Un motor eléctrico de CC con escobillas es un motor eléctrico conmutado internamente diseñado para funcionar con una fuente de alimentación de corriente continua y que utiliza un cepillo eléctrico para el contacto .
Los motores con escobillas fueron la primera aplicación comercialmente importante de energía eléctrica para impulsar energía mecánica, y los sistemas de distribución de CC se utilizaron durante más de 100 años para operar motores en edificios comerciales e industriales. Los motores de CC con escobillas se pueden variar en velocidad cambiando el voltaje de funcionamiento o la intensidad del campo magnético. Dependiendo de las conexiones del campo a la fuente de alimentación, las características de velocidad y par de un motor con escobillas se pueden alterar para proporcionar una velocidad constante o una velocidad inversamente proporcional a la carga mecánica. Los motores de escobillas se siguen utilizando para propulsión eléctrica, grúas, máquinas de papel y laminadores de acero. Dado que las escobillas se desgastan y requieren reemplazo, los motores de CC sin escobillas que utilizan dispositivos electrónicos de potencia han desplazado a los motores con escobillas de muchas aplicaciones.
Los siguientes gráficos ilustran un motor CC simple, de dos polos y con escobillas .
Cuando una corriente pasa a través de la bobina enrollada alrededor de un núcleo de hierro dulce situado dentro de un campo magnético externo, una fuerza hacia arriba actúa sobre el lado del polo positivo, mientras que una fuerza hacia abajo actúa sobre el otro lado. Según la regla de la mano izquierda de Fleming , las fuerzas provocan un efecto de giro en la bobina, haciéndola girar. Para hacer que el motor gire en una dirección constante, los conmutadores de "corriente continua" hacen que la corriente invierta la dirección cada medio ciclo (en un motor de dos polos), lo que hace que el motor continúe girando en la misma dirección.
Un problema con el motor que se muestra arriba es que cuando el plano de la bobina es paralelo al campo magnético (es decir, cuando los polos del rotor están a 90 grados de los polos del estator), el par es cero. En las imágenes de arriba, esto ocurre cuando el núcleo de la bobina está horizontal, la posición que está a punto de alcanzar en la penúltima imagen de la derecha. El motor no podría arrancar en esta posición. Sin embargo, una vez iniciado, continuaría girando a través de esta posición por impulso.
Hay un segundo problema con este sencillo diseño de poste. En la posición de par cero, ambas escobillas del conmutador tocan (puentean) ambas placas del conmutador, lo que produce un cortocircuito. Los cables de alimentación se cortocircuitan entre sí a través de las placas del conmutador, y la bobina también se cortocircuita a través de ambas escobillas (la bobina se cortocircuita dos veces, una vez a través de cada escobilla de forma independiente). Tenga en cuenta que este problema es independiente del problema anterior que no se inicia; Incluso si hubiera una corriente alta en la bobina en esta posición, todavía habría un par nulo. El problema aquí es que este cortocircuito consume energía inútilmente sin producir ningún movimiento (ni siquiera corriente de bobina). En una demostración con batería de baja corriente, este cortocircuito generalmente no se considera dañino. Sin embargo, si un motor de dos polos fuera diseñado para realizar un trabajo real con varios cientos de vatios de potencia de salida, este cortocircuito podría provocar un sobrecalentamiento grave del conmutador, daños en las escobillas y una posible soldadura de las mismas (si fueran metálicas) al conmutador. Las escobillas de carbón, que se utilizan con frecuencia, no soldaban. En cualquier caso, un cortocircuito como este es un gran desperdicio, agota las baterías rápidamente y, como mínimo, requiere que los componentes de la fuente de alimentación se diseñen con estándares mucho más altos de los que se necesitarían simplemente para hacer funcionar el motor sin el cortocircuito.
