Práctica Nº 6 Estudio de Devanados en Máquinas de Corriente Alterna Polifásicas

LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS ROTATIVAS DE AC - GENERADOR DE CORRIENTE ALTERNA

ING HAROLD JOSÉ DÍAZ M. MSC- GRUPO DE DE CONVERSIÓN DE ENERGÍA 1

PRÁCTICA Nº 6: ESTUDIO DE DEVANADOS EN MÁQUINAS DE CORRIENTE ALTERNA POLIFÁSICAS

6.1 OBJETIVOS Estudiar los aspectos relativos a los devanados de las máquinas de corriente alterna polifásicas (bifásicas y trifásicas). Terminología utilizada y comprobación de devanados aplicados a una máquina de corriente alterna que funciona como motor de inducción polifásico. 6.2 CONCEPTOS BÁSICOS 6.2.1 Definiciones 6.2.1.1 Máquinas de corriente alterna polifásica: Máquina que genera o utiliza

corriente polifásica (en particular trifásica). 6.2.1.2 Tipos de devanados: Tanto en los motores de C.A. como en los

alternadores se emplean los imbricados y ondulados, pero algunas de las reglas que se dan para ellos en las máquinas de C.C. no son aplicables a las máquinas de corriente alterna.

En lugar de clasificarlos en devanados en paralelo y en serie, como se hace para las máquinas de C.C. para las máquinas de C.A. se define como sigue:

a) Devanado Imbricado: Un devanado imbricado es aquel en el cual

todas las bobinas que forman un grupo de polo pueden seguirse sin salir de ese grupo.

b) Devanado Ondulado: Un devanado ondulado es aquel en el cual solo puede seguirse una bobina de cada grupo de polo sin salir de ese grupo.

c) Devanado en espiral: Es aquel en el cual las bobinas de un grupo se conectan en forma de espiral.

En la figura 6.1 se representan estos tres tipos de devanados.



Figura 6.1 Tipos de devanados utilizados en máquinas de corriente alterna.

Los devanados imbricados y ondulados son prácticamente iguales en lo que respecta a la polaridad y a las características generales. Se sabe que en las máquinas de C.C. el devanado ondulado es el que da el voltaje más alto. Esto no es cierto en el caso de los devanados de C.A., ya que el devanado de C.A. ondulado no da un voltaje más alto que el devanado imbricado. El estator de los pequeños motores suelen devanarse con devanados imbricados, debido al poco espacio dentro del estator y la facilidad en su construcción. El devanado ondulado es mecánicamente más fuerte que el imbricado y por esa razón suele emplearse en los rotores de fase devanada y en grandes generadores sincrónicos. Su confección es mucho más difícil que el imbricado. 6.2.2 Terminología para los Devanados de C.A. A continuación se describirá la terminología a utilizar, paralelamente se desarrollan dos ejercicios, un imbricado de paso entero y otro ondulado de paso fraccionario, respectivamente, ambos doble capa ya que son los más utilizados:

1a3m2p36Z

1

1

1

====

2a3m4p30Z

1

1

1

====



6.2.2.1 Bobinas por fase: Casi todas las máquinas están provistos de un devanado estatórico en doble capa, en tal caso el número de bobinas “Bob” es igual al número de ranuras “Z” . si el devanado es de una capa

Z/2 Bob = . 36ZBob1 == 30ZBob2 ==

6.2.2.2 Paso polar pt : Número de ranuras bajo un polo

92*2

36*21 ===

pZt p

433

830

4*230

*22 ====p

Zt p

Donde p es el número de pares de polos

6.2.2.3 Número de ranuras por polo y por fase “q”: se determina dividiendo el número de ranuras entre el número de polos y las fases

cba

mpZq ==

**2

103

3*2*236

**21 ===mp

Zq 411

2430

3*4*230

**22 ====mp

Zq

6.2.2.4 Serie numérica: (de acuerdo al punto anterior) de cada “c” grupos de bobinas, cada “b” grupos tienen “a+1” bobinas, y cada “c-b” grupos tiene “a” bobinas. Devanado Ondulado de paso entero:

Devanado imbricado de paso reducido:

6.2.2.5 Paso de devanado 1Y : si es de paso entero ptY =1 . Si es de paso

reducido se calcula como 5/6 del paso polar ptY65

1 ≅

911 =Y 813

825

830

65

12 ==≅Y

Para el devanado imbricado puede ser 3 u 4. Esté se define teniendo en cuenta el factor de devanado achareddisdev KKKK **= . El factor de devanado aplica tanto para la f.e.m. inducida como para el contenido de armónicos de f.m.m. Normalmente se elige un factor de devanado para el primer armónico mayor del 90% y teniendo en cuenta que los armónicos múltiplos del número de fases tanto en f.e.m. como en f.m.m. se eliminan.



