Los devanados toman corriente eléctrica y crean un campo magnético rotativo a partir de ella. Este campo magnético rotativo es el responsable de la rotación del motor.
Tal vez te preguntes cómo este campo magnético rota incluso cuando los devanados están estacionarios. Vamos a revelar su funcionamiento.
Diseño del devanado
El diseño del devanado no es tan evidente. Los ingenieros llegaron a este diseño a través de años de esfuerzo, con iteraciones de diseño, análisis y utilizando los fundamentos de la ingeniería eléctrica. Así que empecemos con los fundamentos y llegaremos a este diseño al final de este artículo.
Características de un buen campo magnético rotativo
Antes de comenzar con el diseño del devanado, primero debemos entender las características de un buen campo magnético rotativo. Un campo magnético rotativo debe tener una forma suave, no debe distorsionarse durante su rotación y las líneas de flujo central deben ser perfectamente radiales.
El viaje del diseño
Comencemos el viaje de diseño para lograr este campo magnético rotativo perfecto utilizando una bobina simple. Cuando pasa una corriente alterna a través de una bobina, el flujo magnético fluctuará. Ahora, agreguemos dos bobinas más, que estén separadas por 120 grados. Aquí, cada bobina produce su propio campo magnético que fluctúa en naturaleza. Cuando combinamos estos campos magnéticos, obtenemos el campo magnético combinado como se muestra. Sin embargo, este diseño es un fracaso, el campo magnético no rota.
Aquí es donde entra en escena uno de los pioneros de la ingeniería eléctrica, Nikola Tesla. Observó este comportamiento decepcionante de la fluctuación de los campos magnéticos. Esta fluctuación de campo ocurre porque los tres campos tienen su máximo o mínimo al mismo tiempo.
Mientras paseaba por un parque, reflexionando sobre ideas para crear campos magnéticos rotativos, se preguntó qué sucedería si mantiene los valores máximos de estos tres campos en diferentes momentos. Entonces no habría un momento en el que las tres corrientes sean cero o máximas al mismo tiempo. Eventualmente, el campo resultante no se volverá cero en ningún momento. En resumen, puede evitar el comportamiento fluctuante utilizando el concepto de desplazamiento de fase de Nikola Tesla.
Ahora, desarrollemos un devanado que pueda generar un campo magnético rotativo en cierto instante de tiempo. El resultado de estos campos magnéticos individuales es el que se muestra. Guardemos esta posición para referencia futura.
Aumento en el número de conductores
Ahora, si comparamos estas tres instancias, verás que es como un campo magnético de fuerza uniforme que rota. Este diseño de devanado es un diseño de 6 ranuras y genera un campo magnético rotativo de dos polos. Sin embargo, esto lo logramos usando una sola vuelta para el devanado. En la industria, utilizan cientos de vueltas de cables delgados. Esto, obviamente, aumentará la fuerza del flujo magnético. Cada una de estas vueltas está aislada de las otras con la ayuda de un barniz líquido. Sin embargo, la historia no termina aquí para el diseño del devanado.
Estos devanados son generalmente soportados dentro de una estructura de hierro que también lleva las líneas de flujo magnético. Para verificar la calidad del campo magnético rotativo, debemos confiar en los resultados FEA producidos con la ayuda del software em Works 2D de SolidWorks. Puedes ver que este campo magnético rotativo tiene dos polos, pero las líneas de flujo central no son radiales al rotor. También puedes ver que durante la rotación del campo magnético rotativo, la forma no es consistente. Esta falta de uniformidad se debe a la gran brecha entre los conductores adyacentes.
Aumento en el número de conductores adyacentes
Para lograr la primera característica, una forma más uniforme durante la rotación, debemos aumentar el número de conductores adyacentes entre sí. Hagámoslo 12 esta vez. El devanado de este diseño de 12 ranuras se realiza mediante la conexión de una bobina adicional en serie con cada bobina de fase. Observa la dirección de la corriente. Esta conexión directa no producirá un campo magnético de dos polos.
Superpongamos este par de bobinas y obtendrás un campo de dos polos perfecto. Realicemos esta misma operación para las otras dos fases. Si combinamos las tres bobinas alrededor de un círculo, los lados izquierdos de estas bobinas llevan corriente en una dirección y los lados derechos llevan corriente en otra dirección. Esto proporciona el campo magnético resultante como se muestra aquí. Este hermoso devanado produce un campo magnético rotativo de dos polos con una forma y uniformidad mejoradas.
Curiosamente, haciendo algunas modificaciones adicionales en este devanado, podemos obtener un campo magnético rotativo de 4 polos. Si quitamos la superposición que hicimos anteriormente en las bobinas, obtendremos fácilmente el campo magnético rotativo de 4 polos. Aquí, cada conductor de la fase R crea polos individuales. Por lo tanto, las tres fases combinadas crean un campo magnético rotativo de cuatro polos.
Coloquemos este diseño también en un núcleo circular. Además de la diferencia en el número de polos, ¿puedes predecir alguna otra diferencia en estos campos magnéticos rotativos? La velocidad a la que ambos campos magnéticos rotan es diferente. Esto se debe a que el polo final de un campo magnético de dos polos alcanza los 180 grados después de medio ciclo de onda sinusoidal de corriente.
Sin embargo, en el devanado de cuatro polos, el polo final alcanza solo los 90 grados. Por lo tanto, el campo magnético de dos polos tiene el doble de velocidad que el de cuatro polos. En última instancia, el devanado de dos polos proporciona una velocidad mayor pero menor par, y lo contrario ocurre con el devanado de cuatro polos. A medida que aumentamos el número de polos, la relación entre la velocidad y el par se mantiene igual.
Devanados más complejos
Para obtener una experiencia aún mejor y más suave del campo magnético rotativo, se prefiere un devanado de 24 ranuras. Estas ranuras están más cerca y se colocan uniformemente sobre la periferia del estator. Así puedes ver el campo magnético rotativo y cómo rota uniformemente, manteniendo una fuerza constante a lo largo de su rotación.
De aquí llegamos a la conclusión de que al aumentar el número de ranuras, obtenemos un campo magnético rotativo más uniforme y de fuerza constante. Esto es la belleza de los devanados. Aquí puedes ver devanados más complejos enrollados en el estator. Estos tipos de devanados se seleccionan según las aplicaciones en las que deseas usar el motor.
En las fábricas, se enrollan estos bobinados en un tambor a la vez. Se enrollan de dos a tres conjuntos en cada lado. Este tambor cargado con grupos de bobinas se inserta en el núcleo del estator mediante presión hidráulica. Luego viene la intervención humana para hacer conexiones precisas entre estos bobinados. Posteriormente, los bobinados se prueban y se envían para operar en la mezcladora, licuadora, lavadora o compresor de aire. Esperamos que hayas disfrutado de este contenido. Nos vemos la próxima vez. ¡Gracias!