Una solución sencilla es dejar un espacio entre las placas del conmutador que sea más ancho que los extremos de las escobillas. Esto aumenta el rango de posiciones angulares de par cero pero elimina el problema del cortocircuito; Si el motor comienza a girar por una fuerza externa, continuará girando. Con esta modificación, también se puede desactivar de forma efectiva simplemente deteniéndolo en una posición en el rango de ángulo de par cero (es decir, sin contacto del conmutador). Este diseño se ve a veces en motores caseros para aficionados, por ejemplo, para ferias científicas, y dichos diseños se pueden encontrar en algunos libros de proyectos científicos publicados. Una clara desventaja de esta solución simple es que el motor ahora avanza por inercia a través de un arco de rotación sustancial dos veces por revolución y el par es pulsado. Esto puede funcionar para ventiladores eléctricos o para mantener un volante girando, pero hay muchas aplicaciones, incluso cuando no son necesarios el arranque y la parada, para las cuales es completamente inadecuado, como accionar el cabrestante de un transportador de cinta, o cualquier caso similar en el que acelerar y desacelerar con frecuencia y rapidez es un requisito. Otra desventaja es que, dado que las bobinas tienen cierta autoinductancia , la corriente que fluye en ellas no puede detenerse repentinamente. La corriente intenta saltar el espacio de apertura entre el segmento del conmutador y la escobilla, provocando la formación de arcos.
Incluso para los ventiladores y los volantes, las claras debilidades que quedan en este diseño (especialmente el hecho de que no arranca automáticamente desde todas las posiciones) lo hacen poco práctico para el uso laboral, especialmente considerando las mejores alternativas que existen. A diferencia del motor de demostración anterior, los motores de CC comúnmente se diseñan con más de dos polos, pueden arrancar desde cualquier posición y no tienen ninguna posición donde la corriente pueda fluir sin producir energía electromotriz al pasar a través de alguna bobina. Muchos pequeños motores de CC con escobillas comunes utilizados en juguetes y pequeños electrodomésticos, los motores de CC más simples producidos en masa que se encuentran, tienen armaduras tripolares. Las escobillas ahora pueden unir dos segmentos adyacentes del conmutador sin provocar un cortocircuito. Estas armaduras tripolares también tienen la ventaja de que la corriente de las escobillas fluye a través de dos bobinas en serie o a través de una sola bobina. Comenzando con la corriente en una bobina individual a la mitad de su valor nominal (como resultado de fluir a través de dos bobinas en serie), aumenta hasta su valor nominal y luego cae a la mitad de este valor. Luego, la secuencia continúa con corriente en la dirección inversa. Esto da como resultado una aproximación gradual más cercana a la corriente de bobina sinusoidal ideal, produciendo un par más uniforme que el motor de dos polos donde la corriente en cada bobina está más cerca de una onda cuadrada. Dado que los cambios de corriente son la mitad que los de un motor bipolar comparable, la formación de arcos en las escobillas es menor.
Si una fuerza externa hace girar el eje de un motor de CC, el motor actuará como un generador y producirá una fuerza electromotriz (EMF). Durante el funcionamiento normal, el giro del motor produce un voltaje, conocido como contra-EMF (CEMF) o contraEMF, porque se opone al voltaje aplicado en el motor. La fuerza contraelectromotriz es la razón por la que el motor, cuando funciona libremente, no parece tener la misma baja resistencia eléctrica que el cable contenido en su devanado. Este es el mismo EMF que se produce cuando el motor se utiliza como generador (por ejemplo, cuando se coloca una carga eléctrica, como una bombilla, entre los terminales del motor y el eje del motor se acciona con un par externo). Por lo tanto, la caída de voltaje total a través de un motor consiste en la caída de voltaje CEMF y la caída de voltaje parásita resultante de la resistencia interna de los devanados de la armadura. La corriente que circula por un motor viene dada por la siguiente ecuación:
La potencia mecánica producida por el motor está dada por:
A medida que gira un motor de CC descargado, genera una fuerza electromotriz que fluye hacia atrás y que resiste la corriente que se aplica al motor. La corriente que circula por el motor disminuye a medida que aumenta la velocidad de rotación y un motor que gira libremente tiene muy poca corriente. Sólo cuando se aplica una carga al motor que desacelera el rotor aumenta el consumo de corriente a través del motor.