Orden Y = 3 Y = 4armon Kdis Kred Kdev Kdis Kred Kdev

1 0,96 0,95 0,91 0,96 0,99 0,953 0,65 0,59 0,38 0,65 0,95 0,625 0,20 0,00 0,00 0,20 0,87 0,177 0,15 0,59 0,09 0,15 0,74 0,119 0,25 0,95 0,24 0,25 0,59 0,1511 0,11 0,95 0,10 0,11 0,41 0,0413 0,10 0,59 0,06 0,10 0,21 0,0215 0,20 0,00 0,00 0,20 0,00 0,0017 0,10 0,59 0,06 0,10 0,21 0,0219 0,11 0,95 0,10 0,11 0,41 0,0421 0,25 0,95 0,24 0,25 0,59 0,1523 0,15 0,59 0,09 0,15 0,74 0,11

312 =Y Este paso total se conoce con el nombre de paso 100%. En algunos casos un devanado puede tener un paso mayor que el total, pero nunca puede exceder del 150%.

6.2.2.6 Número de ramas en paralelo “A”: Existen varias posibilidades de conexión dependiendo del voltaje así: los grupos de bobinas de cada fase en serie o paralelo. El número de ramas posible se obtiene como los múltiplos enteros de:

( ) mbcaZ

** +

Devanado Ondulado de paso entero:

( ) 43*3

36**

==+ mbcaZ

Por tanto se pueden realizar A=1, 2 y 4 ramas en paralelo Se escoge 1A1 =

Devanado imbricado de paso reducido:

( ) 23*5

30**

==+ mbcaZ

Por tanto se pueden realizar A=1 y 2 ramas en paralelo Se escoge 2A2 =

6.2.2.7 Grupos de bobinas en serie por fase fase” * “Bob : Se llama grupo a un determinado número de bobinas contiguas conectadas en serie y pertenecientes a una misma fase.

121

3*4A

m* 2p = fase * Bob 1 == 122

3*8A

m* 2p =fase * Bob 2 ==

6.2.2.8 Grados eléctricos por ranura Ya se sabe que hay 360 grados eléctricos por cada par de polos o sea un polo tiene 180 grados eléctricos y 120 grados eléctricos por fase en un devanado trifásico.



El término grados eléctricos por ranura se emplea para expresar la proporción del polo que abarca una ranura o sea los grados que corresponden a ella y se representa abreviadamente por E

º2036

4*1802*1801 ===

ZpE º48

308*1802*180

2 ===Z

pE

6.2.2.9 Devanado imbricado de paso entero:



6.2.2.10 Devanado Ondulado de paso reducido:



6.2.3 Devanado de una máquina bifásica La terminología y definiciones expuestas para la máquina trifásica son válidas para el caso de una máquina bifásica. En la figura 1.4.a) se tiene el diagrama desarrollado para una máquina bifásica de 4 polos con 24 ranuras.

a) b)

Figura 1.4 – Diagrama desarrollado para una máquina bifásica.

Una tercera forma de representar el devanado de la figura 1.4.a) es con el esquema circular de la figura 1.4.b). 6.2.4 Conexiones de las fases 6.2.4.1 Máquina trifásica Los motores normalmente se conectan el delta y los generadores en Y, cada fase con su correspondiente número de ramas en paralelo. 6.2.4.2 Máquina bifásica Las máquinas bifásicas pueden tener los grupos de bobinas de cada fase conectados en serie, como en el ejemplo de la figura 1.4.a) o en paralelo como en el ejemplo de la figura 1.4.b). 6.2.5 Agrupamiento desigual de grupos de bobinas Los grupos de bobinas que integran cada fase son iguales siempre que el número total de bobinas sea exactamente divisible por el número de fases, y siempre que



el número de bobinas por fase sea a su vez exactamente divisible por el número de polos, ya sea que entonces los dos cocientes son cifras enteras. Cuando se cumple la primera de las condiciones, existe la posibilidad de ejecutar el arrollamiento a base de grupos desiguales, es decir grupos con distinto número de bobinas como se indica en la tabla 1.1 Tabla 1.1 Agrupamiento desigual de bobinas en motores trifásicos y bifásicos

