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MC-C1 · Campo magnético giratorio

Corriente trifásica y el campo magnético giratorio

Una máquina de inducción hace girar un campo magnético sin piezas móviles. Precisa por tu cuenta cómo unas corrientes trifásicas desfasadas en el tiempo y unos devanados trifásicos separados en el espacio forman un solo campo magnético giratorio, y qué propiedades tiene el campo resultante.

¿En qué suman tres campos pulsantes?

Por tres devanados separados 120° en el espacio circulan corrientes trifásicas desfasadas 120° en el tiempo, y cada devanado solo hace oscilar el flujo a lo largo de su propio eje. Al mover la fase ωt con el control, los tres vectores de color crecen y se encogen mientras se mueve el vector resultante dorado; cómo cambian el tamaño y la dirección de ese resultante es la pregunta de esta lección.

Fase ωt30°
El control mueve la fase ωt. Tres vectores de color = cada fase (cuando uno crece otro se encoge), dorado = resultante, círculo rayado = tamaño del resultante.
Campo resultante (compruébalo moviendo la fase)
|B| = 1.5 Bm · θ = 30°
Al mover la fase, las tres corrientes de fase cambian sin parar, pero el tamaño del vector resultante se mantiene en 1,5 veces el máximo de una fase y solo su dirección gira de manera uniforme. La prueba es que su punta sigue un círculo perfecto y sin deformar (rayado), y este es un campo magnético giratorio creado sin piezas móviles.

Una sola fase solo pulsa

Cuando circula alterna por un devanado monofásico, el flujo solo oscila a lo largo de un eje, del máximo a 0 y luego al máximo opuesto, sin girar. Es un campo alterno, y puede descomponerse en dos campos giratorios del mismo tamaño que giran en sentidos opuestos. Por eso un motor de inducción monofásico en reposo no tiene motivo para elegir un sentido de giro y necesita un dispositivo de arranque aparte, como un devanado auxiliar con un condensador.

Observab₁ ∝ cos ωt
El flujo monofásico oscila en el tiempo a lo largo de un eje.

Tres juntas hacen rotación

Si por tres devanados separados 120° en el espacio se hacen pasar corrientes trifásicas desfasadas 120° en el tiempo y se suman en cada instante los tres vectores de flujo, el vector resultante tiene siempre un tamaño de 1,5 veces el máximo de una fase y solo gira su dirección. Cuando las corrientes avanzan un paso en el tiempo, el campo resultante gira lo mismo en el espacio, así que la fase temporal de la corriente se convierte en el ángulo espacial del campo. Intercambiar las conexiones de dos fases (cambiar la secuencia de fases) invierte el sentido de giro, y si las tres corrientes de fase tienen tamaños distintos (desequilibrio), la punta traza una elipse en lugar de un círculo y queda una parte oscilante.

Elige|B| = ?
El tamaño del campo resultante trifásico es constante, 1,5 veces el máximo de una fase.

La velocidad de giro es la síncrona

Durante un ciclo de la corriente, en el devanado más sencillo, de 2 polos, el campo giratorio da exactamente una vuelta. Al aumentar el número de polos P, el patrón del campo se hace más apretado, el ángulo girado por ciclo disminuye y la velocidad baja en la misma proporción. En revoluciones por minuto, la velocidad síncrona es Ns = 120f / P [rpm], y los ángulos eléctrico y mecánico se relacionan por θ_e = (P/2) θ_m. A 60 Hz, 2 polos giran a 3600, 4 polos a 1800 y 6 polos a 1200 rpm.

CompletaNs = 120f / ?
La velocidad síncrona la fijan la frecuencia y el número de polos.
Por tu cuentaθe = ?
El ángulo eléctrico es el ángulo mecánico por el número de pares de polos.

De vuelta a la primera pantalla

La suma de los tres flujos oscilantes era un solo campo magnético que gira con tamaño constante. Cada fase solo oscila en su propio eje, pero al sumar tres de ellas desfasadas 120° en el tiempo y separadas 120° en el espacio, las partes oscilantes se anulan y solo queda la parte giratoria, que gira con un tamaño de 1,5 veces el máximo de una fase. Sin una sola pieza móvil, la fase temporal de la corriente se convierte en el ángulo espacial del campo. Su velocidad es la velocidad síncrona Ns = 120f/P, e intercambiar dos fases invierte el sentido. En la próxima lección, este campo giratorio arrastra al rotor y se convierte en el principio de la máquina de inducción.

Campo giratorio: si por devanados trifásicos separados 120° en el espacio se hacen pasar corrientes trifásicas desfasadas 120° en el tiempo, la suma de los tres flujos oscilantes se convierte en un solo campo magnético que gira con un tamaño constante de 1,5 veces. Su velocidad es la velocidad síncrona Ns = 120f / P [rpm], y los ángulos eléctrico y mecánico cumplen θe = (P/2) θm. Intercambiar dos fases (cambiar la secuencia de fases) invierte el sentido de giro.
Con esta rotación en la mano

El campo giratorio es el motor de la máquina de inducción. Si se pone un rotor en este campo giratorio creado por el estator, el rotor gira con él pero nunca llega del todo a la velocidad síncrona; ese retraso es el deslizamiento. Solo con deslizamiento los conductores del rotor cortan flujo, de modo que se induce corriente y aparece par. La próxima lección deduce el principio de la máquina de inducción y el deslizamiento a partir de la diferencia de velocidad entre el campo giratorio y el rotor (MC-C2).