FINAL Trabajo de Maquinas Bobinados Eléctricos de Corriente Alterna
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Construcción de Devanados trifásicos Maracaibo, septiembre 2011 Cátedra: Maquinas Eléctricas II Prof.Gerardo Ortigoza Realizado por : Amesty Laura, Bustamante José, Larez Mariamny, Medina Pablo, Morán Lucia , Nava Juan José, Pérez Eduardo
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Construcciónde Devanados trifásicosMaracaibo, septiembre 2011 Cátedra: Maquinas Eléctricas II
Prof.Gerardo Ortigoza
Realizado por : Amesty Laura, Bustamante José, Larez Mariamny, Medina Pablo, Morán Lucia , Nava Juan José, Pérez Eduardo
Construcción de devanados trifásicos
Contenido
INTRODUCCION…………………………………………………………………………….. 2
DESARROLLO TEÓRICO DE BOBINADOS TRIFÁSICOS........................................3
I. BOBINADOS ELÉCTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA.....................................4
A.BOBINADOS CONCÉNTRICOS..........................................................................9
i. CÁLCULO DE LOS BOBINADOS CONCÉNTRICOS.........................................9
B.BOBINADOS EXCÉNTRICOS...........................................................................14
i. BOBINADOS IMBRINCADOS.......................................................................15
ii. BOBINADOS IMBRINCADOS DE UNA CAPA..................................................16
iii. BOBINADOS IMBRINCADOS DE DOS CAPAS...............................................18
C.BOBINADOS ONDULADOS TRIFÁSICOS.......................................................20
i. CALCULOS DE UN BOBINADO ONDULADO ENTERO.................................23
DESARROLLO PRÁCTICO DE BOBINADOS TRIFÁSICOS.....................................27
ANEXOS ………………………………………………………………………………………………………………………35
CONCLUSION…………………………………………………………………………………………………………………….. 42
BIBLIOGRAFÍA.............................................................................................................43
1
Construcción de devanados trifásicos
Las máquinas eléctricas son el resultado de una aplicación inteligente de
los principios del electromagnetismo y en particular de la ley de Faraday.
Las maquinas se caracterizan, por tener circuitos eléctricos y magnéticos
entrelazados. Estas se clasifican en tres tipos fundamentales: generadores,
motores y transformadores.
En términos generales se puede decir que una maquina eléctrica rotativa
(caso motor y generador), se compone de dos partes: la parte fija denominada
estator que tiene forma cilíndrica y la parte giratoria de la maquina el rotor, que
se coloca en la cavidad del estator. Normalmente tanto en el estator como en
rotor existen devanados.
Los devanados de una maquina eléctrica o también llamados bobinados,
reciben sus nombres de acuerdo a la parte de la maquina donde son
ensamblados; el devanado inductor que se ubica en el rotor y el bobinado
inducido que se ubica en el estator. Haciendo referencia a este último se
estudiará en el desarrollo del tema los tipos de bobinados estatóricos que se
plantean en la construcción de motores y generadores. Específicamente es de
interés la comprensión y estudio del funcionamiento de bobinados concéntricos
y excéntricos de corriente alterna. Dentro de los bobinados excéntricos se
encuentran los imbricados (una y dos capas) y ondulados.
Para la ilustración de cada uno de ellos se realiza un desarrollo teórico
que comprende los cálculos de las variables de construcción, luego se
representaran los mismos a través de diagramas circulares y planos. Además
de la respectiva tabla de conexión según sea el caso.
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Introducción
Construcción de devanados trifásicos
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Desarrollo Teórico
de Bobinados
Trifásicos
Construcción de devanados trifásicos
I. BOBINADOS ELÉCTRICOS DE CORRIENTE ALTERNA
Existen dos sistemas distintos para conexionar los lados activos en los
bobinados de corriente alterna, dando lugar a la división de dichos bobinados
en dos grandes grupos:
A. Bobinados Concéntricos
En los cuales los lados activos de una misma fase, situados, frente a
polos consecutivos, son unidos por cabezas concéntricas, formando así
verdaderos grupos de bobinas.
B. Bobinados Excéntricos
En los cuales los lados activos de una misma fase, situados frente a
polos consecutivos, son unidos mediante un solo tipo de cabeza, de
forma que el bobinado está constituido por un determinado número de
bobinas iguales.
En los bobinados excéntricos podemos distinguir entre bobinados
imbricados y bobinados ondulados, pudiendo ser ejecutados en una
capa por ranura o dos capas por ranura.
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Construcción de devanados trifásicos
BOBINADOS "POR POLOS" Y "POR POLOS CONSECUENTES":
Según el número de grupos que componen cada fase, se clasifican
los bobinados de corriente alterna, en bobinados por:
Por Polos (p.p.). Se dice que un bobinado es por polos, cuando
por cada fase hay tantos grupos de bobinas como número de
polos tiene la máquina.
