Cuando la intensidad recorre los conductores, se produce un par de giro en el rotor, el cual empieza a acelerarse hasta alcanzar sus revoluciones nominales. Esta intensidad que aparece en el inducido, dependerá de la f.c.e.m (fuerza contra electromotriz) que se desarrolla en el mismo.

Vamos a estudiar la relación entre estas variables.

• F.c.e.m.:

Cuando un motor gira, impulsado gracias al par de giro desarrollado por los conductores del inducido cuando son recorridos por una intensidad, dichos conductores cortan en su movimiento a las líneas de campo magnético del inductor, lo que hace que se induzca en ellas una f.e.m. El sentido de estas f.e.m. es tal que tiende a oponerse a la causa que lo produjo (la intensidad del inducido y la tensión aplicada al motor). Esta f.e.m. se denomina f.c.e.m. y produce un efecto de limitación de la intensidad del inducido y su valor se obtiene aplicando el principio de Faraday que depende del flujo magnético que corten los conductores, así como lo rápido que lo hagan y el número de ellos.

Siendo:

• E: f.e.m. entre escobillas.
• 2p: nº de polos de la máquina.
• z: nº de conductores activos.
• n: velocidad en r.p.m.
• 2a: nº de ramas en paralelo, que dependen del tipo de inducido (bobinado):
• Imbricado simple: 2a = 2p
• Ondulados: 2a = 2

La f.c.e.m. es proporcional al flujo inductor y al número de revoluciones del motor.

• Corriente de inducido:

Cuando el motor trabaja en vacío, el par motor originado por los conductores de inducido provoca un aumento de la velocidad del motor, debido a la poca resistencia que encuentra. Este aumento de la velocidad, produce a su vez una mayor f.c.e.m. que limita la intensidad del rotor a valores de intensidad de vacío.

Cuando el motor arrastra una carga mecánica, la velocidad tiende a decrecer, con lo cual disminuye la f.c.e.m. y la intensidad aumenta, elevándose con ella el par de fuerzas. La intensidad que el motor absorbe depende del trabajo mecánico que tenga que realizar.

Siendo:

• Vb: Tensión en los bornes del motor.
• E: f.c.e.m.
• Ri: Resistencia de inducido
• Ue: la tensión en las escobillas

• Intensidad absorbida en el arranque:

La intensidad absorbida en el arranque de un motor de c.c. es muy elevada, debido a que en el momento del arranque del rotor está parado y su f.c.e.m. es nula:

Por tanto es necesario limitar a unos valores más moderados esta intensidad de arranque.

En un motor de c.c. es sencillo limitar dicha intensidad, intercalando unas Resistencias adicionales en serie con el inducido. Según el motor va acelerando se va disminuyendo el valor de dichas resistencias.

• Par motor:

El par motor que desarrollan los conductores de inducido, al ser recorridos por una intensidad, dependerá del valor de dicha intensidad y del flujo desarrollado por el campo inductor:

También se puede expresar como la relación entre la potencia útil desarrollada por el rotor y la velocidad angular del mismo:

• Velocidad de giro:

Se obtiene combinando la ecuación de la f.c.e.m. y la intensidad de inducido:

Igualando estas 2 ecuaciones:

Y despejando la n:

La velocidad de giro de un motor de c.c. aumenta con la tensión aplicada, al disminuir la intensidad de inducido, Ii, y al disminuir el flujo producido por el campo inductor.

Para regular la velocidad se puede hacer de 2 formas diferentes:

1. Manteniendo constante el flujo y variando la tensión aplicada.
2. Manteniendo constante la tensión y variando el flujo de excitación. Éste sistema es el más utilizado por su sencillez, ya que es suficiente con intercalar una Resistencia variable en serie con el circuito encargado de producir el campo magnético inductor.

• Reacción de inducido:

Cuando los conductores del inducido son recorridos por una intensidad, producen un campo magnético. La dirección de este campo transversal de reacción adquiere la misma dirección que el eje de las escobillas, con lo que resulta ser perpendicular al campo principal producido por los polos inductores.

El campo transversal debido a la reacción de inducido se suma vectorialmente al principal, dando un campo magnético resultante que queda desviado de la posición original.

Imagen 23. Suma vectorial resultante debido a la reacción de inducido. Elaboración propia

Esta desviación del campo inductor produce una serie de problemas cuando las escobillas conmutan de una delga a otra en el colector, dando como resultado chispas que perjudican notablemente el funcionamiento de la máquina.

Existen 2 posibilidades para evitar los efectos perjudiciales de la reacción de inducido:

1. Desviar las escobillas, hasta que el eje de las mismas coincida con la perpendicular al campo resultante. Inconveniente: La desviación de las escobillas será adecuada para sólo una intensidad determinada.
2. Disponer de unos polos auxiliares de conmutación. Éstos se disponen en la culata del motor de tal forma que produzcan un campo transversal del mismo valor y de sentido contrario al flujo transversal de reacción de reacción de inducido. Para que esto sea así los polos de conmutación se conectan en serie con el inducido para que la intensidad por ellos sea igual que la del inducido, de tal forma que cuando crece el campo transversal de reacción de inducido por una aumento de la intensidad, también lo hace el flujo de compensación producida por los polos de conmutación y así conseguiremos eliminar el campo magnético de reacción de inducido.

• Fenómeno de conmutación:

Se define como la modificación de la intensidad en las secciones cortocircuitadas por las escobillas durante la duración del cortocircuito. Las espiras pasan de un instante determinado de una posición a otra cambiando el sentido de la corriente. Esta inversión de corriente en la espira que está cortocircuitada bajo la presión de la escobilla puede perjudicar a la bobina.

Imagen 24. Fenómeno de conmutación producido en el colector de delgas Elaboración propia

La inversión de la intensidad en la bobina lleva consigo una variación de flujo que produce una f.e.m. de autoinducción denominada "Tensión reactiva de conmutación" y que será por tanto mayor cuanto mayor sea el valor de la variación del flujo y menor el tiempo de conmutación.

La existencia de la tensión reactiva origina chispas en el colector de delgas y tiende a retardar la inversión de la Intensidad según la ley de Lenz.