MOTORS ELÈCTRICS TRIFÀSICS
Per raons tant de generació (gràcies a la simplificació constructiva i de manteniment dels alternadors en front de les dinamos) com sobre tot per raons de distribució (gràcies a la facilitat de transformar els factors de tensió i intensitat en el corrent altern), l'ús general del corrent elèctric és en forma de corrent altern, i més concretament, corrent altern sinusoidal.
Encara que en sistemes domèstics i de poca potència, el corrent altern monofàsic és perfectament operatiu, tant la producció com el consum de grans potències es fa en forma de corrent altern trifàsic, format per un conjunt de tres corrents alterns sinusoidals, desfasats 120 º entre ells.
D'aquesta manera, no solament s'aconsegueix triplicar la capacitat de transmissió d'una línia elèctrica (ja que augmenten el nombre de conductors elèctrics) sinò que també es poden obtenir valors de tensions entre dues de les tres fases, 1.73 vegades majors a la tensió de cada línia independentment, respecte a un conductor neutre, connectat teòricament a potencial 0. (realment arrel de 3, en lloc de 1.73)
Si el sistema trifàsic aconseguit d'aquesta manera (que d'ara endavant representarem pels valors de tensió el'ectrica Vfases/Vfase-neutre, com p.ex. 380/220 V) el connectam a l'estator d'un motor elèctric format per tres bobinats, col·locats a 120º un de l'altre, de manera que alimentam cada bobina amb la fase que li correspon a la seva posició.
podem estudiar quin efecte magnètic es produeix a l'espai central, degut a la influència de cada una de les bobines.
Per això ens fixarem en els valors que té la tensió de cada fase, en diferents moments. Si ens centram en una linia a 50 Hz, els graus corresponents a la funció sinusoidal que defineix la tensió venen donats per
graus = (t segons/0.02)* 360
Comencem per 0 graus (0 segons, per tant)
En aquest moment, el valor de la tensió a la fase R es 0 V.
Encara que amb un cert retràs (segons el factor de potència que presenti el motor), la intensitat que circularà per la bobina "R" serà proporcional a la tensió. I a la seva volta, el camp magnètic induit per aquesta bobina serà "aproximadament proporcional" (depenent del material del "circuit magnètic" de l'estator del motor) a la Intensitat.
Per simplificar l'estudi, suposarem que no hi ha desfassament entre la tensió i la Intensitat (en qualsevol cas, el desfassament serà el mateix en les tres bobines). En el moment 0 doncs, en la fase R, el camp generat per la bobina R també serà 0.(ho representam per un punt)
La tensió a la fase S és aproximadament de -85% del valor màxim, com es pot veure en el gràfic.
Per la qual cosa el camp magnètic induit en aquest moment (t = 0 segons, a = 0 º) per la bobina S serà aproximadament del 85% del valor màxim, però en sentit contrari. (el camp "positiu" va des del costat on hi ha el nom de la fase cap a l'altre part del bobinat).
Per poder visualitzar millor la magnitud del camp B hem dibuixat dos cercles concèntrics que representen el 50 % i el 100% del camp màxim, respectivament
Dibuixam el vector del camp induit per la fase S amb el valor i sentit indicats
A la fase T, mentres tant, la tensió val el 85 % del valor màxim, però positiu aquesta volta
i el camp magnètic serà de 85% del màxim, i en sentit positiu.
Tenint ja els tres valors del camp magnètic induit (un d'ells de valor 0 en aquest moment), hem de sumar-los. Donat que el camp magnètic és una magnitud vectorial, s'ha de fer la suma vectorial
fàcil de calcular gràficament fent paral·leles a cada vector des de la punta de l'altre (equivalent a col·locar un d'ells a continuació de l'anterior)
Amb la qual cosa obtenim el camp magnètic resultant (que representam en color negre)
Com es veu, en el moment t = 0, el vector del camp magnètic resultant és horitzontal (en aquest dibuix) i de magnitud superior a qualsevol dels camps independents de cada fase.
Estudiem ara un instant més tard, concretament t = 1.6 mil·lèssimes de segon ( que correspon a 30º de la funció sinusoidal)
En aquest moment la tensió a la fase R val el 50% del valor màxim
en conseqüencia (amb l'aproximació feta abans) el camp valdrà el 50 % del valor màxim, en sentit positiu.
La fase S, per la seva part, presenta una tensió negativa igual al valor màxim
per la qual cosa també serà màxim el camp, però de sentit contrari.
La fase T, en aquest mateix moment, té tambe el 50% de la tensió, també positiu, com la fase R.
i el camp induït per la bobina connectada a aquesta fase també serà del 50 % positiu.
Per trobar la resultant, podem fer-ho com abans, començant per dos dels vectors
trobam la resultant dels camps R i S.
i aquesta primera resultant la sumam gràficament al camp induit per la bobina T,
amb la qual cosa podem disposar de la resultant total de les tres bobines.
Com s'observa, aquest vector resultant està situat uns 30º més avall (girant en sentit horari) i amb el mateix mòdul (magnitut) que abans.
Seguim estudiant un instant després (t = 3.3 ms, corresponent a 60 º)
Les tensions en aquest instant són les indicades en el gràfic.
i els camps magnètics de cada bobina són els següents (T = 0)
Igualment cercam la resultant i obtenim
un vector del mateix mòdul que abans, que ha girat 30 º més des del punt anterior, en el mateix sentit de gir.
Podem seguir en altres punts, com per exemple a 5 ms del començament (90 º)
I observant les tensions
i els camps induits
veure que la resultant manté la seva magnitud i segueix girant els mateixos graus que avançam en la sinusoide.
Repetint el procediment en altres punts, fins a completar el cicle (20 ms = 360º), obtindriem el següent efecte
De fet, en realitat el camp giraria unes 30 vegades més ràpid.
En resum, degut a l'efecte combinat dels camps magnètics dels bobinats trifàsics de l'estator del motor, s'indueix a l'espai central un camp magnètic giratori, de velocitat angular igual a la pulsació del corrent altern (50 Hz = 50 voltes/seg = 3000 rev/min). A aquesta velocitat se l'anomena velocitat de sincronisme.
Si en lloc de tenir un conjunt de tres bobinats (un per cada fase, cosa que es coneix com un parell de pols) tenguessim 6 bobinats (dos per fase, es a dir, dos parells de pols), la velocitat de sincronisme es reduiria a la meitat (1500 rev/min en les nostres xarxes elèctriques) encara que la magnitud del camp magnètic augmentaria gairebé el doble).
En general, tenint "p" parells de pols, la velocitat de sincronisme, n1 (en rev/min), vendrà donada per
n1=(f·60)/p ,
on f és la freqüencia del corrent en Hz.
Si intercanviam la connexió de dos dels tres conjunts de bobines (per exemple, la fase S i la T)
l'efecte seria el resultat de que els camps induits per aquestes fases s'intercanviarien
i en conseqüencia, el camp resultant induït giraria en sentit contrari.
