¿Cómo funciona un motor eléctrico de corriente continua?

Un motor eléctrico de corriente continua es un dispositivo electromecánico que convierte la energía eléctrica en energía mecánica a través de interacciones electromagnéticas. Su funcionamiento se basa en el principio fundamental de la fuerza electromagnética: cuando un conductor que lleva corriente se coloca en un campo magnético, experimenta una fuerza que impulsa el movimiento mecánico. Los componentes clave y el proceso de trabajo se pueden desglosar en las siguientes etapas clave:

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Componentes principales de un motor de CC

Un motor de CC típico consta de cuatro partes esenciales:​

Estator: La parte estacionaria, generalmente compuesta de imanes permanentes o electroimanes (bobinas de campo), que genera un campo magnético constante (campo magnético principal) con polos norte (N) y sur (S) fijos.

Rotor (Armature): La parte rotativa, que consiste en un núcleo de hierro cilíndrico con bobinas de armadura incrustadas (bobinas) que transportan corriente.​

Conmutador: Un dispositivo de anillo dividido conectado al eje del rotor, que invierte la dirección de la corriente en los devanados del armadura a medida que el rotor gira.​

Cepillos: Contactos conductores (a menudo hechos de carbono) que se deslizan contra el conmutador, suministrando corriente continua de una fuente de alimentación externa a los devanados del armadura.​

Principio de funcionamiento: De la energía eléctrica al movimiento mecánico​

La operación de unmotor de CCse despliega en tres pasos secuenciales, impulsado por interacciones electromagnéticas:​

Cuando los devanados del campo del estator (o imanes permanentes) están energizados, se crea un campo magnético uniforme entre los polos N y S, con líneas de fuerza magnética fluyendo de N a S. Esto forma el "escenario" para la generación de fuerza electromagnética.

2. Corriente en el devanado del armadura

La corriente de CC externa fluye a través de los cepillos, el conmutador y entra en los devanados del armadura, convirtiéndolos en conductores que transportan corriente. Estos conductores están sumergidos en el campo magnético del estator, satisfaciendo la condición para la fuerza electromagnética (Regla de la mano izquierda de Fleming: si el pulgar, el índice y el dedo medio de la mano izquierda son mutuamente perpendiculares, con el dedo índice apuntando en la dirección del campo magnético (N a S) y el dedo medio en la dirección de la corriente, el pulgar indica la dirección de la fuerza sobre el conductor).​

3. Rotación y Conmutación​

La fuerza que actúa sobre los devanados del armadura crea un par que rota el rotor. A medida que el rotor gira, el conmutador—dividido en dos o más segmentos—gira con él. Cuando el rotor alcanza una posición donde los devanados son perpendiculares al campo magnético (plano neutro), los segmentos del conmutador cambian el contacto con las escobillas, invirtiendo la dirección de la corriente en los devanados. Esta inversión asegura que la fuerza sobre los devanados continúe actuando en la misma dirección de rotación, manteniendo la rotación continua.

Características clave que garantizan la operación continua​

Par de torsión unidireccional: El papel crítico del conmutador en la inversión de la corriente en el momento adecuado previene la inversión del par, asegurando que el rotor gire en una dirección constante.​

Campo Magnético Estable: El campo magnético fijo del estator proporciona un "referente" consistente para la fuerza electromagnética del armadura, lo que permite una rotación predecible y controlable.​

En resumen, un motor de CC convierte la energía eléctrica en movimiento mecánico a través de la interacción entre el campo magnético del estator y los devanados del armadura que transportan corriente, con el conmutador asegurando una rotación continua mediante la inversión oportuna de la corriente. Este principio hace que los motores de CC sean ampliamente utilizados en aplicaciones que requieren un control preciso de la velocidad y el par, desde pequeños electrodomésticos hasta maquinaria industrial.