Por Polos consecuentes (p.p.c.). Se dice que un bobinado es
por polos consecuentes, cuando existen por cada fase tantos
grupos de bobinas como la mitad de número de polos, es decir
tantos grupos como pares de polos.
NÚMERO DE GRUPOS POR FASE Y TOTAL:
Hay que distinguir según sean por polos o por polos consecuentes:
En los bobinados por polos el número de grupos en cada fase
es igual al número de polos.
Gf =2 p y los grupos totales del bobinado ¿=2 p .q
En los bobinados por polos consecuentes, el número de
grupos de cada fase es igual al número de pares de polos.
Gf =p y los grupos totales del bobinado ¿=p .q
CONEXIÓN DE LOS GRUPOS DE UNA FASE
Una vez señalados los grupos de bobinas de una fase, es preciso
efectuar correctamente las conexiones entre ellos, enunciando para
ello las dos reglas siguientes:
En los bobinados por polos se unirá, el final del primer grupo
con el final del segundo grupo, el principio del segundo con el
principio del tercero, el final del tercero con el final del cuarto y
así sucesivamente; es decir, debemos de unir final con final,
principio con principio.
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Construcción de devanados trifásicos
En los bobinados por polos consecuentes se unirá, el final del
primer grupo con el principio del segundo, el final del segundo
con el principio del tercero y así sucesivamente; es decir, se
tiene que unir final con principio.
NÚMERO DE RANURAS POR POLO Y FASE: Dicha expresión se
aplica a la relación que existe entre el número de ranuras Kdel
inducido y el producto de los números de polos 2 p y de fases q de
dicho bobinado.
Kpq=K /2 p .q
NÚMERO DE BOBINAS DEL BOBINADO: Los bobinados de
corriente alterna son construidos tanto de una capa como de dos
capas por ranura. En un bobinado de dos capas el número de
bobinas es igual al número de ranuras.
B=K
En cambio, en un bobinado de una capa por ranura, el número total
de bobinas es la mitad del número de ranuras.
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Construcción de devanados trifásicos
B=K /2
NÚMERO DE BOBINAS POR GRUPO: Conocidos el número de
bobinas B y el número total de grupos ¿que lo constituye, podemos
determinar el número de bobinas que forman cada grupo.
U=B /¿
Despejando esta fórmula, según el tipo de bobinado se obtiene
otras de aplicación más directa.
Por polos, 2 capas: U=K /2 p .q
Por polos, 1 capa U=K /2/2 p .q=K /4 p .q
Por polos consecuentes, 2 capas U=K / p .q
Por polos consecuentes, 1 capa U=K /2/ p .q=K /2 p .q
PASO DE CICLO
Y 360º = K /p
DISTANCIA ENTRE LOS PRINCIPIOS DE LAS FASES: Una de las
características de los bobinados polifásicos exige que las distintas
fases que forman un conjunto, generen fuerzas electromotrices
desfasadas en el ángulo característico del sistema. Así en bobinado
bifásico los dos principios deberán estar colocados en dos ranuras
desfasadas 90º eléctricos, mientras que en un bobinado trifásico los
tres principios estarán colocados en ranuras desfasadas 120º
eléctricos.
Paso de principio Y 120 º=K /3 p
Paso de principio Y 90 º=K /4 p
DETERMINACIÓN DE LOS PRINCIPIOS DE FASE EN UN
BOBINADO TRIFÁSICO: En un bobinado trifásico puede ser
tomado como principio de una fase, todas las ranuras que se hallen
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Construcción de devanados trifásicos
separadas un ángulo eléctrico correspondiente a un ciclo, es decir
360º eléctricos.
En una máquina multipolar existen varias ranuras en tales
condiciones, por lo que debemos de deducir un método que nos
permita conocer las ranuras en las cuales pueden estar alojados los
principios de las tres fases.
Este método consiste en preparar un cuadro con tres columnas (una
por fase) y tantas líneas como pares de polos tiene la máquina.
Conocido el paso de principio de fase, empezaremos por colocar un
1 en el cuadro superior izquierdo y luego se irán poniendo en los
cuadros siguientes los números que se obtienen, al añadir,
sucesivamente el valor de paso de principio de fase. Así
obtendremos en cada columna los números de ranuras que pueden
ser principio de las correspondientes fases, eligiendo de entre ellas
los tres más convenientes, teniendo en cuidado de que pertenezca
cada uno a distintas columnas.
Así, el cuadro adjunto corresponde a los principios de fase de un
inducido trifásico de 96 ranuras, en el cual el paso de principio de
fase vale 8 ranuras. Sobre el cuadro podemos elegir algunas
combinaciones, por ejemplo 1-9-17, 33-41-49.
A. BOBINADOS CONCÉNTRICOS
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Fase
U
Fase
V
Fase
W
1 9 17
25 33 41
49 57 65
73 81 89
Construcción de devanados trifásicos
Se dice que un bobinado de corriente alterna es concéntrico cuando los lados
activos de una misma fase, situados frente a polos consecutivos, son unidos
mediante conexiones o cabezas concéntricas.
