FUNCIONAMIENTO DE MOTORES ELECTRÓNICOS

Funcionamiento de Motores Eléctricos

Los motores eléctricos son dispositivos que transforman energía eléctrica en energía mecánica. El medio de esta transformación de energía en los motores eléctricos es el campo magnético. Existen diferentes tipos de motores eléctricos y cada tipo tiene distintos componentes cuya estructura determina la interacción de los flujos eléctricos y magnéticos que originan la fuerza o par de torsión del motor.

El principio fundamental que describe cómo es que se origina una fuerza por la interacción de una carga eléctrica puntual q en campos eléctricos y magnéticos es la Ley de Lorentz:²​

${\displaystyle \mathbf {F} =q(\mathbf {E} +\mathbf {v} \times \mathbf {B} )}$

donde:

q : carga eléctrica puntual

${\displaystyle \mathbf {E} }$ : Campo eléctrico

${\displaystyle \mathbf {v} }$ : velocidad de la partícula

${\displaystyle \mathbf {B} }$ : densidad de campo magnético

En el caso de un campo puramente eléctrico la expresión de la ecuación se reduce a:

${\displaystyle \mathbf {F} =q\mathbf {E} }$

La fuerza en este caso está determinada solamente por la carga q y por el campo eléctrico ${\displaystyle \mathbf {E} }$. Es la fuerza de Coulomb que actúa a lo largo del conductor originando el flujo eléctrico, por ejemplo en las bobinas del estator de las máquinas de inducción o en el rotor de los motores de corriente continua.

En el caso de un campo puramente magnético:

${\displaystyle \mathbf {F} =q(\mathbf {v} \times \mathbf {B} )}$

La fuerza está determinada por la carga, la densidad del campo magnético ${\displaystyle \mathbf {B} }$ y la velocidad de la carga ${\displaystyle \mathbf {v} }$. Esta fuerza es perpendicular al campo magnético y a la dirección de la velocidad de la carga. Normalmente hay muchísimas cargas en movimiento por lo que conviene reescribir la expresión en términos de densidad de carga ${\displaystyle \rho }$ y se obtiene entonces densidad de fuerza ${\displaystyle \mathbf {Fv} }$ (fuerza por unidad de volumen):

${\displaystyle \mathbf {Fv} =\rho (\mathbf {E} +\mathbf {v} \times \mathbf {B} )}$

Al producto ${\displaystyle \rho \mathbf {v} }$ se le conoce como densidad de corriente ${\displaystyle \mathbf {J} }$ (amperes por metro cuadrado):

${\displaystyle \mathbf {J} =\rho \mathbf {v} \,\!}$

Entonces la expresión resultante describe la fuerza producida por la interacción de la corriente con un campo magnético:

${\displaystyle \mathbf {Fv} =\mathbf {J} \times \mathbf {B} }$

Este es un principio básico que explica cómo se originan las fuerzas en sistemas electromecánicos como los motores eléctricos. Sin embargo, la completa descripción para cada tipo de motor eléctrico depende de sus componentes y de su construcción.