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El Motor de “cinco
polos” Märklin |
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| Daniel
Melgar Puente, dbarinhn@ |
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1
Junio 2007 |
Los motores son
máquinas rotativas que transforman energía eléctrica en
mecánica, están formados físicamente por dos partes; una
fija, denominada estator, y otra móvil respecto a la
anterior, denominada rotor, además existe entre ambas partes
con el fin de permitir el movimiento, un espacio de aire
llamado entrehierro.
En la imagen podemos apreciar el despiece parcial de un
motor que emplea Märklin en algunas de sus locomotoras,
llamado de “cinco polos”, ya que faltan por ejemplo las
resistencias, escobillas, etc.
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El
estator (pieza superior izquierda) está formado por
un imán permanente y dos piezas de hierro que forman dos
semicírculos entre los que se aloja el rotor,
denominadas zapatas polares.
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El
rotor o inducido (pieza superior derecha) formado
por un bobinado devanado sobre una armadura, constituida
de láminas ferromagnéticas con forma de estrella con
cinco “brazos”, sobre un eje aislado perfectamente a
través de un baño de resina para evitar el cortocircuito
entre el bloque de las láminas y el hilo del bobinado.
El bobinado está unido al colector a través de
conductores (mediante puntos de estaño) que salen de las
delgas, por donde recibe la corriente eléctrica. El
colector está constituido por cinco láminas que reciben
el nombre de delgas, relativamente finas con forma de
sector cilíndrico, que van apoyadas sobre un cilindro de
plástico (más o menos termo-sensible) y sujetas al
cilindro por un anillo que las presiona contra este, que
hace las funciones de soporte, el número de delgas es
igual al número de ranuras que tienen las láminas de la
armadura.
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El
cabezal del motor (pieza inferior) es una pieza
fundamental en cualquier motor. Está fabricado en
material plástico, que encaja en el armazón de metal de
la locomotora variando su forma según el armazón al que
se tenga que adaptar, junto con el rotor y el estator,
cerrando el conjunto mediante unos tornillos. Consta de
una pieza de plástico termoestable, y un porta-carbones
o porta-escobillas de latón exterior. Las escobillas o
carbones son contactos conductores que rozan las delgas
mientras el rotor gira permitiendo el paso de la
corriente eléctrica, están situadas en la pieza de latón
sujetas por unos muelles de material acerado que
aseguran también un buen contacto de las escobillas con
el colector, su composición es de un aglomerado de
carbón que mediante un recocido en un horno eléctrico se
transforma en grafito, tienen forma de prisma
rectangular.
¿Cómo trabaja el motor?
Una vez nuestra locomotora esta en la vía, aplicamos la
corriente que llega al cabezal del motor desde la vía a
través de los cables, siguiendo su camino por las escobillas
que presionan las delgas del colector y pasando al bobinado
por los conductores que salen de cada delga, donde se
produce un campo magnético que interactúa con el campo
magnético que produce el imán (o la bobina según el caso).
Como consecuencia se originará una fuerza que hará que gire
el inducido, y por lo tanto el eje del motor, transmitiendo
ese movimiento mediante el piñón engastado en el eje a la
cascada de engranajes, haciendo girar el eje de tracción de
la locomotora.
El movimiento del rotor se produce por culpa
del siguiente efecto físico, que voy a explicar lo más
simplificado posible a costa de parecer poco real el
ejemplo, quédense con la idea general.
Tenemos un campo
magnético, que es una zona espacial en donde se producen
fenómenos de atracción y repulsión magnética, generado por
las piezas de hierro que forman dos semicírculos alrededor
del rotor más el imán o bobina. Se habla de zapatas polares
ya que los semicírculos corresponden a los polos norte (-) y
sur (+).
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La corriente al atravesar el hilo conductor del
bobinado, cuando los extremos de los conductores (1 y 2 que
unen las delgas con el bobinado situados en las ranuras de
la armadura) se encuentren debajo de una zapata polar,
genera en sus inmediaciones un campo magnético que
interactúa con el campo magnético que produce el imán,
creando fuerzas opuestas en los conductores 1 y 2 (si por un
hilo conductor circula una corriente eléctrica en presencia
de un campo magnético, si va a inducir sobre el campo
magnético una fuerza).
Esto es debido a que el sentido del
flujo de corriente es opuesto en los extremos de los
conductores, en uno entra corriente (+) y en otro sale (-) a
través de las escobillas apoyadas en las delgas, y a su vez
cada extremo tiene la misma polaridad que la
zapata polar
con la que está interactuando en ese momento con lo que se
producen sendas fuerzas de repulsión en ellos (polos
opuestos se atraen, polos idénticos se repelen). Ambas
fuerzas forman en conjunto lo que llamamos un par de giro,
por el cual el rotor empieza a moverse llegando el instante
en que los conductores, en su movimiento giratorio, se
encuentran en posición paralela a las zapatas polares.
Una
vez se encuentran en esa posición, el par de giro desaparece
porque los dos campos magnéticos de los conductores están en
una zona neutra donde no hay fuerzas de atracción o
repulsión, y es en este momento cuando el colector provoca
la inversión del sentido de flujo de corriente (cambia la
polaridad de los conductores) mientras el rotor sigue
girando por la inercia. La parte que estaba bajo la
influencia del polo norte entra en el campo de influencia
del polo sur y viceversa, volviendo a crearse otro par de
giro. La alternancia de esos pares de giro con las
inversiones de flujo generan continuamente las rotaciones
completas del rotor, produciéndose el movimiento del eje del
motor.