En una dinamo, un plano que pasa por los centros de las áreas de contacto donde un par de escobillas tocan el conmutador y es paralelo al eje de rotación de la armadura se denomina plano de conmutación . En este diagrama, se muestra el plano de conmutación para solo una de las escobillas, suponiendo que la otra escobillas hizo contacto en el otro lado del conmutador con simetría radial, a 180 grados de la escobillas que se muestra.
En una dinamo real, el campo nunca es perfectamente uniforme. En cambio, cuando el rotor gira, induce efectos de campo que arrastran y distorsionan las líneas magnéticas del estator exterior no giratorio.
Cuanto más rápido gira el rotor, mayor es el grado de distorsión del campo. Debido a que la dinamo opera de manera más eficiente con el campo del rotor en ángulo recto con respecto al campo del estator, es necesario retrasar o avanzar la posición de las escobillas para colocar el campo del rotor en la posición correcta para que esté en ángulo recto con el campo distorsionado.
Estos efectos de campo se invierten cuando se invierte la dirección de giro. Por lo tanto, es difícil construir una dinamo conmutada reversible eficiente, ya que para obtener la mayor intensidad de campo es necesario mover las escobillas al lado opuesto del plano neutro normal.
Se puede considerar que el efecto es algo similar al avance del tiempo en un motor de combustión interna. Generalmente, una dinamo que ha sido diseñada para funcionar a una determinada velocidad fija tendrá sus escobillas permanentemente fijas para alinear el campo para lograr la mayor eficiencia a esa velocidad. [1]
Las máquinas de corriente continua con estatores bobinados compensan la distorsión con devanados de campo de conmutación y devanados de compensación .
Los motores de CC con escobillas están construidos con rotores bobinados y estatores bobinados o de imán permanente.
Las bobinas de campo han existido tradicionalmente en cuatro formatos básicos: excitadas por separado (sepex), bobinadas en serie , bobinadas en derivación y una combinación de los dos últimos; herida compuesta.
En un motor bobinado en serie , las bobinas de campo están conectadas eléctricamente en serie con las bobinas del inducido (a través de las escobillas). En un motor bobinado en derivación, las bobinas de campo están conectadas en paralelo o "desviadas" a las bobinas del inducido. En un motor con excitación separada (sepex), las bobinas de campo se alimentan desde una fuente independiente, como un motor-generador , y la corriente de campo no se ve afectada por los cambios en la corriente del inducido. El sistema Sepex se utilizaba en ocasiones en motores de tracción de corriente continua para facilitar el control del deslizamiento de las ruedas .
Los tipos de imán permanente tienen algunas ventajas de rendimiento sobre los tipos síncronos , excitados y de corriente continua , y se han vuelto predominantes en aplicaciones de potencia fraccionaria. Son más pequeñas, ligeras, eficientes y fiables que otras máquinas eléctricas de alimentación única . [2]
Originalmente, todos los grandes motores industriales de CC utilizaban imanes de rotor o de campo bobinado. Tradicionalmente, los imanes permanentes sólo han sido útiles en motores pequeños porque era difícil encontrar un material capaz de retener un campo de alta intensidad. Sólo recientemente los avances en la tecnología de materiales han permitido la creación de imanes permanentes de alta intensidad, como los imanes de neodimio , permitiendo el desarrollo de motores compactos de alta potencia sin el volumen adicional de bobinas de campo y medios de excitación. Pero a medida que estos imanes permanentes de alto rendimiento se aplican cada vez más en sistemas de motores o generadores eléctricos, surgen otros problemas (consulte Generador síncrono de imanes permanentes ).
Tradicionalmente, el campo se ha aplicado radialmente, dentro y fuera del eje de rotación del motor. Sin embargo, algunos diseños tienen el campo fluyendo a lo largo del eje del motor, con el rotor cortando las líneas de campo a medida que gira. Esto permite campos magnéticos mucho más fuertes, particularmente si se emplean matrices de Halbach . Esto, a su vez, proporciona potencia al motor a velocidades más bajas. Sin embargo, la densidad de flujo enfocado no puede aumentar con respecto a la densidad de flujo residual limitada del imán permanente a pesar de la alta coercitividad y, como todas las máquinas eléctricas, la densidad de flujo de saturación del núcleo magnético es la restricción de diseño.