Los bobinados concéntricos pueden ser construidos tanto por polos como por
polos consecuentes. La forma de ejecutar los bobinados de una y dos fases es
por polos, mientras que en los bobinados trifásicos se realizan por polos
consecuentes.
i. CÁLCULO DE LOS BOBINADOS CONCÉNTRICOS: El
proceso de cálculo de los bobinados concéntricos constituye una
excepción en el conjunto de los bobinados ya que para calcular
el cuadro de bobina, es necesario determinar previamente la
amplitud de grupo.
La posibilidad de ejecución de este tipo de bobinado depende
del número de ranura por polo y fase "Kpq", que deberá de
cumplir ciertas condiciones:
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Construcción de devanados trifásicos
a) BOBINADOS por polos: El número de ranuras por polo y
fase Kpq, debe ser forzosamente un número entero par o
impar. Si dicho valor es par, todos los grupos tendrán el
mismo número de bobinas. En cambio, si es impar resulta
necesario recurrir a una de las siguientes soluciones.
Preparar todos los grupos iguales, pero con la bobina
exterior formada de un número de espiras mitad que las
restantes y colocar en determinadas ranuras dos medias
bobinas exteriores, pertenecientes a grupos vecinos de la
misma fase. Esto se hace según la figura 5, en la cual se
apreciamos que la ranura A y C son ocupadas por una
sola bobina mientras que la ranura B, es ocupada por dos
medias bobinas. Estas bobinas exteriores están formadas
cada una de ellas por un número de espiras mitad que las
bobinas colocadas en A y C.
Prepara grupos desiguales, de manera que la mitad de los
grupos tengan una bobina más que las restantes y colocar
alternativamente, grupos con distinto número de bobinas.
En la figura 7, se ve como cada una de las tres ranuras A,
B, C, están ocupadas por una sola bobina, pero al
conectarlos, las bobinas A y B están formando un grupo,
mientras el siguiente grupo está formado solamente por la
bobina C.
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Construcción de devanados trifásicos
b) BOBINADOS por polos consecuentes: Es conveniente que
el número de ranuras por polo y fase tenga un valor entero,
sea par o impar, ya que en cualquiera de los casos puede
ser ejecutado con grupos iguales, formados por un número
entero de bobinas.
Sin embargo, en algunas ocasiones se presentan bobinados
por polos consecuentes, cuyo número de ranuras por polo y
fase tiene un valor entero más media unidad. Tal bobinado
se puede realizar de una forma similar a la indicada en los
bobinados por polos en el punto primero.
NUMERO DE BOBINAS POR GRUPO: Salvo las
excepciones señaladas anteriormente, los bobinados
concéntricos son ejecutados en una capa por ranura. Por
consiguiente el número de bobinas que constituyen un grupo
vendrá dado por las siguientes formulas:
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Construcción de devanados trifásicos
Por polos consecuentes
1 capaU= K
2 p .q
Por polos 1 capa U= K4. p .q
AMPLITUD DE GRUPO.- En un bobinado concéntrico se
conoce con el nombre de amplitud de grupo, el número de
ranuras que se encuentran en el interior de dicho grupo.
Para calcular el valor de la amplitud de grupo recordemos
que si se quiere que se sumen las f.e.m.s. generadas en los
lados activos de las bobinas que forman el grupo, es preciso
que éstas se encuentren frente a los polos consecutivos, o lo
que es igual, que los dos lados activos de un grupo deben
estar separados una determinada distancia, que es igual al
paso polar.
Ahora bien, en un paso polar debe haber Kpq ranuras por
cada fase y en el interior del grupo de una fase tienen que
encontrarse las ranuras de las restantes fases.
Por consiguiente resulta, que el valor de la amplitud es igual
a: m=(q−1). Kpq . Sustituyendo en esta fórmula Kpq, por el
valor del despejado de las expresiones por polos y por polos
consecuentes obtendremos las siguientes expresiones.
Por polos consecuentes m=(q−1).U
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Construcción de devanados trifásicos
Por polos m=(q−1).2U
ANCHO DE BOBINA: En un bobinado concéntrico los
anchos de bobina que forman un grupo son diferentes.
Designando por Y1, Y2 e Y3, según el lugar que ocupan
yendo de Interior al exterior del grupo, se deduce que sus
valores son respectivamente:
Y 1=m+1 ;Y 2=m+3 ;Y 3=m+5
En un bobinado concéntrico el ancho medio de bobina o
paso medio de ranura, coincide con el valor del paso polar,
diciéndose entonces que el bobinado tiene un paso
diametral.
Yp=Yk= K2 p
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Construcción de devanados trifásicos
BOBINADOS TRIFÁSICOS CON NUMERO IMPAR DE
PARES DE POLOS: Los bobinados concéntricos de
máquinas trifásicas, cuyo número de pares de polos es
impar, presentan una dificultad, que es salvada colocando
un grupo mixto, cuyas dos mitades pertenecen s distinto
plano de cabezas de bobinas, es decir, que medio grupo
tiene sus cabezas en el plano exterior y el otro medio en el
plano interior.
