Campuri magnetice invartitoare.

Cu ajutorul unui sistem trifazat simetric de curenti se pot produce campuri magnetice invartitoare: cu vector-camp invartitor sau cu repartitie spatiala invartitoare.

Camp magnetic cu vector-camp invartitor. Fie trei spire identice, ale caror plane formeaza unghiuri de intre ele (fig. 3.5.4). Daca sunt curentii din cele trei spire, inductiile magnetice ale fiecareia dintre ele sunt proportionale cu intensitatea curentului care le produce.

Fig. 3.5.4

Putem scrie:

(3.5.16)

Acesti curenti determina fiecare cate o inductie magnetica cu valorile momentane:

(3.5.17)

ale caror sensuri se determina in concordanta cu regula burghiului drept. Componentele inductiei rezultante sunt:

Inductia rezultanta este:

. (3.5.18)

Deci vectorul B care are proiectiile si are modulul constant in timp si se roteste in spatiu, in sens direct, cu viteza unghiulara w egala cu pulsatia curentilor trifazati.

Camp magnetic radial cu repartitie spatiala invartitoare. In masinile electrice, conductoarele infasurarilor de curent alternativ sunt dispuse in crestaturile longitudinale practicate in fetele dinspre intrefier ale statorului si rotorului. Conductoarele unei aceleasi faze sunt strabatute toate de acelasi curent si daca se parcurge intrefierul, ocolind rotorul intr-un plan transversal (fig. 3.5.5) se intalnesc (pentru o aceeasi faza) grupuri de conductoare 'de ducere', dispuse in crestaturi alaturate si grupuri de conductoare 'de intoarcere' care impreuna cu primele asigura constituirea spirelor infasurarii. In figura se prezinta o sectiune transversala printr-o masina electrica trifazata cu 36 crestaturi cu 2p poli si 3 crestaturi pe pol si faza.

Pe intreaga periferie a masinii, aceasta alternare a unor conductoare de ducere si de intoarcere (pe aceeasi faza) se poate intalni de p ori, p fiind numarul de perechi de poli ai infasurarii.

Fig. 3.5.5

Daca infasurarea unei faze este strabatuta de curentul respectiv, se produce un camp magnetic cu linii inchise prin miezul magnetic al statorului, prin miezul magnetic al rotorului si prin intrefier. Aceste linii inlantuie, dupa regula burghiului drept, grupurile de conductoare de ducere, respectiv de intoarcere. In figura 3.5.5 sunt reprezentate liniile campului de inductie magnetica produs de curentul al fazei 1. Datorita permeabilitatii foarte mari a fierului din care se realizeaza miezul magnetic, liniile de camp din intrefier sunt practic perpendiculare pe fata acestuia, adica sunt radiale.

Variatia acestui camp radial in lungul intrefierului - in functie de unghiul din planul transversal - este periodica, cu perioada unghiulara . Maximele acestei variatii corespund polilor nord (N) ai rotorului, iar minimele polilor sud (S), distanta dintre doi poli succesivi fiind pasul polar unghiular .

Conductoarele infasurarii fazei a doua, respectiv a treia sunt dispuse analog celor ale fazei intai, cu acelasi decalaj spatial (unghiular) egal cu , in sens orar.

Determinarea repartitiei spatiale a campului in lungul intrefierului de grosime se face observand ca ori de cate ori se intalneste un conductor parcurs de un curent i (fig. 3.5.6) intensitatea campului magnetic are o crestere cu valoarea absoluta dedusa din aplicarea teoremei Amp re:

si cu sensul dedus dupa regula burghiului drept. Cresterea corespunzatoare a inductiei magnetice din intrefier este:

. (3.5.19)

Fig. 3.5.6 Fig. 3.5.7

Curba care indica repartitia spatiala a inductiei magnetice in intrefier se obtine pornind de la axa neutra intr-un sens ales pentru variabila unghiulara si adaugand cresterea, ori de cate ori, se trece prin dreptul unui conductor de curent i (fig. 3.5.7). Intr-o prima aproximatie, aceasta repartitie spatiala periodica poate fi reprezentata printr-o sinusoida de aceeasi perioada. In acest caz rezulta:

(3.5.20)

unde este inductia produsa de curentul din spira

(3.5.21)

si deci

(3.5.22)

iar a este unghiul spatial.

Inductia B este pulsatorie si are valoarea dedusa din (3.5.20):

(3.5.23)

Suma inductiilor (3.5.21) reprezinta inductia pulsatorie rezultata din masina electrica trifazata la momentul t si la unghiul a, masurat din originea corespunzatoare fazei 1:

. (3.5.24)

Inductia magnetica rezultanta nu mai reprezinta o unda stationara, ci o unda progresiva. Repartitia spatiala sinusoidala

are o faza initiala functie liniara crescatoare de timp, care se deplaseaza la periferia masinii, in lungul intrefierului, cu o viteza unghiulara de rotatie constanta. Aceasta este viteza unui sistem de referinta mobil, in raport cu care inductia din intrefier apare ca o repartitie spatiala invariabila

Prin diferentiere rezulta viteza unghiulara de rotatie

(3.5.25)

respectiv turatia

(3.5.26)

numita turatie de sincronism. Expresia (3.5.22) reprezinta deci un camp de vectori radial cu repartitia spatiala invartitoare. Un asemenea camp magnetic se poate produce de infasurarea trifazata cu 2p poli a unei masini, adica de un sistem de trei infasurari decalate in spatiu cu un unghi de cate si parcurse de curenti defazati in timp cu .

Daca un astfel de camp invartitor e produs de stator si 'matura', in deplasarea lui, conductoarele unei infasurari trifazate, fixate pe rotor, in aceasta infasurare rotorica se induc curenti si asupra ei se exercita forte care antreneaza rotorul in sensul de rotatie al campului rotitor.

Viteza de rotatie W a rotorului este intotdeauna diferita de viteza W a campului invartitor, deoarece numai astfel exista o deplasare relativa a campului invartitor fata de rotor si se produce fenomenul de inductie electromagnetica (daca W W , campul ar fi invariabil in raport cu rotorul).

Acesta este, in forma cea mai simplificata, principiul de functionare al motorului asincron. Viteza de rotatie a campului magnetic rotitor, in rotatii pe minut la frecventa industriala (f = 50Hz) este:

unde p = 1, 2, , deci turatiile sincrone ale masinilor electrice de c.a. pot fi 3.000, 1.500, 1.000, rot/min.