Generalmente, la velocidad de rotación de un motor de CC es proporcional a la FEM en su bobina (= el voltaje aplicado menos el voltaje perdido en su resistencia), y el par es proporcional a la corriente. El control de velocidad se puede lograr mediante derivaciones variables de la batería, voltaje de suministro variable, resistencias o controles electrónicos. Puede encontrar un ejemplo de simulación aquí [3] y. [4] La dirección de un motor de CC de campo bobinado se puede cambiar invirtiendo las conexiones de campo o de armadura, pero no ambas. Esto se hace comúnmente con un juego especial de contactores (contactores de dirección). El voltaje efectivo se puede variar insertando una resistencia en serie o mediante un dispositivo de conmutación controlado electrónicamente hecho de tiristores , transistores o, anteriormente, rectificadores de arco de mercurio . [5]
El control en serie-paralelo era el método estándar para controlar los motores de tracción ferroviaria antes de la llegada de la electrónica de potencia . Una locomotora o un tren eléctrico normalmente tendría cuatro motores que podrían agruparse de tres formas diferentes:
Esto proporcionó tres velocidades de carrera con pérdidas mínimas de resistencia. Para el arranque y la aceleración, las resistencias proporcionaban un control adicional. Este sistema ha sido reemplazado por sistemas de control electrónico.
La velocidad de un motor de CC se puede aumentar mediante el debilitamiento del campo. La reducción de la intensidad del campo se realiza insertando resistencia en serie con un campo en derivación, o insertando resistencias alrededor de un devanado de campo conectado en serie, para reducir la corriente en el devanado de campo. Cuando el campo se debilita, la fuerza contraelectromotriz se reduce, por lo que fluye una corriente mayor a través del devanado de la armadura y esto aumenta la velocidad. El debilitamiento de campo no se utiliza solo, sino en combinación con otros métodos, como el control serie-paralelo.
En un circuito conocido como helicóptero , el voltaje promedio aplicado al motor varía cambiando el voltaje de suministro muy rápidamente. A medida que la relación "encendido" a "apagado" varía para alterar el voltaje aplicado promedio, la velocidad del motor varía. El porcentaje de tiempo "encendido" multiplicado por el voltaje de suministro da el voltaje promedio aplicado al motor. Por lo tanto, con un suministro de 100 V y un tiempo de "encendido" del 25%, el voltaje promedio en el motor será de 25 V. Durante el tiempo de "apagado", la inductancia de la armadura hace que la corriente continúe a través de un diodo llamado "diodo de retorno". ", en paralelo con el motor. En este punto del ciclo, la corriente de suministro será cero y, por lo tanto, la corriente promedio del motor siempre será mayor que la corriente de suministro a menos que el porcentaje de tiempo "encendido" sea del 100%. Al 100% del tiempo "encendido", la corriente de suministro y del motor son iguales. La conmutación rápida desperdicia menos energía que las resistencias en serie. Este método también se llama modulación de ancho de pulso (PWM) y suele estar controlado por un microprocesador. A veces se instala un filtro de salida para suavizar el voltaje promedio aplicado al motor y reducir el ruido del motor.
