composta. Con dous enrolamentos de excitación, un en serie e outro en derivación

Circuíto equivalente

Circuíto equivalente.

As máquinas de corrente continua modelízanse como unha fonte de tensión e unha resistencia correspondente á súa resistencia de inducido. Téndose a seguinte relación:

${\displaystyle {\vec {U}}={\vec {E}}+{\vec {I}}\times Ri}$

Se a máquina funciona como xerador, a corrente sae do circuíto (subministra corrente á rede) e E é maior que U. Se traballa como motor, absorbe corrente da rede e U é maior que E.

A queda de tensión nas vasoiriñas (B) pódese desprezar ou sumar á da resistencia de inducido.

Máquinas eléctricas
Máquinas de corrente continua	Máquinas síncronas	Máquinas asíncronas	Transformadores
Dínamo		Motor de indución