La longitud del espacio de aire es inversamente proporcional al factor de potencia y, por lo tanto, resulta en un factor de potencia de operación deficiente de una máquina eléctrica. Una mayor longitud del espacio de aire significa una mayor resistencia al flujo magnético que causa aumentos indeseables en la corriente de magnetización y la pérdida eléctrica asociada. ¿Por qué eso no significa que la longitud del espacio de aire se minimice en todos los tipos de máquinas eléctricas?
la longitud del espacio de aire es inversamente proporcional al factor de potencia
La declaración es verdadera solo para máquinas de inducción (asíncronas). La corriente reactiva solo se requiere en la armadura para magnetizar el campo. En máquinas síncronas de imán permanente, no se requiere una corriente de magnetización externa. En las máquinas síncronas de campo de herida, tanta excitación de campo de CC como se desea es suministrada por un sistema de excitación separado. Para un generador síncrono, el requerimiento de corriente reactiva retrasada de la carga se puede suministrar aumentando la excitación. Para un motor síncrono, la excitación de CC se puede ajustar para mantener la CA suministrada al motor a 1.0 pf. El motor también puede estar "sobre excitado" para suministrar corriente reactiva a otras cargas.
Las máquinas de inducción están diseñadas con el espacio de aire más pequeño que la construcción mecánica permitirá. Las consideraciones mecánicas requieren que el espacio de aire sea directamente proporcional al diámetro del rotor. Las máquinas síncronas pueden tener un espacio de aire más grande que las máquinas de inducción y los datos empíricos indican que sí. Eso podría ser conveniente para el enfriamiento o para hacer que la máquina sea más "resistente".
Fuente: John. H. Kuhlmann, Diseño de Aparatos Eléctricos , 1940
En las máquinas en las que la corriente de magnetización se toma de la red de suministro, la longitud del espacio de aire se dimensiona para producir una corriente de magnetización mínima y, por otro lado, una eficiencia óptima. En principio, un pequeño espacio de aire proporciona una corriente de magnetización baja, mientras que las pérdidas de corrientes de Foucault del rotor y la superficie del estator aumentan debido a la permeabilidad de los armónicos creados por las ranuras abiertas o semicerradas. Un pequeño espacio de aire también aumenta las pérdidas superficiales en el rotor causadas por los armónicos de enlace actuales del estator. Aunque el espacio de aire es de gran importancia, no se ha resuelto ningún óptimo teórico para su longitud, pero en su lugar se emplean ecuaciones empíricas en la definición de la longitud del espacio de aire ... En máquinas de corriente continua y síncronas, el espacio de aire se define básicamente por la reacción de armadura permitida. Tenemos que asegurarnos de que la reacción de la armadura (flujo causado por el enlace actual de la armadura) no reduzca la densidad de flujo excesivamente en un lado de un polo magnético.
Fuente: Juha Pyrhonen, Tapani Jokinen, Valeria Hrabovcova, Diseño de máquinas eléctricas rotativas 1ª edición 2008
Lea otras preguntas en las etiquetas electric-machine