¿Cuál es el Principio de Funcionamiento del Motor de Corriente Directa?
¿Cuál es el principio de funcionamiento del motor DC?
Definición de motor DC
Un motor DC se define como un dispositivo que convierte la energía eléctrica directa en energía mecánica utilizando campos magnéticos y corrientes eléctricas.
Los motores DC desempeñan un papel crucial en la industria moderna. Comprender el principio de funcionamiento de un motor DC, que exploramos en este artículo, comienza con su construcción fundamental de un solo bucle.
La construcción básica de un motor DC contiene un armadura que lleva corriente, conectada al extremo de alimentación a través de segmentos de colector y cepillos. El armadura se coloca entre el polo norte y el polo sur de un imán permanente o electromagnético, como se muestra en el diagrama anterior.
Cuando la corriente directa fluye a través del armadura, experimenta una fuerza mecánica por parte de los imanes circundantes. Para comprender completamente cómo funciona un motor DC, es esencial entender la regla de la mano izquierda de Fleming, que ayuda a determinar la dirección de la fuerza sobre el armadura.
Si un conductor que lleva corriente se coloca en un campo magnético perpendicularmente, entonces el conductor experimenta una fuerza en la dirección mutuamente perpendicular tanto a la dirección del campo como al conductor que lleva corriente.
La regla de la mano izquierda de Fleming puede determinar la dirección de rotación del motor. Esta regla dice que si extendemos el dedo índice, el dedo medio y el pulgar de nuestra mano izquierda perpendiculares entre sí de tal manera que el dedo medio esté en la dirección de la corriente en el conductor, y el dedo índice esté en la dirección del campo magnético, es decir, del polo norte al polo sur, entonces el pulgar indica la dirección de la fuerza mecánica creada.
Para comprender claramente el principio del motor DC, debemos determinar la magnitud de la fuerza, considerando el diagrama a continuación.
Sabemos que cuando una carga infinitamente pequeña dq se hace fluir a una velocidad 'v' bajo la influencia de un campo eléctrico E y un campo magnético B, entonces la fuerza de Lorentz dF experimentada por la carga está dada por:
Para el funcionamiento del motor DC, considerando E = 0.
Es decir, es el producto cruzado de dq v y el campo magnético B.
Donde, dL es la longitud del conductor que lleva la carga q.
Del primer diagrama podemos ver que la construcción de un motor DC es tal que la dirección de la corriente a través del conductor del armadura en todos los instantes es perpendicular al campo. Por lo tanto, la fuerza actúa sobre el conductor del armadura en la dirección perpendicular tanto al campo uniforme como a la corriente constante.
Entonces, si tomamos la corriente en el lado izquierdo del conductor del armadura como I, y la corriente en el lado derecho del conductor del armadura como -I, porque fluyen en direcciones opuestas entre sí.
Entonces la fuerza en el conductor del armadura del lado izquierdo,
De manera similar, la fuerza en el conductor del lado derecho,
Por lo tanto, podemos ver que en esa posición la fuerza en cualquier lado es igual en magnitud pero opuesta en dirección. Dado que los dos conductores están separados por una cierta distancia w = ancho de la vuelta del armadura, las dos fuerzas opuestas producen una fuerza de rotación o un par que resulta en la rotación del conductor del armadura.
Ahora examinemos la expresión del par cuando la vuelta del armadura crea un ángulo de α (alfa) con su posición inicial.El par producido está dado por,
Aquí α (alfa) es el ángulo entre el plano de la vuelta del armadura y el plano de referencia o la posición inicial del armadura, que aquí está a lo largo de la dirección del campo magnético.
La presencia del término cosα en la ecuación del par muy bien indica que, a diferencia de la fuerza, el par en todas las posiciones no es el mismo. De hecho, varía con la variación del ángulo α (alfa). Para explicar la variación del par y el principio detrás de la rotación del motor, realicemos un análisis paso a paso.
Paso 1:
Inicialmente, considerando que el armadura está en su punto de partida o posición de referencia donde el ángulo α = 0.
Dado que, α = 0, el término cos α = 1, o el valor máximo, por lo tanto, el par en esta posición es máximo dado por τ = BILw. Este alto par de arranque ayuda a superar la inercia inicial en reposo del armadura y lo pone en rotación.
Paso 2:
Una vez que el armadura se pone en movimiento, el ángulo α entre la posición actual del armadura y su posición de referencia inicial va aumentando en el camino de su rotación hasta que se convierte en 90 o desde su posición inicial. En consecuencia, el término cosα disminuye y también el valor del par.
El par en este caso está dado por τ = BILwcosα, que es menor que BIL w cuando α es mayor que 0o.
Paso 3:
En el camino de la rotación del armadura, se alcanza un punto donde la posición actual del rotor es exactamente perpendicular a su posición inicial, es decir, α = 90 o, y como resultado, el término cosα = 0.
El par que actúa sobre el conductor en esta posición está dado por,
es decir, prácticamente no hay par de rotación que actúe sobre el armadura en este instante. Sin embargo, el armadura no se detiene, esto se debe a que la operación del motor DC ha sido diseñada de tal manera que la inercia del movimiento en este punto es suficiente para superar este punto de par nulo.
Una vez que el rotor cruza esta posición, el ángulo entre la posición actual del armadura y el plano inicial vuelve a disminuir y el par vuelve a actuar sobre él.