Dado que el motor de CC bobinado en serie desarrolla su par más alto a baja velocidad, a menudo se utiliza en aplicaciones de tracción como locomotoras eléctricas y tranvías . Otra aplicación son los motores de arranque para motores de gasolina y diésel pequeños. Los motores en serie nunca deben usarse en aplicaciones donde la transmisión pueda fallar (como transmisiones por correa). A medida que el motor acelera, la corriente de armadura (y por tanto de campo) se reduce. La reducción del campo hace que el motor acelere y, en casos extremos, el motor puede incluso destruirse, aunque esto es un problema mucho menor en los motores refrigerados por ventilador (con ventiladores autopropulsados). Esto puede ser un problema con los motores ferroviarios en caso de pérdida de adherencia ya que, a menos que se controlen rápidamente, los motores pueden alcanzar velocidades mucho mayores que las que alcanzarían en circunstancias normales. Esto no sólo puede causar problemas a los propios motores y a los engranajes, sino que, debido a la diferencia de velocidad entre los rieles y las ruedas, también puede causar graves daños a los rieles y a las bandas de rodadura, ya que se calientan y enfrían rápidamente. El debilitamiento de campo se utiliza en algunos controles electrónicos para aumentar la velocidad máxima de un vehículo eléctrico. La forma más simple utiliza un contactor y una resistencia debilitadora de campo; el control electrónico monitorea la corriente del motor y activa la resistencia de debilitamiento de campo en el circuito cuando la corriente del motor se reduce por debajo de un valor preestablecido (esto será cuando el motor esté a su velocidad máxima de diseño). Una vez que la resistencia esté en el circuito, el motor aumentará la velocidad por encima de su velocidad normal a su voltaje nominal. Cuando la corriente del motor aumenta, el control desconectará la resistencia y el par de baja velocidad estará disponible.
Un control Ward Leonard se utiliza generalmente para controlar un motor de CC de bobinado compuesto o en derivación, y se desarrolla como un método para proporcionar un motor con velocidad controlada desde un suministro de CA, aunque no deja de tener sus ventajas en los esquemas de CC. El suministro de CA se utiliza para accionar un motor de CA, generalmente un motor de inducción que acciona un generador de CC o una dinamo . La salida de CC de la armadura está conectada directamente a la armadura del motor de CC (a veces, pero no siempre, de construcción idéntica). Los devanados de campo en derivación de ambas máquinas de CC se excitan de forma independiente mediante resistencias variables. Se puede obtener un control de velocidad extremadamente bueno desde parado hasta velocidad máxima y un par constante variando la corriente de campo del generador y/o del motor. Este método de control fue el método de facto desde su desarrollo hasta que fue reemplazado por los sistemas de tiristores de estado sólido . Encontró servicio en casi cualquier entorno donde se requiriera un buen control de velocidad, desde ascensores de pasajeros hasta grandes equipos de bobinado de cabezales de minas e incluso maquinaria de procesos industriales y grúas eléctricas. Su principal desventaja era que se necesitaban tres máquinas para implementar un esquema (cinco en instalaciones muy grandes, ya que las máquinas de CC a menudo estaban duplicadas y controladas por una resistencia variable en tándem). En muchas aplicaciones, el grupo motogenerador solía dejarse permanentemente en funcionamiento, para evitar los retrasos que de otro modo se producirían al ponerlo en marcha según fuera necesario. Aunque los controladores electrónicos (tiristores) han reemplazado a la mayoría de los sistemas Ward-Leonard pequeños y medianos, algunos muy grandes (miles de caballos de fuerza) siguen en servicio. Las corrientes de campo son mucho más bajas que las corrientes de armadura, lo que permite que una unidad de tiristor de tamaño moderado controle un motor mucho más grande del que podría controlar directamente. Por ejemplo, en una instalación, una unidad de tiristores de 300 amperios controla el campo del generador. La corriente de salida del generador supera los 15.000 amperios, lo que sería prohibitivamente costoso (e ineficiente) controlar directamente con tiristores.
Las características de velocidad y par de un motor de CC varían según tres fuentes de magnetización diferentes, campo excitado por separado, campo autoexcitado o campo permanente, que se utilizan selectivamente para controlar el motor en el rango de carga mecánica. Los motores de campo autoexcitados pueden ser en serie, en derivación o devanados compuestos conectados a la armadura.
