En el ámbito de los motores eléctricos, dos tipos que surgen con frecuencia en las conversaciones son el motor de corriente continua de imán permanente con escobillas (PMDC) y el motor de excitación serie. Ambos motores presentan ventajas distintivas y son adecuados para diferentes aplicaciones según los requisitos de rendimiento y los parámetros de diseño.

Este artículo explora las diferencias clave entre estos dos tipos de motores, ofreciendo una comprensión completa de sus características, ventajas, desventajas y aplicaciones. También los compararemos utilizando parámetros clave como la eficiencia, el control de velocidad, la potencia de salida y el mantenimiento.

Introducción

El motor de CC de imán permanente con escobillas (PMDC) y el motor de excitación en serie son dos tipos de motores de CC que se utilizan en diversas aplicaciones, desde sistemas automotrices hasta maquinaria industrial. Si bien ambos motores funcionan con los mismos principios básicos de inducción electromagnética, su construcción, mecanismos de control y características operativas varían considerablemente.

Principios de construcción y funcionamiento

Motor de CC de Imán Permanente con Escobillas (PMDC)

El motor PMDC es uno de los tipos más simples de motores de CC. Está compuesto por escobillas, un conmutador, un rotor y un estator. El estator contiene imanes permanentes que generan un campo magnético constante, mientras que el rotor tiene devanados alimentados por corriente continua (CC). Las escobillas suministran corriente a los devanados del rotor y el conmutador invierte la dirección del flujo de corriente para garantizar una rotación continua.

Principio de funcionamiento: Se produce un campo magnético cuando se aplica una tensión de CC, ya que la corriente pasa por los devanados del rotor. El rotor gira debido al par generado por la interacción del campo magnético.

Motor de excitación en serie

El motor de excitación en serie, por otro lado, utiliza tanto el devanado de campo como el de inducido en serie. La corriente de campo en este tipo de motor fluctúa según la carga, en lugar de permanecer constante. Esta configuración permite al motor generar un mayor par a bajas velocidades, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren un par de arranque elevado.

Principio de funcionamiento: En un motor de excitación en serie, la corriente que fluye a través del inducido también fluye a través del devanado de campo. Al aumentar la carga, la corriente aumenta, lo que intensifica el campo magnético y, a su vez, aumenta el par.

Características de rendimiento

El rendimiento de un motor depende en gran medida de su diseño, y el motor PMDC con escobillas y el motor de excitación en serie presentan características de rendimiento diferentes que los hacen ideales para aplicaciones específicas.

Característica	Motor de CC con Imán Permanente (PMDC) con Escobillas	Motor de Excitación en Serie
Par de Arranque	Moderado, depende de la fuerza del imán.	Alto par de arranque debido a la excitación en serie.
Regulación de Velocidad	Se puede regular fácilmente con una resistencia variable.	La velocidad varía con la carga; más difícil de regular.
Eficiencia	Alta eficiencia gracias a los imanes permanentes.	La eficiencia disminuye con cargas elevadas.
Control de Velocidad	Control de velocidad suave mediante variación de voltaje.	El control de velocidad es menos preciso.
Mantenimiento	Requiere mantenimiento de escobillas, están sujetas a desgaste.	Menos partes móviles, menor mantenimiento.

Par de Arranque y Regulación de Velocidad

Motor PMDC: Una de las principales ventajas del motor PMDC es su capacidad para proporcionar una buena regulación de velocidad en aplicaciones que requieren velocidades relativamente constantes. Sin embargo, no ofrece un par de arranque tan alto como el motor de excitación en serie. Funciona a una velocidad relativamente constante, incluso con cargas variables, gracias a que los imanes permanentes del estator mantienen un campo magnético constante.

Motor de Excitación en Serie: Gracias a su alto par de arranque, el motor de excitación en serie es ideal para aplicaciones de alto rendimiento, como cabrestantes o motores de tracción en coches eléctricos. Sin embargo, la regulación de velocidad es menos precisa en un motor de excitación en serie. Esta característica supone una limitación en aplicaciones donde mantener una velocidad constante es crucial.

