El motor electrico es el encargado de transformar la energía eléctrica en energía mecánica.
El principal causante del movimiento de los motores eléctricos es el magnetismo, es asi de sencillo, cuando dos cargas del mismo signo se aproximan se produce una fuerza de repulsión, por ejemplo si colocamos una carga positiva junto a otra carga positiva, ambas cargas tenderán a alejarse la una de la otra tanto como la fuerza magnética les permita. Este efecto es intrínseco a los materiales o elementos magneticos.
Contenido
1-Fuerza magnética
La ley que define esta fuerza magnética es la ley de Coulomb:
El motor eléctrico utiliza esta fuerza magnética para poner en movimiento el rotor (parte que gira con respecto a su eje). En un motor puedes encontrarte tanto la parte fija o estator como la parte móvil o rotor, ambas partes están cargadas magnéticamente para aprovechar la fuerza de repulsión y atracción.
Para obtener un campo magnético bastara con observar un imán:
2-Campo magnético
El campo magnético circula desde el polo norte hacia el polo sur, creando un flujo magnético (la unidad de medida del flujo magnético es Tesla).
Por otra parte, otra manera de crear un campo magnético es poner en movimiento los electrones de un material conductor, como por ejemplo el cobre. Si hacemos circular los electrones de un alambre de cobre a través de él crearemos un campo magnético alrededor del alambre (la intensidad mide el número de electrones que circula por el alambre).
3-Fuerza de Lorenz
¿Qué ocurre si juntamos estos campos magnéticos? Por un lado el campo magnético que crea el polo norte y el polo sur de un iman, y en medio de este campo magnético colocamos el alambre con el campo magnético generado por el movimiento de electrones a través de el mismo alambre.
Cuando dos campos magnéticos se juntan se crea una fuerza (Fuerza de Lorentz). Esta fuerza es la que genera un movimiento debido a la fuerza de atraccion o repulsión creada por los campos magnéticos interactuando. El sentido de la fuerza dependerá del sentido que tengan los campos magnéticos que interactúan entre si.
4-Regla de la mano derecha y regla de la mano izquierda
Cuándo se crea un campo magnético alrededor de un cable o alambre, ¿Qué sentido tienen las ondas generadas por el campo magnético?, para describir este fenómeno el físico John Ambrose Fleming descubre la regla de la mano derecha.
Si colocamos nuestra mano derecha con los dedos arqueados y el pulgar estirado, el pulgar nos indicara la dirección de la corriente eléctrica a través del cable o alambre, y los dedos arqueados nos indicaran la dirección de las ondas magnéticas creadas alrededor del cable o alambre.
Una vez sabemos que el flujo magnético de un iman circula del polo norte al polo sur, y también sabemos la dirección que tienen las ondas generadas por un cable o alambre por el que circula una corriente, entonces al poner estos dos campos magnéticos interactuando podemos averiguar la dirección y la intensidad de la fuerza.
El dedo pulgar (F) indica la dirección de la fuerza que provocan los dos campos magnéticos interactuando entre si, el dedo índice (B) indica el sentido y dirección del flujo magnético del imán y el dedo medio (I) indica el sentido y dirección de la corriente eléctrica del cable o alambre.
Esta manera de averiguar el comportamiento de la fuerza y los campos magnéticos se la conoce como regla de la mano izquierda y fue descubierta por el físico John Ambrose Fleming.
En la siguiente imagen muestra que el conductor que transporta la corriente ( I ) se moveria hacia abajo.
En esta imagen tenemos el polo norte (N) y el polo sur (S) con su campo magnético (B), luego también tenemos el conductor que transporta la corriente en una dirección ( I ), y el resultado es la fuerza ejercida sobre el conductor hacia abajo (F).
Todo esto lo podemos expresar con la siguiente formula:
Donde F es la fuerza resultante de la interacción de los campos magnéticos, en este caso la dirección de la fuerza es hacia abajo, B es el flujo magnético del imán, I es la corriente que tiene el conductor, L es la longitud del conductor afectado por el campo magnético del imán y sin es el seno del angulo formado por la flecha que representa la corriente del conductor (I ) y la flecha del flujo magnético del imán (B).
En la siguiente imagen puedes ver por un lado la imagen del imán con el cable o alambre, la imagen vectorial con las flechas representando la F (fuerza), la I (corriente eléctrica), la B ( campo magnético del imán) y el sin o seno (seno del ángulo que forman la B y la I). Y por último puedes ver abajo la relación que tienen las imágenes con la ecuación para averiguar la fuerza.
Donde la letra L representa el tramo del cable o alambre que esta dentro del campo magnético del imán, y el sin o seno del ángulo entre la corriente y el campo magnético.
El seno del ángulo formado por I y B nos indica el grado de perpendicularidad entre la dirección de la corriente que circula por el cable y la dirección del campo magnético del imán.
¿Por qué es importante la alineación del cable y del campo magnético del imán? Es importante porque cuanto más perpendicular estén el uno del otro mayor será la fuerza sobre el cable para moverse hacia arriba.
¿Qué pasaría si el cable estuviese en la misma dirección que el campo magnético del imán?
En este caso al estar en paralelo y no haber perpendicularidad la fuerza ejercida sobre el cable para moverse sería igual a cero, con lo cual no se movería en ningún sentido.
Importante recordar
F=La fuerza se mide en Newtons.
B=El campo magnético se mide en Tesla.
I=La corriente eléctrica se mide en Amperios, que es lo mismo que 1C/s (1 Culombio dividido entre un segundo).
L=La longitud se mide en metros.
q=La carga eléctrica se mide en Culombios.
v=La velocidad se mide en metros dividido entre segundos.
Asignando las siguientes igualdades:
I=intensidad también representada en C/s (Culombios dividido entre segundos).
L=longitud expresada en metros.
Después de asignar las igualdades, se sustituye y se realiza las siguientes operaciones para obtener q y v.
Donde q es igual a la carga eléctrica medida en Culombios y v es la velocidad medida en metros dividido entre segundos.
5-Tipos de motores electricos
Existen varios tipos de motores eléctricos. En esta pagina veremos algunos de ellos y su funcionamiento, empezaremos por diferenciar entre motores eléctricos de corriente continua y motores eléctricos de corriente alterna.
a) Motores eléctricos de corriente continua.
Este tipo de motores utiliza una tensión de alimentación de trabajo de corriente continua, es decir la corriente circula siempre en un único sentido creando campos magneticos, la fuerza de atracción o repulsión de estos campos magneticos será la causante del movimiento del rotor.
b) Motores eléctricos de corriente alterna.
La tensión de alimentación de estos motores es corriente alterna, puede ser monofásica o trifásica y al igual que en los motores de corriente continua utilizan la fuerza electromagnética para hacer mover el rotor.
6-Tipos de motores eléctricos de corriente continua
a) Motores electricos con estator bobinado
Los motores con estator bobinado pueden ser motores en serie, motores en paralelo o motores compuesto.
Los motores electricos en serie tienen el devanado del estator y el devanado del rotor conectados en serie.
Los motores electricos en paralelo tienen el devanado del estator y el devanado del rotor conectados en paralelo.
Los motores compuesto utiliza devanados conectados en serie y en paralelo.
b) Motores de iman permanente
Los motores de iman permanente utilizan un rotor imantado y suelen utilizarse en servomotores o robotica.
c) Motores sin escobillas
Estos motores no utilizan escobillas para conmutar las tensiones y es por eso que el desgaste por rozamiento es muy bajo. Se utilizan para potencias muy bajas.
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