La razón, es que al realizar el bobinado por polos
consecuentes, el número total de grupos es igual al producto
de los números de pares de polos y de fases, al ser el
número de pares de polos impar, también será impar el
número total de grupos "3p". En consecuencia, si se hicieran
todos los grupos iguales de dos modelos solamente,
deberíamos preparar de cada uno un número de grupos
igual a un número entero más media unidad, lo que es
físicamente imposible, quedando resuelta dicha dificultad
ejecutando un grupo mixto.
B. BOBINADOS EXCÉNTRICOS
Se dice que un bobinado de corriente alterna es excéntrico cuando los lados
activos de una misma fase, situados frente a polos consecutivos, son unidos
mediante un solo tipo de conexiones o cabezas, de forma que el conjunto del
bobinado está constituido por un determinado número de bobinas iguales.
Este tipo de bobinado es normalmente ejecutado por polos, pudiendo ser
imbricados u ondulados, ejecutándose indistintamente en una o dos capas
por ranura. Los bobinados excéntricos pueden ser enteros o fraccionarios,
según resulte el valor del número de bobinas por grupo U .
U=K /2 p .q
Al aplicar la formula anterior debemos tener presente que en los bobinados de
dos capas por ranura, el número de bobinas es igual al de ranuras B=K ,
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Construcción de devanados trifásicos
mientras que en los de una capa por ranura, él número de bobinas es la mitad
que el de ranuras B=K /2.
BOBINADOS IMBRINCADOS
BOBINADOS IMBRINCADOS DE UNA CAPA: En estos bobinados,
cada lado activo ocupa toda una ranura. En consecuencia las
medias cabezas de lados activos colocados en ranuras sucesivas se
dirigen alternativamente hacia la derecha e izquierda.
Esto exige que las bobinas de un bobinado de una capa tengan un
paso de ranura tal que sus lados activos, estén colocados uno en
ranura impar y otro en ranura par. Para que quede cumplimentada
esta condición es necesario que el paso de ranura o ancho de
bobina sea forzosamente una cantidad impar. Por otra parte, el paso
de ranura debe cumplir la condición de que su valor ha de ser,
aproximadamente igual al paso polar.
Como consecuencia de estas dos condiciones podemos enunciar las
reglas referentes al ancho de bobina en los bobinados imbricados de
una capa por ranura.
Ejemplo:
1. En bobinados trifásicos con paso polar impar, se adoptará
un ancho de bobina o paso de ranura Y k igual al paso
polar Yp. También puede ser acortado pero en un número
de ranuras par.
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Construcción de devanados trifásicos
2 p=6
K=54 Yp=K /2 p=54 /6=9
q=3Y k=9ó7, nunca 8
2. En bobinados trifásicos con paso polar par el ancho de
bobina debe ser forzosamente acortado, a fin de
conseguir que tenga un valor impar. El acortamiento será
de un número impar de ranuras.
2 p=8
K=96Yp=K /2 p=96 /8=12
q=3Yk=11 ó9ó7
i. CÁLCULOS DE UN BOBINADO IMBRINCADO DE UNA
CAPA: Los datos necesarios para el cálculo son, el número de
ranura K, el número de polos 2p y el número de fases q. El
procedimiento para empezar los cálculos será el siguiente:
Se determinan el número de bobinas que forman un grupo.
U=K /4 p .q
De acuerdo con el valor del paso polar Yp, será elegido el
ancho de bobina o paso de ranura Yk.
Se elegirán los principios de las fases.
Una vez calculado el bobinado, dibujaremos el esquema
teniendo en cuenta las siguientes reglas:
Los lados activos situados en ranuras sucesivas deben tener
dirigida sus cabezas en distinto sentido.
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Construcción de devanados trifásicos
Los lados activos cuyas cabezas salen en igual sentido
deben ser agrupadas en grupos de U lados de la misma
fase.
La conexión de los sucesivos grupos de una misma fase
será ejecutada para obtener un bobinado por polos, por lo
que se unirá final con final, principio con principio.
Ejemplo:
1. Calcular bobinado imbricado de una capa, realizado por
polos cuyos datos son:
Número de ranuras K=12
Número de polos 2 p=2
Número de fases q=3
a. Número de grupos del bobinado G=2 p .q=2.3=6
b. Número de ranuras por polo y fase
Kpq=K /2 p .q=12/2.3=2
c. Número de bobinas por grupo U=K /4 p .q=12/12=1
d. Paso de polar Yp=K /2 p=12/2=6 acortado en una
unidad
Y k=1:6
e. Paso de principio Y 120 º=K /3 p=12/3.1=4
f. Tabla de principio U−1,V −5 ,W −9
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Construcción de devanados trifásicos
BOBINADOS IMBRINCADOS DE DOS CAPAS: El bobinado
imbricado de dos capas es otro tipo de bobinado de bobinas iguales,
pero con la característica de estar superpuesto en cada ranura dos
lados activos de bobinas distintas.
