Concepto de campo magnético giratorio

El campo magnético giratorio es un campo magnético que gira en el espacio alrededor de algún punto o eje. Los polos norte y sur giran continuamente con una velocidad específica, llamada velocidad sincrónica. Todas las máquinas eléctricas polifásicas están asociadas con un campo magnético giratorio en el entrehierro. Por lo tanto, la comprensión del campo magnético giratorio producido por el devanado polifásico es muy importante para analizar y comprender el principio y el funcionamiento de la máquina eléctrica, a saber. Máquina Síncrona y Máquina de Inducción.

Condición para la generación de campo magnético giratorio

Cuando una corriente polifásica balanceada fluye en el devanado polifásico balanceado, se produce un campo magnético giratorio. La condición necesaria para la generación de un campo magnético giratorio es que “el desplazamiento del ángulo de tiempo entre las corrientes y el desplazamiento del ángulo de espacio entre los ejes de bobinado debe ser igual.”

Consideremos un ejemplo para una mejor comprensión de la condición mencionada anteriormente. En la siguiente figura, tres bobinas a, b y c con sus ejes magnéticos coincidentes son excitadas por una corriente balanceada trifásica Imsinωt, Imsin(ωt-120°) e Imsin(ωt+120°).

condición para la generación de campo magnético giratorio

En este caso, el desplazamiento del ángulo de tiempo entre las corrientes es de 120 grados, pero el desplazamiento del ángulo de espacio entre los ejes de bobinado es cero. Por lo tanto, no se producirá un campo magnético giratorio.

¿Cómo se produce el campo magnético giratorio?

En una máquina trifásica, los tres devanados se desplazan entre sí 120 grados a lo largo de la periferia del entrehierro. A continuación se muestra una máquina trifásica típica de 2 polos con tres devanados a, b y c.

Cómo se produce el campo magnético giratorio-1

Los devanados trifásicos a, b y c están representados por tres bobinas de paso completo aa’, bb’ y cc’ en la figura anterior. La bobina concentrada de tono completo aa’, bb’ y cc’ representa las fases R, Y y B respectivamente. Una corriente en el devanado de fase ‘a’ produce un campo magnético dirigido a lo largo del eje magnético de la bobina aa’. De manera similar, la corriente en los devanados de fase ‘b’ y ‘c’ produce una corriente magnética dirigida a lo largo del eje magnético de la bobina bb’ y cc’, respectivamente.

Supongamos que una corriente sinusoidal trifásica fluye en los tres devanados ‘a’, ‘b’ y ‘c’ como se muestra en la figura a continuación.

Explicación del campo magnético giratorio

En el instante 1, la corriente en la fase ‘a’ es positiva mientras que en las fases ‘b’ y ‘c’ es negativa. El valor de la corriente en la fase ‘a’ es Im mientras que en las otras dos fases es –Im/2. En esta condición, el campo magnético resultante se dirigirá a lo largo del eje magnético de la bobina aa’ cuando la corriente en la fase ‘a’ sea máxima. Este campo magnético crea dos polos en el estator de la máquina. Esto se muestra en la figura a continuación.

Cómo se produce el campo magnético giratorio-2

En el instante 2, las corrientes en las tres fases son Im/2, Im/2 e –Im. Por lo tanto, la corriente máxima fluye en la fase ‘c’ y es negativa. Por tanto, el campo magnético resultante en este instante de tiempo estará dirigido a lo largo del negativo del eje magnético de la bobina cc’. Esto se muestra en la figura a continuación.

Cómo se produce el campo magnético giratorio

En el instante 3, las corrientes en las tres fases ‘a’, ‘b’ y ‘c’ son –Im/2, Im e –Im/2 respectivamente. Por lo tanto, la corriente máxima fluye en la fase ‘b’ y, por lo tanto, la corriente magnética resultante se dirigirá a lo largo del eje magnético de la bobina bb’. Esto se muestra en la figura a continuación.

Cómo se produce el campo magnético giratorio-3

De los tres casos anteriores, se puede ver fácilmente que los polos magnéticos creados giran en el espacio con un cambio en la corriente de fase. La dirección de rotación del campo magnético giratorio está determinada por la secuencia de fase de la corriente trifásica. En nuestro ejemplo, la secuencia trifásica es abc y, por lo tanto, el campo magnético gira en el sentido de las agujas del reloj. Si la secuencia de fases se cambia a acb, el campo magnético girará en sentido contrario a las agujas del reloj.

También queda claro de la discusión anterior que la distancia recorrida por el campo magnético giratorio es igual al paso de dos polos o 4π radianes en el espacio en un ciclo de corriente. Esto se debe a que los polos generados se alinean en la posición inicial después de un período de corriente de fase.

Por lo tanto, para una máquina de polo P, la distancia recorrida por el campo en un período de tiempo T de corriente será igual a un paso de polo = (4π / P) radianes. Por lo tanto, la velocidad Ns del campo magnético giratorio se da como

Ns = (4π / PT) radianes/seg.

Pero T = 1/f, donde f es la frecuencia de corriente de fase o suministro

Ns = (4πf / P) radianes/seg.

Sabemos que 1 revolución = 2π radianes,

Por lo tanto, la velocidad del campo magnético giratorio Ns = 2f/P revolución/seg.

= (120f/P) rpm

Por lo tanto, el campo magnético giratorio gira con una velocidad de (120f/P) rpm para una máquina de polos P. Esta velocidad se llama velocidad síncrona.

Espero que el concepto de campo magnético giratorio y su producción en máquinas eléctricas trifásicas como el motor de inducción sea claro. Si tienes alguna duda, por favor escribe en la caja de comentarios.

Magnitud del campo magnético giratorio

La magnitud del campo magnético giratorio se da en términos de mmf máxima de cualquier fase cuando la corriente en esa fase es máxima. Deje que este mmf máximo sea Fm. En general, las corrientes de fase m que fluyen en el devanado de fase m dan como resultado una onda mmf giratoria de amplitud constante igual a (m/2)Fm.

Por lo tanto, para una máquina trifásica, la magnitud de la onda mmf giratoria FR se da como

FR = (3/2)Fm

Pero Fm = (4√2/π)(kwNphI)/P ATs/polo, donde kw es el factor de devanado, Nph es el número de vueltas en serie por fase e I es la corriente.

Por lo tanto, FR = (2.7kwNphI) / P ATs/polo

Puntos importantes para recordar

La fmm resultante producida por corrientes trifásicas que fluyen en devanados trifásicos consta de los siguientes componentes:

  • Onda mmf fundamental de amplitud constante que gira en el entrehierro con velocidad síncrona.
  • Triplen armónicos a saber. 3, 9, 15, etc. están ausentes en la onda mmf giratoria resultante en el entrehierro.
  • La onda mmf del quinto armónico se distribuye sinusoidalmente en el espacio con una amplitud constante de una quinta parte de la del componente fundamental, es decir (FR/5). Este componente gira en una dirección opuesta a la del componente fundamental a una velocidad de un quinto de la velocidad síncrona fundamental.
  • La onda mmf del séptimo armónico se distribuye sinusoidalmente en el espacio con una amplitud constante de una séptima parte de la del componente fundamental, es decir (FR/7). Este componente gira en la dirección del componente fundamental a una velocidad de una séptima parte de la velocidad síncrona fundamental.

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