A C B A B

Polo 1 3 3 2 Polo 1 5 4 Polo 2 3 2 3 Polo 2 4 5 Polo 3 2 3 3 Polo 3 5 4 Polo 4 3 3 2 Polo 4 4 5 Polo 5 3 2 3 Polo 5 5 4 Polo 6 2 3 3 Polo 6 4 5

48 ranuras, 6 polos, 3 fases 54 ranuras, 6 polos, 2 fases Cuando no se cumple ni siquiera la primera condición, es preciso dejar fuera de servicio las bobinas sobrantes. 6.3 TRABAJO DE LABORATORIO 6.3.1 Elaborar previamente a la realización de la práctica, un diagrama lineal

como el de la figura 1.3. correspondiente al número de polos y fases asignado.

6.3.2 Utilizando el motor para estudio de devanados, efectuar las conexiones de

las bobinas con base en el diagrama lineal. 6.3.3 Disponer la fuente de voltaje apropiada, trifásica o bifásica, de acuerdo con

el tipo de conexión asignado (Y, Δ ; serie o paralelo). 6.3.4 Instalar los medidores apropiados que permitan determinar voltajes,

corrientes y velocidad. 6.3.5 Efectuar adicionalmente las siguientes comprobaciones: interrupción de una

línea en un motor trifásico en funcionamiento, arranque con dos fases, inversión de giro, variación de la magnitud del voltaje aplicado.

6.4 TRABAJO COMPLEMENTARIO 6.4.1 Funcionamiento de un motor bifásico alimentado por una fuente

monofásica. 6.4.2 Prueba para comprobar si las conexiones internas de un motor polifásico

están bien ejecutadas.



6.5 EQUIPOS Y MATERIALES

SOLICITANTE ______________________________ CÓDIGO __________________SOLICITANTE ______________________________ CÓDIGO __________________LABORATORIO ______________________________ ESPACIO __________________PROFESOR RESPONSABLE _______________________ CÓDIGO __________________FIRMA ______________________________PRACTICA ( ) TESIS ( ) OTRO ( ) ______________________________

CANT DESCRIPCIÓN No FIRMA FECHA SALIDA FECHA ENTRADAINVENTARIO D M A D M A

La firma de esta solicitud implica el conocimiento y la aceptación del reglamento interno de los laboratorios.

1 Amp AC 20 A

1

UNIVERSIDAD DEL VALLEFACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICAALMACÉN DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS

Watt 3 AC

Vol AC 300 Volt

Motor estudio devanados

Tacometro

cos ⎠ 3 AC

Tacometro

1

1

1

1

1



6.6 INFORME 6.6.1 Presentar un diagrama desarrollado, como el de la figura 1.2, elaborado en

forma nítida, preferiblemente a colores, correspondiente al motor asignado. 6.6.2 Tabular los datos obtenidos para la operación del motor y consignar si

están de acuerdo con la teoría. 6.6.3 Explicar lo relativo a las comprobaciones realizadas de acuerdo al numeral

6.3.5 6.6.4 Describir detalladamente y dibujar el modo de reconectar un motor bifásico

para que se convierta en uno trifásico en estrella. 6.6.5 Explicar, con ayuda de un esquema, como se podría hacer funcionar un

motor bifásico alimentado por una fuente monofásica.



6.7 BIBLIOGRAFÍA [1]. ROSENGERG, Robert. Reparación de motores eléctricos – Tomo I y II –

Editorial Pili [2]. COYNE. Electricidad práctica aplicada – Tomo IV – Editorial Uteha. [3]. LAMGSDOR, Alexander – Teoría de la máquinas de corriente alterna – Ed.

Mc Graw-Hill [4]. DAWES, Chester – Tratado de electricidad – Tomo II – Editorial Gustavo

Hili. [5]. KOSTENKO – PIOTROVSKI – Máquinas eléctricas – Tomo II – Editorial

MIR. [6]. WESTINHGOUSE, Manual de Motor C.A. para estudio de devanados.

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