Maquinas Eléctricas-Chapman-5ta-edición

132 CAPÍTULO 3 Principios básicos de las máquinas de corriente alterna (ca)
Cuando ejecute este programa, dibuje las líneas correspondientes a los tres campos magnéticos así como
también la línea correspondiente al campo magnético neto. Ejecute este programa y observe el comportamiento
de B net .
3.3 FUERZA MAGNETOMOTRIZ Y DISTRIBUCIÓN
DE FLUJO EN MÁQUINAS DE CA
a)
En la sección 3.2 se estudió el flujo producido dentro de una máquina de ca como si estuviera en
espacio libre. Se asumió que la dirección de la densidad del flujo producido por una bobina de alambre
era perpendicular al plano de la bobina, y la dirección del flujo se obtenía por medio de la regla
de la mano derecha.
El fl ujo en una máquina real no se comporta de manera tan sencilla como se supuso anteriormente,
debido a que hay un rotor ferromagnético en el centro de la máquina con un pequeño entrehierro
entre el rotor y el estator. El rotor puede ser cilíndrico, como el que se muestra en la figura
3-l2a), o puede tener caras polares proyectadas hacia afuera de su superficie, como se observa en la
figura 3-12b). Si el rotor es cilíndrico, entonces se dice que la máquina es de polos no salientes; si el
rotor tiene caras de polos proyectadas hacia fuera de su superficie, se dice que la máquina es de polos
salientes. Las máquinas con rotores cilíndricos o polos no salientes son más fáciles de entender
y analizar que las máquinas de polos salientes. En este texto el análisis se limitará a las máquinas
con rotores cilíndricos. Las máquinas de polos salientes se estudiarán brevemente en el apéndice C
y de manera más extensa en las referencias 1 y 2.
Respecto de la máquina de rotor cilíndrico de la figura 3-12a), la reluctancia del
entrehierro en esta máquina es mucho más alta que las reluctancias en el rotor y en el
estator, por lo que el vector de densidad de fl ujo B toma el camino más corto a través del
entrehierro y salta perpendicularmente entre el rotor y el estator.
Para producir un voltaje senoidal en una máquina como ésta, la magnitud del vector
de densidad de fl ujo B debe variar de manera senoidal a lo largo de la superficie del entrehierro.
La densidad de flujo varía senoidalmente sólo si la intensidad de magnetización
H (y la fuerza magnetomotriz F) varía de manera senoidal a lo largo de la superficie del
entrehierro (véase la figura 3-13).
El método más sencillo de obtener una variación senoidal de la fuerza magnetomotriz
a lo largo de la superficie del entrehierro consiste en distribuir las vueltas del devanado
que produce la fuerza magnetomotriz en ranuras espaciadas muy cercanas alrededor de
la superficie de la máquina y variar el número de conductores en cada ranura de manera
senoidal. La figura 3-l4a) muestra tal devanado y la figura 3-14b) la fuerza magnetomotriz
resultante del devanado. El número de conductores en cada ranura se obtiene con la
ecuación
n C 5 N C cos a (3-36)
donde N C es el número de conductores en un ángulo de 0°. Como se muestra en la figura
3-14b), esta distribución de conductores produce una aproximación muy cercana a una
distribución senoidal de fuerza magnetomotriz. Además, cuantas más ranuras haya alrededor
de la superficie de la máquina y mientras más cerca estén las unas de las otras, más
cercana será la aproximación que se obtenga.
En la práctica no es posible distribuir los devanados exactamente como lo dicta la
b)
ecuación (3-36), debido a que hay un número finito de ranuras en una máquina real y a
que sólo se pueden incluir números enteros de conductores en cada ranura. La distribución
de fuerza magnetomotriz resultante es aproximadamente senoidal y estarán pre-
FIGURA 3-12 a) Máquina de ca con
rotor cilíndrico o de polos no salientes.
b) Máquina de ca con rotor de polos sentes componentes de armónicas de orden superior. Como se explica en el apéndice
salientes.
B.1, se utilizan los devanados de paso fraccionado para suprimir estos componentes de
armónicas no deseados.
Además, a menudo conviene que el diseñador de la máquina incluya un número igual de conductores
en cada ranura en lugar de variar el número de acuerdo con la ecuación (3-36). En el apén-