Juguetes de radio control y otros dispositivos de control remoto, hacen uso de pequeños motores de corriente continua. Se encuentra en varios tamaños con potencia en el rango de milésimos de caballos de fuerza, estos motores se pueden utilizar en multitud de aplicaciones interesantes. Cumplir con que el principio de funcionamiento de estos motores pequeños es de gran importancia para el diseñador de juguetes y otra radio dispositivos controlados.
¿Cómo funcionan los pequeños motores, como los que se encuentran en los juguetes de pilas? ¿Cómo puede cambiar o modificar su dirección? Si el lector es curioso de control por radio o simplemente tomaron algunos juguetes de su hijo o sobrino para reparación, seguramente debe de haber pensado sobre estos temas y han sido realmente curioso que las respuestas correctas.
De hecho, estas maquinitas, de su tamaño reducido y su eficiencia, llaman la atención del aficionado, especialmente teniendo en cuenta la gran variedad de tamaños y tipos que existen.
Los pequeños motores de corriente continua, como su nombre indica, están diseñados para funcionar con pilas o baterías con voltajes en el rango de 1,5 a 12 V y con bajas potencias, que están típicamente en el rango de milésimos caballos de fuerza.
Pero incluso un milésimo de, cuando se utiliza correctamente, puede perfectamente tomar un carrito de juguete a una velocidad considerable. (Figura 1)
Como lectores que nos acompañan saben, una bobina de muchas vueltas de alambre esmaltado, en que pasa una corriente eléctrica crea un campo magnético, de la misma forma que un imán cuya polaridad depende de la dirección de la corriente.
Podemos invertir la polaridad del campo magnético, simplemente invirtiendo la dirección del movimiento de la corriente. (Figura 2)
Operación
Así, la estructura se muestra en la figura 3, a partir de la situación inicial en que la bobina esté alineada con el imán, hacer una corriente circular en un sentido específico.
Este sentido es ahí que el campo magnético del imán interactúa con la bobina de campo, causando su propia movimentación los polos son atraídos por los polos opuestos del imán y repelidos por los polos del mismo nombre.
Norte atrae al Sur, pero Norte repele Norte y el sur rechaza el sur.
El resultado es un movimiento de la bobina en el sentido de que los polos de diferentes nombres se aproximen.
Sin embargo, la bobina se monta de tal manera que hay dos interruptores en acción. (Figura 4)
La función de este conmutador es invertir la dirección del movimiento de la corriente en cada vuelta alrededor de la bobina. Pero ¿ por qué?
Para facilitar el análisis de su acción y funcionamiento completo del motor, vamos a llamarlo polos N y S de un imán permanente y de A y B de la bobina.
Dejamos así la situación inicial, se muestra en (1) en la figura 5.
En esta situación, el Polo N atrae el polo A y el S atrae el polo B, teniendo en cuenta la dirección del movimiento de la corriente que se ve obligada a viajar a través de la bobina. Comienza el movimiento hacia la derecha.
Tan pronto como los polos A y B están acercando a los polos del imán que se atrae, la revocación de la dirección de la corriente a través de la acción del interruptor, se muestra en (2).
El resultado es que ahora, el polo N pasa a repeler el polo A y atraen B, mientras pasa el polo S para atraer y repeler B.
Con el inicio del movimiento, la inercia adquirida por bobina hace mantener su movimiento ahora en sentido a adquirir la nueva posición determinada por la atracción del imán, es decir, la vuelta así.
Pero, tan pronto como es una media vuelta completa, como se muestra en (3), el interruptor otra vez invierte la dirección del movimiento de la cadena.
El resultado puede ser imaginado por el lector, que es la posición de los polos de la bobina de atracción el movimiento para girar alrededor, así, así el rotor de la bobina a seguir de nuevo.
En cuanto la bobina gira para encontrar la posición de su saldo, nunca se conseguirá, porque cuando es para llegar a este momento, la polaridad es invertida por el interruptor y el movimiento continúa.
Como no hay corriente circulando por la bobina y por lo tanto el suministro de energía eléctrica al motor, gira y con esto podemos conseguir resistencia mecánica.
El lector ya se han dado cuenta, si la situación inicial la polaridad se invierte en la alimentación, el polo que atraerá a la bobina en su extremo A que ya no es N, pero si S y el movimiento empezará en la dirección opuesta. (Figura 6)
La velocidad de rotación de estos motores pequeños depende de varios factores tales como su propia constitución y también la tensión de alimentación, la carga sin hablar uno al otro, es decir, la fuerza que debe hacer.
Una forma de controlar la velocidad de un motor de este tipo es a través de la tensión, y para esto hay varias posibilidades.
CONTROL DE VELOCIDAD
El control más simple que podemos tener para un pequeño motor consiste en un alambre de potenciómetro o reóstato, que es conectado en serie, como se muestra en la figura 7.
Sin embargo, este proceso presenta una serie de inconvenientes como, por ejemplo, el hecho de que el potenciómetro debe disipar una buena potencia, tendiendo a calentarse.