En este tipo de bobinado no existe condición que forzosamente
imponga un determinado valor al ancho de bobina o paso de ranura,
pudiendo ser elegido tanto diametral como acortado, según
convenga.
i. CÁLCULOS DE UN BOBINADO IMBRINCADO DE DOS
CAPAS: Los datos necesarios son el número de ranuras K ,
número de polos 2 py número de fases q. El proceso de cálculo
es el siguiente:
En los bobinados de dos capas, el número de bobinas es
igual al número de ranuras, es decir B=K , por lo que el
número de bobinas por grupo será igual a:
U=B /2 pq
Se elegirá el ancho de bobina de acuerdo con el paso polar.
Se elegirá los principios de fases, sobre el cuadro
correspondiente.
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Construcción de devanados trifásicos
Para dibujar el esquema se deben numerar solamente los
lados activos de la capa superior.
La conexión de los grupos sucesivos de una fase será
ejecutada por polos.
Ejemplo
1. Realizar esquema del bobinado imbricado de dos capas
cuyos datos son:
Número de ranuras K=12
Número de polos 2 p=2
Número de fases q=3
a. Número de grupos del bobinado G=2 p .q=2.3=6
b. Número de ranuras por polo y fase
Kpq=K /2 p .q=12/2.3=2
c. Número de bobinas por grupo U=K /2 p .q=12/2.3=2d. Paso de ranura Yp=K /2 p=12/2=6
Y k=1:7
e. Paso de principio Y 120 ˚=K /3 p=12/3.1=4f. Tabla de principios U−1,V −5 ,W −9
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Construcción de devanados trifásicos
BOBINADOS ONDULADOS TRIFÁSICOS: Es aquel en el cual las
distintas espiras están conectadas de modo que se pasa de una a
otra avanzando siempre a lo largo de la periferia del inducido. El
circuito del bobinado da dos o más vueltas antes de terminar su
recorrido. Para este tipo de bobinado habrá tantos circuitos como
fases tenga; de ser trifásico su conexión es en triangulo o estrella.
Son muy parecidos a los ondulados de corriente continua y, aunque
también pueden ser empleados en bobinados estatóricos, se
emplean preferiblemente para la ejecución de rotores de motores
asíncronos de corriente alterna, de mediana y gran potencia. Los
devanados ondulados de corriente alterna se ejecutan normalmente
por polos y a dos capas por ranura.
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Construcción de devanados trifásicos
Forma de la espira en los bobinados ondulados
Los Bobinados Ondulados son casi siempre de tipo barras, es decir;
cada bobinado está formado por un conductor único, macizo o
multifilar al que se le da la forma mediante moldes antes de ser
colocada en las ranuras, dejando los extremos libres para hacer las
conexiones de las espiras restantes.
Para ejecutar un arrollamiento ondulado se parte del principio de que
en cada instante, los conductores que están simétricamente
colocados bajo cada polo, deben estar conectados en serie. Cada
serie de bobinas de un devanado ondulado tiene tantas en serie
como la mitad del número de polos, con lo que se da una vuelta al
estator; la segunda serie comienza desde aquí, pero para evitar la
superposición sobre las ranuras ya ocupadas; se debe acortar el
paso de la primera espira de la segunda serie. Característica
destacada de este tipo de devanado. Cabe destacar que para
ejecutar este tipo de devanado solamente es posible si el número de
bobinas por grupo U g es un número entero o entero más media
unidad:
Posibilidad de ejecución:
U g=B
2 p .q { número entero (ondulado entero)
numeroent eromas12(ondulado fraccionario)
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Construcción de devanados trifásicos
En la práctica se suelen utilizar solamente los devanados ondulados
enteros, ya que permiten una mejor distribución de bobinas y, lo que
es más importante también permiten su ejecución con varios
circuitos en paralelo (muy necesarios en máquinas de media y gran
potencia), por ser exactamente iguales sus partes progresiva y
regresiva. Por el contrario los devanados ondulados fraccionarios no
permiten su ejecución con circuitos en paralelo, ya que no tienen, en
sus dos partes, el mismo número de bobinas.
