La rotació de camp magnètic en màquines de corrent altern

El principi fonamental de funcionament de les màquines de corrent altern és la generació d'un camp magnètic giratori que fa que el rotor giri a una velocitat que depèn de la velocitat de rotació d'aquest camp magnètic. Per explicar com un camp magnètic giratori pot ser generat en l'estator entre l'espai d'aire d'una màquina de CA per mitjà de corrents alterns, observem la següent imatge:

Figura 1 - Estator trifàsic de dos pols

L'estator de la Figura 1, suporta els debanats aa ', BB' i CC '. Les bobines estan espaiades geomètricament 120º , i s'aplica un voltatge trifàsic a les bobines. Els corrents generats per una font trifàsica també estan espaiats 120º, com s'il·lustra a la Figura 2:

Figura 2 - Corrents trifàsics del bobinat de l'estator

Les tensions de fase estan en referència al neutre per tant, vindria donada per les expressions:

On ω i és la freqüència de l'alimentació de CA o freqüència de la línia. Les bobines en cada debanat estan disposades de tal manera que la distribució del flux generat per qualsevol de bobinat és aproximadament sinusoïdal.
Aquesta distribució de flux es pot obtenir per l'organització de grups de bobines per a cada debanat sobre la superfície de l'estator. Atès que les bobines estan espaiades 120º, la distribució de flux resultant de la suma de les contribucions dels tres debanats és la suma dels fluxos, a causa dels debanats separats, com es mostra a la Figura 3.

Figura 3 - Distribució de flux en un debanat d'un estator

Per tant, el flux en una màquina de tres fases gira d'acord amb el diagrama vectorial de la figura 4, i el flux és constant en amplitud. Un observador estacionari en l'estator de la màquina veuria 01:00 de distribució de flux que varia sinusoïdalment, com es mostra a la Figura 3.

Figura 4 - Rotació de flux en una màquina trifàsica

Ja que el flux resultant de la figura 3 és generat pels corrents de la Figura 2, la velocitat de rotació del flux ha d'estar relacionada amb la freqüència de les corrents de fase sinusoïdals. En el cas de l'estator de la figura 1, el nombre de pols magnètics que resulten de la configuració d'enrotllament és 2.
No obstant això, també és possible configurar els debanats de manera que tinguin més pols. Per exemple, la Figura 5 representa una vista simplificada d'un estator de quatre pols.

Figura 5 - Estator de quatre pols

En general, la velocitat del camp magnètic rotatiu es determina per la freqüència del corrent d'excitació f i pel nombre de pols en l'estator present p segons

On n s (o ω s ) se sol anomenar la velocitat sincrònica.

Ara, l'estructura dels debanats anteriors és la mateixa si la màquina de CA és un motor o un generador. La distinció entre els dos depèn de la direcció del flux de potència. En un generador, el parell electromagnètic és un parell de reacció que s'oposa a la rotació de la màquina; aquest és el parell contra el qual el motor funciona.
En un motor, d'altra banda, la rotació (motional) de tensió generada a l'induït, s'oposa a la tensió aplicada. Aquesta tensió és la fcem (o posterior). Per tant, la descripció del camp magnètic giratori donat fins ara s'aplica a motor i l'acció del generador en màquines de corrent altern.
Com s'ha descrit, el camp magnètic de l'estator gira en una màquina de CA i, per tant, el rotor no pot atrapar el camp de l'estator, i és per això que està en persecució constant.
Per tant, la velocitat de rotació del rotor dependrà del nombre de pols magnètics presents en l'estator i en el rotor.
La magnitud del parell de torsió produït en la màquina és una funció de les γ angle entre els camps magnètics de l'estator i del rotor. Aquestes expressions precises per aquest parell depenen de com es generen els camps magnètics i es donaran per separat per als dos casos de màquines sincròniques i d'inducció.



El que és més comú a totes les màquines giratòries és que el nombre de pols d'estator i rotor ha de ser idèntic. A més, el nombre de pols ha de ser uniforme, ja que per a cada pol nord hi ha d'haver un pol sud.
Una característica important en una màquina elèctrica és la capacitat de generar un parell de torsió electromagnètic constant.
Amb una màquina de parell constant, es poden evitar pulsacions de parell que podrien conduir a la vibració mecànica no desitjada en el propi motor i en altres components mecànics connectats al motor (per exemple, càrregues mecàniques, com ara clavegueres o transmissions per corretja). Un parell constant no sempre es pot aconseguir, encara que es mostra que és possible per aconseguir aquest objectiu quan els corrents d'excitació són multifase.
Una regla general referent a això, és que és desitjable, en la mesura del possible, per produir un flux constant per pol.



Font: Electrical Engineering