Eficiencia

Motor PMDC: El motor PMDC es conocido por su alta eficiencia, ya que utiliza imanes permanentes que no requieren excitación externa. Esto hace que los motores PMDC sean ideales para aplicaciones que requieren poco mantenimiento y alta eficiencia, como en herramientas eléctricas y pequeños electrodomésticos.

Motor de excitación en serie: La eficiencia de los motores de excitación en serie puede ser menor que la de los motores PMDC, especialmente con cargas ligeras. La eficiencia del motor tiende a disminuir al disminuir la carga, y una mayor corriente que circula por los devanados provoca pérdidas de potencia adicionales.

Aplicaciones

Motor CC de imán permanente cepillado (PMDC)

Los motores PMDC se utilizan ampliamente en aplicaciones pequeñas, portátiles o de bajo consumo. Gracias a su diseño sencillo, son asequibles para diversos sectores. Entre sus usos más comunes se incluyen:

• Vehículos eléctricos (VE) y scooters: Los motores PMDC se utilizan en vehículos eléctricos de bajo consumo, donde el coste y la eficiencia son fundamentales.
• Herramientas eléctricas: Muchas herramientas eléctricas portátiles, como taladros y sierras, utilizan motores PMDC por su diseño sencillo y su fácil control.
• 1Electrodomésticos: Los motores PMDC se utilizan a menudo en electrodomésticos, como aspiradoras, donde el tamaño compacto y la eficiencia energética son importantes.

Motor de excitación en serie

Cuando se requiere un par de arranque elevado y la velocidad variable no es un problema, se utiliza el motor de excitación en serie. Aplicaciones comunes:

• Sistemas de tracción eléctrica: Los trenes y otros vehículos que requieren un par de arranque elevado suelen utilizar motores de excitación en serie.
• Cabrestantes y polipastos: Debido a su alto par de arranque y a su capacidad para manipular cargas pesadas, estos motores se utilizan a menudo en aplicaciones industriales como cabrestantes, grúas y polipastos.
• Carretillas elevadoras eléctricas: Utilizados para elevar y mover cargas pesadas, los motores de excitación en serie son ideales para proporcionar el alto par necesario en estas aplicaciones.

Ventajas y desventajas

Motor de corriente continua de imán permanente escobillado (PMDC)

Ventajas:

• Alta eficiencia y bajo consumo de energía.
• Requiere poco mantenimiento (excepto desgaste de las escobillas).
• Proporciona un control de velocidad suave y un funcionamiento preciso.
• Ideal para aplicaciones pequeñas y portátiles con limitaciones de espacio y potencia.

Desventajas:

• Par de arranque limitado en comparación con los motores de excitación en serie.
• El rendimiento disminuye con cargas elevadas o cambios repentinos de demanda.
• Las escobillas requieren mantenimiento y sustitución periódicos, lo que puede incrementar los costes operativos.

Motor de excitación en serie

Ventajas:

• Su alto par de arranque lo hace ideal para aplicaciones que requieren mucha fuerza.
• Rendimiento fiable con diversas cargas gracias a su diseño sencillo.
• No requiere fuentes de alimentación de excitación de campo independientes.

Desventajas:

• En ciertas aplicaciones, una regulación deficiente de la velocidad puede ser un inconveniente.
• La eficiencia disminuye con cargas ligeras.
• Un control limitado de la velocidad lo hace menos adecuado para operaciones precisas.

Conclusión

Tanto el motor de CC de imán permanente con escobillas (PMDC) como el motor de excitación en serie presentan sus propias ventajas y desventajas, lo que los hace adecuados para diferentes tipos de aplicaciones. El motor PMDC ofrece alta eficiencia y fácil regulación de velocidad, lo que lo hace ideal para aplicaciones pequeñas y portátiles como herramientas eléctricas y electrodomésticos.

Por otro lado, el motor de excitación en serie destaca por proporcionar un alto par de arranque, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de alto rendimiento como sistemas de tracción eléctrica, cabrestantes y montacargas.

Las necesidades específicas de la aplicación, como el par, el control de velocidad, la eficiencia y las consideraciones de mantenimiento, determinarán cuál de estos dos tipos de motor es el mejor. Al comprender las características, ventajas y limitaciones de cada tipo de motor, los ingenieros y diseñadores pueden tomar decisiones informadas que se adapten mejor a las necesidades de sus proyectos.