Además de eso, este control no mantiene el motor, es decir, su fuerza en baja rpm.
Con un control de este tipo, el motor acelera linealmente, sino que da un "salto" y parte con cierta velocidad cuando abrimos un poco la alimentación.
Los controles electrónicos, así como un uso más eficiente de la energía proporcionada por la fuente, que no disipan, como el potenciómetro solito, también le permite mantener el torque y la linealidad en aceleración.
En la figura 8 muestra un simple control "reóstato electrónico", en el que el potenciómetro es substituido por un transistor, que, sin embargo, actúa casi de la misma forma.
En este caso, la ventaja es sólo en la disipación de energía o pérdida de calor que es mucho menor, permitiendo el uso de un potenciómetro común de baja disipación.
El control mostrado se presta para motores de 3 a 12 V con corrientes de hasta 500 mA.
El Montaje en un pequeño puente de terminales se muestra en la figura 9, observando que el transistor debe estar equipado con un radiador de calor, especialmente si las condiciones máximo controladas motor requiere, más de 100 mA.
Para corrientes más altas, el transistor puede ser el 2N3055 con un buen radiador de calor,
En la conexión del pote es muy importante elegir correctamente el orden de los terminales de modo que la aceleración ocurra cuando giramos su eje hacia la derecha y no al revés.
En la conexión del potenciómetro es muy importante para elegir correctamente el orden de los terminales para que la aceleración se produce cuando gire el eje a la derecha y no al revés.
En la figura 10 nos sugieren la implementación de un control de este tipo en un control de "alambre" de un carrito.
Si el motor puede ser alimentado por la red local, mediante un transformador, como ocurre con un juego de coches de carreras, o con un tren eléctrico, existe la posibilidad de hacer el control de velocidad pulsante con SCR, como se muestra en el circuito de la figura 11.
En este circuito el motor trabaja con corriente pulsante directa, es decir, con pulsos de duración variable, que es determinado por el ángulo de conducción del SCR y que determina que la proporción de cada pulso aplicado a el motor y, por tanto, su velocidad.
En la mayor resistencia del potenciómetro sólo una porción muy pequeña de cada pulso es conducido por el SCR y la velocidad del motor es mínima. En la posición de menor resistencia es conducido el pulso todo y la velocidad del motor es máxima.
Con el SCR indicado, corrientes de hasta 1 A o más pueden controlarse con tensiones de alimentación entre 3 y 12 V.
Cabe señalar que existe una caída de tensión pequeña en el SCR, del orden de 2 V, que debe ser proporcionada y también que, para las corrientes por encima de 200 mA, se debe montar en un buen radiador de calor.
El transformador debe tener la misma tensión del motor, ya que después de la rectificación es una elevación del valor máximo, razón por la cual su compensación de tiempo de la caída en el SCR.
La corriente del transformador debe ser la máxima corriente requerida por el motor.
Por fin tenemos en la figura 12, un control para pulsos, pero también puede funcionar con corriente directa, es decir, de las baterías.
En este caso, lo que tenemos es un multivibrador astable cuya frecuencia y simetría de los pulsos determina la potencia que el motor recibe y que puede ser modificada en un buen rango por medio de un potenciómetro.
Son los capacitores C1 y C2 que determinan la gama de con trol del circuito y también el comportamiento con respecto a la frecuencia.
Dependiendo del tipo de motor, estos capacitores deben modificarse para obtener un desempeño mayor para el motor. Para los valores del diagrama, se puede obtener un buen control con motores 6V y corriente máxima de 500 mA.
El transistor de salida (Q3) debe ser capaces de conducir la corriente requerida por el motor, y si es más de 100 mA, debe ser montado sobre un buen radiador de calor.
El montaje puede realizarse tanto en la placa de circuito impreso como en puente de terminales. En la figura 13 damos nuestra sugerencia de montaje en puente.
Los transistores Q1 y Q2 pueden ser de cualquier NPN de propósito general y los resistores de 1/8 W. Los capacitores son cerámicos o de poliéster, con valores entre 1oonF y 470 nF.
El mejor valor dependerá del tipo de motor que el lector que desee controlar.
Así mismo, pequeños cambios en los valores de la resistencia R2 y el potenciómetro puede ser necesarios para cubrir toda la gama de revoluciones del motor y obtener más potencia.
PROBLEMAS
Distintos tipos de problemas que pueden presentar los pequeños motores de corriente continua.
Lo principal es la formación de una capa de óxido en las láminas de cobre que, en la mayoría de los tipos, sirve para los conmutadores. En estas condiciones el motor puede negarse a iniciar o incluso fallar.
La solución, en este caso, consiste en una limpieza con papel de lija para eliminar la capa de óxido.
Otro problema es el desgaste, que en última instancia perjudicar el contacto de las cuchillas. En este caso, la solución es forzar la alineación de las palas del rotor para rehacer el contacto y si hay posibilidad de realizar su intercambio.
En ciertos tipos de motores se puede encontrar en el conmutador un par de "carbón" que, con el tiempo, eventualmente desgasta. La solución en este caso es su intercambio.
Revisión 2017