Otra de las características de los bobinados ondulados, es que se
forman dos series de recorridos inversos para tomar en una fase
todas las ranuras correspondientes, puesto que en cada ranura
existen dos lados de bobina, y en ambos la corriente tiene el mismo
sentido. Para tener circulación cerrada se debe volver atrás como se
indica en la siguiente figura:
Representación de un devanado ondulado AC
Siguiendo el sentido de las flechas comenzando por la entrada de
fase U, se va recorriendo el devanado, en sentido progresivo, tantas
veces como bobinados por grupo tenga (dos veces en este caso por
tener dos bobinas por grupo), para la formación de los grupos
polares impares. Seguidamente y para que los grupos polares pares
queden perfectamente formados, es necesario retroceder, por medio
del puente de retorno y recorrer de nuevo el devanado otras tantas
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Construcción de devanados trifásicos
veces en sentido regresivo, hasta llegar al borne de salida X, ya que
así la dirección de la corriente dentro de una misma ranura y grupo
será la misma tanto en la parte progresiva como en la regresiva de la
fase. Se observa que las corrientes tienen circulación cerrada, para
lo cual se indicaron de la siguiente manera: las flechas ascendentes
debajo de los polos Norte y las flechas descendentes debajo de los
polos Sur. La imagen anterior es para el caso de una máquina de
ocho polos.
Las conexiones de inversión se hacen una a razón de una por fase,
y siempre entre dos conductores que estén colocados en la parte
inferior de la ranura.
i. CALCULOS DE UN BOBINADO ONDULADO ENTERO
Para realizar el cálculo correspondiente a bobinados ondulados
se toman en cuenta las siguientes reglas prácticas:
a. Se comprueba la posibilidad de ejecución, teniendo en
cuenta que para la ejecución de un devanado ondulado
entero debe cumplirse:
Posibilidad de ejecución: U g=B
2 p .q=númeroentero
Este mismo cálculo nos determina también el número de
bobinas por grupo U g, que ha de tener el devanado, tanto en
su parte progresiva como regresiva.
b. Se determina el paso resultante Y , por medio de la siguiente
fórmula:
Y=Y 1+Y 2=Bp= K
p=ranuras
Recordando que BP
es igual a KP
, por ser el devanado
ejecutado a dos capas y, por tanto, tener el mismo número
de bobinas que de ranuras.
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Construcción de devanados trifásicos
c. Se determina el paso de ranura o ancho de bobina Y k, que
en estos casos es igual al ancho de sección Y 1:
Paso de ranura o ancho de bobina:
Y k=Y 1=K2 p
=ranuras
d. A continuación se calcula el paso de conexión, que se
determina siempre para un devanado sin cruzar:
Paso de conexión:
Y 2=Y −Y 1=Y −Y k=ranuras
Para una mejor ejecución el llamado paso anormal de
conexión se aumenta o disminuye en una unidad. Este paso
es el que se produce entre el final de una vuelta del recorrido
y el comienzo de las vueltas siguientes, cuando el devanado
tiene más de una bobina por grupo.
e. Seguidamente se determina la distancia entre principios de
fase y realiza la tabla de entradas correspondientes, por
medio de la misma fórmula empleada para todos los
devanados trifásicos aquí estudiados:
Distancia entre principios de fase: Y q=K3 p
=ranuras
Recordando que se puede elegir cualquier ranura de tabla
como principio de cada fase. Si se trata de un devanado de
rotor, conviene elegir como principios ranuras situadas lo
más equidistantes posibles, con el fin de mejorar el equilibrio
dinámico de la máquina.
f. Por último, se dibuja el diagrama plano completo, para lo
cual se debe tener siempre en cuenta que:
Conviene enumerar solamente los grupos de bobinas
superiores, ya que las inferiores son en realidad las
24
Construcción de devanados trifásicos
conexiones entre los diferentes grupos de bobinas, que
para este tipo de devanados, ejecutados por polos,
deben unirse el final de cada grupo con el principio del
siguiente, al contrario que en los devanados
concéntricos que imbrincados.
Los empalmes de las cabezas de las bobinas se unirán
uno de la capa superior con otro de la inferior, por ser
devanados a doble capa, lo mismo que luego ocurrirá
con las secciones de las bobinas al ser ejecutado el
devanado.
Los puentes de retorno, por el contrario, unirán siempre
las bobinas de una misma capa.
Diferenciar las tres fases del devanado, en este caso
con trazos diferentes (también puede realizarse con
colores diferentes).
Ejemplo
1. Calcular y dibujar el esquema de un devanado
ondulado, como el rotor de un motor asíncrono
trifásico, decapolar, con armadura de 30 ranuras,
ejecutando por polos y a doble capa, comenzando el
dibujo y la ejecución por la parte progresiva del
devanado.
Al ser un devanado de dos capas el número de
bobinas es el mismo que el número de ranuras:
B=K=30bobinas.
a. Posibilidad de ejecución y número de bobinas por
grupo: U g=B
2 p .q= 3010∗3
=1bobina
b. Paso resultante: Y= Kp
=305
=6 ranuras
c. Paso de ranura o ancho de bobina:
Y k=Y 1=K2 p
=3010
=3 ranuras
d. Paso de conexión:
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Construcción de devanados trifásicos
Y 2=Y −Y k=6−3=3 ranuras
e. Distancia entre principios de fase:
Y q=K3 p
=3015
=2 ranuras
Con todos estos datos se dibuja el esquema, mostrado en la siguiente imagen:
Bobinado Ondulado entero, trifásico, decapolar ejecutado por polos y a doble capa
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Fase
U
Fase
V
Fase
W
1 3 5
7 9 11
13 15 17
19 21 23
Construcción de devanados trifásicos
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Desarrollo Práctico
de Bobinados
Trifásicos
Construcción de devanados trifásicos
Bobinado Imbrincado
Ejercicio 1. Diseñar una máquina AC con estator trifásico de 48rnuras para una velocidad de 1800 RPM, 60HZ, con devanados imbricados y bobinas de paso fraccional igual 5/6 del paso polar alojadas en doble capa.