Definir
La contrafem del motor de CC es proporcional al producto de la fuerza de flujo total de la máquina y la velocidad de la armadura:
El voltaje de entrada del motor de CC debe superar la contrafem, así como la caída de voltaje creada por la corriente del inducido a través de la resistencia del motor, es decir, la resistencia combinada entre las escobillas, el devanado del inducido y el devanado de campo en serie, si corresponde:
El par del motor de CC es proporcional al producto de la corriente del inducido y la fuerza de flujo total de la máquina: [10] [11] [12]
dónde
Desde
tenemos [13] [14] [15]
dónde
Con el devanado de campo de alta resistencia del motor bobinado en derivación conectado en paralelo con la armadura, Vm , Rm y Ø son constantes, de modo que la regulación de velocidad sin carga a plena carga rara vez es superior al 5%. [16] El control de velocidad se logra de tres maneras: [17]
El motor en serie responde al aumento de carga desacelerando; la corriente aumenta y el par aumenta en proporción al cuadrado de la corriente, ya que la misma corriente fluye tanto en la armadura como en los devanados de campo. Si el motor se cala, la corriente está limitada únicamente por la resistencia total de los devanados y el par puede ser muy alto, pero existe el peligro de que los devanados se sobrecalienten. Los motores bobinados en serie se utilizaban ampliamente como motores de tracción en el transporte ferroviario [18] de todo tipo, pero se están eliminando progresivamente en favor de los motores de inducción de CA alimentados por inversores de potencia . El contador EMF ayuda a la resistencia de la armadura a limitar la corriente a través de la armadura. Cuando se aplica energía por primera vez a un motor, la armadura no gira, el contador EMF es cero y el único factor que limita la corriente de la armadura es la resistencia de la armadura. [19] Como la corriente potencial a través de la armadura es muy grande, surge la necesidad de una resistencia adicional en serie con la armadura para limitar la corriente hasta que la rotación del motor pueda generar el contador EMF. A medida que aumenta la rotación del motor, la resistencia se elimina gradualmente.
La característica más notable del motor de CC bobinado en serie es que su velocidad depende casi por completo del par requerido para impulsar la carga. Esto se adapta a grandes cargas inerciales a medida que el motor acelera desde el par máximo, y el par se reduce gradualmente a medida que aumenta la velocidad.
Como la velocidad del motor en serie puede ser peligrosamente alta, los motores en serie suelen estar engranados o conectados directamente a la carga. [20]
Un motor de CC de imán permanente se caracteriza por una relación lineal entre el par de parada cuando el par es máximo con el eje parado y la velocidad sin carga sin par del eje aplicado y la velocidad máxima de salida. Existe una relación de potencia cuadrática entre estos dos puntos del eje de velocidad. [21]
Para extender la vida útil de un motor de CC, se utilizan dispositivos de protección [22] y controladores de motor para protegerlo de daños mecánicos, humedad excesiva, estrés dieléctrico elevado y sobrecarga térmica o de alta temperatura. [23] Estos dispositivos de protección detectan condiciones de falla del motor [24] y activan una alarma para notificar al operador o desactivan automáticamente el motor cuando ocurre una condición de falla. Para condiciones de sobrecarga, los motores están protegidos con relés de sobrecarga térmica . Los protectores de sobrecarga térmica bimetálicos están integrados en los devanados del motor y están hechos de dos metales diferentes. Están diseñados de manera que las tiras bimetálicas se doblen en direcciones opuestas cuando se alcanza un punto de ajuste de temperatura para abrir el circuito de control y desenergizar el motor. Los calentadores son protectores de sobrecarga térmica externos conectados en serie con los devanados del motor y montados en el contactor del motor . Los calentadores de crisol se derriten en una condición de sobrecarga, lo que hace que el circuito de control del motor desenergice el motor. Los calentadores bimetálicos funcionan de la misma manera que los protectores bimetálicos integrados. Los fusibles y disyuntores son protectores de sobrecorriente o cortocircuitos . Los relés de falla a tierra también brindan protección contra sobrecorriente. Controlan la corriente eléctrica entre los devanados del motor y la masa del sistema de tierra . En los motogeneradores, los relés de corriente inversa evitan que la batería se descargue y motorice el generador. Dado que la pérdida de campo del motor de CC puede causar una condición peligrosa de sobrevelocidad o descontrol, los relés de pérdida de campo [25] están conectados en paralelo con el campo del motor para detectar la corriente de campo. Cuando la corriente de campo disminuye por debajo de un punto establecido, el relé desactivará la armadura del motor. Una condición de rotor bloqueado evita que un motor acelere después de que se haya iniciado su secuencia de arranque. Los relés de distancia protegen los motores de fallas de rotor bloqueado. La protección de motores contra subtensión generalmente se incorpora a los controladores o arrancadores de motores. Además, los motores pueden protegerse de sobretensiones o sobretensiones con transformadores de aislamiento , equipos de acondicionamiento de energía , MOV , descargadores y filtros de armónicos. Las condiciones ambientales, como polvo, vapores explosivos, agua y altas temperaturas ambientales, pueden afectar negativamente el funcionamiento de un motor de CC. Para proteger un motor de estas condiciones ambientales, la Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos (NEMA) y la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) han estandarizado el gabinete del motor [26].diseños basados en la protección ambiental que brindan contra los contaminantes. También se puede utilizar software moderno en la etapa de diseño, como Motor-CAD , para ayudar a aumentar la eficiencia térmica de un motor.
