conmutación

La conmutación es la conmutación mecánica de las conexiones eléctricas en una máquina rotativa, más comúnmente un motor o generador de CC, que invierte la dirección del flujo de corriente en el devanado del inducido en el momento preciso. Esta sincronización entre los conductores giratorios y los imanes de campo estacionarios permite que la máquina convierta la energía eléctrica en movimiento de rotación continuo, o la rotación mecánica en salida eléctrica. Sin conmutación, un motor de CC se detendría cuando el inducido girara más allá del plano neutro donde la bobina cambiaría naturalmente de polaridad.

El conmutador en sí es un anillo partido de latón o cobre, dividido en segmentos, montado en el eje del motor. Cada segmento se conecta a un extremo de una bobina del inducido. Las escobillas de carbón, sujetas a este anillo giratorio por resortes, hacen contacto eléctrico deslizante y transportan la corriente hacia y desde cada segmento a su vez. A medida que el inducido gira, diferentes segmentos pasan por debajo de las escobillas en secuencia, lo que hace que la corriente a través de cada bobina se invierta en el momento en que esa bobina está a punto de salir del campo magnético activo y entrar en la zona neutra. El número de segmentos suele coincidir con el número de bobinas; una máquina de cuatro polos con múltiples bobinas podría tener ocho o dieciséis delgas de conmutador.

Una conmutación deficiente crea serios problemas. El arqueo ocurre cuando las escobillas pierden contacto con un segmento del conmutador mientras la corriente aún fluye a través de una bobina, causando chispas, ruido y erosión tanto de las superficies de las escobillas como de las delgas. El rebote de las escobillas, donde la vibración o los conmutadores desgastados permiten que las escobillas se levanten momentáneamente, genera el mismo daño por arqueo. El cogging, una ondulación de par irregular que se siente a medida que el rotor gira, resulta cuando la sincronización de la conmutación se desincroniza con el campo magnético, generalmente por el desgaste de las escobillas o una superficie del conmutador desgastada que ha perdido su forma circular. Los motores industriales que operan a alta velocidad o bajo carga pesada muestran problemas de conmutación más rápidamente.

Mantenimiento y variantes

El mantenimiento del conmutador es un trabajo preventivo. La inspección regular busca una superficie lisa y pulida de color gris oscuro o marrón; un conmutador picado, rayado o con puntos planos fallará. El reemplazo de las escobillas es rutinario: las escobillas desgastadas pierden presión de contacto y permiten que comience el arqueo. Algunas máquinas usan un grado de carbón compacto para servicio de alta velocidad; otras usan escobillas más blandas para velocidades más bajas para reducir la fricción y el desgaste. Los portaescobillas tipo presión con ajustes individuales de tensión de resorte permiten un ajuste fino en equipos de precisión.

El término proviene del latín commutare, que significa intercambiar o cambiar. En las máquinas de CA y los variadores de estado sólido, la conmutación electrónica mediante semiconductores de potencia ha reemplazado por completo a los conmutadores mecánicos, eliminando el desgaste de las escobillas y el arqueo, pero requiriendo circuitos de control. Sin embargo, la conmutación mecánica sigue siendo estándar en motores universales, motores de CC de hobby y muchas máquinas industriales de arranque y auxiliares donde la simplicidad y el costo importan más que la carga de mantenimiento.