Els motors de corrent continu són màquines omnipresents que es troben en una varietat d'equips electrònics utilitzats en diverses aplicacions.

Normalment, aquests motors es despleguen en equips que requereixen algun tipus de control rotatiu o de producció de moviment.Els motors de corrent continu són components essencials en molts projectes d'enginyeria elèctrica.Tenir una bona comprensió del funcionament del motor de corrent continu i la regulació de la velocitat del motor permet als enginyers dissenyar aplicacions que aconsegueixen un control de moviment més eficient.

Aquest article analitzarà de prop els tipus de motors de corrent continu disponibles, el seu mode de funcionament i com aconseguir el control de velocitat.

Què són els motors de corrent continu?

M'agradamotors de corrent altern, els motors de corrent continu també converteixen l'energia elèctrica en energia mecànica.El seu funcionament és el contrari d'un generador de corrent continu que produeix un corrent elèctric.A diferència dels motors de corrent altern, els motors de corrent continu funcionen amb potència de corrent continu: potència no sinusoïdal i unidireccional.

Construcció bàsica

Tot i que els motors de corrent continu estan dissenyats de diverses maneres, tots contenen les parts bàsiques següents:

• Rotor (la part de la màquina que gira; també conegut com a "armadura")
• Estator (els bobinatges de camp, o part "estacionària" del motor)
• Commutador (pot ser raspallat o sense escombretes, segons el tipus de motor)
• Imants de camp (proporcionen el camp magnètic que fa girar un eix connectat al rotor)

A la pràctica, els motors de corrent continu funcionen a partir de les interaccions entre els camps magnètics produïts per una armadura giratòria i el de l'estator o component fix.

Un controlador de motor sense escombretes de CC sense sensors.Imatge utilitzada per cortesia deKenzi Mudge.

Principi de funcionament

Els motors de corrent continu funcionen segons el principi d'electromagnetisme de Faraday que estableix que un conductor que transporta corrent experimenta una força quan es col·loca en un camp magnètic.Segons la "regla de la mà esquerra per als motors elèctrics" de Fleming, el moviment d'aquest conductor sempre és en una direcció perpendicular al corrent i al camp magnètic.

Matemàticament, podem expressar aquesta força com F = BIL (on F és la força, B és el camp magnètic, I representa el corrent i L és la longitud del conductor).

Tipus de motors de corrent continu

Els motors de corrent continu es divideixen en diferents categories, depenent de la seva construcció.Els tipus més comuns inclouen raspallat o sense escombretes, imant permanent, sèrie i paral·lel.

Motors raspallats i sense escombretes

Un motor de corrent continu raspallatutilitza un parell de raspalls de grafit o carbó que serveixen per conduir o lliurar corrent de l'induït.Aquests raspalls solen mantenir-se molt a prop del commutador.Altres funcions útils dels raspalls dels motors de corrent continu inclouen garantir un funcionament sense espurnes, controlar la direcció del corrent durant la rotació i mantenir net el commutador.

Motors DC sense escombretesno contenen raspalls de carbó o grafit.Normalment contenen un o més imants permanents que giren al voltant d'una armadura fixa.En lloc dels raspalls, els motors de CC sense escombretes utilitzen circuits electrònics per controlar la direcció de gir i la velocitat.

Motors d'imant permanent

Els motors d'imants permanents consisteixen en un rotor envoltat per dos imants permanents oposats.Els imants proporcionen un flux de camp magnètic quan es passa corrent continu, que fa que el rotor giri en sentit horari o en sentit contrari, depenent de la polaritat.Un avantatge important d'aquest tipus de motor és que pot funcionar a velocitat síncrona amb una freqüència constant, permetent una regulació òptima de la velocitat.

Motors de corrent continu bobinats en sèrie

Els motors en sèrie tenen el seu estator (generalment fet de barres de coure) i els bobinats de camp (bobines de coure) connectats en sèrie.En conseqüència, el corrent de l'induït i els corrents de camp són iguals.El corrent elevat flueix directament des del subministrament cap als bobinatges de camp, que són més gruixuts i menys que en els motors de derivació.El gruix dels bobinatges de camp augmenta la capacitat de càrrega del motor i també produeix camps magnètics potents que donen als motors de corrent continu en sèrie un parell molt elevat.

Motors de corrent continu de derivació

Un motor de corrent continu en derivació té la seva armadura i els bobinats de camp connectats en paral·lel.A causa de la connexió en paral·lel, ambdós bobinats reben la mateixa tensió d'alimentació, tot i que s'exciten per separat.Els motors de derivació solen tenir més voltes als bobinatges que els motors en sèrie, que creen camps magnètics potents durant el funcionament.Els motors de derivació poden tenir una regulació de velocitat excel·lent, fins i tot amb càrregues variables.No obstant això, normalment no tenen l'elevat parell d'arrencada dels motors de sèrie.

Un motor i un circuit de control de velocitat instal·lat en un mini trepant.Imatge utilitzada per cortesia deDilshan R. Jayakody

Control de velocitat del motor de corrent continu

Hi ha tres maneres principals d'aconseguir la regulació de velocitat en els motors de corrent continu en sèrie: control de flux, control de tensió i control de resistència de l'induït.

1. Mètode de control de flux

En el mètode de control de flux, un reòstat (un tipus de resistència variable) està connectat en sèrie amb els bobinatges de camp.L'objectiu d'aquest component és augmentar la resistència en sèrie en els bobinats que reduirà el flux, augmentant en conseqüència la velocitat del motor.

2. Mètode de regulació de tensió

El mètode de regulació variable s'utilitza normalment en motors de corrent continu de derivació.Hi ha, de nou, dues maneres d'aconseguir el control de la regulació de la tensió:

• Connectar el camp de derivació a una tensió excitant fixa mentre es subministra l'induït amb diferents voltatges (també conegut com a control de voltatge múltiple)
• Variant la tensió subministrada a l'induït (també conegut com el mètode Ward Leonard)

3. Mètode de control de la resistència de l'induït

El control de la resistència de l'induït es basa en el principi que la velocitat del motor és directament proporcional a l'EMF posterior.Per tant, si la tensió d'alimentació i la resistència de l'induït es mantenen en un valor constant, la velocitat del motor serà directament proporcional al corrent de l'induït.