La contrafem ayuda a la resistencia de la armadura a limitar la corriente a través de la armadura. Cuando se aplica energía por primera vez a un motor, la armadura no gira. En ese instante la contrafem es cero y el único factor que limita la corriente de la armadura es la resistencia y la inductancia de la armadura. Normalmente la resistencia del inducido de un motor es inferior a 1 Ω; por lo tanto, la corriente a través de la armadura sería muy grande cuando se aplica la potencia. Esta corriente puede provocar una caída excesiva de voltaje afectando a otros equipos del circuito e incluso disparar los dispositivos de protección contra sobrecargas.
Por lo tanto, surge la necesidad de una resistencia adicional en serie con la armadura para limitar la corriente hasta que la rotación del motor pueda generar la contrafem. A medida que aumenta la rotación del motor, la resistencia se elimina gradualmente.
Cuando se desarrolló por primera vez la tecnología de motores eléctricos y de CC, gran parte del equipo estaba constantemente atendido por un operador capacitado en el manejo de sistemas de motores. Los primeros sistemas de gestión de motores eran casi completamente manuales, con un asistente que arrancaba y paraba los motores, limpiaba el equipo, reparaba cualquier fallo mecánico, etc.
Los primeros arrancadores de motor DC también eran completamente manuales, como se muestra en esta imagen. Normalmente, al operador le tomó unos diez segundos hacer avanzar lentamente el reóstato a través de los contactos para aumentar gradualmente la potencia de entrada hasta la velocidad de operación. Había dos clases diferentes de estos reóstatos, uno usado solo para arrancar y otro para arrancar y regular la velocidad. El reóstato de arranque era menos costoso, pero tenía elementos de resistencia más pequeños que se quemarían si fuera necesario hacer funcionar un motor a una velocidad reducida constante.
Este arrancador incluye una función de retención magnética sin voltaje, que hace que el reóstato salte a la posición de apagado si se pierde energía, de modo que el motor no intente reiniciar más tarde en la posición de voltaje total. También tiene protección contra sobrecorriente que dispara la palanca a la posición de apagado si se detecta una corriente excesiva por encima de una cantidad establecida. [27]
Los cables de alimentación entrantes se denominan L1 y L2. Como su nombre lo indica, solo hay tres conexiones al motor de arranque, una a la energía entrante, otra a la armadura y otra al campo. Las conexiones a la armadura se denominan A1 y A2. Los extremos de la bobina de campo (excitación) se denominan F1 y F2. Para controlar la velocidad, se conecta un reóstato de campo en serie con el campo en derivación. Un lado de la línea está conectado al brazo del motor de arranque. El brazo tiene un resorte, por lo que volverá a la posición "Apagado" cuando no se mantenga en ninguna otra posición.
El titular de cuatro puntos elimina el inconveniente del titular de tres puntos. Además de los mismos tres puntos que se usaban con el abridor de tres puntos, el otro lado de la línea, L1, es el cuarto punto que se lleva al abridor cuando el brazo se mueve desde la posición "Apagado". La bobina del imán de sujeción está conectada a través de la línea. El imán de retención y las resistencias de arranque funcionan igual que en el arrancador de tres puntos.
