Con este recurso en particular se pondrán de manifiesto los fundamentos que rigen el funcionamiento de los motores eléctricos, y en específico los motores de de corriente directa.
Campo magnético
Fuerzas magnéticas en máquinas eléctricas
Motores eléctricos
Un motor eléctrico convierte energía eléctrica en energía mecánica. El proceso inverso, en el que se convierte energía mecánica en energía eléctrica, lo realiza un generador o dínamo. En la figura se aprecian algunos motores que funcionan en cd.
La mayoría de los motores eléctricos trabajan por electromagnetismo, aunque también existen los motores basados en otros fenómenos electromecánicos, tales como fuerzas electrostáticas y el efecto piezoeléctrico. El principio fundamental en el que se basan los motores es la fuerza mecánica ejercida sobre un conductor que transporta corriente dentro de un campo magnético (como vimos en la sección anterior). Esta fuerza, que se conoce como fuerza de Lorentz, es perpendicular tanto al alambre como al campo magnético. La mayoría de los motores magnéticos son rotatorios, aunque también existen los motores lineales. En un motor rotatorio, a la parte rotante (usualmente en el interior) se le denomina rotor, y a la estacionaria se le denomina estator. El rotor gira debido a que los alambres y el campo magnético se arreglan de tal manera que se produzca una torca con respecto al eje de rotación. El motor contiene electromagnetos que proporcionan un campo magnético de referencia. Aunque es frecuente que se le denomine armadura, el término a menudo está mal empleado. Lo correcto es que la armadura sea la parte del motor a través de la cual se aplica el voltaje de entrada. Dependiendo del diseño de la máquina, el rotor o el estator pueden servir como armadura.
Motores de corriente directa cd
Si el eje de un motor de cd es rotado por una fuerza externa, el motor actuará como un generador y producirá una fuerza electromotriz (fem). Durante su operación normal, el giro del motor produce un voltaje opuesto a la fem, lo que se conoce como fuerza contra-electromotriz (cfem) o fem de oposición, debido a que se opone al voltaje aplicado sobre el motor, y es la misma fem que se produce cuando el motor se utiliza como un generador.
Cuando una corriente pasa a través de la espira de alambre rodeando un núcleo de hierro dulce, el lado del polo positivo queda hacia arriba, y al mismo tiempo el polo negativo hacia abajo. De acuerdo con la regla de la mano derecha, las fuerzas que causan el efecto rotatorio sobre la bobina la harán girar. Para hacer girar el motor en la misma dirección, la corriente directa debe conmutar haciendo que la corriente invierta su dirección cada medio ciclo. El problema que encara el motor es cuando el plano de la bobina queda paralelo al campo magnético, es decir, el efecto de rotación es cero cuando la bobina está a 90º de su posición original, pero la bobina continúa girando por inercia.
A continuación se muestran las figuras de las tres posibles posiciones que puede adquirir el motor al ir girando dentro del campo magnético:
El lado izquierdo de la armadura empuja el lado izquierdo del imán y lo dirige hacia la derecha, causando la rotación.
Figura 3. Cuando la armadura se alinea horizontalmente, el conmutador voltea la dirección de la corriente a través de la bobina, invirtiendo el campo magnético, y de esta manera el proceso se repite.