Los motores eléctricos de corriente continua funcionan gracias a las propiedades de los imanes permanentes y al campo magnético que se genera al hacer circular una corriente eléctrica por un conductor.
El funcionamiento de los motores eléctricos se basa en un campo magnético alterno. En un motor de corriente continua, por lo tanto, la dirección del campo magnético cambia constantemente mecánicamente en el motor con la ayuda del conmutador (colector), o electrónicamente en el caso del llamado motor eléctrico sin escobillas.
La principal característica de los imanes es que tienen un polo sur (negativo) y un polo norte (positivo). En dos imanes distintos los polos de distinto signo se atraen y los polos de mismo signo se repelen.
Si colocamos dos imanes alineados y en medio un tercer imán en el sentido perpendicular, la tendencia natural será que la fuerza de atracción entre polos de signos contrarios gire al tercer imán alineándose con los otros dos. El flujo magnético entre los imanes produce una fuerza que hace girar el tercer imán.
¿Qué tendríamos que hacer para que continuara girando?
Este tipo de motor, al igual que los motores de corriente alterna (motores de inducción, motor síncrono, etc), funciona por inducción electromagnética.
Si se pudiera cambiar la polaridad del imán central seguiría girando buscando de nuevo la posición de equilibrio de nuevo. Pero esto no se puede hacer. Lo que sí se puede hacer es sustituir el imán central por un electroimán. A un electroimán se le puede cambiar el sentido de la corriente eléctrica que circula en él y entonces cambia la polaridad.
¿Para qué se utiliza un electroimán en un motor de corriente directa?
En un motor de corriente continua (o corriente directa) se necesita un estator y un rotor dentro de él.
Se denomina estator a la parte fija donde se colocan unos imanes fijos generando un campo magnético que atraviesa el rotor, que es la parte giratoria. En el rotor se hace circular una corriente continua de ida y vuelta que deje el centro del rotor en medio.
Al circular una corriente eléctrica por un conductor en medio de un campo magnético, se genera una fuerza electromotriz en el conductor que lo hace desplazar, y por lo tanto girar. Una vez ha llegado a la posición de equilibrio, se conmuta el sentido de la corriente que circula por el conductor y el rotor vuelve a girar buscando de nuevo la posición de equilibrio.
En realidad, los motores eléctricos de corriente continua no tienen un solo electroimán, sino que funcionan con varias bobinas que interactúan con el campo magnético. Estas bobinas se van activando alternativamente para obtener un mejor par motor durante toda la rotación.
¿Cuáles son las formas de hacer funcionar un motor de corriente continua?
La forma en que se conecta el devanado de excitación con respecto al devanado del inducido determina en gran medida el comportamiento del motor de CC. Las realizaciones más comunes son:
Motor de imán permanente
Para motores con potencias bajas (<1 kW), a menudo se utilizan imanes permanentes para la excitación. La ventaja de estos motores es que son más pequeños, más ligeros, más eficientes y más fiables que los motores de excitación en espiral. Una desventaja es que no es posible controlar la excitación.
Motor de potencia extraño
En motores con excitación extraña o separada, la bobina de excitación, que proporciona el campo de excitación, se alimenta desde una fuente de tensión separada, de modo que se puede regular independientemente de la tensión del inducido.
Motor de serie
En el motor en serie, la bobina de excitación está en serie con el devanado del inducido. Este devanado en serie se compone de pocas vueltas de alambre de cobre grueso.
Motor de derivación
En el motor de derivación, la bobina de excitación es paralela al devanado del inducido. Este devanado en derivación consta de muchas vueltas de alambre de cobre delgado. La corriente consumida se divide en dos en el motor; la mayor parte fluye a través del devanado del inducido y solo una parte relativamente pequeña (como máximo el 5%) a través de la bobina energizadadora.
Motor compuesto
El motor compuesto es una combinación de los dos motores mencionados anteriormente; tiene un devanado de excitación en serie y en derivación. Las propiedades de este motor se encuentran entre las de los motores en serie y en derivación.