Cosa que no ocurriría sin el colector (también
denominado conmutador), si no hay inversión de flujo el
rotor oscilaría unas cuantas veces para acabar quedándose
inmóvil en la zona muerta al no cambiar la polaridad en los
conductores. Por lo tanto creo que no hace falta decir que
el conmutador es un elemento muy importante en el motor, sin
él no hay movimiento. Para garantizar que un motor gire como
mínimo su colector tiene que tener tres delgas, ya que si
sólo hubiera dos el rotor no podría iniciar el giro al
quedar en posición perpendicular a las fuerzas magnéticas
del imán, por eso dije en el ejemplo anterior que era poco
real porque tiene un colector con dos delgas, pero para
poder simplificar la explicación facilitando la comprensión
del funcionamiento, hice esa pequeña “trampa”.
A
continuación podemos ver los esquemas de un motor de “tres”
polos y otro de “cinco” polos, mal denominados, por eso
pongo las comillas, porque en realidad estos tipos de
motores sólo tienen dos polos (los del imán o bobina),
“tres” y “cinco” en realidad se refieren al número de
ranuras que tienen las láminas ferromagnéticas de la
armadura del rotor.
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Como curiosidad, cuanto mayor sea el número de láminas
ferromagnéticas que forman la armadura, mayor será el número
de revoluciones que pueda alcanzar el motor. Y cuanto mayor
sea la longitud del hilo conductor del devanado, mayor par
tendrá el motor.
Rodaje y mantenimiento de los motores.
No existe una fórmula única para rodar un motor, pero para
que los motores conserven sus prestaciones óptimas alargando
su vida útil, lo que se debe hacer es rodarlo en tandas no
muy largas en los dos sentidos de giro, empezando con un
voltaje pequeño y a medida que van pasando las tandas ir
aumentándolo progresivamente, dejando entre tanda y tanda
unos minutos de reposo para que no se caliente en exceso.
Tampoco hay que olvidar, engrasar la locomotora como indica
su manual antes de rodarla. Así a medida que se va rodando
la locomotora se va a notar que va más fina disminuyendo su
ruido al rodar sobre las vías, ya que se van acoplando sus
piezas. Particularmente el contacto de las escobillas con el
conmutador que es donde más se nota el rendimiento del
motor, un mal contacto repercute en unas prestaciones malas
y en un posible daño del conmutador.
El conmutador se puede
estropear por distorsión cuando se calienta, por
centrifugación de las delgas, o por la erosión de las
ranuras que hay entre las delgas por efecto de las chispas.
Así que esto hace que disminuya la potencia y el par
disponibles. Un motor más potente tiene más posibilidades de
dañarse debido a que tiene más velocidad, y contacta con las
escabillas más a menudo. El chisporroteo del motor es
normal, pero es más frecuente cuando el motor está sucio.
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En la figura (a) podemos ver la parte delantera de un
inducido con el colector en perfecto estado mientras que la
misma porción del inducido en la figura (b) las delgas del
colector están centrifugadas , abiertas. |
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La misma parte delantera del inducido, pero con las delgas
retorcidas al sufrir un enganche. |
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Estos dibujos muestran el problema de la centrifugación de
las delgas, que se produce al ir subiendo el motor de
revoluciones, se separan de la pieza de plástico que hace de
soporte, pudiendo engancharse con las escobillas y
provocando un gripado del sistema, causando así una avería
considerable.
Y es que el colector debería estar construido
con delgas de material más grueso embutidas en resina de
alta calidad en vez de plástico, capaces de aguantar una
temperatura superficial más elevada sin deformarse, pero no
hay que olvidar que para algunos fabricantes las locomotoras
no dejan de ser unos juguetes más o menos conseguidos y
parejos con la realidad...en fin.
Aunque los cabezales son
buenos al incorporar los porta-escobillas exteriores,
ofreciendo la posibilidad de regular la presión que ejercen
las escobillas contra el colector mediante muelles, y el
cambio fácil de las escobillas.
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En la imagen anterior
podemos ver las láminas ferromagnéticas de la armadura del
rotor (1) por separado, y sobre el eje del rotor (2) y (3).
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Aquí se pueden apreciar los puntos de estaño en donde están
unidos los conductores que salen de cada delga con el
bobinado de la armadura del rotor. |
Y por último comentar el mantenimiento simple de un motor,
que se centra en la limpieza de este una vez desmontado, ya
que algunos sprays de limpieza de motores (de radio control
son muy buenos) pueden atacar el plástico de las
carrocerías, el epoxi o laca que recubre los hilos de cobre
y provocar un cortocircuito, por lo que no deben contener
aditivos ni lubricantes, sólo trifluor o tricloroetano,
empleando poca cantidad para evitar arrastrar la suciedad a
otras partes.
Con una barrita ligeramente abrasiva (tipo
goma de borrar) que vende algún fabricante de RC,
limpiaremos el conmutador introduciendo la barrita por el
porta-escobillas hasta tocar el conmutador. No debe de
olvidarse, que el último tratamiento antes de finalizar ha
de ser limpiar las escobillas y el conmutador con un líquido
de limpieza para no dejar residuos o restos de grasa. Las
escobillas se pueden estropear o simplemente desgastarse por
la erosión con el colector, en ese caso habría que
sustituirlas por unas nuevas retirando las antiguas que
están sujetas por los muelles, desplazaremos estos a un lado
y procederemos al cambio. Si al observarlas su aspecto es
limpio y ligeramente húmedas están bien, se pueden dejar
como están o limpiarlas con un algodón en seco. Se procederá
a su cambio si: tienen un color azulado o púrpura debido a
que se han sobrecalentado, ya que probablemente se habrá
quemado el lubricante; tienen un profundo rallado o el área
de contacto es irregular ya que si no estropearían el
conmutador; y si tienen un desgaste que supone un tercio de
su longitud original . Al poner escobillas nuevas se deben
realizar un rodaje leve de unos 5 minutos.
