Revista Digital Educativa
Motores de Corriente Continua y su Control
Introducción
Los motores de corriente continua (CC) constituyen uno de los pilares fundamentales en el estudio de las máquinas eléctricas. Su importancia radica en la facilidad con la que se puede controlar tanto la velocidad como el par, lo que los hace ideales para aplicaciones donde se requiere precisión, alto par de arranque y una respuesta dinámica rápida. En esta revista digital se desarrollan de manera ampliada los principios físicos, matemáticos y prácticos que gobiernan el funcionamiento de los motores CC y sus métodos de control.
MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA
Relación entre par y fuerza
El par (torque) es una magnitud física que representa la capacidad de una fuerza para producir un movimiento de rotación alrededor de un eje. En términos generales, se define como el producto entre una fuerza aplicada y la distancia perpendicular desde el eje de giro hasta el punto de aplicación de dicha fuerza.
En los motores de corriente continua, la fuerza que genera el movimiento es de origen electromagnético. Esta fuerza aparece cuando un conductor por el cual circula corriente eléctrica se encuentra inmerso en un campo magnético. De acuerdo con la ley de Lorentz, la interacción entre la corriente y el campo produce una fuerza que actúa sobre el conductor.
Matemáticamente:
T = F · r
Donde: - T: Par o torque (N·m) - F: Fuerza electromagnética (N) - r: Radio o brazo de palanca (m)
Cuanto mayor sea la corriente que circula por el inducido o mayor el campo magnético, mayor será la fuerza desarrollada y, por ende, el par del motor.
Ecuación del torque
El torque desarrollado por un motor de corriente continua depende directamente de la corriente del inducido y del flujo magnético generado por el sistema de campo. Esta relación se expresa mediante la ecuación fundamental del torque:
T = K · Φ · Iₐ
Donde: - T: Torque desarrollado (N·m) - K: Constante constructiva del motor - Φ: Flujo magnético por polo (Wb) - Iₐ: Corriente del inducido (A)
Esta ecuación es clave para comprender el comportamiento del motor bajo carga. Si el motor incrementa su carga mecánica, el par requerido aumenta, lo que provoca un incremento en la corriente del inducido. Esto permite que el motor se adapte automáticamente a la demanda de carga.
En motores de derivación, el flujo permanece prácticamente constante, por lo que el torque es proporcional únicamente a la corriente del inducido. En motores serie, el flujo también depende de la corriente, generando un par mucho mayor a bajas velocidades.
Relación entre par y velocidad de un motor
La relación entre el par y la velocidad es una de las características más importantes de los motores de corriente continua. La velocidad angular del motor puede expresarse mediante la ecuación:
ω = (V IₐRₐ) / (K · Φ)
Donde: - ω: Velocidad angular (rad/s) - V: Tensión aplicada al inducido (V) - Rₐ: Resistencia del inducido (Ω)
De esta ecuación se desprende que: - Un aumento del par implica un aumento de la corriente del inducido - Al aumentar la corriente, aumenta la caída de tensión en el inducido - Como consecuencia, la velocidad disminuye
Esto genera una característica par–velocidad aproximadamente lineal, especialmente en motores de derivación. Esta propiedad es muy valorada en sistemas de control industrial.
Conversión de unidades de torque
El torque puede expresarse en diferentes sistemas de unidades dependiendo del contexto técnico o industrial. Es fundamental conocer estas equivalencias para interpretar correctamente hojas técnicas y especificaciones de motores.
Unidad Equivalencia
1 N·m = 0.7376 lb·ft
1 kgf·m = 9.81 N·m
1 lb·ft = 1.356 N·m
1 oz·in = 0.00706 N·m
Estas conversiones son ampliamente utilizadas en ingeniería mecánica, eléctrica y electromecánica.