Campos Magnéticos en Máquinas Eléctricas: Entrehierro, Armónicos y Devanados

Campos Magnéticos en Máquinas Eléctricas

Tensión Magnética del Entrehierro

La tensión magnética del entrehierro se define como una magnitud función de la coordenada angular (alfa) y se calcula mediante la siguiente integral a lo ancho del entrehierro.

Armónicos en el Campo Magnético

Un devanado crea un campo magnético en el entrehierro de 4 polos. Si la distribución espacial de este campo magnético se descompone en series de Fourier, el quinto armónico tendrá 20 polos. Esto se calcula con la fórmula: φ_h = h * 2p. Para el quinto armónico (h=5) y 4 polos (p=2), φ₅ = 5 * 4 = 20.

Armónicos de Ranura

Un armónico de la distribución espacial del campo magnético en el entrehierro es un armónico de ranura cuando sus factores de distribución y acortamiento en el bobinado del estator son iguales a los del primer armónico. Por lo tanto, estos armónicos no se reducen al distribuir el devanado ni al acortar sus bobinas.

Estos armónicos de ranura tienen un orden h que cumple la siguiente relación: h = 2 * k * q ± 1 = 2 * Q ± 1.

Teorema de Leblanc

El teorema de Leblanc, referido a la fuerza magnetomotriz (fmm) creada por un devanado monofásico, establece que un devanado monofásico alimentado con corriente alterna monofásica genera una fmm pulsante en el entrehierro (cuyo valor máximo es F_M). Esta fmm pulsante se puede descomponer en dos campos giratorios con la misma amplitud (F_M / 2) y velocidades de giro iguales en magnitud, pero de sentidos opuestos.

Frecuencia de la FEM de Rotación

Sobre un devanado de p pares de polos que gira a una velocidad de n (rpm) actúa el armónico espacial de orden h del campo magnético, el cual gira a una velocidad de n_h. La frecuencia f_h de la fuerza electromotriz (fem) de rotación que este armónico espacial del campo magnético induce sobre una fase del devanado se calcula con la siguiente expresión:

Dispersión en las Cabezas de Diente

Las líneas de campo correspondientes a la dispersión en las cabezas de diente siguen un recorrido que pasa a través del entrehierro sin llegar a atravesarlo completamente (sin pasar de estator a rotor o viceversa). Estas líneas de inducción van de un diente a otro contiguo situado en el mismo órgano (estator o rotor) de la máquina.

Factor de Saturación

El factor de saturación (k_s) de una máquina eléctrica depende de la geometría de la máquina, de las características magnéticas de los materiales con los que está construida y de la saturación de sus elementos ferromagnéticos. Se define como: k_s = F_m / F_om.