Comprendiendo los fundamentos de los motores de corriente continua (CC)

Los motores de corriente continua se utilizan para convertir la energía eléctrica en energía mecánica y se encuentran en herramientas, autos de juguete y ventiladores de enfriamiento. Están compuestos por una carcasa metálica de protección, un eje con engranajes o poleas, dos terminales para la conexión de energía, imanes permanentes formando el estator, un rotor con discos laminados y bobinas que transportan corriente eléctrica, un conmutador para crear un campo magnético, y escobillas que completan el circuito.

Dentro de la cubierta trasera de plástico de un motor de corriente continua se encuentran los cepillos, los brazos de los cepillos, los terminales y el conmutador. El conmutador, segmentado en placas, se conecta a los extremos de las bobinas, creando un circuito. Los cepillos hacen contacto con los segmentos del conmutador para permitir el flujo de electricidad, completando el circuito y permitiendo el funcionamiento del motor.

La electricidad es el flujo de electrones a través de un cable. En la electricidad de corriente continua, los electrones fluyen en una dirección desde un terminal de la batería hacia el otro. Al aplicar voltaje, los electrones son forzados a moverse en una dirección específica, creando un circuito cerrado donde fluyen de regreso a la fuente. Componentes como átomos de cobre con electrones libres facilitan este flujo, permitiendo el movimiento controlado de electrones en un circuito.

El flujo de electrones se refiere al movimiento de electrones desde el terminal negativo hasta el terminal positivo, mientras que la corriente convencional se mueve en dirección opuesta. Comprender los términos flujo de electrones y corriente convencional es crucial en los circuitos eléctricos.

Los imanes tienen extremos polarizados, norte y sur, creando fuerzas magnéticas de atracción y repulsión. El campo magnético de los imanes consiste en líneas de campo magnético curvadas desde el polo norte hasta el polo sur, con campos más fuertes en los extremos.

Al pasar una corriente a través de un alambre se genera un campo electromagnético alrededor del alambre. Al enrollar los alambres en una bobina, los campos electromagnéticos se combinan para crear un campo magnético más fuerte, utilizado en motores y otras aplicaciones.

Tener múltiples bobinas en un rotor de motor garantiza una rotación más suave al evitar problemas de alineación magnética. Normalmente, al menos tres bobinas están presentes en un rotor, posicionadas a 120 grados de distancia para facilitar una rotación suave.

El rotor o armadura en un motor está compuesto por múltiples discos de hierro laminado, cada uno aislado del otro. Esta construcción permite la generación eficiente de campos magnéticos cuando la corriente fluye a través de las bobinas.

Piezas de metal sólido en un motor pueden generar grandes corrientes inducidas, afectando la eficiencia del motor. Para mitigar esto, los ingenieros dividen el rotor en discos aislados para reducir el tamaño de las corrientes inducidas a medida que los discos se vuelven más delgados.

El conmutador en un motor consiste en placas de cobre montadas en el eje, cada una aislada eléctricamente. Estas placas se conectan a diferentes bobinas, suministrando electricidad desde la batería. Los cepillos en las placas completan el circuito, permitiendo que la electricidad fluya hacia las bobinas.

La Regla de la Mano Izquierda de Fleming se utiliza para determinar la dirección de la fuerza en una bobina en un motor. Al usar la mano izquierda con posiciones específicas de los dedos, se puede calcular la fuerza basada en la interacción entre el campo electromagnético y el campo del imán permanente.

Cuando se aplica la Regla de la Mano Izquierda de Fleming a un escenario donde se conocen las direcciones de la corriente convencional y el campo magnético, se puede determinar la dirección de la fuerza que actúa sobre el cable. Esta regla ayuda a comprender la dinámica de las fuerzas en diferentes configuraciones de sistemas eléctricos.

El motor consta de imanes norte y sur, un eje central, un rotor envuelto con bobinas, un conmutador, escobillas y una fuente de energía. El rotor, las bobinas y el conmutador giran mientras el resto permanece estacionario.

En una vista en cámara lenta, se considera el flujo de corriente convencional y las fuerzas en los lados largos de cada bobina. La interacción entre las bobinas, el conmutador y las escobillas crea fuerzas ascendentes y descendentes, lo que lleva a la rotación.

Análisis detallado del flujo actual a través de las bobinas 1, 2 y 3, junto con las placas del conmutador, resulta en fuerzas ascendentes y descendentes en cada lado de las bobinas, contribuyendo al movimiento rotacional del motor.

La fuerza rotacional generada por el motor se utiliza para impulsar varios componentes mecánicos como ventiladores, engranajes, ruedas y poleas. Invertir la fuente de energía invierte la dirección de rotación.