Datos:
# Ranuras= 48 ranuras
Fe= 60 Hz
Nm= 1800 RPM
ρ=5/6 τ
# de capas= 2 capas
Hallamos el número de polos mediante la siguiente fórmula.
f e=N m× P
120
Despejando P y sustituyendo los valores nos queda:
P=60Hz ×1201800 RPM
=4 polos
A partir de P hallamos los parámetros necesarios para la construcción de devanados:
Ancho de ranura:° Mtotales=360° M
° Etotales=P2
° M →° Etotales=42
×360=720 ° E
γ ° M=° M totales
¿deranuras→γ °M=7.5 ° M /ranuras
γ ° E=° E totales
¿deranuras→γ° E=15 ° E/ranuras
Bobina de cuerda o paso fraccional:
Teniendo en cuenta que τ=180 ° E
ρ=5/6 τ=5/6×180 ° E=150 ° E
28
Construcción de devanados trifásicos
¿de ranuras= ργ° E
= 150 ° E15 ° E /ranuras
=10 ranuras
° M= 2P
° E=24
×150=75° M
ρ=150° E { 75 ° M10ranuras
Separación entre fase:
¿de ranuras= δγ° E
= 120 ° E15 ° E /ranuras
=8 ranuras
° M= 2P
° E=24
×120=60° M
δ=120 ° E { 60 ° M8 ranuras
Tipo de devanado y número de bobinas por grupo:
n=¿ deranurasm× P
= 48 ranuras3 fases×4 polos
=4
Como n≥2 entonces es un devanado distribuido
Número total de bobinas:
¿ total debobinas=¿decapas× ¿deranuras ¿2ranuras /bobina
=48bobinas
Número de bobinas por fase:
¿bobinas / fase=¿ totl debobinasm
=16 bobinasfase
Número de bobinas por grupo-fase:
¿ grupo / fase= ¿bobinas / fase
¿bobinas /grupo=4 grupo / fase
29
Construcción de devanados trifásicos
TABLA DE CONEXIONES
Bobinado Concéntrico
Ejercicio 2. Diseñar una máquina AC con estator trifásico de 48 ranuras para una velocidad de 1800 RPM, 60HZ, con devanados concéntricos ejecutados por polos consecuentes alojadas en una capa.
Datos:
# Ranuras= 48 ranuras
Fe= 60 Hz
Nm= 1800 RPM
# De capas= 1 capa
Se halla el número de polos mediante la siguiente fórmula.
f e=N m× P
120
30
Construcción de devanados trifásicos
Despejando P y sustituyendo los valores queda como resultado:
P=60Hz ×1201800 RPM
=4 polos
A partir de P se obtienen los parámetros necesarios para la construcción de devanados:
Tipo de devanado y número de bobinas por grupo:
n=¿ deranurasm× P
= 48 ranuras3 fases×4 polos
=4
Número total de bobinas:
¿ total debobinas=¿decapas× ¿deranuras ¿2ranuras /bobina
=24 bobinas
Número de bobinas por fase:
¿bobinas / fase=¿ totl debobinasm
=8 bobinasfase
Número de bobinas por grupo-fase:
¿ grupo / fase= ¿bobinas / fase
¿bobinas /grupo=2grupo / fase
Los devanados concéntricos se caracterizan por poseer un ancho de bobina variable y este se calcula de la siguiente manera:
γ 1=¿8+1=9
γ 2=¿8+3=11
γ 3=¿8+5=13
TABLA DE CONEXIONES
31
Construcción de devanados trifásicos
Bobinado Ondulado
3. Diseñar una máquina AC con estator trifásico de 48 ranuras para una velocidad de 900 RPM, 60 Hz; con devanados ondulados, progresivos, ejecutados por polos y bobinas de paso completo alojadas en doble capa.
