Metodología para el cálculo de armónicos de fuerza magnetomotriz y su relación con las componentes de secuencia de la Fem de ranura

Calculation methodology of the harmonic magnetomotive force and its relationship with the sequence components slot fem

En este artículo se propone un nuevo método para el cálculo del espectro armónico relativo de fuerza magnetomotriz por fase, basado en la generalización del cálculo de los factores de distribución del devanado e incluyendo la matriz F de Fourier y la matriz C de representación espacial del devanado en los cálculos. En la metodología propuesta, los factores de distribución del devanado se calculan considerando todos los polos de la máquina y no solo para un par de polos, como se muestra en algunos libros de texto. Adicionalmente, en este artículo se analizaron los devanados en régimen desequilibrado a través del cálculo de las componentes de secuencia de la fuerza electromotriz de ranura en vacío, y dichas componentes se relacionaron con el espectro armónico de fuerza magnetomotriz por fase en régimen simétrico. Los métodos de cálculo fueron implementados y validados en una aplicación Java. De los resultados se obtuvo un método para calcular el espectro armónico de fuerza magnetomotriz por fase aplicable a devanados de cualquier distribución espacial, así como una metodología para representar un sistema asimétrico de m fases, por medio de las componentes de secuencia de la estrella de fuerza electromotriz de ranura en vacío.

1. INTRODUCCIÓN

El espectro armónico de fuerza magnetomotriz Fmm generado por el devanado del estátor de máquinas de corriente alterna depende de la simetría del campo magnético dada por la distribución espacial de las bobinas en el estátor. De esta forma, cada máquina con Z ranuras, 2p polos y m fases crea un campo de Fmm definido. A su vez, la amplitud de cada una de las componentes armónicas depende del factor de distribución Kdis, del factor de acortamiento Kred, del número de espiras w, de los pares de polos p y de la magnitud de la corriente I que circula por el devanado.

El factor de distribución Kdis se define como la relación de la suma geométrica de la fuerza electromotriz Fem de un devanado repartido a la Fem, de un devanado concentrado con un mismo número de espiras. En devanado con un número entero de bobinas por polo y fase q la periodicidad del devanado corresponde a un par de polos, o lo que es lo mismo, la distribución de las bobinas en el estátor se repite idénticamente cada par de polos. De esta forma, bastaría con aplicar la definición anterior solamente para un par de polos que daría como resultado la ecuación (4), tal como se aplica en Liang y Luy (2006), Chen y Zhu (2010), y Grop, et al. (2008). Para devanados con un número q fraccionario, la periodicidad del devanado puede ser diferente a un par de polos; por consiguiente, el método de cálculo anterior no puede ser aplicado directamente en el cálculo del espectro armónico de Fmm.