Datos:¿ Ranuras=48m=3 fasesns=900 RPMf =60Hz
Números de Polos:Hallando primero el número de polos mediante la fórmula de velocidad de sincronismo, tenemos:
ns=120 f
P ⇒ P=120 f
ns
=120×60900
=8 polos
Números de ranuras por polo y fase:
n=¿ RanurasP .m
= 488×3
=2 ranuras / polo . fase
Este es un devanado distribuido
Número Total de Bobinas:
¿ Bobinas= ¿ ranuras2 ranuras /bobinas
× ¿capas=482
×2=48bobinas
Bobinas por fase:
¿ Bobinas / fase=¿ Bobinasm
=483
=16bobinas / fase
32
Construcción de devanados trifásicos
Grupos por fase:
¿ grupos /bobina= ¿bobinas / fase¿bobinas /grupo
=162
=8grupos /bobinas
Observación: n=grupos /bobina
Paso de ranura:
En grados mecánicos totales:
γ M=° M TOTALES
¿Ranuras=360 º48
=7.5 °
En grados eléctricos totales:
γ E=P2
° γM=82
×7.5 °=30 ° E /Ranura
Paso Polar:
Recordando que τ=180 ° E, expresándolo en:
Grados Mecánicos:
° M= 2P
° E=45 ° M
En números de ranuras:180° E
30° E /Ranura=6 ranuras
Paso de la bobina:
Como es a paso completo, entonces: τ=ρ=180 ° E, por lo cual coincide con los cálculos obtenidos en el paso polar.
Espaciamiento entre fases:El espaciamiento entre fases es δ=120 ° E y expresándolo en:
Grados mecánicos:
δM= 2P
° E=28
×120 ° E=30 ° M
Números de ranuras:120° E
30° E /Ranura=4 ranuras
Distancias entre principios de fases:
Yq=¿Ranuras×23 P
=4 ranuras
33
Construcción de devanados trifásicos
Fase A Fase B Fase C1 5 9
13 17 2125 29 3337 41 45
Para esta construcción, se utilizará como inicio de fases las ranuras 1,17 y 33 para las Fase A, Fase B y Fase C, respectivamente. Igualmente el “paso anormal” se aumentará en una unidad, es decir, un paso de 7 ranuras al completar el recorrido.
TABLA DE CONEXIONES
FASE INICIO CONEXIONES INTERNAS FINA 1’ 7-13’-19-25’-31-37’-43-2’-8-
14’-20-26’-32-38’-44-2-44’-38-32’-26-20’-14-8’-1-43’-37-31’-25-19’-13
7’
B 17’ 23-29’-35-41’-47-5’-11-18’-24-30’-36-42’-48-6’-12-18-12’-6-48’-42-36’-30-24’-17-11’-5-47’-41-35’-29
23’
C 33’ 39-45’-3-9’-15-21’-27-34’-40-46’-4-10’-16-22’-28-34-28’-22-16’-10-4’-46-40’-33-27’-21-15’-9-3’-45
39’
34
Construcción de devanados trifásicos
35
ANEXOS
Construcción de devanados trifásicos
36
Ejercicio 1
Desarrollo Circular
Construcción de devanados trifásicos
37
Diagrama Plano
Devanado Imbrincado
Construcción de devanados trifásicos
38
Ejercicio 2
Desarrollo Circular
Devanado Concéntrico
Construcción de devanados trifásicos
39
Diagrama Plano
Devanado Concéntrico
Construcción de devanados trifásicos
40
Ejercicio 3
Desarrollo Circular
Construcción de devanados trifásicos
41
Diagrama Plano
Devanado Ondulado
Construcción de devanados trifásicos
42
Conclusiones
Construcción de devanados trifásicos
El desarrollo de la temática anterior conlleva afijar los siguientes criterios:
La construcción de un devanado permite crear los pares de polos en la
máquina, y de acuerdo a la cantidad que se construyan, será más o
menos rápida. A mayor cantidad de polos menos veloz.
Para construir un devanado se deben tener presentes las necesidades
que se desean cubrir con el funcionamiento de la máquina, por esta
razón existen dos tipos de bobinados de corriente alterna. Los
concéntricos y los excéntricos.
De acuerdo al tipo de devanado que se quiera construir, varía la forma
de la bobina. Pero debe tenerse en cuenta que todas poseen terminales,
lados activos y cabezas, siendo estas sus partes.
Los devanados ondulados presentan ventajas con respecto a los
bobinados excéntricos imbrincados y los concéntricos: con este tipo de
devanado se eliminan prácticamente todas las conexiones entre grupos
de bobinas de una misma fase quedando reducidas éstas a una
conexión por cada fase, llamado puente de retorno. Este tipo de
devanado permite una mejor distribución de las bobinas, permitiendo así
un mejor equilibrio en los devanados rotóricos.
BIBLIOGRAFÍA
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Construcción de devanados trifásicos
Mantenimiento de Maquinas Eléctricas
http://thales.cica.es/rd/Recursos/rd99/ed99-0685-04/ed99-0685-04.html
http://esiweb1a.esi.tsai.es/paraninfo_nuevo/estaticas/
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Singer, Francisco L. Tratado de Bobinados. Editorial H.A.S.A Buenos Aires
Argentina 1958. Ediciones Técnicas MARCOBO S.A.
Martínez Domínguez, Fernando. Reparación y Bobinado de Motores
Eléctricos. Editorial ITES-Paraninfo 2005.
Fraile Mora, Jesús. Maquinas Eléctricas. Sexta Edición. Editorial Mc Graw
Hill 2008.
44
